奧氏體不銹鋼冷加工硬化的研究

1、奧氏體不銹鋼冷加工硬化的研究王斯琦（遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院阜新）摘要：室溫條件下采用簡(jiǎn)單拉伸實(shí)驗(yàn)研究了奧氏體不銹鋼薄板的加工硬化規(guī)律與機(jī)理，組織分析結(jié)果表明：在室溫條件下冷加工，形變過(guò)程中發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的強(qiáng)化效應(yīng)引起加工硬化，在觀察到的形變組織結(jié)構(gòu)中，應(yīng)變誘發(fā)馬氏體、馬氏體和形變孿晶對(duì)流變應(yīng)力有明顯的影響，是奧氏體不銹鋼這種低層錯(cuò)能面心立方結(jié)構(gòu)合金具有較強(qiáng)的加工硬化能力的根本原因。關(guān)鍵詞：冷加工工藝，加工硬化，奧氏體不銹鋼，馬氏體前言?shī)W氏體不銹鋼薄板是常用的沖壓材料，該材料在冷加工過(guò)程中或冷加工完成以后，因顯著的加工硬化和很高的殘余應(yīng)力，沖壓制品極易開裂，成為實(shí)際生產(chǎn)中普遍

2、存在的技術(shù)難題。從微觀角度看，該合金變形時(shí)，滑移面及晶界上產(chǎn)生大量位錯(cuò)，致使點(diǎn)陣產(chǎn)生畸變。脆性的碳化物等被破碎，并沿流變方向分布。形變量越大時(shí)，位錯(cuò)密度越高，內(nèi)應(yīng)力及點(diǎn)陣畸變?cè)絿?yán)重，使金屬變形抗力和硬度隨變形而增加，塑性指標(biāo)降低，產(chǎn)生明顯的加工硬化現(xiàn)象。當(dāng)加工硬化達(dá)一定程度時(shí)，如繼續(xù)形變，便有開裂或脆斷的危險(xiǎn)，其殘余應(yīng)力極易引起沖壓制品自爆破裂，在環(huán)境氣氛中，放置一段時(shí)間后，合金還會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生晶界開裂（通常稱為“季裂”）。加工硬化是研究金屬力學(xué)性能的重要課題之一。通過(guò)研究奧氏體不銹鋼薄板在外應(yīng)力作用下的形變過(guò)程及機(jī)理，了解各種內(nèi)外因素對(duì)形變的影響，不僅對(duì)制定塑性加工工藝、分析和控制加工件的質(zhì)量是

3、十分必要的，而且對(duì)了解該材料的力學(xué)性能、合理使用該材料、提高其性能、挖掘其應(yīng)用潛力等都具有重要意義。在實(shí)際生產(chǎn)中，不管是消除殘余應(yīng)力還是使材料軟化，對(duì)于不銹鋼多工序沖壓必須進(jìn)行工序間的軟化退火（即中間退火），以消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、恢復(fù)塑性，方能進(jìn)行下一道加。因此，研究奧氏體不銹鋼薄板的加工硬化及退火軟化不僅具有明顯的實(shí)際意義，而且具有十分重要的理論意義。奧氏體不銹鋼材料奧氏體不銹鋼根據(jù)奧氏體的穩(wěn)定性可分為兩類，即穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼。穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼是指在大量變形后仍能保持奧氏體顯微結(jié)構(gòu)的那些鋼（如型不銹鋼），而亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼是指當(dāng)應(yīng)變時(shí)容易轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铖R氏體顯微結(jié)構(gòu)的那些鋼（如型不銹

4、鋼），這兩類鋼之間的差別的最好說(shuō)明是兩種鋼的應(yīng)力一應(yīng)變曲（如圖）。其中型不銹鋼為亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼的代表，應(yīng)變后開始馬氏體轉(zhuǎn)變，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線上加工硬化率顯著的增加。與鐵磁性的鐵素體及馬氏體類不銹鋼不同，奧氏體不銹鋼是無(wú)磁性的。不銹鋼的屈服強(qiáng)度經(jīng)冷加工變形后可以從增加到。不銹鋼能強(qiáng)化到這種程度，是因?yàn)樵趶?qiáng)烈的冷變形時(shí)發(fā)生了奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，這樣一來(lái)就導(dǎo)致不銹鋼具有一定的磁性。圖穩(wěn)定態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼的應(yīng)力一應(yīng)變曲線鐵、鉻和鎳是鉻鎳奧氏體不銹鋼的三大基礎(chǔ)元素。通過(guò)主要合金元素鉻和鎳的合理搭配，鐵一鉻一鎳三元系和該三元系基礎(chǔ)上加入其他元素所構(gòu)成的合金可以在室溫下維持奧氏體不銹鋼基體。但大

5、部分常用鉻鎳奧氏體不銹鋼自高溫奧氏體狀態(tài)驟冷到室溫所獲得的奧氏體基體都是亞穩(wěn)定的。當(dāng)繼續(xù)冷卻到室溫以下溫度，或者在經(jīng)過(guò)冷變形時(shí)，其中一部分或大部分奧氏體會(huì)變成馬氏體組織，即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。在型不銹鋼（屬于一型不銹鋼，具體成分見(jiàn)表中，馬氏體形成量隨冷變形量加大而增多，奧氏體不銹鋼中馬氏體的生成對(duì)其力學(xué)性能和冷成形性產(chǎn)生重要影響，同時(shí)也增強(qiáng)鋼的磁性。由于馬氏體硬而脆，隨著鋼中馬氏體量的增加，其強(qiáng)度提高，塑性降低。在冷加工過(guò)程中，這種現(xiàn)象會(huì)增大產(chǎn)品開裂的可能性。表奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分，（）（）（）（）（）（）（）加工硬化加工硬化曲線金屬材料的加工硬化曲線是形變過(guò)程中宏觀應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的表征。由于晶

6、界的存在，多晶體的加工硬化曲線與單晶體不同。單晶體的加工硬化曲線單晶體的加工硬化曲線通常出現(xiàn)三個(gè)階段。但是，由于晶體結(jié)構(gòu)類型、晶體取向、雜質(zhì)含量以及形變條件的不同，各階段的長(zhǎng)短不同，甚至某一階段不出現(xiàn)。面心立方晶體面心立方晶體的加工硬化曲線明顯呈現(xiàn)三個(gè)階段，如圖。易滑移階段：晶體中只有一組滑移系啟動(dòng)，在平行滑移面上位錯(cuò)移動(dòng)很少受到其他位錯(cuò)干擾，可移動(dòng)相當(dāng)大的距離，并可能達(dá)到晶體表面，增殖出新位錯(cuò)，產(chǎn)生較大的應(yīng)變。在這一階段，位錯(cuò)滑移、增殖遇到的阻力很小，加工硬化率很低。線形硬化階段：隨著次滑移和多滑移系啟動(dòng)，加工硬化進(jìn)入線形硬化階段。由于相交滑移系上位錯(cuò)的交互使用，形成割階、位錯(cuò)等障礙，位錯(cuò)密

7、度迅速增加，形成塞積群或纏結(jié)，位錯(cuò)不能越過(guò)這些障礙而被限制在一定范圍內(nèi)，形成位錯(cuò)胞狀組織。隨著形變量增加，胞的尺寸不斷減小，流變應(yīng)力顯著提高，加工硬化率很大。圖單晶體的切應(yīng)力一切應(yīng)變曲線拋物線硬化階段：流變應(yīng)力增大到一定程度以后，滑移面上的位錯(cuò)借交滑移而繞過(guò)障礙，避免與發(fā)生交互作用。同時(shí)，異號(hào)螺位錯(cuò)還通過(guò)交滑移彼此抵消，從而使一部分硬化作用減弱，加工硬化率降低。體心立方晶體在一定純度、溫度、取向和應(yīng)變速率條件下，體心立方晶體才產(chǎn)生有明顯三階段的加工硬化曲線。室溫和低溫形變時(shí)，體心立方晶體的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)和面心立方晶體相似。在體心立方晶體的加工硬化曲線上常有明顯的屈服點(diǎn)存在，這與位錯(cuò)和微量間隙雜質(zhì)原子

8、交互作用有關(guān)。只有在純度相當(dāng)高的情況下，屈服才會(huì)消除。在低溫時(shí)，滑移形變?cè)絹?lái)越困難，孿生形變占有重要地位，相應(yīng)的在加工硬化曲線上出現(xiàn)鋸齒狀。由于體心立方晶體自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在低溫時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)克服較大的派納力：高溫時(shí)易克服這一阻力，因而屈服強(qiáng)度較低。另外，間隙雜質(zhì)原子對(duì)屈服應(yīng)力產(chǎn)生顯著影響。密排六方晶體密排六方晶體和面心立方晶體的密排方式非常接近，塑性形變使堆垛順序改變，形成堆垛層錯(cuò)。雖然在一定的取向、溫度和其他實(shí)驗(yàn)條件下，密徘六方晶體的加工硬化曲線也有三個(gè)階段，但并不典型。它的第工階段通常很長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)某些面心立方晶體和體心立方晶體，以至于第階段還沒(méi)來(lái)得及充分發(fā)展就已經(jīng)斷裂。晶體的加工硬化曲線實(shí)

9、際上，絕大部分金屬材料是多晶體。當(dāng)外力作用于多晶體時(shí)，取向不同的各晶粒所受應(yīng)力不同，而作用在各晶粒滑移系上的分切應(yīng)力也因取向不同相差很大，各晶粒不同時(shí)開始塑性形變。當(dāng)處于不利取向的晶粒還沒(méi)開始滑移時(shí)，處于有利取向的晶粒已經(jīng)滑移，而且不同取向晶粒的滑移系取向也不同，故滑移不可能從一個(gè)晶粒直接延伸到另一個(gè)晶粒中。但是，由于每個(gè)晶粒都處于其他晶粒的包圍中，形變必然與鄰近晶粒相互協(xié)調(diào)配合，否則，形變難以進(jìn)行，甚至不能保持晶粒間變形的連續(xù)性。隨著多滑移的進(jìn)行，大量位錯(cuò)塞積在不動(dòng)位錯(cuò)前，成為決定加工硬化率的主要因素。與單晶體相比，多晶體的加工硬化曲線不出現(xiàn)第工階段，而整條曲線更陡，加工硬化率更高。此外，由

10、于鄰近晶界區(qū)滑移的復(fù)雜性，多晶體的加工硬化還與晶粒大小有關(guān)。在形變開始階段尤為明顯，達(dá)到某種程度后，細(xì)晶材料和粗晶材料逐漸一致。加工硬化理論林位錯(cuò)理論這一理論認(rèn)為，在加工硬化的第階段，位錯(cuò)基本上分布在主滑移面上，幾乎都是可滑移位錯(cuò)。第階段開始時(shí)，原滑移系中位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的長(zhǎng)程應(yīng)力導(dǎo)致次滑移系激活，產(chǎn)生大量林位錯(cuò)。因?yàn)榱治诲e(cuò)對(duì)滑移沒(méi)有貢獻(xiàn)，而是逐步向胞壁轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致胞壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，使位錯(cuò)對(duì)滑移的平均自由程大為減小。由于位錯(cuò)密度升高，胞狀組織尺寸減小，加工硬化率保持不變但數(shù)值較大。在第階段向第階段的過(guò)程中，出現(xiàn)大量位錯(cuò)交滑移，使位錯(cuò)三維運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。因而，不可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)量驟減，第階段加工硬化率逐漸減小。割

11、階理論第階段硬化開始時(shí)，由于林位錯(cuò)滑移，原滑移系中的一源必然要產(chǎn)生大量割階。在位錯(cuò)源反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所有間隙原子割階都變成空位割階。割階理論對(duì)形變穩(wěn)定性進(jìn)行了充分解釋。理論這個(gè)理論基于一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及第階段的有關(guān)特點(diǎn)，認(rèn)為：（）硬化第階段末，在塞積于平行面間的滑移位錯(cuò)產(chǎn)生的應(yīng)力與外加應(yīng)力共同作用下，次滑移系上分切應(yīng)力超過(guò)該系統(tǒng)的臨界切應(yīng)力，導(dǎo)致次滑移系激活，形成復(fù)雜的位錯(cuò)組態(tài)。（）在彈性交互作用下，新滑移線受阻于上述障礙，并對(duì)以后的滑移起阻礙作用。（）位錯(cuò)源的啟動(dòng)是一個(gè)觸發(fā)過(guò)程，并在內(nèi)應(yīng)力有利的方向激活，直到增殖出的位錯(cuò)反向應(yīng)力使位錯(cuò)源停止為止。（）由任一形變量時(shí)的位錯(cuò)源密度求解相應(yīng)的流變應(yīng)力。盡

12、管理論定量比較粗糙，但在考慮上述點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)加工硬化曲線做了定量的解釋，同時(shí)還對(duì)加工硬化后晶體中位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的不均勻性給予一定的說(shuō)明。理論認(rèn)為，形變后位錯(cuò)的分布有一定的取向，晶體的加工硬化基本來(lái)自位錯(cuò)間的長(zhǎng)程彈性交互作用，其中又以原滑移系中位錯(cuò)的交互作用為主。在面心立方結(jié)構(gòu)金屬加工硬化的第工階段，首先是原滑移面上的位錯(cuò)按前述某一種或兩種機(jī)制產(chǎn)生位錯(cuò)偶以及共扼滑移系中的位錯(cuò)形成位錯(cuò)，但這一階段硬化主要來(lái)自單個(gè)位錯(cuò)間的長(zhǎng)程應(yīng)力場(chǎng)。因此，位錯(cuò)偶或位錯(cuò)沒(méi)有形成滑移的有效障礙。隨著形變?cè)黾?，次滑移系被激活，第階段向第階段過(guò)渡。此時(shí)，位錯(cuò)偶越來(lái)越短，位錯(cuò)也越來(lái)越多，直到第階段以這些位錯(cuò)偶，位錯(cuò)為核心形成位錯(cuò)塞

13、積的有效障礙。隨著形變繼續(xù)增加，位錯(cuò)塞積的應(yīng)力場(chǎng)足以阻止相鄰滑移面上的位錯(cuò)滑移，使滑移線越來(lái)越短，位錯(cuò)密度越來(lái)越大。在第階段，由于局部應(yīng)力增加促使大量交滑移進(jìn)行，出現(xiàn)滑移帶及其碎化，加工硬化率也隨之降低。加工硬化機(jī)理位錯(cuò)強(qiáng)化晶體塑性形變時(shí)，位錯(cuò)的增殖、運(yùn)動(dòng)、受阻以及掙脫障礙的情況決定不同晶體結(jié)構(gòu)金屬材料加工硬化的特點(diǎn)。在變形過(guò)程中，位錯(cuò)的數(shù)目會(huì)大量增加。在變形過(guò)程中應(yīng)不斷有新位錯(cuò)產(chǎn)生，即晶體存在增殖位錯(cuò)的位錯(cuò)源。但和總結(jié)了塑性變形對(duì)一些金屬位錯(cuò)密度的影響，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，以內(nèi)的塑性變形并不顯著增加晶體的位錯(cuò)密度。晶體中的位錯(cuò)由相變和塑性形變引起，位密度越高，形變的阻力越強(qiáng)，割階，位錯(cuò)偶極，小位錯(cuò)圈

14、和空位都是位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的阻力。晶體的滑移實(shí)際上是源源不斷的位錯(cuò)沿著滑移面的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滑移面上的位錯(cuò)和林位錯(cuò)發(fā)生彈性交互作用時(shí)，通過(guò)位錯(cuò)反應(yīng)形成新的位錯(cuò)線，彈性能隨之降低。在多滑移時(shí)，由于各滑移面相交，因而在不同滑移面上運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)也就必然相遇，發(fā)生相互交割。此外，在滑移面上運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)還要與晶體中原有的以不同角度穿透滑移面的位錯(cuò)相交割。位錯(cuò)交割的結(jié)果是一方面增加了位錯(cuò)線的長(zhǎng)度，另一方面還可能形成一種難以運(yùn)動(dòng)的固定割階，成為后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，造成位錯(cuò)纏結(jié)，這是多滑移加工硬化效果較大的主要原因。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，除發(fā)生交割外，還可能產(chǎn)生塞積。在切應(yīng)力作用下，弗蘭克一瑞德位錯(cuò)源所產(chǎn)生的大量位錯(cuò)沿滑移面運(yùn)動(dòng)

15、，如果遇上障礙物（固定位錯(cuò)、晶界等），領(lǐng)先位錯(cuò)會(huì)在障礙物前被阻止，后續(xù)位錯(cuò)被堵塞起來(lái)，結(jié)果形成位錯(cuò)的平面塞積群，并在障礙物前引起高度的應(yīng)力集中。位錯(cuò)的塞積群會(huì)對(duì)位錯(cuò)源產(chǎn)生作用力，塞積位錯(cuò)越多，反作用力越大，直到這種作用力與外加切應(yīng)力時(shí)，位錯(cuò)源就會(huì)停止發(fā)射位錯(cuò)。只有進(jìn)一步增加外力，位錯(cuò)源才會(huì)重新開動(dòng)。這進(jìn)一步說(shuō)明了。對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙能夠提高材料的強(qiáng)度，這是絕大多數(shù)強(qiáng)化方法的實(shí)質(zhì)。位錯(cuò)強(qiáng)化本身對(duì)金屬材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)很大，其重要作用遠(yuǎn)不止于此。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)也是晶界與第二相粒子強(qiáng)化的主要原因。晶界強(qiáng)化晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的最大障礙之一，是位錯(cuò)塞積的場(chǎng)所。晶界兩側(cè)的原子排列取向不同，一個(gè)晶粒中的滑移帶不能穿過(guò)晶界延

16、伸到相鄰晶粒，產(chǎn)生滑移形變必須啟動(dòng)自身的位錯(cuò)源。在外應(yīng)力的作用下，可能使晶界上的位錯(cuò)進(jìn)入晶內(nèi)，即晶界向晶內(nèi)發(fā)射位錯(cuò)。所以，晶界是多晶體材料塑性形變的重要位錯(cuò)源，尤其在缺少源的情況所起的作用更大。晶界的主要作用是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。晶粒越細(xì)，晶界越多，阻礙位錯(cuò)滑移的作用越大，屈服強(qiáng)度越高。第二相粒子強(qiáng)化大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的高強(qiáng)度合金都含有第二相粒子，強(qiáng)化效果最強(qiáng)的是第二相質(zhì)點(diǎn)尺寸不大，高度彌散分布在基體中。這些第二相粒子往往是金屬間化合物，碳化物和氮化物，且比基體硬得多。多相合金的塑性形變?nèi)Q于基體的性質(zhì)，也取決于第二相粒子本身的塑性、加工硬化性質(zhì)、以及尺寸大小、形狀、數(shù)量和分布；還包括兩相之間的晶體學(xué)匹

17、配情況、界面能、界面結(jié)合等。運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與不可變形粒子相遇時(shí)，受到粒子的阻擋，位錯(cuò)線按機(jī)制圍繞它發(fā)生彎曲。隨著外應(yīng)力增加，位錯(cuò)線受阻部分彎曲更劇裂在粒子兩側(cè)相遇，正負(fù)號(hào)位錯(cuò)彼此抵消，形成包圍粒子的位錯(cuò)環(huán)留下，位錯(cuò)線的其余部分越過(guò)粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。如圖所示，顯然，位錯(cuò)按這種方式運(yùn)動(dòng)受到的阻力很大，而且每個(gè)位錯(cuò)經(jīng)過(guò)粒子時(shí)都要留下一個(gè)位錯(cuò)環(huán)，這個(gè)環(huán)對(duì)位錯(cuò)源產(chǎn)生反向應(yīng)力。因此，繼續(xù)形變時(shí)必須增加應(yīng)力以克服此反向應(yīng)力，流變應(yīng)力迅速提高。減小粒子尺寸或增加體積分?jǐn)?shù)都能提高粒子強(qiáng)化效應(yīng)。位錯(cuò)切過(guò)可變形第二相粒子時(shí)將和基體一起形變，如圖，強(qiáng)化作用主要取決于粒子本身的性質(zhì)及其與基體間的關(guān)系，機(jī)制很復(fù)雜，且因合金而異。主

18、要有幾方面的作用：（）粒子結(jié)構(gòu)往往與基體不同，當(dāng)位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)，必然造成滑移面上原子排列的錯(cuò)配，要增加做功。（）若粒子是有序結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)將在滑移面上產(chǎn)生反向疇界，反向疇界能高于粒子與基體間的界面能。（）每個(gè)位錯(cuò)切過(guò)粒子都形成寬度為的表面臺(tái)階，即增加了粒子與基體間的界面面積，這需要相應(yīng)的能量。（）粒子周圍的彈性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。（）粒子的彈性模量與基體不同引起位錯(cuò)能量與線張力變化，若粒子的彈性模量高于基體，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)就要受阻。在這些因素的綜合作用下，合金強(qiáng)度得以提高。增大可變形微粒尺寸或體積分?jǐn)?shù)都能提高強(qiáng)度。圖位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子示意圖圖位錯(cuò)切過(guò)粒子示意圖應(yīng)變誘

19、發(fā)相變強(qiáng)化馬氏體相變實(shí)際上是一種沒(méi)有擴(kuò)散的、點(diǎn)陣畸變式的組織轉(zhuǎn)變，它的切變分量和最終的形狀變化，應(yīng)當(dāng)足以使轉(zhuǎn)變過(guò)程中動(dòng)力學(xué)及形態(tài)受應(yīng)變能控制。馬氏體相變分為熱誘發(fā)馬氏體相變和應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變。熱誘發(fā)馬氏體相變是冷卻過(guò)程中自發(fā)的相變，相變驅(qū)動(dòng)力來(lái)自冷卻時(shí)的自由能變化，應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變是在和之間發(fā)生的相變，相變驅(qū)動(dòng)力由部分外應(yīng)力提供。常用的奧氏體不銹鋼自高溫狀態(tài)驟冷到室溫，所獲的基體組織大多都是亞穩(wěn)定的奧氏體。當(dāng)繼續(xù)冷到更低溫度或經(jīng)冷形變時(shí)，其中部分奧氏體會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這時(shí)候面心立方的奧氏體就變成體心立方（或密排六方）的馬氏體，并與原奧氏體保持共格，以切變方式在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的無(wú)擴(kuò)散性相變

20、，即相變不需要原子的擴(kuò)散，而是通過(guò)類似于機(jī)械孿生的切變方式產(chǎn)生的。新相（馬氏體）和母相（奧氏體）共格，因而（馬氏體）能以極快的速度長(zhǎng)大，一般在很快的時(shí)間內(nèi)完成相變。奧氏體不銹鋼冷加工硬化的研究冷加工量對(duì)奧氏體不銹鋼加工硬化的影響預(yù)加工變形量對(duì)試樣力學(xué)性能的影響見(jiàn)表、圖。表不同預(yù)變形量對(duì)奧氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響實(shí)驗(yàn)號(hào)變形量斷后伸長(zhǎng)率圖預(yù)變形量對(duì)奧氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響由表、圖可知，隨著預(yù)變形量的增加屈服強(qiáng)度。，和抗拉強(qiáng)度。均逐步提高，硬度值也隨著增加，產(chǎn)生了明顯的加工硬化，而塑性隨之下降。同時(shí)也可清楚看出：隨著變形量的增加，試樣的屈強(qiáng)比。、也隨之增加，這說(shuō)明試樣可成形性也會(huì)隨著冷變形量的增加

21、而降低。奧氏體不銹鋼沖壓加工硬化機(jī)理的探討奧氏體不銹鋼在形變過(guò)程中不同程度地出現(xiàn)層錯(cuò)、形變孿晶、應(yīng)變誘發(fā)馬氏體，并在晶界與退火孿晶附近形成位錯(cuò)塞積和位錯(cuò)胞狀組織。以往的研究表明，在形變亞穩(wěn)和穩(wěn)定奧氏體合金中應(yīng)變誘發(fā)馬氏體和或形變孿晶的體積分?jǐn)?shù)隨應(yīng)變拋物線形地增加，位錯(cuò)塞積和位錯(cuò)胞狀組織胞壁中的位錯(cuò)密度也隨應(yīng)變?cè)黾?，但位錯(cuò)胞狀組織尺寸減小。這些形變組織結(jié)構(gòu)對(duì)加工硬化均有貢獻(xiàn)。晶界和形變孿晶附近的位錯(cuò)塞積、位錯(cuò)胞狀組織產(chǎn)生的強(qiáng)化效應(yīng)人所共知。盡管應(yīng)變誘發(fā)馬氏體和形變孿晶形成時(shí)產(chǎn)生相變應(yīng)變和孿生切變，一旦形成就會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強(qiáng)化效應(yīng)而對(duì)加工硬化有貢獻(xiàn)。形變孿晶的形成相當(dāng)于細(xì)化晶粒，無(wú)疑會(huì)增加流變應(yīng)力。、

22、和在研究鋼的加工硬化時(shí)指出，低應(yīng)變時(shí)孿生作為形變方式起軟化作用，增加塑性；在隨后的形變中形變孿晶作為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生靜態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。認(rèn)為，堆積在孿晶界上的滑移或?qū)\生位錯(cuò)一般通過(guò)能量上不適宜的位錯(cuò)反應(yīng)合并成障礙孿生，引起強(qiáng)化效應(yīng)。形變孿晶間還產(chǎn)生位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)胞狀組織。作為晶體缺陷，面心立方結(jié)構(gòu)中的層錯(cuò)為兩個(gè)原子層厚的六角密排結(jié)構(gòu)，也能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)化。在奧氏體不銹鋼的形變結(jié)構(gòu)中已觀察到層錯(cuò)與位錯(cuò)交互作用的組態(tài)，如圖所示，層錯(cuò)所引起的流變應(yīng)力增量只出現(xiàn)在形變初期，并迅速被形變孿晶產(chǎn)生的強(qiáng)化效應(yīng)所取代。亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼室溫冷加工中發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)、馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體相變伴隨有很小的自發(fā)形變，這里所謂的自發(fā)形變是指由于相變本身使奧氏體基體發(fā)生的塑性形變，這個(gè)形變