Q-T-P（淬火-回火-碳分配）工艺对M50钢组织转变及性能影响的研究

发布时间：2019-09-26 12:47

【摘要】：M50钢作为高温轴承钢,具有较好的高温硬度,高温基础疲劳性能和高温尺寸稳定性。其传统的热处理工艺为一次淬火和多次高温回火,由于合金元素高,残余奥氏体不能被完全消除,后续残余奥氏体的转变导致尺寸稳定性变差。Speer提出的Q-P工艺能够使C元素从马氏体中扩散到残余奥氏体中使其稳定。鉴于M50钢中Cr、Mo、V元素均为强碳化物形成元素,直接采取Q-P工艺碳化物的析出会对C元素造成强烈竞争关系。本文首先进行一次回火处理,促进碳化物析出的同时还能够使残余奥氏体进行分解,形成新鲜的马氏体。再通过碳分配处理,使新鲜马氏体中的C元素扩散到残余奥氏体使其稳定,称之为Q-T-P工艺。研究了一次回火后M50钢的组织形貌,以及碳分配过程对残余奥氏体、碳化物的影响及对硬度、韧性的影响。对一次回火后的M50钢进行研究,发现其残余奥氏体含量由淬火态的18.24%降低为1.32%。板条状和孪晶马氏体共同存在,回火使得残余奥氏体分解为马氏体和渗碳体共存的上贝氏体。碳化物形态有块状,球状和针状,XRD分析表明碳化物主要有MC和M2C两种类型。碳分配处理中残余奥氏体含量随着温度的升高而减少,碳分配完成的速度随温度的升高而加快,同一温度碳分配时,残余奥氏体含量随着碳分配时间的增加而减少,但会在某一时间点出现残余奥氏体含量的第二次升高,并且此时间点随着碳分配温度的升高而提前。碳分配后碳化物的类型仍旧为MC型和M2C型,但M2C型碳化物含量有所升高,随着碳分配温度的升高和保温时间的延长,碳化物的总含量升高。对进行碳分配处理后的M50钢分别进行硬度、冲击韧性和断裂韧性的测试。发现M50钢经过不同温度和时间的碳分配后,硬度变化不大。直接一次回火的M50钢冲击功为11.68 J,在250℃下进行碳分配时,保温20 min时得到最高的冲击功,为17.42J,较一次回火的试样提升了49%。在300℃碳分配时保温20 min得到最高的冲击功,为16.72J,较一次回火提高了43%。350℃和400℃温度下碳分配时冲击功提升幅度不大。一次回火和碳分配后的冲击断口形貌均为典型的脆性断裂。250℃、20 min碳分配和300℃、20 min碳分配处理后的断口纤维区厚度方向连续存在,韧窝分布均匀。350℃、20 min和400℃、20 min碳分配处理后的纤维区不连续,有大块易碎碳化物的存在。断口微裂纹处未发现致脆元素的偏聚。一次回火M50钢的断裂韧性为17.79 MPa?m1/2,250℃、20 min碳分配和300℃、20 min碳分配的M50钢的断裂韧性分别为18.55 MPa?m1/2和19.20 MPa?m1/2,较一次回火后的试样断裂韧性提升不大。
【图文】：

裂纹扩展过程,微孔,应力缓和

图 1-1 微孔聚集性断裂的裂纹扩展过程[12]变化影响较小，大致规律可归纳如下，间而置换型固溶元素对断裂韧性的影响不大端的应力缓和，如位错型马氏体的韧性工艺对 M50 钢的韧性的影响，文章主要对晶粒大小影响很小，所以，本文会主的影响，此外，该钢中的合金元素较高行碳分配后，残余奥氏体变得稳定，残究的一部分。现状基础的碳原子高温时的扩散很容易被人们所和替换行为导致晶体从面心立方结构到

Gibbs自由能,元素,温度,标准态

图 1-2 一定温度下 Fe-C 元素 Gibbs 自由能-成分图[14]a) 平衡条件；b) CCE 模型CCE 模型的热力学参数可以从已经发表的文献中得到，Lobo 和 Geiger 的研究[19]，以石墨为标准态来确定碳在铁素体和奥氏体中的活度，见式（1-5）。RTlnΓCαγ=76789-43.8T-(169105-120.4T)XCγ（1-5）
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG142.1;TG161

【参考文献】