材料成型及控制工程专业论文

材料成型及控制工程专业论文内容摘要：

界连通性。 此外， IF 钢板的晶界特征分布与其晶粒尺寸密切相关，小晶粒周围易出现低能特殊晶界，而大晶粒周围易出现高能随机晶界。 总结了基于退火 孪晶的金属材料晶界特征分布（ GBCD）优化研究进展，并重点讨论了退火孪晶诱发 GBCD 优化的 “∑3 再激发 ”模型、 “高 ∑CSL 晶界分解反应 ”模型和 “非共格 ∑3 晶界迁移与反应 ”模型。 指出 “非共格 ∑3 晶界的迁移与反应 ”应是基于退火孪晶的中低层错能金属材料 GBCD 优化的微观机制；进一步研究非共格 ∑3 晶界的成因及其在 GBCD 优化过程中的行为是十分必要的。 实现晶界工程的途径 (1)反复再结晶。 即对材料先后进行 20%— 30%的形变和再结晶退火，并反复这个过程的处理工艺。 再结晶退火的时间一般不超过 20min。 (2)单步再结晶。 即对材料进行 50％ — 70％的中等变形后，在较高温度下进行 1— 2min短时退火。 (3)反复应变退火。 即对材料进行 2％ — 6％的较小变形后，在较高温度进行几分钟的短时退火，并多次重复该过程；或对材料进行较小变 形后，在低温下多次进行 1— 20h较长时间的退火处理。 由于变形量较小，在退火过程中不足以提供再结晶所需驱动力，材料不会发生再结晶，因此该工艺实质上是一种回复过程。 (4)单步应变退火。 即对材料进行 6％ — 8％的小变形或者仅利用材料中的残余应变作为退火过程中的驱动力，在较低温度下进行数十小时退火。 采用这些工艺都能够提高晶界移动性，促使特殊 CSL晶界的形成，并最终达到提高材第一章引言 6 料性能的目的。 可见，不同变形量的形变和随后的不同热处理工艺的复合运用就是晶界工程的实现途径。 研究目的 观察经过晶界工程处理后的样品与非晶界工程处理的样品其晶界分布特征，从而验证晶界工程对不锈钢晶间腐蚀的抑制作用，阐明变形量、退火时间对其晶界特征分布的影响，为将晶界工程应用于改善 316L 不锈钢晶间腐蚀性能提供一定的理论依据。 实验课题的背景和意义 材料科学的进展，影响国家发展。 各国在材料领域投入大量人力和物力，不断加快材料研究。 在不锈钢研究领域，出现一系列新的科研成果。 当今不锈钢领域的研究和应用，以奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢为主。 奥氏体型不锈钢的性能优良，尤其是其优异的耐腐蚀性 能，在各领域中应用广泛。 奥氏体不锈钢的研究，对社会和经济进步有巨大意义。 从 20 世纪 20 年代工业界开始采用奥氏体型不锈钢，便发现这种钢材焊接后，离焊缝不远处有严重的晶间腐蚀倾向，引起了人们的关注。 无论哪种晶间腐蚀问题，往往都和一些元素在晶界偏聚有关。 显然，晶界的结构特点，界面能量的高低必然会影响到碳化物及其它合金元素（如 P, H， S 等）在晶界的沉淀偏聚，进而影响到合金的晶间腐蚀抗力，应力腐蚀抗力甚至晶界析出引起的脆性问题等。 可以想象，通过设计和控制晶界的结构来改善奥氏体不锈钢性能应该是一个行之有效的方法。 因此本实验也通过“晶界工程”处理来研究增强 316L 奥氏体不锈钢腐蚀抗力的热处理优化工艺，使得材料的抗腐蚀性能有所提高，使金属材料的应用用途更加广泛。 第一章引言 6 第二章 实验方法 实验材料 316L 奥氏体不锈钢牌号： 00Cr17Ni14Mo2， 化学成分 如表 21 所示。 本实验所用的 316L 不锈钢是固溶态，它的力学性能指标如表 32 所示。 表 21 316L 不锈钢 的合金元素及其含量 C Si Mn P S Ni Cr Mo 质量分数 /% ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 表 22 316L 不锈钢 热轧态的力学 性 能 抗拉强度 屈服强度 伸长率 硬度 ≥ 520Mpa ≥ 205Mpa ≥ 40% ≤187(HB) 实验过程及实验设备仪器 本次实验的主要工艺流程：固溶态 316L 不锈钢→轧制（ %, %）→切割制样→退火（ 1000186。 C， 分别保温 2h、 6h、 24h） →清洗→精磨→抛光→ EBSD观察→打硬度 获得不同变形量下不同退火温度的试样 将两块 316L 板材用水清洗，进行粗磨去除表面的锈蚀，以防粘住轧辊。 然后在冷轧机上进行小变形量的轧制。 一块轧前的尺寸为 mm,轧后尺寸为 mm，形变量为 %；另一块轧尺寸 mm,轧后尺寸为 mm，形变量为 %是前属于较小变形。 将冷轧后的试样在电火花线切割机上切为若干个试样， %变形量的试样和 %变形量的试样各取出 4 块。 先对 %、 %变形量的试样各一块进行第二章实验方法 23333 粗磨、细磨、抛光、蚀刻，然后用金相显微镜观察冷轧后 316L 组织。 另外 6 块试样分别编号（ 3为 变形量试样， 6为 %变形量试样）进行退火处理，温度定为 1000 186。 C ， 2h后取出 4水冷， 6h后取出 5水冷， 24h 后取出 6水冷。 对 6 块热处理后的试样进行清洗、粗磨、细磨、抛光、蚀刻处理。 8 块试样依次进行 EBSD 观察、奥林巴斯 (AOLY MPUS)GX51 金相显微镜观察，最后打硬度统计数值，本次试验所用到的试样编号及处理状态如表 所示。 抛光、蚀刻过程 抛光：将无水乙醇与高氯酸按照 85%:15%的比例配成抛光液。 采用 WYK302D直流稳压电源调整电压，以铜板做阴极，以 316L 不锈钢试样作为阳极，首先在30V 电压下抛光 30s 左右，抛光过程一定要 注意要不停的晃动防止气泡在表面停留，重要的表面要放到下表面，千万不能使样品与阴极相撞。 蚀刻：配制 10%草酸溶液。 采用 WYK302D 直流稳压电源调整电压，以铜板做阴极，以 316L 不锈钢试样作为阳极，首先在 6V 电压下抛光 10s 左右，抛光过程一定要注意要不停的晃动防止气泡在表面停留，重要的表面要放到下表面，千万不能使样品与阴极相撞。 测量硬度 打开硬度测试仪， 将 抛光后的样品 安放在试台上， 加载载荷，本实验我们采用 100g 的载荷。 转动旋轮使物镜 下降， 眼睛 看着显示器， 当试样离物镜下端2～ 3mm 时，在 显示器 的 视场中心出现明亮光斑，说明聚焦面即将来到，此时应缓慢微量 下降 ，直至在 屏幕 中观察到试样表面的清晰成像，这时聚焦过程完成。 然后点击 START 进行打点，记录数据。 实验所用试剂及仪器设备 本实验中所用的实验试剂有：乙醇、高氯酸、草酸。 本实验所用的仪器有：电火花线切割机、磨抛机、电阻炉、冷轧机、 千分尺 、奥林巴斯 (AOLY MPUS)GX51 金相显微镜 、 扫描电镜 EBSD 系统、 维式硬度计等。 下面对重要的设备作简单介绍： 一、冷轧机 本实验用的冷轧机是双辊式冷轧机，辊子的直径为Φ 180mm，长度第二章实验方法 23333 350mm。 二、电阻炉 以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。 按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。 在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热 功率 集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。 大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电 热转变的电阻体，称为电热体，由它把热能传给炉中物料（图 1 间接加热电阻炉）。 这种电炉炉壳 用钢板制成，炉膛砌衬 耐火材料 ，内放物料。 最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。 根据需要，炉内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。 一般电源电压 220 伏或 380 伏，必要时配置可调节电压的中间变压器。 小型炉（ 10 千瓦）单相供电，大型炉三相供电。 对于品种单一、批料量大的物料，宜采用连续式炉加热。 本实验利用 碳化硅棒 电阻炉，其最大功率为 4kW。 三、 奥林巴斯 (AOLY MPUS)GX51 金相显微镜 利用此设备进行试样金相组织的观察，并用配备的数码相机拍摄金相照片。 该设备具有较高的放大倍数 ,可对样品观察区域进行 50、 100、 200、 500 倍的放大并进行拍照。 本次实验，主要用放大 200 倍的镜头进行拍照。 四、 EBSD 技术 EBSD 是可以做快速而准确的晶体取向测量的强有力的分析工具。 在 SEM中，其 精确度高于 度，空间分辨率为 (FESEM)。 此方法的主要优点在于：在用户选择的特定点上，显微组织（如晶粒、相、界面、形变等）能第二章实验方法 23333 与晶体学关系相联系。 EBSD 的主要应用是取向和取向差异的测量、微织构分析、相鉴定、应变和真实晶粒尺寸的测量。 归纳起来， EBSD 技术具有以下四个方面的特点： (1)对晶体结构分析的精度已使 EBSD 技术成为一种继 X 光衍射和电子衍射后的一种微区物相鉴定新方法；（ 2）晶体取向分析功能使EBSD 技术已逐渐成为一种标准的微区织构分析技术新方法；（ 3） EBSD 方法所具有的高速（每秒钟可 测定 100 个点）分析的特点及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又具有 X 光衍射（或中子衍射）对大面积样品区域进行统计分析的特点。 （ 4） EBSD 样品制备也是相对简单。 因此，装有 EBSD系统和能谱仪的扫描电子显微镜就可以将显微形貌、显微成分和显微取向三者集于一体，这大大方便了材料科学工作者的研究工作。 五、 维式硬度计 一种机、光、电、算一体化的高新技术产品，特别适合金属薄小试件、脆性材料的显微硬度检测。 结构特征概述：采用无摩擦主轴结构，确保 试验力稳定，测试精度高。 采用微机技术、角位移传感技术于一体，实现试验过程、硬度值显示自动化。 运用计算机技术、 CCD 图像处理技术，实现试验压痕捕捉、处理、测试、数据打印自动化。 第二章实验方法 23333 第三章结果与讨论 23333 第三章 结果与讨论 在上述实验过程中，我们进行了原始组织观察、冷轧、退火以及 EBSD 观察。 试样在此过程中一系列组织和性能将发生变化，下面我们将从原始组织、组织演变、晶粒尺寸、硬度变化及形变后晶界特征分布分析。 原始组织 通过金相显微镜上配备的 DP12 数码相机拍摄的试样热轧状态原始金相组织。