高應(yīng)變速率下超細晶粒高碳鋼微復(fù)相組織的動態(tài)響應(yīng)及微觀組織演變.pdf

1、超細晶粒鋼(Ultrafine Grained Steel,簡稱UFG鋼)作為當今世界鋼鐵材料技術(shù)領(lǐng)域所關(guān)注的熱點，憑借其優(yōu)越的綜合機械性能，如高強度、高塑性力學(xué)性能以及較低溫度下的高應(yīng)變速率加工超塑性而倍受人們青睞。目前，關(guān)于超細晶粒鋼的微觀組織特性、靜態(tài)及準靜態(tài)條件下力學(xué)響應(yīng)的研究已取得重要進展，但對于動態(tài)加載條件下超細晶粒鋼的微觀組織演變及力學(xué)響應(yīng)的研究相對薄弱，在國內(nèi)外還鮮有文獻報道。
　　本文利用等徑彎曲通道變形(Equ

2、al ChannelAngular Pressing，簡稱ECAP)方法在高碳珠光體鋼中成功制備出等軸鐵素體晶粒尺寸約400nm，球化完全滲碳體顆粒粒徑約150nm的超細微復(fù)相組織(α+θ)，借助分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar，簡稱SHPB)系統(tǒng)研究了在不同高應(yīng)變速率條件下超細晶粒高碳鋼的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)，利用掃描電鏡(Scanning Electron Microscope，簡稱SEM)、透射

3、電鏡(Transmission Electron Microscope，簡稱TEM)觀察其微觀組織演變過程。層片狀珠光體組織與超細晶粒高碳鋼中均能形成絕熱剪切帶(Adiabatic Shear Bands，簡稱ASB)，但絕熱剪切帶內(nèi)微觀組織演變特性有所不同。層片狀珠光體內(nèi)高密度位錯相互纏結(jié)，對鐵素體基體分割形成亞晶，亞晶在高度集中的應(yīng)變應(yīng)力作用下發(fā)生連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶形成等軸鐵素體，鐵素體在動態(tài)回復(fù)中晶界處伴隨有細小滲碳體顆粒析出，最終形

4、成微觀組織為超細微復(fù)相組織(α+θ)的絕熱剪切帶；超細晶粒高碳鋼在高應(yīng)變速率變形條件下，微觀組織內(nèi)等軸鐵素體首先在剪切應(yīng)力作用下發(fā)生晶格畸變被拉長形成形變帶，高度集中的應(yīng)變使被拉長的鐵素體晶界內(nèi)位錯相互纏結(jié)形成位錯胞，位錯相互反應(yīng)形成亞晶，亞晶發(fā)生連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶形成晶粒尺寸更加細小的等軸鐵素體，同時鐵素體內(nèi)過飽和碳原子沿鐵素體晶界析出粒徑較小的滲碳體顆粒，最終形成絕熱剪切帶。層片狀珠光體和超細晶粒高碳鋼平均應(yīng)變速率隨著彈體速度 V0的增

5、加而增加，超細晶粒高碳鋼應(yīng)變速率敏感性高于層片狀珠光體；由基體組織到絕熱剪切帶硬度呈上升趨勢，絕熱剪切帶內(nèi)硬度達到最高。層片狀珠光體原始顯微硬度值226HV，絕熱剪切帶內(nèi)硬度值隨著彈體速度V0升高而增大，由266HV增至292HV，V0=33m/s時相比基體顯微硬度增幅約29.2％；超細晶高碳鋼組織原始顯微硬度值246HV，絕熱剪切帶內(nèi)硬度值隨V0升高先下降后升高，V0=33m/s時硬度達到最大值314HV，增幅約27.6%。與相應(yīng)的納

6、米壓痕硬度結(jié)果相吻合。動態(tài)壓縮變形后層片狀珠光體試樣、兩道次 ECAP變形試樣和超細晶粒高碳鋼試樣均未發(fā)生宏觀斷裂現(xiàn)象。層片狀珠光體組織橫截面觀察到寬度約100nm的細長微裂紋、鋸齒形裂紋等，縱深微觀組織內(nèi)觀察到孔洞缺陷和細小微裂紋；兩道次 ECAP變形試樣中觀察到孔洞等缺陷，局部區(qū)域內(nèi)孔洞缺陷已貫穿連接；而超細晶粒高碳鋼組織中未發(fā)現(xiàn)此類缺陷。說明動態(tài)加載過程中微觀組織結(jié)構(gòu)是影響試樣內(nèi)部斷裂缺陷萌生的主要因素之一。微觀組織越均勻，晶粒尺