利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方法

摘要

本发明公开了一种利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方法，解决了工业生产难度大、生产效率低、成本高的问题。它包括以下步骤：a、对304不锈钢板在室温下匀速拉伸，拉伸速率v满足0＜v≤5mm/min；拉伸变形量为30％；b、在温度T下，对拉伸后的304不锈钢板进行时效处理，其中T满足700℃≤T≤900℃，时效处理的时间t满足15min≤t≤25min；重复循环步骤a、b，记录总循环次数N；将循环N(N＝1、2、3……)次后的304不锈钢板拉断，计算总伸长率δ

说明书

技术领域

本发明涉及超塑性成形领域，具体说的是一种主要应用于钢材中实现钢材 超塑性的一种利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方法。

背景技术

现有的超塑性成形领域基本上是采用细晶超塑性材料，具有以下不足：晶 粒的细化预处理，晶粒尺寸一般要求小于5μm；一定的变形温度，一般为0.5T_m～ T_m，其中T_m是合金熔点，与材料成分有关，可查手册；低的应变速率，一般要 求应变速率控制在10^-4～10^-1s^-1范围内。因此，细晶超塑性的主要特点是对设备 要求高(高温变形)、低生产率及高昂的预处理费用，这也是导致细晶超塑性在 超塑性成形领域难以广泛应用的原因。

对于相变超塑性在塑性加工领域的应用主要还处于实验研究阶段，原因在 于现已有的研究主要采用的是应力与高温相变循环同步的方法，因此设备要求 高，而对于大型产品则根本无法实施。

专利申请号为CN201010299718.7，利用相变超塑性对金属材料机械零件进 行校形的方法；将淬火状态的被校形零件安装在工艺装备内，工艺装备对被校 形零件施加持续力，将被校形零件的形状尺寸超公差部分固定到尺寸公差合格 的范围内；将被校形零件连同工艺装备一同放入回火炉内进行正常工艺过程的 回火热处理工序，被校形零件在回火热处理过程中发生相变，利用金属相变时 具有的超塑性，在持续力的作用下，被校形零件发生校形所需的塑性变形；回 火热处理工序完成后，卸掉工艺装备，得到尺寸公差合格的零件。存在不足： 需专用的工装设备，成本高；工装设备需同工件一起放入回火炉，工装设备的 精度、表面质量将下降，维护成本高；受工装设备的限制对于大型或需大变形 工件难以实施。

专利申请号为CN201310234229.7，预先准备的锻造合金坯料初始晶粒度小 于10μm，且成近等轴晶状态；等温条件下进行锻造(温度为1040-1120℃)；应 变速率为0.0001-0.0005s^-1。存在不足：需对材料晶粒尺寸进行预处理，增加成 本；等温锻造在高温进行不易控制；应变速率低，生产效率低。

发明内容

为了克服上述所存在的技术缺陷，本发明的目的是：提供一种加工生产难 度低、成本低且生产效率高的利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方 法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：利用马氏体相变循环 实现304不锈钢超塑性的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、对304不锈钢板在室温下匀速拉伸，诱发304不锈钢中的奥氏体发生马 氏体相变，其中拉伸速率v满足0＜v≤5mm/min，拉伸变形量为30％；

b、时效处理，即在温度T下，对拉伸后的304不锈钢板保温，诱发304不 锈钢中的马氏体逆相变，同时伴随产生回复应力，其中T满足700℃≤T≤900 ℃，保温的时间，即时效时间t满足15min≤t≤25min；

c、重复循环步骤a、b，记录总循环次数N；

d、将循环N(N＝1、2、3……)次后的304不锈钢板拉断，计算总伸长率δ_总， δ_总≥100％时，则实现相变超塑性。

步骤a中对304不锈钢板在室温下匀速拉伸所采用的设备为微机控制电子 万能试验机CMT5105，拉伸速率v满足2.5mm/min≤v≤3.5mm/min。

步骤b中采用箱式电阻炉对拉伸后的304不锈钢板进行时效处理，温度T 满足750℃≤T≤850℃。

步骤a中，拉伸速率v满足v＝3mm/min。

步骤b中，所述的温度T满足T＝800℃。

所述的时间t满足t＝20min。

本发明的有益效果是：本发明的利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑 性的方法，通过利用室温拉伸应力可诱发304不锈钢马氏体相变，而时效过程 中马氏体逆相变时会伴随产生回复应力；马氏体相变可在室温进行，对于实际 应用非常有利，且时效处理后仅需直接空冷至室温即完成一次相变循环，无需 专用的设备进行复杂的加热与冷却循环；工艺简单且节约了大量的生产成本。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于以下所述。

本发明的利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方法，包括以下步 骤：

a、对304不锈钢板在室温下匀速拉伸，诱发304不锈钢中的奥氏体发生马 氏体相变，其中拉伸速率v满足0＜v≤5mm/min，拉伸变形量为30％；若速度 较小则效率较低，若速率较大，则由于材料的晶体缺陷增多引起加工硬化且晶 体位错运动更困难，会导致过早出现非均匀塑性变形，使颈缩现象提前产生， 对于超塑性的实现不利；

b、时效处理，即在温度T下，对拉伸后的304不锈钢板保温，诱发304不 锈钢中的马氏体逆相变，同时伴随产生回复应力，其中T满足700℃≤T≤900 ℃，保温的时间，即时效时间t满足15min≤t≤25min；若温度低于500℃，由 于温度较低，马氏体逆相变能力降低，马氏体逆相变不完全，对于塑性的积累 效果差；温度在500℃～700℃之间，会导致已逆相变得到的奥氏体沿晶界析出 Cr₂₃C₆，使晶界附近成为贫铬区，产生严重的晶间腐蚀；温度过高，超过900℃ 会产生高温氧化等问题；

c、重复循环步骤a、b，记录总循环次数N；

d、将循环N(N＝1、2、3……)次后的304不锈钢板拉断，计算总伸长率δ_总， δ_总≥100％时，则实现相变超塑性。

本发明的利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方法，通过利用室 温拉伸应力可诱发304不锈钢马氏体相变，而时效过程中马氏体逆相变时会伴 随产生回复应力；马氏体相变可在室温进行，对于实际应用非常有利，且时效 处理后仅需直接空冷至室温即完成一次相变循环，无需专用的设备进行复杂的 加热与冷却循环；工艺简单且节约了大量的生产成本。

值得注意的是，所述的室温只是说明本方法实施过程的优越性，即实施过 程无需特殊环境要求，如升温、降温、恒温等，该方法实施的室温环境范围较 宽，在0℃～40℃室温都可进行。

作为优选的，步骤a中对304不锈钢板在室温下匀速拉伸所采用的设备为 微机控制电子万能试验机CMT5105，拉伸速率v满足2.5mm/min≤v≤3.5 mm/min。当然也可以选用普通拉伸机代替CMT5105。若速度较小则效率较低， 若速率较大，则由于材料的晶体缺陷增多引起加工硬化且晶体位错运动更困难， 会导致过早出现非均匀塑性变形，使颈缩现象提前产生，对于超塑性的实现不 利。

作为优选的，步骤b中采用箱式电阻炉对拉伸后的304不锈钢板进行时效 处理，温度T满足750℃≤T≤850℃。

作为优选的，步骤a中，拉伸速率v满足v＝3mm/min。

作为优选的，步骤b中，所述的温度T满足T＝800℃。

作为优选的，所述的时间t满足t＝20min，是为了确保马氏体逆相变完全进 行。在确保马氏体逆相变进行完全的情况下，时间越短越好。一方面节能；另 一方面防止由于时间过长引起奥氏体晶粒长大，从而导致塑性下降。该时间随 试样尺寸增大而增加。

下面提供一些实验数据。

说明：1、根据实验，循环次数均取2次即可以实现超塑性，比较其最高总延伸 率找到其最优温度。

2、优选时效温度为800℃。虽然温度为900℃时超塑性最高，但仅比800 ℃时高了5％，且温度高意味着耗能高，氧化严重很多。

说明：时效时间t太短，马氏体逆相变未完全进行，对超塑性的提高不利，时效 时间t太长，导致逆相变生成的奥氏体晶粒长大，也会降低塑性，优选时效时间 为20min。

说明：1、拉伸速率越低，效果越好，但生产效率会大大降低,所以拉伸速度小 于3mm/min的未做具体实验；

2、从结果看，拉伸速度取3mm/min时超塑性最好，但在实际运用中，只 要能达到用户要求，可适当采用高一点的拉伸速度。比如，某零件要求其总变 形量为138％，可采用拉伸速率为7mm/min。

3、后期具体实验结果表明，采用拉伸速度为20mm/min时，变形量达30％ 时试样未断，但是由于在奥氏体转变为马氏体的过程中产生的塑性变形热来不 及散失，导致温度明显升高，在一定程度上抑制了马氏体的产生，将导致超塑 性的降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。