基于γ→ε马氏体相变实现超塑性的研究

Superplasticity research of steel is currently mainly on microcrystalline superplasticity, while fewly on phase superplasticity, example within 800 to 1000℃ heating and cooling cycle, the α → γ phase transform repeatly produce to get superplasticity. Thingking about the conditions of phase superplasticity, to achieve phase superplasticity only needs two conditions of stress and phase transformation cycle. In preliminary study of the FeMnSiCrNi alloy, it confirmed thatγ → ε martensitic transformation cycle greatly improved the alloy's plasticity, so the phase superplasticity is possible and feasible realized. Its biggest advantages are that the stress and phase transformation cycle are divided into two relatively independent parts and the recovery stress within inverse phase transform when aging indirectly meets the conditions of phase superplasticity realization. The project team will study that this FeMnSiCrNi alloy how to useγ →ε martensitic transformation and the reverse transformation accumulation to realize superplasticity, what factors inflect superplasticity and the relationship between the factors, what effct of the recovery stress dose on superplasticity realization. Then it will solve the technical problems to realize phase superplasticity. On this basis, we will research the other mechanical behavior of this superplastic alloy.

目前钢铁材料的超塑性研究以微晶超塑性为主，相变超塑性研究还很少，如利用高温循环加热和冷却发生反复的α→γ相变来产生超塑性。从相变超塑性实现的条件出发，只要能满足实现相变超塑性的两个条件（应力作用与相变循环），就能实现超塑性。在前期对FeMnSiCrNi合金的研究中，证实利用γ→ε马氏体相变循环大大提高了合金塑性，实现相变超塑性是可能且可行的，这种相变最大的优点在于将应力作用与相变循环分为相对独立的两个部分，并巧妙地利用了时效时合金逆相变所产生的回复应力来间接满足实现相变超塑性的条件。 本项目组将研究这种FeMnSiCrNi合金是如何利用γ→ε马氏体相变及逆相变的积累来实现超塑性的，影响γ→ε马氏体相变及逆相变对材料塑性积累的因素及各因素之间的关联，回复应力在实现超塑性中的作用，从而探索利用γ→ε马氏体相变循环实现超塑性的机理，并在此基础上研究这种超塑性合金的其它力学性能。

项目背景：.从上世纪六十年代起，各国学者在超塑性材料、力学、机理、成形等方面进行了大量的研究。然而目前钢铁材料的超塑性研究仍以微晶超塑性为主，相变超塑性研究还很少，如在800～1000℃循环加热和冷却发生反复的α→γ相变和Zn-5Al合金在共析温度下发生相变循环实现超塑性等。.从理论上来说，只要能满足实现相变超塑性的两个条件（应力作用与相变循环），就能实现超塑性（延伸率≥100%）。在前期对FeMnSiCrNi合金的研究中，证明利用γ→ε马氏体相变循环实现超塑性是可能且可行的。这种相变最大的优点在于：1）无需应力与相变循环同步；2）无需在高温上下循环加热和冷却。目前还未见利用γ→ε马氏体相变实现超塑性的相关报道。这种相变超塑性是怎样实现的？有哪些影响因素？实现超塑性的机理是什么？这些亟待于研究解决。.主要研究内容：.（1）合金成分设计。设计合理的成分，保证利用马氏体相变循环实现超塑性；.（2）合金熔炼及试样制备工艺对塑性的影响；.（3）相变循环参数对超塑性、耐腐蚀性的影响；.（4）相变超塑性的实现机理；.（5）采用正交试验设计对试验参数进行优化，得到最优实验参数。.重要结果：.（1）熔炼及试样制备工艺对合金塑性的影响较大，项目组设计的两组合金结果不是十分理想；.（2）创新：在304不锈钢中利用马氏体相变循环实现了超塑性，并获得非常好的结果；.（3）马氏体相变超塑性实现的机理主要是马氏体形成时对奥氏体母相的分割引起的晶粒细化、晶界滑移以及位错蠕变的综合结果。.关键数据：.（1）对304不锈钢室温采用3~9mm/min的速度单向拉伸30%后于800~1000℃时效10~30min，相变循环2次后，与原试样相比，断后总延伸率超过100%，获得超塑性；.（2）相变循环参数对合金相变超塑性的影响为：拉伸速度越小，相变循环次数越多，超塑性越高；时效温度和时效时间则存在最佳值。.（3）拉伸速度为3mm/min，时效温度800℃，时效时间30min，相变循环7次后，断后总延伸率高达764%。.其他科学意义：.本项目的研究，为相变超塑性的实现提供了一种新的方法，且操作简便可靠，可用在超塑性成形上。