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功能梯度材料是一种新型复合材料,相对于传统的复合材料具有组织、力学性能等连续变化的特点,不存在明显的界面,可以有效缓解和消除由于界面处热应力破坏导致的材料失效。大变形技术能够有效细化组织并实现材料组织或性能的梯度变化,目前应用较多的的大变形技术有等角挤压(ECAP)、超声喷丸(USP)、表面机械研磨(SMAT)和高压扭转(HPT)等,其中HPT技术的优势是能够实现很大的变形深度,变形层厚度取决于扭转试样的尺寸,可以制备较大尺寸的具有梯度组织特征的新型材料。本文通过扭转变形在AISI304奥氏体不锈钢基体上成功制备出具有梯度组织特征的新型材料。本文对AISI304奥氏体不锈钢在扭转变形条件下能够发生形变诱发马氏体相变的可行性进行了理论分析,在不考虑Fe-Cr-Ni以外的合金元素影响的条件下,AISI304奥氏体不锈钢经最大扭转变形后,到圆心的距离大于0.73mm的位置均可发生形变诱发马氏体相变。通过扭转变形成功制备出具有梯度组织特征的新型材料。实验结果表明,从心部到表面,随应变量的增加,a’马氏体的体积分数逐渐增加,扭转试样中马氏体体积分数最大值为16.8%,扭转试样的显微硬度由心部的Hv225增加到表面的Hv586,均高于固溶态的显微硬度为Hv171。随应变量的增加,试样的抗拉强度也呈梯度变化,由691.6Mpa逐渐提高到1298.7Mpa,而延伸率的变化趋势与抗拉强度相反,试样的延伸率整体呈下降趋势。说明扭转变形能够在AISI304不锈钢整个横截面内实现梯度的塑性变形。实验中发现了两种扭转变形诱发马氏体相变的形核机制,一种是在ε马氏体的交界处形核,另一种是在单独的剪切带(ε马氏体)上形核,虽然形核机制有所不同,ε马氏体在形变诱发马氏体相变形核过程中都起到十分关键的作用。TEM分析表明,边缘位置的试样由于形变量较大,试样中存在大量条状ε马氏体相和大量孪晶,为后期a’马氏体的形核奠定基础。