文摘

铸的42 crmo合金的非等温多通道变形行为研究了随着温度的下降,不断通过应变,不同应变率和间隔时间。压力是用于开发本构模型。随着加工温度的增加从990°C到1070°C,压力逐渐降低,软化效果增加,导致一个大粒度和不均匀的微观结构。低角度晶界转变成高角度晶界通过吸收混乱。明显的应力软化在高应变率是由于热软化,动态回复和动态再结晶。热软化不再被认为是主要的层间在低应变率软化机制。间隔时间对应力的影响可以忽略不计,但晶粒尺寸和质地的重大改变组件是由层间软化。平均晶粒尺寸大约是40μm,扭曲的晶界和小细粒中发现的时间间隔0.5 5 s,暗示动态恢复和晶粒生长。不久的{001}< 110 >和{110}< 112 >取向产生重要影响晶粒细化。

1。介绍

42 crmo合金广泛用于生产环组件轴承、法兰等由于高强度,良好的断裂韧性,耐磨性(1,2]。42 crmo radial-axial热环轧环零件被制造出来的(RAHRR)。RAHRR是一个复杂的过程与非等温的特点,多通道,累积变形等等。环空的壁厚逐渐减小,驱动辊和芯棒之间的差距逐步缩小。高度是由喂养上轴辊向较低的轴辊(3]。在横截面直径不断扩大和形状。

广泛的研究多通道变形行为基于多辊连续轧制和multidirection锻造进行使用压缩试验(4- - - - - -9]。等温与非等温多通道压缩7150铝合金进行了测试,和变形行为,本构关系,详细分析了微观结构的演进(4]。研究了2519铝合金的显微组织演化使用等温多通道压缩和验证,再结晶分数增加而增加通过数字(5]。压力随7-pass压缩期间完成温度增加而降低(6),和亚晶粒转变为直纹的谷物边界。的晶粒尺寸对力学性能的影响CrMo厚板由多通道变形预测(7]。F40船板钢的晶粒尺寸的演变也研究了多通道变形和表明,晶粒细化程度增加而增加通过数字(8]。晶粒细化机制的多轴锻造Cu-Cr-Zr合金在不同的温度显示,然后是晶粒取向决定(9]。然而,很少有研究关注RAHRR的多通道的变形,尤其是基于铸的环空。直接铸的环空是热轧所需的几何尺寸,热塑性和RAHRR力学性能提高。这个过程有一些优势包括节约材料和能源,减少加热的时候,和低排放10]。动态和静态让发生在径向和轴向辊间隙,而metadynamic再结晶起了主要作用在RAHRR变形区域外。42 crmo合金的metadynamic再结晶行为进行了研究,揭示了晶粒细化形变参数的响应(11]。温度和时间间隔的影响铸的42 crmo合金的微观结构也澄清使用中断等温压缩(12]。此外,对于行业多通道处理,非等温过程总是经历了逐渐下降温度(4,13]。硬化和软化效应之间的交互的铸态42 crmo合金在RAHRR介绍了复杂的微观结构和纹理进化。微观结构和纹理的影响不连续特征在多路现场轧制过程中变形的间隔14- - - - - -16]。晶粒细化和大小分布也与结构演化密切相关。层间变形下的软化行为的结果相比,在一些明显的差异,在单次的连续的压缩。因此,它是至关重要的澄清不连续应力软化和晶粒细化机制的多通道压缩。

在这项研究中,非等温多通道压缩的铸态42 crmo盟友进行gleeble - 3500热模拟装置,并完成温度的影响,应变率,和间隔时间压力、显微组织和结构进行了研究。建立了相应的本构模型。软化行为和微观结构演化机制详细地阐明了电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)技术。结果将提供新的见解RAHRR微观结构控制和参数优化。

2。材料和实验过程

商业42 crmo合金的主要化学成分(wt. %) 0.44摄氏度,0.28 si, 0.72 mn, 1.13 cr, 0.22, 0.012便士,0.007,0.15,0.12立方,(bal)。铁是用于这项研究。铸的环空尺寸为240毫米外径,内径120毫米,45毫米高度是由沙模铸造过程17,18]。砂铸造,1530 - 1540°C的浇注温度和浇注速度16.8 - -18.5公斤/ s。平均晶粒尺寸大约是87年μ米,如图1。圆柱试样直径10毫米和15毫米的高度加工同一径向环空的位置,保证微观结构的均匀性19]。非等温多通道(5,连续冷却)进行压缩测试gleeble - 3500热模拟的初始温度1150°C。图2给出了详细的实验过程的热压缩测试。在压缩之前,所有标本的升温速率加热到1150°C 10°C / s和浸泡2分钟,消除热梯度。终点温度的1070°C, 1030°C,和990°C和相应的温度衰减20°C, 30°C,在层间和40°C,分别。0.183在每个传递和区间的真实应变* (tp)的0.5秒,1 s,使用5 s。应变率是0.1秒⁻¹和1⁻¹。样品数量和详细的变形参数表中列出1。非等温压缩多通道测试类似于秦et al . 2016的方法19),但应变率和间隔时间选为变量,研究它们对流动的影响行为在这个研究。石墨薄片的厚度0.5毫米的位置之间的标本和铁减少接触摩擦20.]。一个热电偶焊接中心的每个示例允许温度进行跟踪和load-stroke数据收集与精度(21]。然后,标本被压缩在选定的参数。保留畸形的显微结构,所有的标本都立即water-quenched环境温度。

真实应力-应变曲线自动记录使用标准方程从load-stroke数据测量在这些压缩测试22]。在标本与纵向压缩轴平行。部分是地面、抛光和饱和苦味酸蚀刻在一个解决方案。的微观结构观察vhx - 600 e光学显微镜。平均晶粒尺寸测量使用直线截距法。纹理是由EBSD系统装备范纳米430场发射扫描电子显微镜(SEM)。EBSD标本用电解法抛光在5%高氯酸和95%乙醇溶液30 V和20°C。薄箔TEM是由机械抛光的厚度约60μ米跟着double-jet电解抛光在10%高氯酸和90%醋酸溶液在10 V和−25°C。TEM观测进行范Tecnai G2 F20透射电子显微镜操作在200千伏。

3所示。结果和分析

3.1。多通道流动行为

根据等温压缩的结果(10,12,23,24),非等温多通道进行压缩试验来模拟工业多通道处理更精确。数据3(一个)- - - - - -3 (c)节目的真实应力-应变曲线和温度曲线铸的42 crmo合金在不同的温度。应力随着应变率的增加而增加,而随增加完成温度给定的初始温度。他们暗示终轧温度应力是应变率敏感和在非等温多通道变形。压力曲线上升和下降通过增加的温度在累积应变传递数量都呈现在图3。压力的增加不仅是温度下降的效果也更普遍保留变形区域(25]。此外,完成温度和应变率在同一,强调在每个传递与间隔时间没有显示出明显的变化。然而,温度递减条件下通过真实应变的0.183,层间软化是增强5 s的间隔时间。这个结果是不同的,在等温下多通道变形;间隔时间长,导致更少的软化[21]。软化在非等温流多通道变形再结晶组织软化的最终结果,通过累积应变硬化;其中,硬化是由于温度的降低。在高应变率的1 s轨道⁻¹,减少应力发生在每一次峰值应力后,这可能是强烈依赖于热软化[26]。峰值应力的变化与完成温度1 s比较在相同的时间间隔通过数量,如图3 (d)。它也可以发现,恒应变速率,峰值应力逐渐增加,增加数量。峰值应力的差异不同的最终温度是不显眼的小数量(≤2),但它通过数量的增加而增加。例如,应变率下0.1 s⁻¹完成温度为990°C和1070°C,峰值应力的差值增加从0.8 MPa 1通过5点22 MPa传递。它主要是由于事实,即静态再结晶(SRX)成为在层间的削弱。每一次上涨的峰值应力与下一个0.183的污点。微观结构和新的谷物混合所有通过类似于那些在等温条件下。但非等温应力曲线的形状明显不同于那些在等温应力曲线(26]。

3.2。本构特征

非等温多通道压力被用来推导出本构模型,已被进一步应用于多级模拟温度下降的滚动计划(4,27- - - - - -29日]。温度和应变速率的影响在压力是Zener-Hollomon所描述的参数(Z)按照下列方程(30.,31日]: 在哪里σ是压力(MPa);是应变率(s⁻¹);问是活化能(焦每摩尔);T是绝对温度(K);R是通用气体常数(8.314 J /摩尔·K);一个,一个₁,一个₂是材料常数(s⁻¹);β和α也是材料常数(MPa吗⁻¹);n和n₁压力指数,α是计算α=β/ n₁。方程(1)- (3适用于低应力水平(ασ< 0.8),高应力水平(ασ> 1.2),和各种各样的压力。然后,β和n₁的平均值作为的斜坡吗与σ情节和与分别情节在一系列温度。根据我们以前的结果(24),α= 0.00785 MPa⁻¹本研究采用。

给出了应力和应变速率之间的关系用方程(1)(3):

双方的自然对数和偏微分方程(4分别执行),获得的值n和问:

根据压力曲线在非等温多通道压缩,n和问导出了方程(5)和(6)。n的平均斜率是吗与情节和年代的平均斜率是吗与 块,如图4(一)和4 (b)。的值n和问焦每摩尔计算为8.1718和441.198,分别。此外,两边取自然对数方程(3),一个表示如下:

的值Z计算了在不同温度和应变率方程(1)。ln一个的拦截兑情节。这是发现从图4 (c)的价值一个给出了2.256510¹⁸年代⁻¹。图4 (c)也表明之间存在良好的线性关系和与相关系数R大约0.9775。因此,方程(8)是建立本构模型基于非等温的铸态42 crmo合金多通道变形。

3.3。微观结构特征和纹理进化

除了压力曲线的差异,微观结构的主要特点是在等温过程非等温变形(32]。图5显示铸的42 crmo合金的微观结构在不同的非等温多通道变形条件。完成温度高的1070°C和间隔时间0.5秒,平均晶粒尺寸大发现与应变率无关。在这种情况下,谷物约73μ0.1米直径的应变率⁻¹是略大与应变率的1 s⁻¹提出了数据5(一个)和5 (b)。在1030°C的最终温度和应变率的1 s轨道⁻¹,晶粒尺寸逐渐增加间隔时间从0.5秒增加到5 s。DRX发生在0.5秒的间隔时间,导致细和均匀分布颗粒平均体积大约40岁μm。此外,DRV和晶粒生长控制在1 s的间隔时间和5 s。扭曲的晶界和小细粒中发现数据5 (d)和5 (e)。这可能与更大的活动费用高的谷物生长抑制DRX细颗粒越小。它还可以看到从图5 (f)微观结构类似于图5 (c)。990°C的终轧温度低导致越细,均匀颗粒约35μ米直径相比,在终点温度为1030°C和1070°C。

在非等温多通道压缩,晶粒细化和结构演化的影响完成温度、时间间隔和应变率。EBSD数据分析后处理TSL-OIM软件。不同的纹理提取φ₂= 45°的取向分布函数(odf)进行了讨论。图6显示的结构演化铸的42 crmo合金在不同的非等温多通道压缩条件下。在1070°C的最终温度和时间间隔0.5秒,纹理主要由{113}< 110 >,{001}< 110 >和{111}< 110 >方向的应变率0.1 s⁻¹(111)附近,而它的特点是( 1)和(111)[ 2)方向的应变率⁻¹。强度的{113}< 110 >和(111) 2)分别为4.8和5.0。前者代表了典型的起伏的纹理和后者表明再结晶结构,这是符合大平均晶粒尺寸如图5(一个)和5 (b)。在1030°C的最终温度和应变率的1 s轨道⁻¹结构组件显示,重大改变与增加间隔时间。再结晶织构(111)( 2)仍然存在,但强度相对较弱的在0.5秒的间隔时间,呈现在图6 (c)。此外,附近的{114}< 110 >组件是还发现,在这种情况下。1 s随着时间间隔的增加,轧制的主要纹理分量变换纹理{001}< 110 >强度为5.2,结果在一个新的再结晶晶粒成核率很低。间隔时间是5 s,特点是结构组件γ′纤维强度降低。因此,数据的结构进化6 (c)- - - - - -6 (e)符合组织的结果所示数据吗5 (c)- - - - - -5 (e)。在990°C的终轧温度低,不久的{001}< 110 >和{110}< 112 >找到方向,如图6 (f)。{110}< 112 > 4.8代表了剪切强度结构,这也可能对晶粒细化有重要的影响。结果符合细粒度均匀分布,呈现在图5 (f)。

基础的力学行为是微观结构演化,这取决于机制和控制最终的机械性能(27]。RAHRR,累积变形几乎是位错运动的结果,导致大量的晶界滑动层间趋缓和应变硬化的细长的谷物。位错密度高的精制谷物中找到数据5 (f)和7(一)。微观结构的特点是一个不稳定的状态与位错密度高和严重的晶格畸变。随着加工温度的增加,存储的能量消耗的软化效应在层间。再结晶的成核速率降低,因为减少能源和动力。然而,晶粒尺寸逐渐增加,最终温度增加。从数据可以看出7(一)和7 (b)的低角度晶界(LAGBs)转变成高角度晶界(HAGBs)通过吸收混乱,导致位错密度的下降。它可以得出温度升高增加DRV和再结晶率,从而减少混乱的密度,因此降低了再结晶的驱动力(25,33]。然而,很明显,其反对加速重组参与了成核的影响和晶界的迁移25,34- - - - - -36]。这些结果密切相关的压力在1 s的高应变率软化⁻¹,如图3。谷物生长通过混乱的迁移和HAGBs。占主导地位的软化机制归因于热软化的综合效应,DRV, DRX。随着应变率降低到0.1⁻¹进一步,位错密度降低,HAGBs的分数增加,呈现在图7 (c)。然而,热软化不再被认为是主要的层间的低应变率软化机制0.1 s⁻¹。此外,以前的多级测试表明,随着间隔降低,软化下降,这样压力就几乎重合的单级连续变形等温测试和下降温度测试(25,37]。这个出现在压力0.5秒的间隔时间内防止任何静态恢复(38]。

4所示。结论

铸的42 crmo合金的非等温多通道的变形行为进行了研究,并推导了相应的本构模型。软化行为和微观结构演化机制详细澄清。是得出的主要结论如下:(1)随着加工温度的增加从990°C到1070°C,压力逐渐降低,软化效果增加,导致一个大粒度和不均匀的微观结构。LAGBs转变成HAGBs通过吸收混乱。(2)高应变率的应力软化是由于热软化,DRV, DRX。热软化不再被认为是主要的层间在低应变率软化机制。不久的{001}< 110 >和{110}< 112 >取向产生重要影响晶粒细化。(3)间隔时间对应力的影响可以忽略不计,但晶粒尺寸和质地的重大改变组件是由层间软化。平均晶粒尺寸大约是40μm和扭曲的晶界和小细粒中发现的时间间隔0.5 5 s,暗示DRV和晶粒生长。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢中国国家自然科学基金会的资金支持(没有。51875383),广西自然科学基金(2019 gxnsfaa245051和2018 gxnsfba281056号),广西科技重大项目(没有。2018 aa23004),重点实验室的开放资金新的有色金属加工技术和材料,教育部/广西重点实验室的光学和电子材料和设备(nos 20 aa-8和20 kf-7)。