CN109777936A - 一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法 - Google Patents
一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种马氏体不锈钢超低温应变强化的方法，具体步骤是：1)将马氏体不锈钢制备成多个圆棒状试样；2)对部分初始状态下的圆棒试样进行超低温拉伸测试，测出其各项性能参数，并记录其超低温屈服强度σ0.2的大小；3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境下，以步骤2)所测出的屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期加载于圆棒状试样上，加载结束后得到硬化后的马氏体不锈钢。采用本发明方法对马氏体不锈钢进行低温应变强化处理后，材料的屈服强度有一定的提高，而对塑性指标并没有影响，其利用的强化机理主要是位错强化，加载后的材料位错密度大幅度提高。
Description
技术领域
本发明提供了一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，属于马氏体不锈钢领域。
背景技术
马氏体不锈钢具有高强、高韧等优异的力学性能、耐蚀性能和良好的焊接性能，已被广泛用于液体火箭发动机、航天器构件、极地和深海科考装备、超导传输设备、高寒轨道交通设备等领域，这些都需要在低温甚至是超低温的极端条件下服役。所以对该类马氏体不锈钢的性能要求将更加严格，同时对强韧性能的匹配也提出更高的要求。因此，研究马氏体不锈钢在低温环境下，如何提高其强度，同时仍能保持良好的塑韧性成为当今发展的一个重要趋势。
现有技术中的冷加工塑性变形后，加工硬化显著，强度可以大幅提高，而塑性却大幅降低，尤其是在超低温环境下，塑形会更低，使用条件会受到很大的限制。因此，在超低温环境下，如何利用简单有效的工艺即提升马氏体不锈钢的强度指标，又能保证良好的塑形指标是当前亟待解决的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，该方法在超低温液氮环境下，采用大应力加载来提高材料的低温力学性能，同时材料仍能保持良好的塑形。
技术方案：本发明的提供了一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，包括以下步骤：
1)将马氏体不锈钢制备成多个圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样进行超低温拉伸测试，测出其各项性能参数，并记录其超低温屈服强度σ0.2的大小；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境下，步骤2)所测出的屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期加载于圆棒状试样上，加载结束后得到硬化后的马氏体不锈钢。
其中：
该方法还包括对硬化后的马氏体不锈钢进行超低温拉伸测试，测出其抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率，然后与初始状态的马氏体不锈钢超低温力学性能进行对比。
步骤1)所述的圆棒状试样的直径Φ为10±0.03mm，其制备要求按照标准GB/T228.1-86制备。
步骤2)和步骤4)中所述的超低温拉伸测试是在密闭的环境箱中、以液氮为冷却介质进行，测试过程中温度稳定在-180±2℃，保温时间为30±1min、拉伸速率为1±0.1mm/min。
步骤2)所述的测出其各项性能参数，包括超低温下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率。
步骤3)所述的取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境下中，超低温环境的温度范围为-180±2℃。
步骤3)所述的以步骤2)所测出的屈服强度值的应力大小按照加载周期加载于圆棒状试样上，1次≤加载周期重复次数＜30次。
步骤3)所述的加载周期包括升载40±1s、保载250±1s、卸载10±1s。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发提供的马氏体不锈钢超低温应变强化方法操作简单，可以有效的提高材料的屈服强度，强化的机理主要是位错强化，加载后的试样位错密度大幅度提高。
2、与传统的加工硬化相比，采用本发明的马氏体不锈钢超低温应变强化方法强化后的马氏体不锈钢，在提高了强度的同时，并未导致其塑形的降低。
附图说明
图1为本发明提供的马氏体不锈钢超低温应变强化方法的工艺流程图；
图2为未进行屈服强度加载的试样的超低温拉伸应力应变曲线；
图3为屈服强度按照加载周期加载1次后试样的超低温拉伸应力应变曲线；
图4为屈服强度按照加载周期加载10次后试样的超低温拉伸应力应变曲线；
图5为屈服强度按照加载周期加载20次后试样的超低温拉伸应力应变曲线；
图6为未进行屈服强度加载的试样的透射电镜图片；
图7为屈服强度按照加载周期加载1次后试样的透射电镜图片。
具体实施方式
本发明提供了一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，采用本发明方法对马氏体不锈钢进行低温应变强化处理后，材料的屈服强度有一定的提高，而对塑性指标并没有影响，具体步骤如下：
1)将马氏体不锈钢制备成多个圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样进行超低温拉伸测试，测出其各项性能参数(超低温下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率)，并记录其超低温屈服强度σ0.2的大小；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境下，步骤2)所测出的屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期加载于圆棒状试样上，加载结束后得到硬化后的马氏体不锈钢；
4)对硬化后的试样进行超低温拉伸测试，测出其抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率。
为进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1：
一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，包括以下步骤：
1)将马氏体不锈钢按照GB/T228.1-86制成直径为Φ＝10mm的拉伸圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样利用夹具固定在密闭液氮环境箱内(温度稳定在-180℃)，圆棒试样在环境箱保温30min后，再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为1mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度σ0.2、延伸率以及断面收缩率分别为：1650MPa、1302MPa、24％、68％；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境(温度稳定在-180℃)，圆棒试样在环境箱保温30min后，以初始状态下圆棒状试样的超低温屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期(升载40s、保载250s、卸载10s)加载于圆棒状试样上，加载次数为1次，得到硬化后的试样；
4)对应变硬化后的试样再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为1mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率分别为：1674MPa、1410MPa、22.1％、68.2％。
由实验数据可知，马氏体不锈钢超经过本发明提供的强化方法强化后，其屈服强度有了很大的提升。
实施例2
一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，包括以下步骤：
1)将马氏体不锈钢按照GB/T228.1-86制成直径为Φ＝10.03mm的拉伸圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样利用夹具固定在密闭液氮环境箱内(温度稳定在-182℃)，圆棒试样在环境箱保温29min后，再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为1.1mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度σ0.2、延伸率以及断面收缩率分别为：1650MPa、1302MPa、24％、68％；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境(温度稳定在-182℃)，圆棒试样在环境箱保温29min后，以初始状态下圆棒状试样的超低温屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期(升载41s、保载251s、卸载11s)加载于圆棒状试样上，加载次数为10次，得到硬化后的试样；
4)对应变硬化后的试样再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为1.1mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率分别为：1645MPa、1435MPa、22.4％、69.8％。
由实验数据可知，马氏体不锈钢超经过本发明提供的强化方法强化后，其屈服强度有了很大的提升。
实施例3
一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，包括以下步骤：
1)将马氏体不锈钢按照GB/T228.1-86制成直径为Φ＝9.97mm的拉伸圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样利用夹具固定在密闭液氮环境箱内(温度稳定在-178℃)，圆棒试样在环境箱保温31min后，再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为0.9mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度σ0.2、延伸率以及断面收缩率分别为：1650MPa、1302MPa、24％、68％；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境(温度稳定在-178℃)，圆棒试样在环境箱保温31min后，以初始状态下圆棒状试样的超低温屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期(升载39s、保载249s、卸载9s)加载于圆棒状试样上，加载次数为15次，得到硬化后的试样；
4)对应变硬化后的试样再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为0.9mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率分别为：1692MPa、1440MPa、25.4％、67.7％。
由实验数据可知，马氏体不锈钢经过本发明提供的强化方法强化后，其屈服强度有了很大的提升。
实施例4
一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，包括以下步骤：
1)将马氏体不锈钢按照GB/T228.1-86制成直径为Φ＝10mm的拉伸圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样利用夹具固定在密闭液氮环境箱内(温度稳定在-180℃)，圆棒试样在环境箱保温30min后，再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为1mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度σ0.2、延伸率以及断面收缩率分别为：1650MPa、1302MPa、24％、68％；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境(温度稳定在-180℃)，圆棒试样在环境箱保温30min后，以初始状态下圆棒状试样的超低温屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期(升载40s、保载250s、卸载10s)加载于圆棒状试样上，加载次数为20次，得到硬化后的试样；
4)对应变硬化后的试样再进行超低温拉伸测试(拉伸速率为1mm/min)，得到其力学性能，其中抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率分别为：1682MPa、1443MPa、22.9％、68.8％。
由实验数据可知，马氏体不锈钢超经过本发明提供的强化方法强化后，其屈服强度有了很大的提升。
以上所述仅为本发明的优选实例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可以对其进行许多修改和调整，但都将落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)将马氏体不锈钢制备成多个圆棒状试样；
2)对部分初始状态下的圆棒试样进行超低温拉伸测试，测出其各项性能参数，并记录其超低温屈服强度σ0.2的大小；
3)取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境下，以步骤2)所测出的屈服强度σ0.2大小的单向拉应力按照加载周期加载于圆棒状试样上，加载结束后得到硬化后的马氏体不锈钢。
2.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：该方法还包括对硬化后的马氏体不锈钢进行超低温拉伸测试，测出其抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率，然后与初始状态的马氏体不锈钢超低温力学性能进行对比。
3.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：步骤1)所述的圆棒状试样的直径Φ为10±0.03mm，其制备要求按照标准GB/T228.1-86制备。
4.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：步骤2)所述的超低温拉伸测试是在密闭的环境箱中、以液氮为冷却介质进行，测试过程中温度稳定在-180±2℃，保温时间为30±1min、拉伸速率为1±0.1mm/min。
5.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：步骤2)所述的测出其各项性能参数，包括超低温下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率。
6.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：步骤3)所述的取另一部分初始状态下的圆棒试样置于在超低温环境下中，超低温环境的温度范围为-180±2℃。
7.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：步骤3)所述的以步骤2)所测出的屈服强度值大小的单向拉应力按照加载周期加载于圆棒状试样上过程中，1次≤加载周期的重复次数＜30次。
8.如权利要求1所述的一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法，其特征在于：步骤3)所述的加载周期包括升载40±1s、保载250±1s、卸载10±1s。
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