基于脉冲电流调控AISI420不锈钢中残余奥氏体的强韧化机制.pdf

摘要

基于脉冲电流控制AISI420不锈钢中残余奥氏体的强韧化

机制

摘要

马氏体不锈钢由于高强度、良好的耐蚀性和生物相容性，被广泛应用于管道

材料、切割工具和医疗器械等领域。随着工业的快速发展，制造业对马氏体不锈

钢力学性能的要求不断提高。现有工艺主要通过固溶+回火处理获得具有适当

强度和塑性的马氏体不锈钢。然而传统处理能耗高，耗时长，而且长时间固溶处

理会使晶粒粗化，不利于材料力学性能的提高。因此，需要寻找一种新的组织调

控方法来解决上述问题。本论文采用多步脉冲电流处理方式，在AISI420不锈钢

中获得了细小的组织及足量的残余奥氏体，制备了具有优异塑性的超高强马氏体

不锈钢。通过微观组织表征和力学性能分析，探究了不同电脉冲工艺参数对

AISI420不锈钢微观组织及力学性能的影响机理，揭示了晶粒细化和影响残余奥

氏体稳定的机制。本文的主要研究结果如下：

(1)对AISI420不锈钢进行脉冲电流奥氏体化处理。微观组织中碳化物的含

量随脉冲电流处理时间增加而降低，而晶粒的尺寸随时间增加而增大。通过力学

性能分析，选定了最佳的脉冲电流奥氏体化（EQ）处理参数（3V2.4s）。

(2)脉冲电流处理可在极短的时间内完成奥氏体化，限制原奥氏体晶粒的长

大，从而显著细化马氏体。同时，脉冲电流处理可以溶入部分碳化物，使奥氏体

稳定元素在碳化物附近富集从而降低Ms（马氏体起始转变）温度，并在淬火后

使晶界和碳化物周围形成稳定性较高的残余奥氏体。因此，在EQ（3V2.4s）处

理之后，材料的强度显著提高，而延伸率较传统热处理也略有改善。

(3)EQ样品经脉冲电流回火（EQ+ET）后，残余奥氏体的体积分数从4.4%

增加到11.8%。这是由于在脉冲电流回火过程中，碳元素从马氏体基体配分到残

余奥氏体中，使残余奥氏体发生逆转变。因而，与传统热处理相比，EQ+ET的

材料获得了更好的综合力学性能。

(4)快速加热淬火+回火（HQT：3000℃/s）和中等加热速率淬火+回火

I

吉林大学硕士论文

（MQT:1500℃/s）样品的马氏体束（packet）分别细化至2.7μm和3.0μm。同

时，脉冲电流极快的加热速率保留了元素不均匀分布使奥氏体稳定元素富集，提

高了残余奥氏体的稳定性使残余奥氏体在室温下得以保留。此外，HQT和MQT

样品较高的几何必要位错密度提高了材料的抗拉强度。因此，MQT和HQT的样

品可以获得优异的力学性能（HQT：抗拉强度为1780MPa,延伸率为12.74%；

MQT：抗拉强度为1611MPa,延伸率为15.69%）。

关键词：

马氏体不锈钢，脉冲电流处理，晶粒细化，残余奥氏体，奥氏体逆转变

II

目录

目录

摘要I

AbstractIII

第1章绪论1

1.1选题目的及意义1

1.2不锈钢概述3

1.3马氏体不锈钢4

1.3.1马氏体不锈钢简介4

1.3.2马氏体不锈钢中元素的作用7

1.3.3马氏体钢中残余奥氏体的制备9

1.4脉冲电流处理简介13

1.4.1脉冲电流在金属材料中的主要效应14

1.4.2脉冲电流对金属组织和性能的影响15

1.5本文研究的主要内容16

第2章实验方法与设备17

2.1实验材料17

2.2脉冲电流处理17

2.2.1脉冲电流处理设备17