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        奧氏體不銹鋼的變形程度及再結(jié)晶退火對(duì)硬度性能的影響

        2011-03-21 01:11:06楊方敏回士旭高雷雷
        關(guān)鍵詞:壓下量再結(jié)晶奧氏體

        楊方敏,回士旭,高雷雷

        (河北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院,河北 唐山063009)

        0 引 言

        奧氏體不銹鋼:在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni8%~10%、C約0.1%時(shí),具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體型不銹鋼的顯微組織為奧氏體。它是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚕é豊i=8%~25%)而形成的。

        本文針對(duì)奧氏體不銹鋼變形量、變形程度和退火溫度對(duì)硬度的影響,選用0Cr18Ni9Ti鋼對(duì)不同變形程度及加熱溫度對(duì)硬度的影響的研究,為常溫軋制與硬度的關(guān)系研究提供了理論依據(jù)。

        1 試驗(yàn)條件

        1.1 材料

        試驗(yàn)用鋼為國產(chǎn)3.20mm厚度的0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼,化學(xué)成分如表1所示。試樣均取自同一爐鋼。鋼的原始硬度為:HBS238.3。

        表1 Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比,%)

        1.2 試樣的制備過程

        (1)試驗(yàn)材料取6個(gè)0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼試樣作為冷軋?jiān)荚嚇?,用卡尺測定其厚度為h0=3.20mm。塑性變形量的大小,常依據(jù)變形方式的不同用不同的指數(shù)來表示[1]。變形程度用下列公式表示:

        式中,e%為變形程度,h0為試樣的原始厚度(mm),h1為試樣變形后的厚度(mm)。如表2所示為不同壓下量后試樣的厚度以及金屬的變形程度。

        表2 試樣的不同壓下量

        (2)將經(jīng)過軋制后的試樣按依照變形程度由小變大依次編好號(hào)后,將每個(gè)軋件切成6塊,再各取試樣一塊即6塊為一組,分為六組,然后分別加熱到750℃、850℃、950℃、1050℃、1150℃,保溫1h后水冷;最后剩一組直接測定其常溫硬度。

        1.3 試驗(yàn)方法

        軋機(jī):φ170×250二輥軋機(jī)。

        熱處理:用意豐箱式電爐再結(jié)晶退火。

        腐蝕:穩(wěn)壓恒流電源、草酸

        硬度:HD1—1875型布洛維硬度計(jì)測定其布氏硬度值。

        1.4 熱處理工藝

        0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼試樣的退火熱處理工藝見圖1。

        圖1 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼再結(jié)晶退火工藝示意圖

        用ZEISS臥式金相電子顯微鏡觀察變形,硬度用HD1—1875型布洛維硬度計(jì)測定其布氏硬度值。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 變形量對(duì)硬度的影響

        在塑性變形中,隨著金屬內(nèi)部組織的變化,金屬的機(jī)械性能也產(chǎn)生了明顯的加工硬化[2],即隨著變形程度的增加,金屬的強(qiáng)度、硬度增加,而塑性、韌性產(chǎn)生了下降。

        圖2 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖

        如圖2所示,通過對(duì)原始試樣不同變形量后測定的結(jié)果??梢姡冖耠A段,壓下量為10%前時(shí),硬度幾乎成直線急劇變化;第Ⅱ階段,壓下量為 10%~50%左右,硬度曲線逐漸變得平緩;第Ⅲ階段,壓下量為50%以后,硬度變化幾乎成直線。

        加工硬化的原因,在于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻。在0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼中有許多位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙,最主要的是:1)其他位錯(cuò);2)晶界和亞晶界;3)溶質(zhì)原子;4)第二相微粒;5)表面膜。其中第2)、3)、4)種障礙分別相對(duì)應(yīng)于細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化(包括沉淀強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化)。

        圖3 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼回歸后的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖

        經(jīng)計(jì)算后得到圖3 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖(圖2),由圖3回歸得到的線形方程為:

        式中,HBS為硬度,e為變形程度。

        這為實(shí)際中的硬度的確定所需要的變形量提供了理論參考。

        2.2 退火后晶粒大小的金相組織照片

        圖4 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼在不同退火溫度的金相組織示意圖

        對(duì)于本試驗(yàn)來說,影響晶粒大小的因素主要是變形度和變形溫度,變形量越大,晶粒越細(xì)小。

        2.3 變形程度和再結(jié)晶退火溫度對(duì)硬度的影響

        圖5 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼應(yīng)變—退火后的硬度關(guān)系

        由圖5知,通過對(duì)變形金屬再結(jié)晶退火后,奧氏體不銹鋼的硬度發(fā)生了明顯的變化,但這并不意味著與變形前的金屬完全相同,其中心問題是再結(jié)晶的晶粒大小問題。在剛開始的時(shí)候,硬度逐漸升高,這是金屬在發(fā)生再結(jié)晶的結(jié)果,當(dāng)硬度升高到一定的峰值后又開始下降,而這個(gè)峰值為金屬再結(jié)晶剛好完成。隨著金屬晶粒的長大,硬度又開始下降。又隨變形程度的增加,退火的原始晶粒尺寸越細(xì),則再結(jié)晶后的晶粒也越細(xì)。這是由于細(xì)晶粒金屬存在著較多的晶界,而晶界又往往是再結(jié)晶形核的有利地區(qū),所以,原始細(xì)晶粒金屬再結(jié)晶退火后仍會(huì)得到細(xì)晶粒組織,故硬度也會(huì)升高。同時(shí),退火溫度越高,硬度值相對(duì)于越低。這是在溫度高的情況下,晶粒會(huì)長的越大,故硬度就會(huì)越小。在 1050℃和 1150℃時(shí),它們的硬度在一個(gè)小時(shí)的保溫時(shí)間后,趨于一致,這是因?yàn)椋寒?dāng)晶粒長大到一定大小后,晶粒長大趨勢變緩,最后停止長大[2]。

        3 結(jié) 論

        (1)通過實(shí)驗(yàn)得到了 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼回歸后的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖為確定實(shí)際的硬度需要的變形量提供了理論參考,其回歸后的線性方程也為常溫變形量對(duì)硬度的改善起了一定的生產(chǎn)實(shí)際評(píng)估作用。

        (2)退火溫度越高,硬度值相對(duì)于越低。變形量為50%左右,加熱溫度為750℃時(shí),是獲得硬度的最佳熱處理工藝。變形量越大,晶粒越細(xì)?。患訜釡囟仍酱?,試樣硬度相對(duì)越小。

        [1] 汪大年. 金屬塑性成形原理[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1982:60-70

        [2] 崔忠圻. 金屬學(xué)與熱處理[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:187

        [3] 劉宗昌,任慧平,宋義全. 金屬固態(tài)相變教程[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,2003

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