低活化钢挤扭镦变形析出相及对强塑性影响

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmh700929
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低活化铁素体/马氏体(Reduced Activation Ferritic-Martensitic,RAFM)钢具有高热导率、较低的热膨胀系数、较好的抗辐照能力和优异的机械性能等特点,加之较为成熟的工业制备基础,是核聚变反应堆包层的候选结构材料之一。本文采用有限元数值模拟和不同温度条件下的闭塞式变截面挤扭镦工艺对其进行研究。采用有限元模拟研究挤压比、扭转角、扭转通道高度、不同背压力等不同工艺参数对低活化钢变形的影响。采用金相显微镜观察(OM)、X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜观察(TEM)等分析测试手段,对不同变形条件下低活化钢显微组织以及第二相的演化情况进行研究,并结合理论知识,对其演变机理进行分析讨论。最后结合材料变形前后的力学性能变化,计算了不同强化机制对低活化钢屈服强度的贡献。有限元模拟结果表明:不同挤压比和扭转角对金属累积应变影响较为明显。挤压比、扭转通道高度和扭转角对成形载荷影响较为明显。载荷变化规律一致,始终分为初段增加、中段平缓、中段激增和尾端平缓四个阶段。挤压比、扭转通道高度、扭转角和背压力对金属纵截面梯度式应变分布影响较大,整体上随着挤压比的增加、扭转通道高度增加、扭转角增加和背压力增加,整体应变累积增加且梯度式应变分布更加明显。显微组织结果表明:挤扭镦变形后,低活化马氏体钢中沉淀相主要有Cr23C6和Ta C,其含量随着温度的增加,呈现降低的趋势。经过热处理后组织中M23C6和MX相平均直径分别为109nm和22nm,体积分数分别为2.51%和0.48%。在不同温度条件下变形显著降低了M23C6相的平均直径,600℃、670℃和740℃条件下变形后M23C6相平均直径分别为55nm、60nm和70nm,对应的体积分数为2.7%、2.69%和2.0%。MX相尺寸降低幅度较小,600℃、670℃和740℃条件下变形后MX相平均直径分别为13.64nm、13.96nm和19.15nm,对应的体积分数为0.5%、0.3%和0.32%。硬度和拉伸实验结果表明:挤扭镦变形可以显著提高低活化钢的力学性能。显微硬度和屈服强度随着变形温度的增大呈现减小的趋势,600℃变形后,试样显微硬度达322HV,屈服强度为966.4MPa,较热处理试样提升幅度达到46.36%和82.34%。此外,通过对变形前后材料的强化机制进行讨论分析表明,细晶强化、析出强化和位错强化是低活化钢挤扭镦变形过程中的主要强化机制。
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