G31、G50超高强度钢的组织演变及其对力学性能的影响

发布时间：2019-11-24 18:43

【摘要】：中、低合金超高强度钢锻件尺寸增大后由于冷却速度的差异,不同区域获得的组织不一,因此锻件微观组织和力学性能变化也十分复杂。另一方面,超高强度钢热处理后的组织均以非平衡组织(马氏体、贝氏体等)为主,即使进行高温回火也难以得到平衡组织,而非平衡组织通过其遗传等机制影响最终热处理的组织和性能。本文以G31和G50超高强度钢为研究对象,针对大型锻件淬火过程中其内部冷却速度降低,可能影响相变产物和力学性能的情况,研究了与大型锻件心部相近的冷却速度对相变产物和力学性能的影响。然后通过ANSYS有限元软件模拟大型锻件冷却中的温度场分布,探究锻件尺寸和冷却速度的规律。最后初步研究了加速退火工艺,探究奥氏体化温度和退火时间对珠光体转变能力的影响,为切断大型锻件粗晶等组织遗传奠定了一定的基础。研究了 G31超高强度钢奥氏体化后在30.0～3.5℃/min之间冷却的相变产物,及对随后低温回火后强韧性的影响。研究结果表明降低冷却速度即使形成马氏体组织,但强度高于常规油内冷却淬火,而韧性和塑性则有一定程度的下降;马氏体相变之前形成25-30%的下贝氏体使低温回火后的强度进一步提高,但不影响断裂韧性;然而,相变组织中出现的珠光体和上贝氏体则急剧恶化低温回火后的强度和韧性。研究了 G50超高强度钢奥氏体化后在30.0～3.5℃/min之间冷却的相变产物,及对随后低温回火后强韧性的影响。研究结果表明,830℃奥氏体化后以30.0℃/min、15.0℃/min和7.0℃/min冷速时均得到马氏体组织;在3.5℃/min冷速时马氏体相变之前形成50%的下贝氏体,得到马氏体/贝氏体复相组织,3.5℃/min时综合性能最好。G50超高强度钢因其合金元素含量较高,尤其是Ni元素含量高,相比G31超高强度钢马氏体形成能力强,淬透性更佳,更适应锻件尺度增大后心部的性能要求。通过ANSYS有限元模拟方法,分析模拟大型锻件冷却过程中的温度场分布和心部的冷却状态,得到了大尺寸锻件心部的冷却速度,为实际热处理工艺的制定提供参考。通过合适温度的奥氏体化处理再等温处理,加速退火过程,更容易得到珠光体等平衡组织,对于降低中高合金超高强度钢的退火硬度,切断组织遗传,消除冶炼凝固锻造时产生的粗大奥氏体晶粒做出贡献。
【图文】：

温度梯度,等温面,等温线,方向

第一章绪论逡逑一般情况下，采用数学上对于梯度的定义，将等温面（等温线）上的某点法逡逑线方向的温度变化率称为该点的温度梯度，如图１．２所示，则温度梯度可表示为逡逑ｇｒａｄ邋ｔ邋＝邋ｌｉｍＡｎ＾0邋－＾ｎ邋＝邋￡ｎ邋ＫＪｍ逦（１－５）逡逑式中：ｈ为该点的单位法向向量。温度梯度是一个向量，其方向垂直于该点逡逑的等温面（等温线）且指向温度升高的方向（即＾方向）；大小的等于该点温度在逡逑彟的导数盖，表示沿温度升高方向上的温度变化率。由热力学第二定律可知’逡逑热量总是自发地从高温部分传向低温部分，热流密度的方向与温度梯度的方向相逡逑反，垂直于该点的等温面（等温线）且指向温度降低的方向。逡逑图１．２温度梯度与热流线的图示逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｇｒａｄｉｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｉｓｏｐｌｕｖｉａｌ邋ｏｆ邋ｈｅａｔ邋ｄｉｓｃｈａｒｇｅ逡逑与温度场向对应还应有个热流场，表示热流方向的线称为热流线，热流线恒逡逑与等温线垂直相交，这在图１．２亦有反映。在直角坐标系中，温度梯度可以表示逡逑为逡逑ｇｒａｄ邋ｔ邋＝邋—邋ｉ邋＋邋—邋ｊ邋＋邋—邋ｋ邋Ｋ／ｍ逦（１－６）逡逑ｄｘ邋ｄｙ邋ｄｚ逡逑式中『、ｊ、分别为三个主轴上的单位向量。逡逑傅里叶在对导热过程进行实验研究的基础上，发现了导热热流密度与温度梯逡逑度之间的关系

拉伸试样,防氧化涂料,表面油污,拉伸试验机

逡逑退火后在１／２半径处沿径向切取热膨胀试样，加工如图２．１。测试前使用丙酮逡逑溶液进行超声震荡清洗以去除其表面油污。最终测得相变点Ａｃｌ＝７８（ＴＣ，逡逑ＡＣ３＝８４５°Ｃ，ＭＳ＝３１０°Ｃ，，Ｍｆ＝１３５°Ｃ。逡逑逦１０．０邋土邋０．２逦逡逑＂２邋￣逡逑00逡逑°邋１．６逡逑图２．１热膨胀试样图逡逑Ｆｉｇ２．１邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｅｘｐａｎｓｉｏｎ邋ｔｅｓｔ邋ｓｐｒｅｃｉｍｅｎｓ逡逑２．２．２力学性能测试逡逑（１）室温拉伸实验逡逑本文中的拉伸试样坯热处理前涂防氧化涂料以防止脱碳，精加工制成巾５邋Ｘ逡逑６５ｍｍ标准拉伸试样，尺寸如图２．２所示。根据国家标准ＧＢ／Ｔ邋２２８．１－２００２《金属逡逑材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》，用拉伸试验机ＷＥ－３００Ｂ测量实验钢逡逑的抗拉强度Ｒｍ、屈服强度ＲｐＱ．２、延伸率值Ａ及断面收缩率值Ｚ。每组热处理状逡逑态的试样３个，取其平均值作为最终值。逡逑其逡逑Ｑ＇ｏｏｇｒ＾ｌ￣￣ｉ／ｙ邋ｍｓ：逡逑ｆ邋Ｉ逡逑——－—逡逑－ｓｂ３逦：逦逡逑＾，逦—－］ｘ＝Ｊ＿Ａ
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG142.1

【参考文献】