高温下MnS夹杂物对基体细观损伤与组织演化的影响

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大型锻件作为重型设备的核心部件,在其生产和制造过程中无法避免非金属夹杂物的存在。MnS作为一种典型非金属夹杂物,在高温下具有良好的塑性变形能力,但由于其与金属基体的物理、机械性质不同,破坏了基体的连续性,导致在锻造、轧制等热加工过程中易出现微裂纹等缺陷,进而诱发损伤失效行为,影响基体的高温塑性和断裂行为。此外,MnS夹杂物在基体中产生了额外的界面,改变了基体显微组织,影响了晶粒组织的演化,从而改善或恶化了材料的相关力学性能。因此,探究高温下MnS夹杂物对基体细观损伤与组织演化的影响具有重要意义。本文通过热拉伸实验,获得了含和不含MnS夹杂物材料的宏观力学曲线,对比分析可知,MnS夹杂物的存在提高了材料强度,同时也降低了材料塑性。利用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)等手段,探究了MnS夹杂物和变形温度共同作用下基体的损伤断裂机理,结果表明,在塑性变形过程中MnS夹杂物加速了损伤演化,而MnS附近的动态再结晶(DRX)行为抑制了损伤扩展。基于响应曲面法,确定了不同变形温度下GTN损伤参数,并讨论了MnS夹杂物和变形温度对GTN损伤参数的影响。结果表明,孔洞生长加速因子k可描述材料于颈缩、断裂阶段,MnS和变形温度对基体中孔洞演化的影响。通过热压缩实验,利用EBSD技术表征了变形前后的显微组织,研究了MnS对基体动态再结晶和孪晶界演化的影响。MnS诱导的粒子激发形核机制促进了动态再结晶的发展。同时,MnS夹杂物诱导的粒子激发形核机制产生了包含孪晶界的动态再结晶新晶粒,提高了孪晶界含量。
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