一种Cr-Mn-N奥氏体钢在冷、热变形条件下的行为

论文摘要

本文通过对32Mn-7Cr-1Mo-0.3N奥氏体钢冷、热变形条件下的力学行为和组织的研究,明确该钢在不同变形条件下的变形及强化机制,对进一步开发高强韧性高锰奥氏体钢有重要意义。采用Gleeble3500热模拟试验机进行热压缩和拉伸试验,同时在MTS电液伺服万能材料试验机和Hopkinson杆装置上分别进行不同温度、不同应变速率下的拉伸和压缩试验。运用金相显微镜和透射电镜（TEM）对变形组织进行分析;采用X射线对高、低应变速率拉伸试样的变形区进行相分析;采用扫描电镜（SEM）对拉伸断口形貌进行分析。热压缩试验结果表明:试验钢高温流变应力和峰值应变随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。真应变为0.6时,在1423K、应变速率在0.1～10s（-1）之间的试样均已发生完全动态再结晶;在1373K以下变形时,试样发生部分动态再结晶。试验钢的热变形激活能Q值为469.03kJ/mol,热变形方程如下:ε|-= 6. 398×1017[sinh（0.00538σp）]6.3423exp[-469030/RT]热拉伸试验结果表明该钢在1223～1423K热加工延性良好。从试验钢的热加工图可以看出随着变形温度的升高及应变速率的降低,试验钢的能量消耗效率η值逐渐增加,在变形温度为1373K左右,应变速率为0.1s-1时,η值达到峰值31%。不同应变速率及变形温度冷变形研究结果表明:在低应变速率下,随形变温度的下降,屈服强度和抗拉强度均显著升高,断面收缩率有所降低,而延伸率在77K下有所增加;高应变速率条件下,随着应变速率升高和温度的降低,抗拉强度迅速增长,而延伸率和断面收缩率变化较小;室温压缩流变应力随着应变速率的升高而增加,当应变速率由0.1s-1升至3000s-1时,平均的流变应力升高大约300MPa。高应变速率下的拉伸断口为韧窝为主的韧性断裂特征。该钢在不同变形条件下具有的高强韧性及组织稳定性与其形变组织中孪晶、位错和ε-马氏体之间的相互作用有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 低温奥氏体钢的发展
• 1.2.1 高锰奥氏体低温钢的发展
• 1.2.2 高锰奥氏体钢的层错能及其变形机制
• 1.2.3 氮强化高锰奥氏体低温钢的发展及研究概况
• 1.2.4 TRIP 和TWIP 效应
• 1.3 材料力学行为的应变率效应及温度效应
• 1.4 材料动态力学性能试验技术的发展
• 1.5 金属热变形
• 1.5.1 高温流变应力的数学描述
• 1.5.2 动态回复和动态再结晶
• 1.5.3 动态再结晶的特征
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 高强韧性铬锰奥氏体钢的成份设计
• 2.1.2 试验用钢的制备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 热处理工艺试验方案
• 2.2.2 热压缩和热拉伸试验
• 2.2.3 低应变速率拉伸试验
• 2.2.4 Hopkinson 杆拉伸和压缩试验
• 2.2.5 组织分析
• 2.2.6 金相组织、断口形貌及变形区TEM 组织观察
• 2.3 本章小结
• 第3章 氮强化高锰奥氏体钢热变形行为
• 3.1 热压缩试验结果与分析
• 3.1.1 真应力-应变曲线分析
• 3.1.2 热变形方程的建立
• 3.1.3 动态再结晶图的建立
• 3.1.4 热加工图的建立
• 3.1.5 高温变形显微组织分析
• 3.1.6 动态再结晶过程的研究
• 3.2 热拉伸试验结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 氮强化高锰奥氏体钢低、高应变速率变形的组织与力学行为
• 4.1 试验钢低应变速率拉伸试验结果及分析
• 4.1.1 试验钢低应变速率拉伸的力学性能
• 4.1.2 变形区X 射线分析
• 4.1.3 变形金相组织
• 4.1.4 变形区TEM 组织
• 4.1.5 试验钢的应变硬化行为
• 4.2 试验钢高应变速率变形试验结果及分析
• 4.2.1 试验钢高应变速率拉伸的力学性能
• 4.2.2 试验钢不同应变速率压缩时的力学行为
• 4.2.3 变形区金相分析
• 4.2.4 拉伸断口的SEM 观察
• 4.2.5 变形区X 射线分析
• 4.2.6 变形区TEM 组织
• 4.3 高应变速率变形及断裂机制讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介