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【科研进展】低温循环强化实现亚稳态奥氏体不锈钢低温强韧性能
发表时间:2022-09-22 阅读次数:208次

引文格式:

GB/T 7714      

Wang Z C, Shi S W, Yu J T, et al. Enhanced cryogenic tensile properties through cryogenic cyclic plastic strengthening in a metastable austenitic stainless steel[J]. Scripta Materialia, 2023, 222: 115024.

MLA      

Wang, Zong‐Chi, et al. " Enhanced cryogenic tensile properties through cryogenic cyclic plastic strengthening in a metastable austenitic stainless steel." Scripta Materialia 222(2023): 115024.

APA      

Wang, Z. C., Shi, S. W., Yu, J. T., Li, B. B., Li, Y. J., & Chen, X. (2023). Enhanced cryogenic tensile properties through cryogenic cyclic plastic strengthening in a metastable austenitic stainless steel. Scripta Materialia, 222, 115024.

 

 

背景简介

亚稳态奥氏体不锈钢由于在低温下能够保持较高的强度和优异的延展性而被广泛应用于各种低温环境中,例如低温液体的装载、运输与储存、大型强子对撞机和国际热核实验堆中的结构部件与航天等领域。

然而,亚稳态奥氏体不锈钢的屈强比低,大变形的预应变是提高亚稳奥氏体不锈钢屈强比的有效方法,但会导致延伸率显著降低。先前的研究表明,室温预应变即使变形量达到了9%,低温下的屈服强度提高仍然有限,为了进一步提高屈服强度只能继续加大预变形量;低温预应变使低温下的屈服强度大大提高,但是延伸率大大降低,由于需要大的预变形量,当部件受使用条件限制而不允许大变形时,可能会限制这种预应变方法的应用。在此,天津大学化工学院陈旭教授团队提出了一种低温循环塑性强化方法,使强化后的样品在提高屈服强度的同时能够保持高延伸率。

 

成果介绍

(1)根据304不锈钢的低温循环应力响应提出了一种低温循环塑性强化(CCPS)方法。CCPS方法在低温下进行,同时使用拉-压循环小变形来代替单调拉伸大变形,制备了特殊的微观结构,使强化后的材料在包含大量马氏体相变的同时仍保持继续稳定发生相变的能力。(图1)

图1 304SS在0.5%幅值下低温循环塑性强化100圈后的表征结果:(a1,a2)同一大区域的IQ图与相图;(b1,b2)同一小区域的反极图与相图;(c,d)TEM图像

(2)进行了低温拉伸试验研究了材料强化前后的单轴拉伸性能,发现CCPS显著提高了材料的屈服强度,并可以保持出色的均匀延伸率。强化后材料不再出现屈服平台,硬化率曲线的第二阶段变得平稳增长(图2)。

图2 304SS强化前后在77 K下的低温单轴拉伸性能:(a)工程应力-应变曲线;(b)强化前后的屈服强度与均匀延伸率;(c)应变硬化率曲线

(3)选取了AR、CP0.5%与CP0.7%试样进行了准原位单轴拉伸中断试验。中断点为硬化率曲线的谷底与峰顶,在第三阶段选取了同一硬化率处也做了一次中断,中断点如图3a-b所示,曲线上的竖线代表中断位置,每次中断后在试样的同一区域进行EBSD表征。发现CCPS使部分马氏体相变提前发生,并制备了大量晶体缺陷,使材料得到充分强化。同时,强化后的材料在相变的难度、继续相变的能力和不同晶粒形核位点的数量之间达到了微妙的平衡,使相变在拉伸过程中均匀稳定地发生,这有助于在后续的变形中通过TRIP效应延长材料的延伸率。

图3 进行中断拉伸试验来解释强化机理:(a,b,c)中断试验的位置及相应的应变硬化率、真应力和α′-马氏体含量;(d1,d2,d3,d4)、 (e1,e2,e3,e4)和( f1,f2,f3,f4)分别是AR、CP0.5%和CP0.7%同一位置的初始状态及各个中断点的IQ图与相图的叠加图。

 

致谢

本研究得到了国家自然科学基金[No. 11772219, 12011540001]的支持。本文通讯作者:陈旭(天津大学)。

本期小编:王纵驰(整理)

闵 琳(校对)

舒 阳(审核)

闵 琳(发布)