晶粒細化是提高鋼鐵材料強度而不降低塑性的有效方法，因此，世界各國對鋼鐵材料的組織超細化技術(shù)進行了大量的研究，如日本的/超級鋼鐵材料‘研究計劃、中國的/973*發(fā)展計劃等，其組織超細化技術(shù)主要是利用大壓下、變形誘導(dǎo)相變和反復(fù)相變來實現(xiàn)，適用于高溫奧氏體化后冷卻過程中有相變的材料。奧氏體不銹鋼由于其室溫組織為奧氏體，高溫冷卻過程中沒有相變，目前采用鍛造或軋制方法及隨后的再結(jié)晶處理來實現(xiàn)晶粒細化，但這種方法很難得到大尺寸的超細組織材料。

　　等徑角擠壓法是制備大塊納米金屬材料的有效方法之一，其原理是利用有兩個相交的等徑通道組成的擠壓模具擠壓金屬使金屬獲得大的塑性剪切變形而使金屬的晶粒細化。由于兩個通道的幾何形狀完全對稱，被擠壓件在變形前后的形狀和尺寸不發(fā)生變化，可以通過反復(fù)擠壓來獲得大應(yīng)變量，得到超細晶組織。具有這種超細組織結(jié)構(gòu)的材料，強度顯著提高，但塑性很差，極大地限制了它在工程中的應(yīng)用。由于材料經(jīng)等徑角擠壓變性后尺寸不發(fā)生變化，而且可以獲得很大的應(yīng)變量，儲存能非常高，筆者利用此特點，通過隨后的再結(jié)晶處理，獲得了具有超細組織的大尺寸材料，并研究了擠壓和熱處理工藝對奧氏體不銹鋼的晶粒尺寸與性能的影響。

　　試驗材料和方法試驗材料選用0Cr19Ni9N奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，％）為：C0試驗材料鍛成<10 mm的棒，經(jīng)1基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資助項目（2002AA302501）水冷的熱處理后，加工成<8mm的試樣，其原始晶次對再結(jié)晶的晶粒尺寸及力學(xué)性能的影響。退火處粒尺寸為100Lm.等徑角擠壓法的每道次剪切應(yīng)理的試樣為13道次變形后的試樣，退火溫度為變可按下式計算：角，等徑角擠壓法的示意圖見。

　　在本實驗條件下，<=90b，30°，此時C= 1.76.試驗前模具、試樣均涂上MoSi潤滑劑，等徑角擠壓變形采用每次沿同一方向轉(zhuǎn)9tf的方式進行。

　　顯微組織觀察使用圖像分析儀及TEM，硬度測定值采用試樣橫截面上35個平均分布點的硬度值的平均值。

　　試驗結(jié)果及分析試驗材料在室溫下經(jīng)1~ 3道次的等徑角擠壓變形后，原始組織在剪切力的作用下，發(fā)生了嚴重的剪切變形，出現(xiàn)大量的滑移帶，其金相顯微組織見。

　　隨著變形道次的增加，滑移帶變形的劇烈程度增加。

　　經(jīng)等徑角擠壓變形后材料的強度可以增加2~4倍，但塑性顯著降低，即使經(jīng)等徑角擠壓變形得到了納米級晶粒，其塑性還是很低（這主要是由于其晶界是由高密度位錯組成的）。因而極大地限制了等徑角擠壓（冷擠壓）方法在奧氏體不銹鋼中應(yīng)用。

　　盡管奧氏體不銹鋼獲得這種低塑性的納米級晶粒后的應(yīng)用有限，但如能獲得微米級晶粒，而且既能顯著提高強度，又能保持高塑性，這樣就有很好的應(yīng)用前景。奧氏體不銹鋼由于其室溫組織為奧氏體，高溫冷卻過程中沒有相變，目前采用鍛造或軋制方法以及隨后的再結(jié)晶處理來實現(xiàn)晶粒細化，但這種方法很難得到大尺寸的微米級超細組織材料。

　　借助于等徑角擠壓變形法來獲得微米級超細組織材料是非常有效的。由進一步的TEM微觀觀察表明，冷變形后的組織內(nèi)部的位錯密度非常高，見。有資料報道，1道次等徑角擠壓變形后，位錯密度從退火態(tài)的109m-2增加到1013~1014m-2.由此可見，等徑角擠壓變形后的組織內(nèi)部缺陷顯著增加，儲存能非常高，為再結(jié)晶提供了很大的驅(qū)動力。

　　再結(jié)晶是一個形核和長大的過程，其晶粒尺寸d可表示為：d=C（u//）1/4，其中C為常數(shù)，u為長大速度，I為形核率。形核和長大都是熱激活過程。

　　隨應(yīng)變儲存能的不斷增大，形核率與長大速度也不斷增大，而且，形核率的增加較快，因此，晶粒發(fā)生了細化。

　　道次變形后進行退火處理，退火溫度對顯微組織的影響見。由圖可見：700*C退火時，主要發(fā)生回復(fù)過程，局部高能量區(qū)域也出現(xiàn)了再結(jié)晶晶粒，而且可以看出有大量的碳化物析出，主要為M23C6型；800*C退火時，大部分區(qū)域均發(fā)生了再結(jié)晶，析出的碳化物也較粗大；退火溫度升高850*C，發(fā)生了完全的再結(jié)晶，但此時還有較多的碳化物析出；900 *C退火時碳化物析出很少，但尺寸較大，此時的晶粒尺寸為2~7Lm，晶粒尺寸得到了顯著細化；繼續(xù)升高退火溫度，基本上沒有析出物，晶粒略有長大。

　　退火溫度及時間對硬度的影響見。在600~ 800*C退火，隨退火溫度的升高，回復(fù)過程加劇以及發(fā)生再結(jié)晶的區(qū)域增加，冷變形產(chǎn)生的位錯密度降低，因此強度顯著下降；在800*C以上溫度退火，隨退火溫度的升高，主要是晶粒尺寸變大，因此硬度緩慢下降。

　　由還可看出，退火時間延長到80min時，硬度出現(xiàn)差異主要發(fā)生在600~ 700*C，主要是回復(fù)程度大造成的。而在800*C以上退火時，退火時間（40min、80min）對硬度的影響很小。

　　不同工藝對力學(xué)性能的影響見?？梢姡涸嚇咏?jīng)1道次等徑角擠壓變形后，強度較固溶態(tài)顯著提高，屈服強度提高了約27倍，但伸長率顯著降低，經(jīng)900*C以上的完全再結(jié)晶退火后，伸長率顯著提高，接近原始固溶態(tài)的水平，此時屈服強度提高了53%~66%，這是可以應(yīng)用于工程的力學(xué)性能，因此采用此工藝可以獲得奧氏體不銹鋼的超細組織并提高其強度。

　　退火時間對晶粒尺寸的影響見。

　　在950*C退火2min即發(fā)生了完全再結(jié)晶，但也有碳化物在原始變形帶析出、退火時間增加到5min后，碳化物的析出很少了，此時的晶粒非常細小、均勻，晶粒尺寸約為3~ 8Lm.繼續(xù)延長退火時間，晶粒略有長大，退火80min后，大部分晶粒的尺寸還保持在小于10Lm. 3道次變形，950*C退火后，試樣的晶粒尺寸見。由圖可見，在950*C退火2min后，2道次、3道次變形試樣的晶粒尺寸比較均勻，且略小于1道次變形試樣的晶粒尺寸，約為2~后，各試樣的晶粒略有長大。同樣，與1道次變形試樣相比，2道次、3道次變形的試樣的晶粒尺寸比較均勻、細小。隨變形道次的增加，儲存能增大，再結(jié)晶時的形核率也高，因此，再結(jié)晶的晶粒尺寸也更細小。

　　3道次變形試樣在950*C退火后硬度的變化見?？梢姡弘S950 *C退火時間的延長，硬度下降。隨變形道次的增加，退火后的硬度也增加，2道次、3道次變形試樣退火后的硬度相差不大，兩者均明顯高于1道次變形試樣退火后的硬度。

　　由此可見，增加變形道次可獲得更細小、均勻的再結(jié)晶晶粒，從1道次變?yōu)?道次時這種變化非常明顯。但從2道次變?yōu)?道次時變化不顯著。這可能與位錯密度的增加有關(guān)。

　　在本試驗條件下，對等徑角擠壓變形1~ 3道次退火時間對硬度的影響的奧氏體不銹鋼0Cr19Ni9N試樣進行退火處理，得到了以下結(jié)論：原始晶粒尺寸為100Lm的304N不銹鋼經(jīng)1道次等徑角擠壓變形+退火工藝進行再結(jié)晶處理后，晶粒尺寸可顯著細化到2~7Lm，強度可提高50%以上，而塑性并不降低。

　　增加等徑角擠壓變形的道次，經(jīng)退火后可獲得更細小、均勻的再結(jié)晶晶粒。