剧烈扭转压缩轧制45钢超细晶棒组织演变机理

基于自主研制的剧烈扭转压缩轧制技术,以45钢为研究对象,在750℃下采用48%径缩率经一次轧制成形,获得了直径为25 mm的超细晶棒。借助扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)分析了微观组织演变规律及晶粒细化机理,并对力学性能进行了测定分析。结果表明,心部扭转压缩程度相对边部略弱,晶粒沿轴向具有取向性,晶粒尺寸细化至2.3μm;边部扭转压缩程度剧烈,晶粒取向分布均匀且细化显著,晶粒尺寸为1.7μm;晶粒主要细化机理:因剧烈扭转压缩形变诱导了奥氏体向铁素体的转变,以及发生了充分的连续动态回复再结晶过程;轧后棒材屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为402.5 MPa、643.5 MPa及25.7%,较轧制前分别提升24%、5.6%及14.7%。

45钢块体超细晶棒材3D-SPD轧制法

提出了一种基于斜轧原理的块体超细晶棒材剧烈塑性变形(SPD)成形法,称为3D-SPD法:利用特殊曲面锥形轧辊及导板,坯料从轧辊直径最大端咬入,采用超大送进角及径缩率等变形参数,构建了剧烈扭转压缩复合变形区,单位成形载荷为兆帕级,可实现块体等效应变大于6.5的SPD。建立了基于Oyane损伤准则的裂纹萌生控制模型,通过对不同变形条件下轧件心部损伤值的优化,有效抑制了Mannesmann效应(ME),避免了裂纹的萌生。理论及实验证明:当辊面锥角5°、送进角24°、径缩率50%、温度700℃、椭圆度系数1.02以及轧辊转速40 r/min时,采用单道次轧制方式,可将直径50 mm的45钢轧制为直径25 mm的超细晶棒材,平均晶粒尺寸从46μm细化至约1μm,屈服强度和抗拉强度分别提升46%和42%。