胡　靜，嚴　輝，謝　焱，張先林，謝文玲，廖向開

(四川理工學院機械工程學院，四川　自貢　643000)

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時效時間對304不銹鋼力學性能及顯微組織研究*

胡靜，嚴輝，謝焱，張先林，謝文玲，廖向開

(四川理工學院機械工程學院，四川自貢643000)

研究了形變后時效時間對304不銹鋼延伸率、硬度和顯微組織的影響。結果表明：采用室溫拉伸30%后進行900 ℃時效10～30 min熱處理的相變循環(huán)，相變循環(huán)2次后，均實現(xiàn)了超塑性，隨著時效時間的增加總延伸率增加，時效20 min后達到最大值195%后減小，硬度呈現(xiàn)類似的變化規(guī)律。顯微組織觀察結果表明，隨著時效時間的增大，晶粒尺寸先減小后增大，在時效20 min時晶粒最小。

延伸率；相變循環(huán)；超塑性；304不銹鋼；時效時間

304不銹鋼是產量和消費最大、最知名的一種18-8型鉻鎳不銹鋼，具有良好的抗氧化性、較高的力學性能和優(yōu)良的耐腐蝕性，在能源、化工、航空、汽車工業(yè)、船舶制造以及食品醫(yī)療等行業(yè)都得到了廣泛的應用[1]。近年來隨著研究手段的進步，對304不銹鋼通常采用固溶處理、去應力退火、穩(wěn)定化處理、冷軋加高溫退火、激光沖擊技術、低溫變形熱處理技術、高溫拉伸技術等方法提高其機械性能，包括強度、塑性、韌性、延展性[2-7]。304不銹鋼屬奧氏體不銹鋼，室溫下為奧氏體組織，利用一定的形變誘導馬氏體相變，使其獲得馬氏體組織。再通過一定溫度一定時間的時效處理，使馬氏體逆相變可重新獲得奧氏體組織，完成一次相變循環(huán)。利用馬氏體相變循環(huán)可實現(xiàn)304不銹鋼的超塑性，為304不銹鋼實現(xiàn)超塑性提出了簡單而有效的新方法[8-10]。

本文在室溫下對304不銹鋼棒材進行拉伸變形，然后進行時效處理，研究形變后時效時間對304不銹鋼延伸率、強度、硬度的影響規(guī)律。在光學顯微鏡下觀察金相組織，研究形變后時效時間對304不銹鋼顯微組織的影響規(guī)律。

1　實　驗

1.1實驗材料

實驗材料采用直徑為Φ4 mm的304不銹鋼棒材，化學成分如表1所示，其余為Fe。將不銹鋼棒材采用線切割加工為Φ4 mm×120 mm的試樣，實驗初始標距取為60 mm。

表1　304不銹鋼合金成分

1.2實驗方法

將試樣在拉伸機上拉伸30%誘導馬氏體相變，之后于900 ℃時效不同時間使馬氏體逆相變，這樣完成一次相變循環(huán)。拉伸采用HX-128-70M高低溫型拉力機拉伸，拉伸速度7 mm/min，時效在箱式熱處理爐里進行,溫度為900 ℃，時效時間分別為10、20、30 min。

超塑性的大小采用總延伸率作為指標，將不同時效時間相變循環(huán)2次后的試樣以7 mm/min的拉伸速度拉斷，將斷后試樣與原試樣相比，得到總的延伸率。該總延伸率即為不同時效時間下試樣的總延伸率δ總。當總延伸率δ總≥100%時，即獲得超塑性。

利用布洛維硬度計(壓頭為金剛石圓錐)測得不同條件下試驗后的試樣的硬度HRC。將不同時效時間后的試樣經切割、粘樣、粗磨、細磨、拋光處理后進行腐蝕(腐蝕劑為靜置24 h后的王水)，采用金相顯微鏡觀察顯微組織[1]。

2　結果與討論

2.1時效時間對304不銹鋼延伸率的影響

圖1為拉伸速度為7 mm/min，時效溫度為900 ℃，時效時間分別為10 min、20 min、30 min，兩次相變循環(huán)后試樣的總延伸率。結果表明：相變循環(huán)2次后試樣均實現(xiàn)了超塑性,試樣的延伸率隨時效時間的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。利用金相顯微鏡觀測其顯微組織，在10～20 min的時效時間內晶粒由大變小(見圖3a、b)，延伸率隨時效時間的升高而升高；當時效時間為20 min時晶粒最大(見圖3b)，延伸率達到最大值195%；在20～30 min的時效時間內晶粒由小變大(見圖3b、c)，延伸率隨時效時間的升高而下降。

圖1　時效時間對延伸率的影響

2.2時效時間對304不銹鋼硬度的影響

圖2是拉伸速度為7 mm/min，時效溫度為900 ℃，時效時間分別為10 min、20 min、30 min，兩次相變循環(huán)后試樣的硬度。結果表明：試樣的硬度隨著時效時間的升高而先增大后減小。硬度隨時效時間的升高而增大，當時效時間為20 min時硬度達到最大值33.4 HRC，之后硬度隨時效時間的升高而下降。

圖2　時效時間對硬度的影響

2.3時效時間對304不銹鋼顯微組織的影響

圖3　時效時間對304不銹鋼顯微組織的影響(×800)

圖3為拉伸速度為7 mm/min，時效溫度為900 ℃，時效時間分別為10 min、20 min、30 min，兩次相變循環(huán)后試樣的顯微組織形貌。由圖3可知，時效時間為10 min的晶粒較為粗大(見圖3a)，試樣洛氏硬度為33.1 HRC；時效時間為20 min時，晶粒變得更細小而均勻，試樣洛氏硬度為33.4 HRC(見圖3b)；時效時間為30 min時，晶粒較時效時間為20 min下的晶粒粗大，試樣洛氏硬度為32.5 HRC(見圖3c)。

在相變超塑性中，塑性的提高主要是由于每一次相變和逆相變積累的塑性，室溫拉伸形變獲得的馬氏體在時效時會重新轉變?yōu)閵W氏體。合金晶粒越細，晶界面積越大，對位錯運動的阻礙越大，材料形變的阻力越大，材料硬度強度越高[11-13]，塑性也會增加。隨時效時間增加，晶粒變細，因此塑性得以提高，硬度也增加，但時效時間過長，會導致試樣晶粒長大，從而導致試樣的塑性和硬度都降低。

3　結　論

(1)采用室溫拉伸30%后進行900 ℃時效10～30 min熱處理的相變循環(huán)，相變循環(huán)2次后，均實現(xiàn)了超塑性。

(2)拉伸速度為7 mm/min，時效溫度為900 ℃，時效時間分別為10 min、20 min、30 min，2次相變循環(huán)后，隨著時效時間的增加總延伸率增加，時效20 min后達到最大值195%后減小，硬度呈現(xiàn)類似的變化規(guī)律。原因在于隨時效時間增加，晶粒變細，塑性得以提高，硬度也增加，但時效時間過長，會導致試樣晶粒長大，從而導致試樣的塑性和硬度都降低。

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Study on Aging Time on Mechanical Properties and Microstructure of 304 Stainless Steel*

HUJing,YANHui,XIEYan,ZHANGXian-lin,XIEWen-ling,LIAOXiang-kai

(College of Mechanical Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Sichuan Zigong 643000, China)

The effect of aging time after deformation on the elongation, hardness and microstructure of 304 stainless steel was studied. The results showed that after stretching 30% at room temperature and then aging at 900 ℃ for 10 to 30 min as one phase change cycle, after two cycles, the phase transformation superplasticity can be achieved. With the increase of the aging time the total elongation increased, and reached the maximum of 195% for aging 20 min, and then decreased. The changing rule of the hardness was similar. The microstructure observations showed that with the increase of aging time, grain size decreased firstly, and then increased, and the grain size was the most small for aging 20 min.

elongation; phase change cycle; super-plasticity; 304 stainless steel; aging time

國家自然科學基金(51301115)；大學生創(chuàng)新基金項目(201410622029，201510622050)。

TG142.25,TG156.92

A

1001-9677(2016)012-0082-02