冷轧预变形及时效处理对Fe-Mn-Cr-Co-Si阻尼合金性能的影响

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在工业高速发展的背景下,振动与噪声问题逐渐成为当下社会普遍关注的问题之一。因此,结构-功能一体化阻尼合金材料的开发和应用在近年来备受各国科研人员的重视。20世纪相继问世的Mn-Cu合金、Mg合金、Zn-Al合金和Fe-Cr合金等众多阻尼合金或价格昂贵,或强度过低,所以科研工作者都在寻求更加廉价、性能更加优异的新型阻尼合金材料。本文基于Fe-19Mn和Fe-19Mn-8Cr-1Co-0.2Si两种合金成分对近年来兴起的Fe-Mn系高阻尼合金进行研究。从二者的层错能差异入手研究两种实验钢的组织演化和对应性能的变化规律,最终提出一种兼备高阻尼性能和优秀力学性能的合金成分设计方案及加工处理制度。本文的研究结果如下:(1)从晶体学角度分析了γ?ε相变原理和ε马氏体形核、长大及形貌形成的原因;运用G-L位错脱钉运动模型分析了 Fe-Mn系阻尼合金的阻尼机制和影响因素,从而设计了具有创新意义的实验钢成分。(2)研究发现固溶态19Mn钢比19Mn8CrCoSi钢ε马氏体含量和奥氏体及ε马氏体层错几率更高,从而具有更高的阻尼性能。对两种实验钢的时效敏感性进行了研究,发现间隙原子含量是影响实验钢时效敏感性的主要因素,碳含量较高的19Mn8CrCoSi钢对时效更敏感,而阻尼源密度是影响实验钢时效敏感性的次要因素,在碳含量相近时,阻尼源密度越高对时效越敏感。(3)研究了 19Mn及19Mn8CrCoSi实验钢的冷轧变形行为。发现了 19Mn钢在小变形下ε马氏体纳米孪晶对ε→α’相变的推迟作用。同时发现,冷轧过程中19Mn8CrCoSi钢奥氏体变形层错几率的下降与奥氏体形变孪晶的产生有关。在应力作用下,Shockley不全位错的运动方向受加载方向控制,导致应力诱发ε马氏体沿加载方向生长,虽然不同晶粒内ε马氏体取向不同,但是各晶粒内应力诱发ε马氏体生长方向相同,产生的阻尼源取向相同,因此,19Mn实验钢冷轧板的阻尼性能具有各向异性。两种实验钢的阻尼性能都随着冷轧变形先升后降,其升高源于应力诱发ε马氏体和应力诱发层错的产生,其下降源于应力诱发γ→ε相变趋于饱和、位错密度的增高和应力诱发α’的产生。冷轧变形对19Mn8CrCoSi实验钢阻尼性能的增幅最高可达70%。(4)研究了两种实验钢的拉伸变形行为和力学性能变化规律。经1050℃、30min固溶处理后19Mn钢的屈服强度(0.2%补偿法)和抗拉强度都高于19Mn8CrCoSi实验钢,而其断后延伸率明显低于19Mn8CrCoSi实验钢。发现实验钢的力学性能主要受应力诱发γ→ε和ε→α’相变控制。ε马氏体含量越高,实验钢的强度和硬度越高;热诱发ε马氏体向α’马氏体的转变对塑性有利。热诱发ε马氏体/奥氏体界面和ε马氏体变体界面的分数控制着实验钢的断裂行为。
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