马氏体基高强钢强韧化机理研究与物理建模

发布时间：2020-11-07 14:06

　　 本课题围绕马氏体基高强钢的加工-组织-性能关系这一主题展开研究。通过利用集成计算材料工程(Integrated Computational Materials Engineering,ICME)的方法,结合了各先进表征技术与分析方法、组织强韧化理论与数值模型、材料相变理论与物理模型、CALPHAD热力学与动力学数据库等,对马氏体基组织的强化、韧化机理及热处理-组织-性能关系进行了实验与建模研究。目的在于揭示决定马氏体组织强度和韧性的关键组织单元,阐释贝氏体相变与马氏体相变的协调机理,挖掘马氏体基高强钢具有最佳强韧性匹配的组织组成与热处理路线。同时,搭建马氏体基高强钢的热处理-组织-性能关系的物理模型,实现材料在具体合金成分及热处理工艺下组织和性能的有效预测,服务于材料的合金系统与热处理工艺的优化设计。全文具体内容及结论如下:(1)通过电子背散射衍射(Electron Back Scatter Diffraction,EBSD)技术,研究了在冲击载荷作用下主裂纹扩展路径与马氏体分级亚结构的关系,结果表明马氏体板条束界比板条块界具有更强的阻碍裂纹扩展的作用;通过原位激光共聚焦显微镜对贝氏体-马氏体协调相变过程进行了原位观察,发现在奥氏体连续冷却过程中优先相变生成的部分板条贝氏体组织可有效细化最终的板条马氏体组织,明显增加了基体大角度界面的密度并降低了组织内应力,其可有效延迟材料在受力作用下微裂纹的萌生和扩展,进而提高材料的低温韧性。(2)对不同热处理工艺下材料强韧性能的匹配情况进行了对比研究,结果表明通过临界淬火配合较低温度回火工艺获得的具有部分马氏体亚结构特征的临界铁素体和板条马氏体的双相组织可获得相对单相马氏体组织更优异的强韧性能匹配,而且通过降低冷却速率获得的板条贝氏体+板条马氏体双相组织和两次淬火工艺获得的细小单相马氏体组织均可实现相对一次淬火工艺强度不降低的情况下,低温韧性的有效提高。(3)通过结合各种分析型电子显微镜(Analytical Electron Microscope,AEM)定量表征技术和基于CALPHAD热力学动力学数据库的Langer-Schwartz-Kampmann-Wagner(LSKW)物理模型,对马氏体时效不锈钢15-5 PH(PrecipitationHardening)在回火过程中Cu析出物的各种定量信息,包括晶体结构、尺寸、体积分数、数量密度等进行了表征与建模,模型预测结果与实验结果吻合,建立了多组元合金体系马氏体的热处理与组织析出过程的关系模型。(4)通过 EBSD、TKD(Transmission Kikuchi Diffraction)、ECCI(Electron Channeling Contrast Imaging)、XRD(X-Ray Diffraction)等实验方法定量表征了淬火马氏体与回火马氏体各种强化机制的关键组织参数,并通过与各强化机制模型、力学性能测试相结合对Cu析出强化能力进行了实验定量评估。同时,通过结合LSKW析出过程模拟与析出强化模型对Cu析出强化能力进行了模型预测,其预测结果与实验评估结果具有较好的一致性,建立了马氏体的热处理-组织-性能(强度)关系的物理模型。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG142.1
【部分图文】：

??通过在试样上预先制作划痕并观察马氏体转变前后划痕方向变化的方法??发现马氏体转变是一个均匀变形过程（见图２－ｌａ）。虽然马氏体转变过程类似??一个简单的切变过程，但这一过程中也包括体积的变化，因为结构的变化伴??随着体积的变化，会产生一个垂直方向的膨胀分量（见图２－ｌｂ）。利用不变面??应变（Ｉｎｖａｒｉａｎｔ－ｐｌａｎｅｓｔｒａｉｎ）概念可以对马氏体相变过程进行较好的描述，这??个不变面在马氏体相变过程中既不发生扭转也不发生畸变，通常被称为惯习??面。不变面应变是一个均匀变形过程，马氏体每个位置的变形方向一致，位??移的大小正比于其相对惯习面的距离。??⑷?Ｊｒ?．?（ｂ）?上??（／?、、Ｊ＾＾?Ｖ?Ｒ＿单Ｗ变?的小变面挎变??图２－１?Ｕ）马氏体转变的不变面应变特征，在马氏体转变前后惯习面ＡＢＣ不发生旋??转也不发生畸变，（ｂ）对比简单切变过程和不变面应变过程，Ｓ代表应变的剪切分??置

这种简单的不变面应变过程施加于ｆｅｅ相时，并不能得到ｂｅｅ或ｂｅｔ结构。??Ｂａｉｎ提出钢铁材料中的奥氏体向马氏体的转变过程可以通过对母相ｆｅｅ??晶格施加一个均匀的“镦锻”过程而转变为ｂｅｅ?（或ｂｅｔ）晶格来描述（如图２－??２），此过程被称为Ｂａｉｎ应变（Ｂａｉｎｓｔｒａｉｎ）。Ｂａｉｎ应变理论得到了较好的实验??验证。从Ｂａｉｎ应变过程，我们可以推测出｛１１１｝Ｐ｜｜｛０１１｝Ｍ，卜１０１］ｐ｜｜［－Ｈ１］ｍ，??但在实验中并不能观察到这种严格的平行关系。一般在钢铁材料中，奥氏体??和马氏体典型取向关系为（１１１）Ｙ和（〇１１）１＾取向差角大约为０．８６?°，［－１０１］Ｔ和??［－１?－?１１］Ｍ的取向差角大约为４．４２?°。对上述取向关系的进一步分析表明，马??氏体相变过程不仅包括Ｂａｉｎ应变，还包括一个刚性体的旋转（Ｒｉｇｉｄ?ｂｏｄｙ??ｒｏｔａｔｉｏｎ）过程（母相的［００１］方向朝［１１０］方向旋转大约１０。），这两个过程的??结合被称为晶格畸变（Ｌａｔｔｉｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）

［－ｉ－＇ｉ］＊＊，变体１??＾?变体?２??图２－４?—个板条束内六种Ｋ－Ｓ取向关系变体的示意图Ｉ５１??＾ｌ．ＶＳｌｎ？ａ．ｉｏｎ?＼?Ｖ?＾＾＾ｇｌｅｖａｒｉａｎｔ??Ａ．?Ｂｌｏｃｋ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?Ａ＾Ｘ?Ｂｌｏｃｋ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??ｌ＾Ｐ３Ｃｋｅ，?Ｔ＼?Ｐａｃｋｅｔ??图２－５板条马氏结构示意图：（ａ）低碳钢（０－０．４％Ｃ），?（ｂ）高碳钢（０．６％Ｃ）间??２．１．２马氏体基高强钢的强化??强度是指材料抵抗变形和断裂的能力。在高强钢中，马氏体是最重要的??相之一［１（Ｍ５］。在淬火过程中，奥氏体向马氏体转变，由于马氏体中过饱和的??碳含量而产生非常高的剪切应变，为降低此应变能而最终生成细小的马氏体??板条，这一过程伴随着高密度位错的产生，而位错强化是马氏体高强度的主??要贡献因素之一。同时，这一转变过程也最终生成板条马氏体复杂的亚结构，??即板条束、板条块、亚板条块和板条。经淬火处理后
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 韩非;肖华;石磊;张坤;;基于三点弯曲的马氏体超高强钢弯曲性能试验[J];锻压技术;2014年05期

2 杨晶晶;张勇福;吴润;唐梦霞;谭佳梅;;700MPa低合金高强钢微观组织及强化机制研究[J];热加工工艺;2013年19期

3 操志博;贾耿伟;王连轩;张龙柱;苏振军;;热冲压用超高强钢22MnB5性能测试与分析[J];河北冶金;2017年03期

4 ;多相高强钢“TP-N68/78”[J];金属功能材料;2008年06期

5 常开地,顾家琳,方鸿生,白秉哲,杨志刚,韦东远;新型1500MPa级高强钢的氢脆敏感性研究[J];金属热处理;2002年03期

6 帅玉峰;阎子安;胡俊川;;防止铬镍钼高强钢焊接裂纹的工艺方法[J];机械工人;1988年08期

7 夏伟白;;42CrMo中碳调质高强钢的焊接[J];电焊机;1989年05期

8 佟铁印;;本钢汽车用冷轧加磷高强钢的研制与开发[J];本钢技术;2012年02期

9 李扬;刘汉武;杜云慧;张鹏;;汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向[J];材料导报;2011年13期

10 丁有元;张维;李成涛;刘艳;徐科;方可伟;薛飞;;40CrNiMoA高强钢氢脆敏感性和氢含量的关系[J];腐蚀与防护;2017年07期

相关博士学位论文 前10条

1 周涛;马氏体基高强钢强韧化机理研究与物理建模[D];北京科技大学;2018年

2 刘晓立;复杂截面超高强钢连续辊弯成型回弹预测与控制研究[D];北京科技大学;2018年

3 冯晓九;大瓣片高强钢球罐壳板成形机理及本构关系研究[D];哈尔滨工程大学;2004年

4 刘希月;基于微观机理的高强钢结构材料与节点的断裂性能研究[D];清华大学;2015年

5 蔡恒君;1000MPa以上级别汽车用冷轧高强钢超快冷物理冶金行为及变形特性研究[D];北京科技大学;2018年

6 张强;HG785D调质高强钢焊接特性及组织性能研究[D];北京交通大学;2017年

7 李勇志;低合金高强钢焊接过程固态相变力学行为研究[D];上海交通大学;2015年

8 束国刚;T/P91钢国产化工艺组织和性能改进的研究与应用[D];武汉大学;2004年

9 沈琦;高强钢磁控电阻点焊机理与工艺方法研究[D];上海交通大学;2012年

10 杨富强;汽车用Fe-Mn-Al系轻质高强钢制备工艺及变形机理研究[D];北京科技大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 操召兵;高强钢在复杂应变路径下的性能表征研究[D];北方工业大学;2018年

2 李彩军;QP1180超高强钢局部加热的屈服行为研究及仿真[D];北方工业大学;2018年

3 谭广;基于热—力耦合和变摩擦系数高强钢冷冲压成形研究[D];湖南大学;2017年

4 陈耿;表面质量和加载模式对洁净42CrMo高强钢超高周疲劳行为的影响[D];湖南大学;2017年

5 徐亚;基于巴克豪森噪声的高强钢快速无损检测研究[D];华中科技大学;2016年

6 张凯希;超高强钢与铝合金自冲铆接技术研究[D];吉林大学;2017年

7 秦继;循环加载下超高强钢力学性能表征研究[D];北方工业大学;2017年

8 孙伟月;先进高强钢对轿车前纵梁强度影响的研究[D];河北工业大学;2015年

9 郭小龙;先进高强钢热轧工艺开发与生产实践[D];东北大学;2010年

10 段小林;板厚及微合金化元素对钛系高强钢韧性的影响[D];武汉科技大学;2016年

本文编号：2874047