D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.01.016 第26卷第1期 北京科技大学学报 Vol.26 No.1 2004年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2004 形变诱导析出在SAF2205超塑 组织细化中的作用 张沛学任学平谢建新王伟 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要运用变形能、相变温度、原始晶粒尺寸与金属组织细化之间的关系，提出了控制σ相 析出的新方法.在此基础上，用分段恒温拉伸的方法，对SAF2205钢恒温热拉伸后的性能和 微观组织进行了实验研究，研究结果表明：采用变温的恒温热拉伸方法，通过快速冷却，使σ 相的析出发生在变形过程中，细小、弥散分布的σ相可以抑制晶粒的长大：为了保证σ相的形 变诱导析出，实现双相不锈钢的低温超塑性变形，需要采用较快的冷却速度. 关键词晶粒细化：形变诱导析出；变形能：超塑性 分类号TG113.2 双相不锈钢的超塑性是由微细晶粒超塑性 临界晶核的形成功，k为玻耳兹曼常数，T。为相 和相变超塑性共同作用的结果，目前，对双相不 变温度，W为变形能，△H为摩尔相变潜热， 锈钢超塑性的解释有晶粒转动、晶界滑移和晶粒 由式(1)可知：对于具有相变的材料，相变温 转出等变形机制模型，而这些模型中都没有涉 度T。越低，所得到的晶粒尺寸越小，相变温度是 及到晶粒细化的问题.实际上，在双相不锈钢超 可以通过冷却速度来进行调整的，冷却速度越 塑性变形过程中，晶粒的不断细化是获得超塑性 快，相变温度越低，晶粒尺寸越小，当变形温度与 的重要原因.可见，探讨双相不锈钢在超塑性变 相变温度相同时，就会发生形变诱导相变，使双 形过程中的组织细化原因和影响因素，是一项值 相不锈钢的晶粒得到明显的细化.变形能是由变 得重视的工作.本研究的目的是从理论上分析变 形量和变形温度所决定的，变形量越大，变形温 形能、相变温度、原始晶粒尺寸与金属组织细化 度越低，材料变形抗力越高，变形能也就越大，所 之间的关系，为双相不锈钢恒温热拉伸过程组织 得到的晶粒尺寸越小， 转变以及组织细化技术的开发提供理论依据，同 对于双相不锈钢，σ相析出也是一种相变过 时也为实现双相不锈钢低温超塑性奠定基础. 程.σ相的弥散析出，有利于细化组织，提高双相 不锈钢的超塑性，为了创造σ相弥散析出的条件， 1研究方法 需要控制σ相析出过程， 对于双相不锈钢，800~950℃是σ相最容易析 根据式(1)，本研究设计了如图1所示的研究 出的温度区域.σ相是一种脆性相，对双相不锈钢 方法.首先将试样加热到960℃，保温3min,变形 的室温塑性有不利的影响.但是双相不锈钢所具 ↑960℃，保温3min,变形30% 有的良好超塑性特点，暗示了σ相在双相不锈钢 M 2℃s降温+850℃拉伸 超塑性变形过程中起着非常重要的作用.下式给 、20℃s降温+850℃拉伸 出了晶粒尺寸随变形能、相变温度、原始晶粒尺 WWWM 寸的变化规律： d.-desp1-exp (1) 式中，d,为晶粒尺寸，d为原始晶粒尺寸，△G为 时间/s 收稿日期200303-17张沛学男，37岁，博士生 图1分段恒温热拉伸实验过程示意图 *北京市科委基金资助项目No.9550310900) Fig.1 Whole procedure during the isothermal tensile test第 2 6 卷 第 1期 2 004 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u rn a l fO U n vi e rs tiy o f s e le n c e a n d l’e c h . o l o gy B e ji恤 g Vb l . 2 6 N 0 . 1 F e b 。 2 0 4 形变诱导析出在 S A F 2 2 0 5 超塑 组织细化 中的作用 张 沛学 任 学平 谢建新 王 伟 北 京科技 大学 材料 科学 与工程 学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 运 用变形 能 、 相变温 度 、 原始 晶粒尺 寸 与金 属组织 细化 之 间的关 系 , 提 出 了控制 6 相 析 出的 新方法 . 在 此基 础上 , 用 分段恒 温 拉伸 的方 法 , 对 S A F 2 2 05 钢 恒温 热拉 伸后 的性 能和 微观 组织 进行 了实 验研 究 . 研究 结果 表 明 : 采 用变 温 的恒温 热拉伸 方法 , 通过 快速冷 却 , 使。 相 的析 出发生 在变 形过程 中 , 细 小 、 弥 散分 布 的。 相 可 以抑 制晶粒 的长大 ; 为 了保 证口 相 的形 变诱 导析 出 , 实现双 相不锈 钢 的低温 超 塑性 变形 , 需要采 用较 快 的冷却 速度 . 关键 词 晶粒 细化 ; 形变 诱 导析 出 ; 变 形能 ; 超塑 性 分类 号 T G 1 13 2 双相 不锈 钢 的超 塑 性 是 由微 细 晶粒 超 塑 性 和相 变超 塑 性共 同作用 的结 果 . 目前 , 对 双相 不 锈钢 超塑 性 的解释 有 晶粒转 动 、 晶 界滑移 和 晶粒 转 出等变 形机 制模 型 `, .2] , 而这 些模 型 中都 没有 涉 及 到 晶粒 细 化 的 问题 . 实 际 上 , 在 双相 不 锈钢 超 塑性 变形 过程 中 , 晶粒 的不 断细 化 是获得 超 塑性 的重 要 原 因 . 可见 , 探讨 双 相不 锈 钢在 超 塑性 变 形过程 中 的组织 细化 原 因和 影响 因素 , 是 一项 值 得重视 的 工作 . 本研 究的 目的是 从理 论上 分析 变 形能 、 相变 温度 、 原 始 晶粒尺 寸 与金 属 组织 细 化 之 间的关 系 , 为双相 不锈 钢恒 温热 拉 伸过 程组 织 转 变 以及组 织细 化技术 的开 发提 供理 论依据 , 同 时也 为实 现双 相 不锈 钢 低温 超 塑性 奠 定基 础 . 侧户、明滚只口 1 研 究方 法 对 于双 相不 锈钢 , 8 0 一9 50 ℃ 是 6 相最 容 易 析 出的温度 区域 . G 相是 一种 脆性 相 , 对双 相不 锈 钢 的室温 塑性 有不 利 的影响 . 但 是双 相不 锈钢 所 具 有 的 良好超 塑 性特 点 , 暗 示 了G 相在 双相 不 锈钢 超塑 性变 形过 程 中起着 非常 重要 的作用 . 下 式给 出了 晶粒尺 寸 随变 形 能 、 相 变温 度 、 原始 晶 粒尺 寸 的变化 规 律 `3] : 临 界 晶核 的形 成 功 , k 为 玻 耳 兹 曼 常 数 , 0T 为相 变 温度 , 砰 为变 形 能 , A 万 为摩 尔相 变潜热 . 由式 ( l) 可知 : 对 于 具有 相变 的材 料 , 相 变温 度 0T 越 低 , 所 得 到 的 晶粒尺 寸 越 小 . 相变 温 度是 可 以通 过 冷却 速 度 来进 行 调 整 的 , 冷 却速 度越 快 , 相 变温 度越低 , 晶粒 尺寸越 小 . 当变 形温 度与 相 变温 度 相 同 时 , 就会 发 生形 变诱 导 相变 , 使双 相 不锈钢 的晶粒得 到 明显 的细 化 . 变形 能是 由变 形 量和 变 形温 度所 决 定 的 , 变 形量 越大 , 变 形温 度越 低 , 材料 变形 抗 力越 高 , 变 形 能也就越 大 , 所 得 到 的晶 粒尺 寸越 小 . 对 于 双相 不 锈 钢 , 0 相 析 出也 是 一种 相 变 过 程 . 6 相 的弥 散析 出 , 有 利 于细 化组 织 , 提 高双 相 不锈 钢 的超塑性 . 为 了创 造 6 相 弥散析 出的条件 , 需要 控 制。 相析 出过 程 . 根 据式 ( 1) , 本研 究设 计 了如 图 1 所示 的研 究 方法 . 首 先 将试 样加 热 到 9 60 ℃ , 保温 3 m in , 变 形 t 9 6 0 c0 , 保温 3 m in ,变形 3 0 0, 2℃ s/ 降温十 8 50 ℃ 拉伸 卜 、 20 ℃ s/ 降温十 850 ℃拉伸 , 卜△’G ) , ( 牙 1 a p 一 a o e xP I万丽下L ` 一 ex p ( 一 五万)」J 式 中 , dP 为 晶粒尺 寸 , d0 为 原始 晶粒 尺 寸 ( l ) , △’G 为 收稿 日期 20 03 刁3一 17 张 沛学 男 , 3 7 岁 , 博 士生 * 北京市 科委基 金 资助项 目(N 0 . 9 55 0 3 10 9 00 ) 时 间s/ 图 1 分 段恒 温热 拉伸 实验 过程示 意 图 F ig · 1 W h 0 l e Por e de u re d u irn g ht e is o t h e r m a l t e n s业 俪t DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 01. 016