温变形高碳钢中超微细复相组织的特征及性能

在Gleeble-3500热模拟试验机上对原始组织为层片状珠光体的高碳钢进行单向温压缩变形,得到了超微细（α＋θ）复相组织。用SEM、TEM观察了微复相组织的组织特性,并对其显微硬度进行了表征。结果表明：试样心部铁素体基体发生了动态连续再结晶,而渗碳体片层则发生了球化;随着温变形后保温时间的延长（0～1000s）,超细铁素体晶粒和渗碳体颗粒均发生一定程度的长大,超细铁素体晶粒由最初的0.3μm长大至0.8μm,而渗碳体颗粒则由最初的0.1μm长大至0.3μm,对应的显微硬度则从300HV降至230HV。随着应变量和应变速率的增加,其显微硬度也随之降低,微观组织的差异导致其显微硬度的不同。

超细晶粒高碳钢微复相组织及性能

在650℃采用等通道角挤压变形(ECAP)方法对原始组织为层片状珠光体的T8钢进行了Bc方式(每道次挤压后,试样按同一方向旋转90°进行下一道次挤压)的4道次变形,获得了晶粒尺寸在亚微米量级的超微细复相(α+θ)组织,其中等轴铁素体晶粒尺寸约为400 nm,球化完全的渗碳体颗粒粒径约为150 nm。微拉伸实验和SEM断口观察表明,经过4道次ECAP变形后,超微细复相组织的抗拉强度相对于原始珠光体组织而言有所下降,从867 MPa降至819 MPa,但屈服强度显著提高,由479MPa增加到664 MPa,相应的整体伸长率和断面收缩率分别从4.5%、5.2%增加到18%、31%,硬度值变化不明显;超微细复相组织的断口形貌由大量细小的韧窝构成,为典型的韧性断裂,而原始珠光体组织断口形貌则由河流花样组成,呈脆性解理断裂特征。

高碳珠光体钢在温变形过程中的组织变化

用SEM、TEM等方法研究了一种原始组织为层片状珠光体的高碳钢在多向温变形(楔横轧)和单向温变形(压缩)条件下试样心部与表层显微组织的演变情况。结果表明,在多向温变形条件下,试样表层可获得铁素体晶粒与渗碳体颗粒尺寸均在0.3μm以下的超微细(α+θ)复相组织,心部渗碳体片虽已碎断并部分球化,但其排布形态与变形珠光体基本保持一致,而单向温变形条件下的情况则恰好相反;变形过程中试样所受应力、应变状态的不同是引起组织差异的根本原因。

高应变速率下共析珠光体钢的微观组织演变

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对原始组织为层片状珠光体的高碳钢进行了高应变速率变形实验,借助SEM、TEM对变形后珠光体的微观组织演变规律进行了分析研究。结果表明:在高应变速率变形条件下,共析珠光体钢发生绝热剪切现象,原始珠光体组织中存在着绝热剪切带,绝热剪切带的宽度约为1.5μm,绝热剪切带外部区域存在着高密度位错、位错胞以及亚晶,而绝热剪切带内部区域则在动态回复和动态再结晶的作用下演变成晶粒尺度均在亚微米量级的超微细复相组织(铁素体+渗碳体)。

冷轧退火对过共析珠光体钢组织和力学性能的影响

采用SEM、TEM、XRD及拉伸实验等方法研究了原始组织为层片状珠光体的过共析钢重度冷轧及退火后的微观组织及性能指标。结果表明:在重度冷轧及退火工艺下制备出了晶粒尺度均在亚微米量级的超微细复相组织(铁素体+渗碳体),其中等轴铁素体晶粒直径为0.5～0.8μm,晶界上钉扎着平均粒径为0.2～0.4μm球化完全的渗碳体颗粒,而晶界内则出现少量粒径为30～50 nm的渗碳体颗粒;在同一实验条件下,增大变形量、增加退火温度以及保温时间的延长,都能导致渗碳体球化程度的增加;与此同时,复相组织的强度指标显著下降,但其塑性指标明显上升;拉伸断口形貌特征也由脆性断裂(冷轧变形)转变为韧性断裂(退火态)。

等通道角挤压温度对粒状珠光体钢组织和性能的影响

采用Bc方式分别在室温、650℃条件下对高碳粒状珠光体钢进行等通道角挤压(ECAP)变形;借助扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计和拉伸试验机研究了不同温度条件下高碳粒状珠光体钢ECAP变形后的微观组织和力学性能。结果表明:冷、温变形4道次后,获得了晶粒尺度分别为400 nm、450 nm的等轴铁素体和颗粒粒径为200 nm、300 nm渗碳体的超微细复相组织;冷变形过程中力学性能随着变形道次的增加而增大,温变形过程中则呈现出先增加后下降的趋势,相同变形道次下冷变形组织的力学性能指标均高于温变形组织;经不同温度ECAP变形后粒状珠光体钢的伸长率均有所下降,但温变形组织的伸长率优于冷变形组织。温变形试样断口形貌与原始粒状珠光体钢相同,均表现为典型的韧性断裂特征,而冷变形试样断口形貌则表现为韧性断裂和少量准解理断裂组成的混合型断裂特征。

ECAP温变形高碳珠光体钢中亚微米级铁素体的力学性能

采用多道次ECAP温变形实现了高碳珠光体钢组织的超细化,利用透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)观察了变形前后珠光体的演变情况,并用纳米压痕技术表征了铁素体相的纳米力学性能。结果表明:经历大应变温变形之后,制备出了晶粒尺度均在亚微米量级的超微细复相组织(铁素体+粒状渗碳体),珠光体的组织形态发生由二维层片状向三维等轴状的转变;等轴状亚微米级铁素体相的纳米压痕硬度和Young’s模量分别为4.4 GPa和200 GPa,都略高于原始珠光体组织,当压痕深度超过100 nm之后,纳米压痕硬度呈现出明显的基底效应,而Young’s模量则趋于一致,对基底效应不敏感。