IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
纳米结构301奥氏体不锈钢力学性能研究
Alternative TitleThe Investigation Of Mechanical Properties For Nanostructured 301 Austenitic Stainless Steel
邢俊霞
Thesis Advisor袁福平
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline固体力学
Abstract钢铁材料在现代工程技术的发展上有着举足轻重的作用,由于不锈钢有较好的耐腐蚀、易切削加工等性能成为越来越重要的钢铁材料。奥氏体不锈钢在粗晶状态下有较强的加工硬化能力,所以受到广泛的关注。但其屈服强度较低(250 MPa-350 MPa),所以在工业上的发展与应用受到极大的限制。传统方法为细晶强化,通过电解沉积或者热机械的方法将材料制备成纳米晶,这样可以提高其屈服强度但与此同时均匀延伸率也会显著下降,不利于工程应用。 本文针对301奥氏体不锈钢(stainless steel, SS),通过对粗晶态样品进行表面机械研磨处理(SMAT)获得晶粒尺度在空间上呈梯度变化的纳米梯度结构以及通过冷轧和退火处理后得到非均匀层片结构,使得材料在强化的同时较大程度上保留了部分塑性。对其进行准静态拉伸以及动态剪切实验等,探讨了强度、均匀延伸率、加工硬化、冲击韧性等问题。并结合微观组织观察,研究了301奥氏体不锈钢在变形过程中的马氏体相变等微结构演化。 (1) 通过对纳米梯度结构301 SS样品的准静态拉伸实验,分析其准静态力学性能,屈服强度与粗晶态相比有了明显的提高,并且保留了相当的塑性,得到强度与塑性较好的匹配。 (2) 通过研究SMAT样品应变硬化率-真应变曲线,得出SMAT处理时间不同对应着不同的加工硬化行为。对于SMAT 3 min-20 min样品的应变硬化率曲线而言,与典型奥氏体不锈钢应变硬化率曲线三阶段相类似。通过研究SMAT 10 min样品力学性能与微结构表征,得到其应变硬化的三个阶段:第一阶段,芯部首先进入塑性变形,而此时表层超细晶及纳米晶还处于弹性变形,此过程样品的应变硬化率快速下降;第二阶段,随着拉伸变形的增大表层也逐渐开始塑性变形,发生马氏体相变。芯部的马氏体相变在此变形过程中占主导地位,并且随着变形量增大马氏体相变与位错运动相互作用导致小角晶界越来越多。此过程样品的应变硬化率逐渐升高;第三阶段,材料发生动态回复,应变硬化率逐渐下降,直至样品发生颈缩。而SMAT时间控制在30 min时候,应变硬化率曲线没有出现典型奥氏体不锈钢应变硬化率上升的第二阶段,应变硬化率一直下降,说明在SMAT 30 min应变硬化过程中位错的动态回复占主导地位。 (3) 对粗晶态301 SS进行霍普金森压杆动态剪切实验,硬度测试与微观结构表征,来研究其动态剪切性能与绝热剪切带的微结构演化。由于动态剪切变形速率极快,塑性变形几乎全部转化成热量,而时间极短,热量来不及扩散,导致局部剪切区升温,形成绝热剪切带。由于绝热剪切带内部晶粒尺寸小且马氏体含量较高,因而其硬度值较高。随着打击位移继续增大时,绝热温度继续升高,诱发剪切带内部晶粒长大,与此同时发生了奥氏体逆相变,带内奥氏体含量增多,因而剪切带内部区域较基体硬度值偏低。因此,由于微结构的演化,剪切带内部硬度随着打击位移的增大有先上升后降低的趋势。对层片结构样品进行动态剪切力学性能分析与微结构表征发现其与粗晶态301 SS在高应变率变形条件下形成剪切带类似,剪切带内部发生了回复、形核与再结晶但其马氏体含量相对较高,且晶粒度较小,因而绝热剪切带内硬度较高。 关键词:表面机械研磨处理,纳米梯度结构,层片结构,加工硬化,动态剪切实验。
Call Number31342
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59446
Collection非线性力学国家重点实验室
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GB/T 7714
邢俊霞. 纳米结构301奥氏体不锈钢力学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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