等通道转角挤压(简称ECAE或ECAP)是一种能在不改变材料形状的情况下以纯剪切方式实现块体材料大塑性变形的技术。经过20多年努力,现已发展成为制取超细晶和纳米结构材料的重要方法。通过对具有铁素体+珠光体组织的40Cr钢实施了等通道转角挤压变形,并对其组织结构及拉伸性能进行了测试分析,以期为ECAP技术在中碳钢中的应用提供依据。
40Cr钢名义成分(质量分数)为:Fe-0.41%C-0.95%Cr-0.65%Mn-0.30%Si-0.04%P-0.04%S-0.03%Cu,采用的完全退火工艺为:840℃×8h+随炉冷至670℃(80min)+670℃×310min+随炉冷至200℃后出炉空冷。完全退火后的40Cr钢,其组织由各占约50%的铁素体和珠光体组成,它们晶粒较粗大,尺寸都为10~50μm。
ECAP加工所用凹模的通道直径为10mm,两相贯通道的夹角为110°,通道相贯处的内侧用半径为8mm的圆弧过渡,外侧用弧角为30°,曲率为Φ10mm的圆弧过渡。经有限元动态模拟计算,得出道次挤压的等效应变约为0.5。ECAP加工在室温下进行,用含MoS2的润滑脂作润滑剂,挤压速度25mm/s。
经ECAP加工,细化了微观组织且并未向钢中引入织构,使铁素体晶粒尺寸从10~50μm细化至1μm,渗碳体发生了剧烈剪切(弯曲)变形。材料屈服强度从约320MPa提高到约800MPa,提升幅度高达150%,且抗拉强度从约680MPa提高到约900MPa,提升幅度为32.4%,同时仍具有好的塑性。(榕霖)