新型核电用SIMP马氏体耐热钢热变形行为研究.pdf
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1、试验研究收稿日期:作者简介:庞宇跃()男浙江台州人在读材料成型及控制工程专业本科生 联系电话:通讯作者:刘超()男山东泰安人博士讲师主要从事金属材料热处理技术研究等工作联系电话:基金项目:湖南省科技厅重点研发计划项目()大学生创新创业训练计划项目()湖南省教育厅科学研究项目()新型核电用 马氏体耐热钢热变形行为研究庞宇跃林朝阳陈凌霄李 铁屈伟明刘安民刘 超(.湖南工学院 智能制造与机械工程学院湖南 衡阳.湖南工学院 汽车泵类零部件设计制造技术国家地方联合工程实验室湖南 衡阳)摘 要:为研究新型核电用 马氏体耐热钢的热变形行为采 热模拟试验机在 以.的应变速率进行了压缩变形试验 压缩变形后检测了
2、钢的显微组织并根据热塑性变形理论和试验数据绘制了钢的真应力真应变曲线 结果表明:变形温度和应变速率明显影响 钢热变形过程中的动态回复和动态再结晶的发生在 左右压缩变形的钢主要发生动态回复在 压缩变形的钢发生动态再结晶高于 压缩变形的钢发生了完全再结晶变形温度较高时钢的流变应力曲线有明显的峰值变形温度较低时流变应力曲线上没有明显的峰值 钢的最适合的塑性变形温度为 应变速率为 关键词:动态回复动态再结晶 钢热变形中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.()()()().热处理 年第 卷 第 期:引言核能是低碳低排放清洁能源是国内外应对能源需求日益增加的最佳选择核电用材料也是当前材料研究的重
3、要方面 中国科学院金属研究所研制的新型核电用 马氏体钢耐热、抗辐照、耐蚀且具有较好的高温和室温力学性能可用作下一代核反应堆 系统的结构材料热变形能有效改善材料的微观组织和力学性能 为使核电用马氏体的力学性能和显微组织达到要求需对其热变形行为进行深入研究以确定最佳的热加工工艺参数 比如 等研究了/钢的热变形行为 文献 研究了/钢和 马氏体钢的热变形行为和热加工工艺 此外文献研究了某新型火电用氮化物强化马氏体耐热钢的热变形 这些研究均有利于核电用马氏体钢的推广应用本文对一种新型 钢进行了应变速率恒定的压缩试验以研究其热变形行为并研究了该材料在热变形过程中微观结构的变化可为合理制定其塑性变形工艺提供
4、依据 试验材料和方法试验用材料为锻造态 钢其化学成分如表 所示 首先对 钢锻坯在真空感应炉中加热至 然后锻造成直径为 的棒材再制备成 的压缩试验试样接着将试样在氩气保护下以 /的速率加热至 保温 随后冷却至不同的变形温度()保温 最后采用 热模拟试验机以.的应变速率进行单道次热压缩至真应变为.热压缩变形试验过程如图 所示 表 试验用 钢的化学成分(质量分数)单位:.图 热压缩变形试验过程热压缩试验后对试样进行金相检验金相试样采用 (体积分数)硝酸酒精溶液浸蚀 试验结果与讨论.显微组织图 为 钢以.的应变速率在 压缩试验后的显微组织 由图 表明在不同条件下热压缩变的 钢的平均晶粒尺寸也不相同 变
5、形温度相同随着应变速率的降低钢的平均晶粒尺寸增大同样应变速率不变随着变形温度的升高钢的平均晶粒尺寸也增大图 所示微观组织的变化反映了动态回复和连续再结晶现象 如图()和图()为 以.()和 ()的应变速率压缩试验后钢的晶粒明显呈纤维状但降低应变速率后晶粒沿垂直于压缩变形的方向拉长呈长条状 这是由于仅改变应变速率时 钢热变形产生的部分位错通过交滑移和攀移与异号位错相互抵消发生了动态回复如图()所示在 以.的应变速率压缩变形的 钢发生了不完全动态再结晶再结晶晶粒尺寸较细小有动态回复现象部分位错消失 以.的应变速率压缩变形时如图()所示再结晶较充分再结晶晶粒增多晶粒尺寸也增大导致先、后形成的动态再结
6、晶晶粒尺寸不同从而组织不均匀显示出连续动态再结晶的特征图()图()表明以较低的应变速率压缩变形时钢的组织为等轴晶粒并且在 以.的应变速率压缩变形时发生了完全动态再结晶原有再结晶晶粒均为等轴晶粒且晶界无新的再结晶晶粒 对比图()和图()发现应变速率较高时即使变形温度相同如图()所示再结晶基本完成如图()所示钢中仍存在条状晶粒再结晶并未完全如图()图()所示在 、热处理 年第 卷 第 期图 钢在 ()、()、()和 ()以.()和()的应变速率压缩试验后的显微组织 和 以 的应变速率压缩试验后钢的组织变化与图()图()所示的相似但在 以.和 的应变速率压缩变形的钢组织主要为未充分长大的动态再结晶晶
7、粒 晶界呈不规则锯齿状而且部分锯齿状晶界交叉呈“”形有明显的等轴晶变形温度相同如图()和图()所示在 以.和 的应变速率压缩变形的钢应变量增加错配现象增多这些位错与基面位错相互作用形成亚晶界亚晶界切断晶粒的“凸出”部分 在变形过程中这些亚晶界不断积累位错取向差增大成为大角度晶界并且由于动态再结晶过程中发生的重复形核降低了晶粒的长大驱动力在较低的温度以较大的应变速率压缩变形时动态再结晶晶粒较小新的再结晶晶粒的长大也更快速文献表明动态再结晶的发生取决于变形金属的位错积累动态回复则是由于变形产生的部分位错通过交滑移和攀移相互抵消所致 如 钢在 变形时仅发生动态回复在 变形时仍发生动态回复并形成少量再
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