GCr15钢的等通道转角挤压组织细化

　　近年来， 等通道转角挤压 (Equal ChannelAngular Extrusion，以下简称 ECAE)作为一种能够获得超细晶粒的强烈塑性变形方法而得到发展与应用[1-2]，并被归类为制备超细晶金属材料的主要技术之一，由于该方法具有其他强烈塑性变形方法无法相比的优点而日益受到材料科学界的重视，是当今国际前沿令人瞩目的课题。

　　GCr15 钢作为应用广泛的高碳钢， 在常温下的塑性较差，其强烈塑性变形易使坯料产生裂纹，甚至是整体断裂， 和其他材料的常温及名义等温条件下[3-4]的 ECAE 加工有着本质的区别，此类材料的 ECAE 加工一直是该领域研究的难点。 目前还没有关于 GCr15 钢的高温 ECAE 加工方面的详细报道，本文的研究成果具有一定的创新性和指导意义.

　　1 实验材料及方法

　　1.1 试样的截取

　　ECAE 实验用材料为热轧态的优质 GCr15 钢，其化学成分(质量分数，%)为：1.02C，0.21Si，0.37Mn，1.44Cr，0.01S。 将圆柱形的热轧态钢棒用线切割机加工成方形截面坯料， 用不同型号砂纸对其进行表面光洁处理， 最终得到 9.3mm×9.3mm×82mm的试样，试样表面粗糙度 Ra=1.25～2.5μm。 在待挤压处理的试样表面涂敷玻璃润滑剂, 厚度为0.2～0.4 mm。

　　1.2 实验方法

　　ECAE 工艺原理如图 1 所示。 实验用 ECAE模具的两内壁角分别为 准=90°，ψ=30°， 两通道横截面尺寸为 10mm×10mm。 模具挤压通道表面涂敷石墨润滑剂，将待挤压试样、模具分别进行预热保温。 将涂好石墨润滑剂的模具放在 300℃的加热炉中进行加热，达到 300℃后保温 1h;试样表面涂敷玻璃润滑剂，在 950℃加热 20min。 然后将加热好的试样和模具同时取出， 迅速将试样放入模具中，在液压万能试验机上对试样进行挤压。试样从加热炉中取出到开始挤压所用时间约为 4s(包括试样装入模具用时约 3 s， 试样机压头接触顶杆并挤压用时约 1s)。

　　整个试验过程中， 从试样的取出到模具的组装完成要在 3~5s 完成， 这样可以避免 ECAE 热挤压过程中试样温度急剧下降，否则，试样表面和心部温度的不同会导致材料流动的不均匀， 严重时导致挤压失败。

　　将挤压后的试样用线切割机沿纵向 (挤压方向)、横向(试样中部)切开，经机械抛光后用 4%的硝酸酒精溶液浸蚀，在 BM-4XC 型数码金相显微镜上观察试样不同截面的金相组织并拍照。

　　2 实验结果与讨论

　　2.1 高温下金属流动性分析

　　GCr15 钢含有质量分数为 1.0%左右的碳和1.5%左右的铬，其本质为过共析钢，属于 Fe-Cr-C三元合金。 在室温下的平衡组织为珠光体+碳化物。相对于低碳钢而言，GCr15 钢的塑韧性相对较差。 GCr15 钢在 900～1200℃时有较好的塑性，GCr15 钢在高温条件下的 ECAE 试验是在 950 ℃预热温度下进行的。