9Cr18不锈钢热变形行为研究

ＺＡ７３镁合金热变形行为研究　７３　

ＺＡ７３镁合金热变形行为研究　

Ｈｏｔ　Ｔｅｎｓｉｌｅ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ＺＡ７　３　Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　Ａｌｌｏｙ　

张静，廖骞，豆雨辰，何曲波，罗晓东　

（重庆大学材料科学与工程学院国家镁合金　材料工程技术研究中心，重庆４０００４４）　

ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎｇ，ＬＩＡＯ　Ｑｉａｎ，Ｄ０Ｕ　Ｙｕ—ｃｈｅｎ，　ＨＥ　Ｑｕ＿ｂｏ，ＬＵＯ　Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ　（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　

Ａｌｌｏｙｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　

Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４４，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：在应变速率为ｏ．００１Ｓ　和０．１ｓ　、温度为１５Ｏ～３００℃的条件下，采用热模拟对ＺＡ７３镁合金的高温拉伸变形行为　进行了研究，并结合显微组织观察和挤压试验，分析确定了适合该合金的热加工工艺。结果表明：变形温度和应变速率　是影响ＺＡ７３合金流变应力和塑性的关键参数，应变速率一定时，流变应力随温度的增加而降低；温度一定时，流变应力　随应变速率的提高而增加。低应变速率下，温度高于２００℃塑性反而降低；高应变速率下，合金的塑性随着温度的增加　而提高，但在２５０℃时塑性出现反常变化。在２Ｏ０～２５０℃范围内变形时，铸态枝晶网状组织特征消失，第二相化合物呈　颗粒状弥散分布于基体中，尺寸明显细化；３００℃变形时，低应变速率下合金组织明显粗大。细小第二相粒子增多和组织　粗化导致合金热塑性降低。较高的应变速率和较高的温度有利于合金的热变形。在３５０℃和较高应变速率（约０．１Ｓ　）　下，挤压棒材的抗拉强度达３５５ＭＰａ，延伸率仍保持１９　，晶粒尺寸细化至３～６“ｍ。　关键词：变形行为；热模拟；镁合金；ＺＡ合金；显微组织　中图分类号：ＴＧ１４６．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４３８１（２Ｏ１１）０３—００７８　０５　

第２７卷第２期　２０１１年４月　湖南有色金属　ＨＵＮＡＮ　ＮＯＮＦＥＲＲ０ＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　３１　

・材料・　

２０２６铝合金热变形行为的研究　

朱剑军，黄　蓉，唐文杰，李　剑　

（湖南稀土金属材料研究院，湖南长沙４１０１２６）　

摘要：在Ｇｌｅｅｂｌｅ一１５００热／力模拟机上对２０２６合金进行了热压缩试验，研究了其在温度３００—　４５０　ｏＣ和应变速率０．０１～１０　Ｓ　条件下的热变形行为。结果表明：热变形过程中的流变应力可以　很好用双曲正弦本构关系来描述，通过优化　值，可以更精确地得到该合金的表观激活能为２３０．５１　ｋＪ／ｍｏｌ。根据材料动态模型，计算并分析了２０２６合金的加工图。利用加工图确定了热变形的流变　失稳区，合金在热加工温度４５０　ｏＣ，应变速率为０．０１　ｓＩ１时可加工性最优。　

关键词：２０２６合金；流变应力；本构关系；加工图　中图分类号：ＴＧ１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—５５４０（２０１１）０２—００３１—０４　

为了适应大型飞机对蒙皮材料更高的强度和　

“损伤容限”要求，美铝于１９９９年在２０２４合金的基　

础上通过进一步控制杂志元素Ｆｅ、Ｓｉ的含量以及添　

加微量ｚｒ，开发出了新一代高强、高损伤容限２０２６　

合金　１　。该合金比２０２４具有更高的“损伤容限”和　

强度。目前，２０２６合金已经作为下翼面蒙皮材料被　

应用到了空中客车公司的大型飞机Ａ３８０上。　

与其他常规铝合金一样，２０２６合金需经热加工　

成形，而在热加工变形过程中，合金流变应力是很重　

要的一个参数，它的大小决定了变形时所需施加的　

负荷大小及所需消耗的能力的多少，直接影响到加　

工工艺的制订。经统计文献表明，２０２６合金热变形　

表观激活能为２５６～３７８　ｋＪ／ｔｏｏｌ范围ｌ３’４ｊ，可以看出　

其变化范围过大，从而不利于加工工艺的制订。关　

于２０２６合金热变形行为的本构方程，双曲正弦模型　

已广泛用于金属材料的热变形研究中，对于许多铝　

- 1 - 9cr18热膨胀系数

9Cr18是一种常用的高强度不锈钢，具有优良的抗腐蚀性能和高强度性能，因此在机械加工业中得到了广泛的应用。然而，由于9Cr18具有较大的热膨胀系数，使其在高温条件下更容易受到损伤，因此研究9Cr18的热膨胀系数非常重要。

一般来说，9Cr18材料热膨胀系数的大小与外部温度、构成元素及形状等因素有关。在常温下，9Cr18的热膨胀系数为13.8×10-6/℃，其中12.8×10-6/℃为材料本身的热膨胀系数，1.0×10-6/℃为形状变形的热膨胀系数。而在高温下，9Cr18的热膨胀系数会随温度的升高而增大，其最大值为22.1×10-6/。

此外，9Cr18在热处理工艺中会受到部分元素（如铬）的影响。铬是一种能够增加钢材机械力学性能的元素，然而它也会影响9Cr18的热膨胀系数，导致其数值增大。

此外，9Cr18热膨胀系数会受外部温度的影响，随着温度的升高，9Cr18材料的热膨胀系数也会增加，其最大值可达22.1×10-6/℃。

另外，由于9Cr18材料的热膨胀系数会随外部温度的变化而变化，存在着一定的热膨胀补偿技术，它能够有效的抵消9Cr18材料的热膨胀系数的变化，从而有效的保护9Cr18材料的稳定性。

总之，9Cr18热膨胀系数的大小受多种因素的影响，包括材料本身的热膨胀系数、形状变形的热膨胀系数、热处理工艺及外部温度等。研究9Cr18的热膨胀系数，不仅可以帮助我们更深入的了解9Cr18材料的特性，还可以帮助我们运用热膨胀补偿技术来有效的保护9Cr18 - 2 - 材料的稳定性。

３８　材料工程／２０１３年５期　ＡＩＳ１４０３马氏体不锈钢的热变形　特性研究　Ｈ０ｔ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ＡＩＳＩ４０３　Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　Ｓｔｅｅｌ　马龙腾　，王立民　，胡　劲　，刘正东　，张秀丽。　（１昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明６５００９３；　２钢铁研究总院特殊钢研究所，北京１０００８１；　３东北特钢集团抚顺特殊钢股份有限公司技术中心，辽宁抚顺１１３００１）　ＭＡ　Ｌｏｎｇ—ｔｅｎｇ　’。，ＷＡＮＧ　Ｌｉ—ｍｉｎ　，ＨＵ　Ｊｉｎ　，ＬＩＵ　Ｚｈｅｎｇ—ｄｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｕ—ｌｉ。　（１　Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６　５　００　９　３，Ｃｈｉｎａ；２　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌｓ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊ　Ｆｕｓｈｕｎ　Ｓｐｅｃ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ　ｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ；３　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　ａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄｏｎｇｂｅｉ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ　，Ｌｔｄ．，Ｆｕｓｈｕｎ　１１３００１，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　摘要：采用Ｇｌｅｅｂｌｅ　１５００Ｄ热模拟试验机对ＡＩＳＩ４０３马氏体不锈钢进行高温热压缩实验，结合金相组织观察，对其流变　应力进行了研究。结果表明：４０３钢在９５Ｏ～１１５０￣Ｃ，应变速率为０．０１ｎ０．１ｓ－１的条件下，发生了较明显的动态再结晶；　利用Ｚｅｎｅｒ　Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数的双曲对数函数能较好地描述４０３钢的流变行为；经回归得到了４０３钢峰值应力　的表达式　和热变形激活能Ｑ值；通过热加工图的建立获得最佳热变形条件及预测流变失稳区。　关键词：ＡＩＳＩ４０３马氏体不锈钢；动态再结晶；热加工图　ｄｏｉ：ｉ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４３８１．２０１３．０５．００８　中图分类号：ＴＧ１１１．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４３８１（２０１３）０５—００３８—０６　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ＡＩＳＩ４Ｏ３　ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅ１　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　Ｇｌｅｅｂｌｅ一１　５００Ｄ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｆｌｏｗ　ｓｔｒｅｓｓ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｃｒｙｓｔａｌ１ｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　４０３　ｓｔｅｅ１　ｏｃｃｕｒｓ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ａｔ　９　５０—１　１　５０℃ａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｒａｔｅ　ｆｒｏｍ　０．Ｏ１Ｓ　ｔｏ　０．１Ｓ～．Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　４０３　ｓｔｅｅ１　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｗｅｌｌ　ｂｙ　ａ　Ｚｅｎｅｒ—Ｈｏｌ—　ｌｏｍｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ　ｌｏｇａｒｉｔｈｍ　ｔｙｐｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｇｒｅｓｓｅｄ　ｐｅａｋ　ｓｔｒｅｓｓ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｐ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ　Ｑ　ｏｆ　４０　３　ｓｔｅｅｌ　ｄｕｒｉｎｇ　ｈｏｔ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍａｐ，ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｈｏｔ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｂｉｌ—　ｉｔｙ　ｚｏｎｅｓ　ｏｆ　ｆｌｏｗ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｗｅｒｅ　ａｃｑｕｉｒｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＩＳＩ４０３　ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ；ｈｏｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍａｐ　据国际原子能机构公开的资料，在世界第一座核　反应堆运行成功至今的６Ｏ余年里，核能已经占世界能　源总消耗量的６　左右ｌ１］。作为核反应堆堆内构件的　重要部件之一，压紧弹簧除了需要具有耐蚀、耐热性能　外，还要具有良好的力学性能来提供足够的补偿力。　ＡＩＳＩ４０３钢属于高合金马氏体钢，具有优良的综合力　学性能，是压紧弹簧制造的备选材料。目前对ＡＩ—　ＳＩ４０３钢热加工工艺的研究还很不充分，限制了其性　能潜力的发挥。２０世纪６Ｏ年代以来，国内对高温变　形中的组织变化规律方面的研究方兴未艾，如赵宪明　等＿２］对弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ热变形，程晓茹＿３　对管线钢　Ｘ６５再结晶动力学方面的研究，以及刘宁等＿４　对　４０３Ｎｂ钢的流变应力方面的研究。国外学者对高温　变形方面的研究主要集中于高温合金　和不锈钢　］。　热加工图方面，Ｐｒａｓａｄ等＿８　。。根据大塑性变形连续介　质力学、物理系统模拟和不可逆热力学理论建立了动　态材料模型。本工作借助热模拟试验机Ｇｌｅｅｂｌｅ一　１５００Ｄ对ＡＩＳＩ