12MnNb钢的ECAP变形及组织性能研究

论文摘要

等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing简称ECAP)是一种强烈的塑性变形技术，该技术能有效地制备块状超细晶材料，已成为材料学科研究的热点课题。本实验成功地实现了室温下12MnNb钢ECAP变形，累积等效应变达到～4。通过光学显微镜、透射电子显微镜、电子拉伸机等试验仪器设备，分析研究ECAP变形试样的显微组织特征及其演变规律，以及力学性能。主要研究结果如下：实验用钢室温ECAP变形4道次后，获得了平均晶粒尺寸约为0.3Nn的具有大角度晶界超细晶铁素体组织。C方式ECAP变形时，1道次的组织细化和强化效果最为显著，随后道次主要增加晶粒的取向差。实验用钢经ECAP变形后，强度随变形道次的增加而增加，4道次后的抗拉强度达到～895MPa，并保持了较好的塑性，延伸率达到～12.4％。随ECAP变形道次的增加，铁素体在其内部形成板条状组织，进一步变形使板条内位错密度增加，形成位错胞结构。由于位错的相互作用位错密度不断减少，胞壁变窄，取向差变大，并逐渐演变成等轴状超细晶组织。C方式ECAP变形中，珠光体中的渗碳体相主要以弯曲变形、颈缩变形、切断变形等不同的方式协调ECAP强烈的塑性变形，出现了渗碳体部分溶解、球化的现象，这是由于强烈塑性变形在渗碳体中引入大量的位错等缺陷导致其处于高能不稳定状态，从而促使渗碳体溶解。在正火实验中发现，含铌第二相粒子能有效地阻止晶粒长大从而控制随后组织转变形成的铁素体晶粒的尺寸。加热温度大于950℃时，经正火后得到的铁素体比较粗大，表明第二相粒子逐渐失去对晶粒长大的阻碍作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 钢铁材料的现状与面临的问题
• 1.2 超细晶钢铁材料的作用及钢铁材料细晶强化机制
• 1.2.1 超细晶钢铁材料的作用
• 1.2.2 钢铁材料细晶强化机制
• 1.3 块体超细晶材料的制备工艺研究
• 1.3.1 机械合金研磨细化制备块状钢铁超细晶材料
• 1.3.2 强烈塑性变形制备块状钢铁超细晶材料
• 1.4 微量合金元素对钢铁材料组织的影响
• 1.5 本课题主要研究内容和目的
• 2 实验用钢和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方案
• 2.3 ECAP变形实验
• 2.3.1 试样的制备
• 2.3.2 ECAP变形实验
• 2.4 ECAP变形显微组织的观察
• 2.4.1 取样部位及标记
• 2.4.2 光学显微组织观察
• 2.4.3 透射电子显微组织观察
• 2.5 ECAP变形组织正火实验
• 2.6 力学性能实验
• 2.6.1 拉伸试验
• 2.6.2 硬度试验
• 3 实验结果与分析
• 3.1 ECAP变形试样光学显微组织
• 3.2 ECAP变形试样透射电镜组织观察
• 3.2.1 先共析铁素体组织演变特征
• 3.2.2 珠光体组织演变特征
• 3.3 正火温度对ECAP变形组织的影响
• 3.4 ECAP变形试样的力学性能
• 3.4.1 ECAP变形试样的强度和延伸率
• 3.4.2 ECAP变形试样的显微硬度
• 4 讨论
• 4.1 ECAP变形中铁素体晶粒细化机制
• 4.2 ECAP变形中珠光体的变形机制
• 4.3 第二相粒子对正火组织的影响
• 4.4 力学性能的变化
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献