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1996年2月第17卷第1期东北大学学报;自然科学版ΓJou rnalofN o rtheastern U n iversity;N atu ral ScienceΓFeb.1996V o l117Κ№1冷变形对2Cr19N i9M o钢组织与性能的影响Ξ李春生① 孙振岩;材料科学与工程系Γ摘 要 研究了冷变形对2C r19N i9M o钢组织与性能的影响.结果表明Κ固溶态的2C r19N i9M o钢经冷变形后会发生Χ→Ε→Α′或Χ→Α′的应变诱发相变.随形变量的增加ΨΑ′马氏体含量呈指数关系增加Κ钢的强度、硬度以较大幅度呈线性关系增加.关键词 2C r19N i9M o钢Κ冷变形Κ应变诱发相变.分类号 T G1421252C r19N i9M o钢是在1828钢基础上研制出来的一种新型亚稳奥氏体不锈钢.由于该钢的含碳量较高Κ且又经90%左右的冷变形后才付诸使用Κ因而具有较高的弹性极限.可以认为Κ这种钢是良好的耐蚀弹性材料.有关亚稳奥氏体不锈钢的组织、性能已有广泛研究Κ但有关2C r19N i9M o钢冷变形后的组织、性能尚研究较少.本文目的在于研究该钢经不同冷变形后的组织与性能变化Κ并可望对实际生产有一定作用.1 实验方法试验用钢为本钢提供的2C r19N i9M o钢Κ化学成分;质量百分数Γ为ΠC0126ΚC r19109ΚN i 9139ΚM o1164ΚSi1144ΚM n2101ΚP0103ΚS01004.为了研究不同形变量下的组织与性能Κ首先将试验用钢热轧至410mm厚Κ并于1150℃温度固溶处理Κ然后在室温下将处理后的试料分别轧至不同厚度Κ从而获得一组不同形变量的试块Κ其实际形变量为Π25%Κ30%Κ40%Κ50%Κ60%Κ66%Κ80%Κ90%.采用线切割的方法将不同形变量的试块加工成标准拉伸试样Κ在液压式万能试验机上进行拉伸试验.形变后试样的物相分析在D500X射线衍射仪上进行.分别用E M400电子显微镜和普通金相显微镜进行显微组织观察.制备薄膜试样用的电解液成分为10份无水乙醇加018份高氯酸Κ电解减薄电压为150VΚ电流密度50mA mm2.金相试样腐蚀剂的成分为FeC l3 ;5gΓ+盐酸;50m lΓ+水;100m lΓ.用普通维氏硬度计测定了不同形变量试样的硬度Κ用1053型铁素体仪测定了不同形变量试样中Α′马氏体的相对含量.Ξ1995207218收到. ①男Κ58Κ副教授.2 实验结果与讨论211 形变对显微组织的影响金相观察表明Κ2C r 19N i 9M o 钢经1150℃固溶处理后Κ金相组织为等轴状的奥氏体.经不同形变量的变形后Κ晶粒形状发生改变.随着形变量的增大Κ晶粒形状明显地由等轴状过渡到条带状Κ但在金相显微镜下没有观察到形变后有新相产生.然而ΚX 射线衍射、透射电镜显微组织观察及磁性测量都表明Κ该钢经冷变形后Κ伴随加工硬化的同时Κ显微组织中除晶粒形状发生了改变外Κ还发生了Χ→ΕΨΧ→Α′的应变诱发相变.X 射线衍射的结果是Ψ形变量小的试样中除基体Χ相外Ψ还有Ε相存在Ψ而形变量大的试样中除ΧΨΕ外Ψ又有Α′相出现.透射电镜观察进一步发现Ψ冷变形试样中Ε相较多Ψ无论是在形变量大的试样中还是在形变量小的试样中都很容易观察到.图1是25%变形试样中的Ε马氏体形貌电镜照片.可以看到ΨΕ马氏体主要呈平行排列的条状Ψ且有时可呈两组交叉存在. 图1 25%形变试样中的Ε马氏体图2 实测的Α′马氏体含量与形变量Ε之间的关系 图2是实测的Α′马氏体相对含量与形变量关系曲线.形变量小时Α′马氏体含量很少Ψ例如Ψ形变量为25%Κ30%时ΨΑ′马氏体仅分别为111%Κ113%Ψ随着形变量的增加ΨΑ′马氏体含量明显增加.对本实验中8个形变量下测得的数据进行回归分析表明ΨΑ′马氏体含量与形变量之间近于呈指数关系Ψ并可用y =316×10-3e 412x 的回归方程来表示Ψ其中x 为形变量Ψy 为Α′马氏体含量.表1中列出了实测值与由上述方程计算的预报值.可以看出Ψ在试验范围内Ψ预报值与实测值符合得较好Ψ不仅预报值与实测值差别较小Ψ而且预报值的分布也比较合理.表1 Α′含量的实测值与预报值% 形变量2530405060668090实测的Α′含量1111131172184176149141615预报的Α′含量1103112711932194414751761013615177实测值-预报值01070103-0123-011401230164-019601832C r 19N i 9M o 钢冷变形状态下容易形成Ε马氏体可归因于层错能的作用.由于该钢含有较多的铬Ψ且又含一定量的锰Ψ因而固溶处理后具有较低的层错能Ψ致使形变过程中有利于层错形成[1Ψ2].3.75第1期李春生等Π冷变形对2C r 19N i 9M o 钢组织与性能的影响图3 90%形变试样中的层错献[3]的观点Ψ层错可视为Ε相的晶胚Ψ这就导致了冷变形过程中会有较多的Ε相形成.关于亚稳奥氏体不锈钢中Α′马氏体的形成有两种不同的观点.一种观点认为形变过程中先发生Χ→Ε转变Ψ而后再发生Ε→Α′的转变ΨΕ可视为过渡相[4～6].另一种观点则认为Ε相只是在Χ→Α′相变过程中具有大的形状应变造成的Ψ并且认为由对称性低的hcp 结构向对称性高的bcc 结构转变的可能性不大[7].在本工作中既观察到了由Χ直接转变的Α′马氏体Ψ又观察到了由Ε相上形核的Α′马氏体Ψ见图4.有趣的是Ψ在Ε相上形核的Α′马氏体非常细小Ψ但数量相对较多Ψ且在形变量小的试样中就可观察到.而直接由Χ相转变的Α′马氏体仅在形变量大的试样中才观察到Ψ其形貌呈相对较大的弧立片状Ψ由奥氏体晶界伸向晶内Ψ这一结果与Α′马氏体含量的测定结果相符.形变量小时ΨΑ′马氏体通常按Χ→Ε→Α′的转变方式形成Ψ且由于这种Α′马氏体非常细小Ψ所以形变量小时测得的Α′马氏体含量较少.随着形变量的增加Ψ一方面通过Χ→Ε→Α′转变的Α′马氏体量增加Ψ一方面由于形变量增大Ψ应变诱发相变的驱动力增大Ψ从而可发生Χ→Α′的转变Ψ致使Α′马氏体总量呈近于指数的关系增长.图4 不同形变量试样中的Α′马氏体;a Γ—25%变形Μ;b Γ—90%变形.212 冷变形对性能的影响实验测定的强度、硬度与形变量的关系如图5所示.随形变量的增加Κ强度与硬度均以较大的幅度呈近于线性的关系增加.例如Κ形变量为25%时强度为1030M Pa Κ硬度为HV 261Μ当形变量达90%时Κ强度为1762M Pa Κ硬度为HV 469Κ两者的相对增加量分别为4115%和4413%.85东北大学学报;自然科学版Γ第17卷图5 强度Ρb Κ硬度HV 与形变量Ε的关系○—HV Μ●—Ρb .2C r 19N i 9M o 钢之所以能够承受90%以上的冷变形并具有很高的强度Κ是由于两个方面的作用.一方面因为该钢经固溶处理后组织为f cc的奥氏体Κ这种组织不仅塑性好Κ可以经受较大的冷变形Κ而且加工硬化指数较大Κ加工硬化效果显著Κ冷变形后可获得较高的强度与硬度.另一方面Κ由于在变形过程中发生应变诱发的Χ→Α′相变Ψ这种相变既有强化作用又有使局部应力集中区域发生应力松驰的作用Ψ从而进一步增加了钢的强度和塑性.但值得注意的是Ψ由于本工作测定的Α′量随形变量的增加近于呈指数增长Κ而强度、硬度随形变量呈线性关系增加Κ因而可以推断Κ强度、硬度随形变量的增加主要贡献是加工硬化.3 结 论;1Γ2C r 19N i 9M o 钢冷变形后会产生应变诱发Ε马氏体、Α′马氏体.Α′马氏体可按Χ→Ε→Α′的方式形成Ψ也可由Χ直接转变而成.;2Γ随形变量增加ΚΑ′马氏体含量呈指数关系增加Κ具体关系为y =316×10-3e 412x .;3Γ随形变量增加Κ钢的强度、硬度以较大幅度呈线性关系增加Κ除加工硬化作用外Κ应变诱发相变也有一定贡献.参考文献1Gallagher P C J .T he influence of alloying Κtemperaturre Κand realed effects on the stack ing fault energy .M et T rans Κ1970Κ1;9ΓΠ24292БутаковаЭДΚЗймонбтТДΚМалышевКА.ВияниехромаиникелянамартенситноепревращениепридеформацииимеханмческиесвойствасплавовFe 2N i 2C r .ФММΚТОМΚ1971Κ31;3ΓΠ5743БутаковаЭДΚМалышевКАΚНосковаНИ.Энергиядефектаупаковкивсплавахжелезо2никельижелезо2никель.Хром.ФММΚТОМΚ1973Κ35;3ΓΠ6624R eed R P .T he spontaneous m artensitic transfo r m ati ons in 18%C r Κ8%N i steels .A cta M et Κ1962Κ10;8ΓΠ8655L agnebo rg R .T he m artensite transfo r m ati on in 18%C r 28%N i .A cta M et Κ1964Κ12;7ΓΠ8236НемировскийЮРΚНемировскийМР.Анализвзаимосвязисдвиговыхпроцессоввпересекающихсяплоскостях{111}Χ∥{001}ΕиобразованияΑ′2мартенситапридеформациисталейснизкойэнергейдефектовупаковкиаиштенита.ФММΚТОМΚ1986Κ62;4ΓΠ7537D ash J ΚO tte H M .T he m artensite transfo r m ati on in stainless steel .A cta M et Κ1963Κ11;10ΓΠ1169Effect of Co ld D efo rm ati on on Structu re and P roperties of 2C r 19N i 9M o SteelL i Chunsheng ΨS un Z heny anABSTRACT T he m icro structure and p roperties fo r defo r m ed austenite stainless steel 2C r 19N i 9M o has beenexperi m entally studied .T he results indicate that the defo r m ati on of so lubilized 2C r 19N i 9M o steel at roomtemperature induces Εm artensite and Α′m artensite .W ith the increasing of rate of defo r m ati on Κthe quantityof Α′m artensite rises exponentially and the strength and hardness of the steel rise linearly .KEY WOR D S 2C r 19N i 9M o steel Κco ld defo r m ati on Κstrain induced transfo r m ati on .95第1期李春生等Π冷变形对2C r 19N i 9M o 钢组织与性能的影响。
金属材料冷形变与退火过程的组织和性能分析国滔材科０９５４０９３０３６６摘要：金属材料的冷形变和退火过程中，组织的变化会导致材料有不同的性能。
本次实验主要观察α-Fe、Al、Zn进行冷形变后滑移、孪晶和组织，并对α-Fe 在相同型变量、相同温度条件，经过不同时间退火后的回复再结晶情况，α-黄铜经相同时间不同退火温度后的回复再结晶的情况进一步观察分析，并测定了不同冷变形程度的纯铜样品以及68%冷变形并经不同温度退火一小时的纯铁样品的硬度。
关键词：形变量；冷形变；滑移；孪晶；回复；再结晶。
一、材料冷形变对组织变化及性能的影响概述1、材料的冷变形冷变形或冷加工是金属在再结晶温度以下所进行的变形或加工，如钢的冷拉或冷冲压等。
本实验进行的观测的是塑性变形（即获得的力撤除后不可恢复的永久变形）对材料微观组织和力学性能的影响规律，且仅涉及在低于材料再结晶温度的条件以滑移、孪生等基本形式发生的塑性变形（即“冷变形”），因为材料冷形变所引发的组织结构和力学性能变化可以在变形后保留下来。
2、冷变形程度对微观组织性能的影响：冷形变导致晶粒组织呈现方向性，且其程度随变形量的增大而增大。
在形变前显微组织为等轴晶粒，经受较大程度的方向性形变后导致晶粒沿受力方向伸展，变形越大则晶粒被拉得越长。
当变形程度很大时，晶粒不但被拉长，晶粒部还会被许多的滑移带分割成细的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状物质。
3、冷形变材料的组织和性能在退火加热时的变化冷形变金属处于高能量的不稳定状态，力求在适当的条件下过度到无畸变能的更稳定状态。
在室温或远低于材料再结晶温度下，冷变形状态的组织和性能稳定，可以长时间维持不变；退火加热则为晶粒发生回复、再结晶和晶粒长大创造外界条件，使得组织和性能发生变化。
二、实验样品1、冷变形样品①α- Fe : 经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形样品各一块，均为经化学浸蚀好的金相样品（光学显微镜观察用），浸蚀剂：4%硝酸酒精。
冷变形对组织与性能影响一、实验目的1. 研究冷变形金属经回复过程以后组织性能的变化。
2. 了解冷变形金属的回复机制。
3. 了解不同变形度的金属经回复后，组织变化的区别。
二、实验原理金属和合金在经塑性变形后，不仅内部组织结构与各项性能均发生相应的变化，而且由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高，将使其处于热力学不稳定的高自由能状态。
冷变形后材料经重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。
回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。
在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。
由于回复机制的加热温度不同，冷变形金属的回复机制各异。
低温时，回复主要与点缺陷的迁移有关，冷变形时产生了大量的点缺陷--空位和间隙原子，点缺陷运动所需的热激活能较低，因而可在较低温度下进行。
它们可迁移至晶界，并通过空位与位错的交互作用、空位与间隙原子的重新结合，以及空位聚合起来形成空位对、空位群和空位片—崩塌成位错环而消失，从而使点缺陷密度明显下降。
故对点缺陷很敏感的电阻率此时也明显下降。
加热温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。
回复的机制主要与位错的滑移有关：同一滑移面上异号位错可以互相吸引而抵消；位错偶极子的两条位错线想消等。
高温时，刃型位错可获得足够的能量产生攀移。
攀移产生了两个重要的后果：1、使滑移面上不规则的位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，这种分布可显著降低位错的弹性畸变能，因此，可看成对应与此温度范围，有较大的应变能释放。
2、沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙，以及由此所产生的亚晶，即多边化结构。
三、实验设备及材料设备：轧机，砂轮，不同粒度级别的砂纸，空气压缩机，砂纸磨光机，金相显微镜，加热炉。
材料：经过不同百分比冷变形的Q235b钢板，浸蚀液。
四、实验步骤和方法实验内容将Q235b刚冷轧变形量10%\ 20% 30% 40% 60% 80% 90%，研究硬度、组织、电阻率与变形程度的关系，组织变化的各向异性。
苏铁健1. 冷变形金属的组织变化（1）点缺陷（空位）密度增加位错在外力作用下攀移的结果；（2）位错密度增加金属塑性变形时，位错源在外力作用下不断产生新的位错；（3）晶粒碎化塑性变形足够大时，出现位错缠结并进一步发展形成位错胞结构（中心位错密度低，胞壁处位错密度很高），使得晶粒分割成很多极小的碎块，称为晶粒碎化；剧烈冷变形金属中的位错胞（4）纤维组织随着变形量增加，晶粒沿着最大变形方向伸长，最后成为细条状，这种变形组织称为纤维组织；（5）变形织构塑性变形量足够大时，各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒，各晶粒的取向逐渐趋向一致，这种组织称为变形织构。
变形前变形后的纤维组织变形织构1）加工硬化金属随着变形量增加，其强度与硬度增加，塑性降低的现象。
原因：塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加，使得位错滑移更为困难；软取向晶粒朝着硬取向变化。
加工硬化是不能用热处理强化的金属材料（如奥氏体不锈钢制品）提高强度的主要途径。
2）产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性，造成卸载后仍在其内部留存应力，称为残余应力。
根据其作用范围大小分为：宏观残余应力（第一类残余应力）遍及整个材料微观残余应力（第二类残余应力）晶粒尺度点阵畸变（第三类残余应力）晶粒内部第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。
而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。
3）出现各向异性塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组织，即变形织构，导致其力学、物理等性能呈现方向性（不同方向性能不同）。
板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀，冲压成的零件边缘出现凹凸不平的形状，称为制耳现象。
板料冲压件的制耳现象4）物理、化学变化电阻率提高；密度下降；耐蚀性降低。
加热会增强原子的活动能力，使金属的组织和性能会通过回复、再结晶等一系列变化过程重新回到冷变形前的状态。
1）回复组织变化——加热温度较低时，原子将获得一定扩散能力。
通过原子的扩散，点缺陷密度下降，位错形成亚晶界。
