異步軋制制備超細(xì)晶純鐵及其組織和性能研究.pdf

1、鋼鐵是主要的結(jié)構(gòu)材料之一,在未來(lái)的很長(zhǎng)時(shí)間里仍然是重要的結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái),通過(guò)晶粒細(xì)化提高鋼鐵材料的性能成為材料學(xué)界和鋼鐵研究者的關(guān)注熱點(diǎn)。本文以純鐵為研究對(duì)象,通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)的異步軋制設(shè)備制備超細(xì)晶純鐵,研究了異步軋制純鐵產(chǎn)生的剪切應(yīng)變的大小和分布,系統(tǒng)地研究了剪切應(yīng)變對(duì)純鐵的組織、織構(gòu)和性能的影響,試圖為鋼鐵材料的超細(xì)晶化研究探索一種新的技術(shù)方法。
　　 本文通過(guò)有限元法模擬純鐵在異步軋制中的變形過(guò)程,研究了軋下量、摩擦系數(shù)和

2、軋制方式對(duì)純鐵塑性流變的影響。有限元模擬結(jié)果表明,純鐵在同步軋制時(shí)產(chǎn)生單一的壓應(yīng)變,而在異步軋制時(shí)還產(chǎn)生額外的強(qiáng)烈剪切應(yīng)變。隨著軋下量的增加,異步軋制軋材的剪切應(yīng)變逐步增加。在相同軋下量的時(shí)候,增大軋輥與軋材間的摩擦系數(shù),能提高異步軋制軋材的剪切應(yīng)變。
　　 使用在純鐵中植入異質(zhì)金屬銅片的方法對(duì)純鐵異步軋制后的變形行為進(jìn)行直接觀測(cè)。本文根據(jù)彈塑性基本理論推導(dǎo)了分析計(jì)算剪切應(yīng)變和等效應(yīng)變的計(jì)算公式。根據(jù)直接觀測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算了純鐵經(jīng)過(guò)

3、不同軋下量異步軋制后的等效應(yīng)變,隨著軋下量的增加,軋材的等效應(yīng)變逐漸增大。純鐵經(jīng)過(guò)異步軋制后產(chǎn)生了強(qiáng)烈的剪切應(yīng)變,剪切應(yīng)變沿厚度的分布不均勻,在上軋面具有最大值約為13.17,隨著厚度的增加,在中心部位具有最小值為1.3左右。
　　 本文使用異步軋制方法成功制備了平均晶粒尺寸為0.9μm、大角度晶界達(dá)60％的等軸狀超細(xì)晶純鐵,其CSL晶界達(dá)到35％左右,旋轉(zhuǎn)軸都為[111]晶帶軸。
　　 異步軋制超細(xì)晶純鐵的組織在軋制厚

4、度方向上呈現(xiàn)一定的不均勻性,但是這種不均勻性不顯著。這是由異步軋制過(guò)程中純鐵產(chǎn)生的剪切應(yīng)變、等效應(yīng)變分布不均勻?qū)е碌?。異步軋制超?xì)晶純鐵在400℃退火1小時(shí)后晶粒基本沒(méi)有明顯長(zhǎng)大,沒(méi)有再結(jié)晶現(xiàn)象發(fā)生。再結(jié)晶開(kāi)始溫度在400℃和500℃之間,再結(jié)晶過(guò)程在600℃時(shí)全部完成。
　　 在體心立方結(jié)構(gòu)的異步軋制純鐵中發(fā)現(xiàn)了{(lán)100}面織構(gòu),該織構(gòu)很難通過(guò)冷軋方式直接獲得,該織構(gòu)的形成是異步軋制過(guò)程中純鐵產(chǎn)生的剪切應(yīng)變和壓應(yīng)變共同作用的結(jié)

5、果。該織構(gòu)高度依賴于軋制方式,純鐵經(jīng)過(guò)同步軋制可以得到高斯取向G{110}<001>,但是通過(guò)異步軋制可以獲得{100}面織構(gòu)。異步軋制在純鐵中制備的{100}面織構(gòu)在軋材厚度方向上分布均勻,沒(méi)有明顯的分層現(xiàn)象。異步軋制純鐵的{100}面織構(gòu)在繼續(xù)進(jìn)行70％同步軋制后仍然是{100}面織構(gòu),但是在400℃退火后其{100}面織構(gòu)就完全消失而形成其它織構(gòu)。
　　 隨著異步軋制軋下量的增加,純鐵的顯微硬度和屈服強(qiáng)度逐漸增大,它們與軋

6、下量基本呈線性關(guān)系。這種強(qiáng)度的提高既是晶粒細(xì)化的效果,也是加工硬化強(qiáng)化的結(jié)果。經(jīng)過(guò)計(jì)算,當(dāng)軋下量為90％時(shí),純鐵的位錯(cuò)密度達(dá)到1.75×1015 m-2。異步軋制超細(xì)晶純鐵的斷裂狀態(tài)為韌性斷裂,由大量等軸韌窩組成,隨著軋下量的增加,韌窩的尺寸逐漸減小。
　　 異步軋制超細(xì)晶純鐵經(jīng)過(guò)不同溫度退火后獲得不同晶粒尺寸的純鐵,它們的屈服強(qiáng)度服從Hall-Perch關(guān)系,Hall-Petch系數(shù)為0.583MN/m2/3。隨著晶粒尺寸減小