ECAP制备超细晶45钢组织细化研究.pdf

ECAP 制备超细晶45 钢的组织细化研究 冯广海，齐荣怀，吕利宏，杜忠泽 西安建筑科技大学冶金工程学院（710055） E-mail ：ghfeng99@ 摘 要：采用C 方式等径弯曲通道变形（ECAP ），在500℃时成功制备了超细晶45 钢，并 运用光学显微镜（OM ）和透射电子显微镜（TEM ）研究了其组织的演变特征，结果表明： 500℃时Ｃ方式４道次ECAP 变形后，累计等效真应变达到~4 ，先共析铁素体演化为大角度 晶界分离的超细晶组织，晶粒尺寸由~30µm 细化到~0.3µm ，片层状珠光体组织演变为超细 渗碳体颗粒组织，均匀分布在亚微晶铁素体基体中。 关键词：等径弯曲通道变形(ECAP)；超细晶；45 钢；显微组织 1. 引 言 与常见的细晶材料和粗细晶材料相比，超细晶材料（晶粒尺寸介于10~1000nm）因表现 出一系列不寻常的物理、化学、力学性能而引起广泛的关注[1] 。目前通过强烈塑性变形(Severe Plastic Deformation简称SPD)[2]制备超细晶材料的方法中，等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing简称ECAP)[3]是已证明的制备无残余、无空隙块状超细晶材料的有效方法。 80 年代初由Segal等[4]提出的ECAP法是将试样放入横截面形状完全相同、并成一定交角的弯 曲通道中( 图1),试样在压力作用下通过弯曲通道时,发生强烈的剪切变形。改变通道弯曲角度, 可控制试样的道次变形量。在内切角Φ=90° 时,每道次的等效应变约为 1[5]，4 道次时等效真 应变达到~4 。由于ECAP变形前后试样的外形尺寸不变,用同一试样重复进行多道次变形,即 [6] [7] [8] [9] 可获得很高的等效应变 。目前,对铝合金 、镁合金 和低碳钢 等材料的研究表明,利用 ECAP变形可以获得良好的晶粒细化效果,大大改善结构材料的性能，近年来受到各国研究者 的重视[10,11] 。随着对ECAP变形晶粒细化机理、微观结构和性能的关系以及工艺参数优化等 研究的深入进行,ECAP变形技术将展现广阔的研究潜力和应用前景。 由于目前对于 ECAP 变形的研究主要集中在有色金属材料和低碳钢，有关应用 ECAP 变形制备超细晶中碳钢的文献仍未见报道。本课题采用的变形材料为45 钢，通过ECAP 变 形，成功制备出块状超细晶材料，并研究了其在ECAP 变形中组织演化的显微特征。 2. 实验材料和实验方法 实验材料为45 钢，将45 钢热轧态棒材沿轧制方向切割成ECAP变形试样，试样尺寸为 15mm×15mm×60mm。ECAP变形是在500℃进行，在2500kN 的挤压机上,用自行设计制造的 等径弯曲通道变形模具( 内切角Φ=90°),按照C方式( 即试样每道次通过模具后绕轴向依次旋 转 180°[12])进行 4 道次变形，挤压杆推进速度为 5mm/s 。透射电镜试样的切取位置为ECAP 变形试样中部的均匀变形区，试样尺寸为 15mm×15mm×0.3mm。然后进行金属薄膜透射电 - 1 - 镜试样的切取，即在试样中部切取0.3mm×3mm×3mm 的小试样。经机械减薄至0.08mm厚后， 在MTP-1 双喷电解减薄器上，减薄该试样，其电解电压 70V 、电流20A ，用液氮冷却。电 解液成分是5%高氯酸和95%乙醇。薄膜试样在JCM—200CX透射电子显微镜下观察并拍照。 其加速电压 160KV 。将变形后的试样在光学显微镜进行纵向剖面显微组织观察，在透射电 子显微镜下进行横截面显微组织观察。 挤压杆 模具