低碳合金钢Q-P-T工艺及强韧化机理的研究
发布时间：2021-10-23 20:51
21世纪以来,我国的工业发展越来越迅速,人们对钢铁材料的性能要求也随之更加严格,因此开发出具有高强度兼具有高塑性的高性能钢,具有重要意义。本文选取24CSiMnNiCrMoV低碳合金钢作为研究对象,对其进行QPT热处理,采用OM、SEM、TEM、XRD、EDS以及拉伸实验等方法,研究热处理工艺参数对材料微观组织及力学性能的影响,进而揭示其强韧化机制。将低碳合金加热至900℃完全奥氏体化保温30 min,于240℃盐浴溶液中进行等温淬火5 min,随后在280℃360℃温度区间进行回火配分60 min,最后水冷至室温。研究回火配分温度对低碳合金钢组织和性能的影响规律。结果表明,随着回火配分温度的升高,实验钢的屈服强度逐渐降低,抗拉强度先降低后升高,而延伸率则呈现出先升高后降低的趋势。当在回火配分温度为340℃时,实验钢的力学性能达到最佳配合,即抗拉强度为1806 MPa,屈服强度为1495 MPa,延伸率为17.7%,强塑积可达32.92 GPa·%。与传统QT工艺相比,强塑积提高了约75%。强韧化性能随温度的变化规律与实验钢获得由板条贝氏体、马氏体、残余奥氏体和碳...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
下贝氏体转变机制及组织特征示意图
稳态的残余奥氏体相，贝氏体相的体积分数一般在25~40%之间，铁素体相的体积分数一般为50~60%、亚稳态残余奥氏体相的体积分数为5~15%。贝氏体相的存在保证了TRIP钢的强度，铁素体在TRIP钢受力变形过程中可以优先变形缓解贝氏体的应力集中，对于材料塑性有一定帮助，残余奥氏体在受力变形过程中会发生“相变诱发塑性TRIP”效应，可以一定的提高其塑性。这种多相组织使TRIP钢拥有较好的屈服抗拉强度的同时更具有高的塑性，是先进的高强度钢。对试样进行单向拉伸变形时，使其发生残余奥氏体向马氏体的转变-相变诱发塑性效应如图1.2所示：试样在拉伸过程中，施加的拉伸应力会使其发生形变，形变位置的残余奥氏体作为软相会优先变形从而引发向马氏体相转变，由于残余奥氏体含碳量较高，所以转变成的马氏体为高碳马氏体，高碳马氏体强度较高，在变形位置会产生相变强化效应，致使变形位置的强度比未发生变形部位的强度更高，以至于局部变形得到抑制。继续施加应力发生变形部位会向未发生马氏体相变的位置转移，导致相变诱发塑性效应继续向变形靠后的位置转移。在对试样进行单向拉伸的整个过程中，因为奥氏体受到应力产生变形从而发生马氏体相变的现象会交替出现在不同部位，连续的发生局部受力产生变形-马氏体相变产生强化-变形继续向后转移的过程，规避了局部应力集中使变形在某一位置持续增加以至于最后引发颈缩，对材料的塑性有很大改善。TRIP钢中的形变诱发马氏体相变效应，在实际生活应用中，对于材料塑性以及使用寿命的改善是及其明显的，可以延缓受力变形过程中产生的局部应力集中，抑制微裂纹的产生。图1.2相变诱发塑性效应示意图[20]
第1章绪论5长，并且高的碳含量还会影响材料的焊接性，这些缺点严重制约着其在工业中的应用。降低钢中的碳含量制备低碳超细纳米贝氏体钢不仅可以缩短其转变时间，还可以改善钢的焊接性能，使其制作工艺和利用价值都可满足工业生产应用。图1.3为燕山大学冯莹等人[25]利用模拟手段对两种含有铝元素和不含铝元素的低碳无碳化物贝氏体钢测试计算出的等温转变（TTT）曲线。结果表明两种低碳钢在Ms点以上下贝氏体转变温度区间等温贝氏体转变的完成时间都控制在了3个小时以内。说明降低钢中的碳含量可以有效加速贝氏体的转变，缩短等温转变时间，极大简化了加工工艺，降低其制造成本。图1.3等温转变（TTT）曲线：（a）为无铝钢；（b）为含铝钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]淬火-配分-回火（QPT）钢的研究进展[J]. 黎雨,李伟,金学军. 中国材料进展. 2019(07)
[2]Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation[J]. Science Foundation in China. 2017(02)
[3]淬火-配分-回火工艺处理低碳低合金钢的氢脆敏感性[J]. 刘丹,宋文英,石鹏亮,王存宇. 机械工程材料. 2015(10)
[4]钢中带状组织的研究现状[J]. 张迎晖,赖泓州,赵鸿金. 轧钢. 2014(03)
[5]残余奥氏体增强低碳Q-P-T钢塑性的新效应[J]. 王颖,张柯,郭正洪,陈乃录,戎咏华. 金属学报. 2012(06)
[6]低合金钢在中国的发展现状与趋势[J]. 翁宇庆,杨才福,尚成嘉. 钢铁. 2011(09)
[7]纳米贝氏体钢中的位错密度测定[J]. 李洪岩,金学军. 上海交通大学学报. 2010(05)
[8]含铌TRIP钢连续退火后的组织性能及强化机理[J]. 江海涛,唐荻,米振莉,陈雨来. 北京科技大学学报. 2010(02)
[9]热轧双相钢塑性变形和断裂行为的研究[J]. 方圆,刘雅政,周乐育,贾松,宋仁伯,黄全伟. 塑性工程学报. 2009(03)
[10]淬火-碳分配-回火（Q-P-T）工艺浅介[J]. 徐祖耀. 金属热处理. 2009(06)
博士论文
[1]低碳含量无碳化物贝氏体钢的强韧化及低周疲劳行为研究[D]. 周骞.燕山大学 2015
硕士论文
[1]无碳化物贝氏体钢的显微组织、力学性能和疲劳裂纹扩展行为[D]. 冯莹.燕山大学 2013
本文编号：3453898
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
下贝氏体转变机制及组织特征示意图
稳态的残余奥氏体相，贝氏体相的体积分数一般在25~40%之间，铁素体相的体积分数一般为50~60%、亚稳态残余奥氏体相的体积分数为5~15%。贝氏体相的存在保证了TRIP钢的强度，铁素体在TRIP钢受力变形过程中可以优先变形缓解贝氏体的应力集中，对于材料塑性有一定帮助，残余奥氏体在受力变形过程中会发生“相变诱发塑性TRIP”效应，可以一定的提高其塑性。这种多相组织使TRIP钢拥有较好的屈服抗拉强度的同时更具有高的塑性，是先进的高强度钢。对试样进行单向拉伸变形时，使其发生残余奥氏体向马氏体的转变-相变诱发塑性效应如图1.2所示：试样在拉伸过程中，施加的拉伸应力会使其发生形变，形变位置的残余奥氏体作为软相会优先变形从而引发向马氏体相转变，由于残余奥氏体含碳量较高，所以转变成的马氏体为高碳马氏体，高碳马氏体强度较高，在变形位置会产生相变强化效应，致使变形位置的强度比未发生变形部位的强度更高，以至于局部变形得到抑制。继续施加应力发生变形部位会向未发生马氏体相变的位置转移，导致相变诱发塑性效应继续向变形靠后的位置转移。在对试样进行单向拉伸的整个过程中，因为奥氏体受到应力产生变形从而发生马氏体相变的现象会交替出现在不同部位，连续的发生局部受力产生变形-马氏体相变产生强化-变形继续向后转移的过程，规避了局部应力集中使变形在某一位置持续增加以至于最后引发颈缩，对材料的塑性有很大改善。TRIP钢中的形变诱发马氏体相变效应，在实际生活应用中，对于材料塑性以及使用寿命的改善是及其明显的，可以延缓受力变形过程中产生的局部应力集中，抑制微裂纹的产生。图1.2相变诱发塑性效应示意图[20]
第1章绪论5长，并且高的碳含量还会影响材料的焊接性，这些缺点严重制约着其在工业中的应用。降低钢中的碳含量制备低碳超细纳米贝氏体钢不仅可以缩短其转变时间，还可以改善钢的焊接性能，使其制作工艺和利用价值都可满足工业生产应用。图1.3为燕山大学冯莹等人[25]利用模拟手段对两种含有铝元素和不含铝元素的低碳无碳化物贝氏体钢测试计算出的等温转变（TTT）曲线。结果表明两种低碳钢在Ms点以上下贝氏体转变温度区间等温贝氏体转变的完成时间都控制在了3个小时以内。说明降低钢中的碳含量可以有效加速贝氏体的转变，缩短等温转变时间，极大简化了加工工艺，降低其制造成本。图1.3等温转变（TTT）曲线：（a）为无铝钢；（b）为含铝钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]淬火-配分-回火（QPT）钢的研究进展[J]. 黎雨,李伟,金学军. 中国材料进展. 2019(07)
[2]Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation[J]. Science Foundation in China. 2017(02)
[3]淬火-配分-回火工艺处理低碳低合金钢的氢脆敏感性[J]. 刘丹,宋文英,石鹏亮,王存宇. 机械工程材料. 2015(10)
[4]钢中带状组织的研究现状[J]. 张迎晖,赖泓州,赵鸿金. 轧钢. 2014(03)
[5]残余奥氏体增强低碳Q-P-T钢塑性的新效应[J]. 王颖,张柯,郭正洪,陈乃录,戎咏华. 金属学报. 2012(06)
[6]低合金钢在中国的发展现状与趋势[J]. 翁宇庆,杨才福,尚成嘉. 钢铁. 2011(09)
[7]纳米贝氏体钢中的位错密度测定[J]. 李洪岩,金学军. 上海交通大学学报. 2010(05)
[8]含铌TRIP钢连续退火后的组织性能及强化机理[J]. 江海涛,唐荻,米振莉,陈雨来. 北京科技大学学报. 2010(02)
[9]热轧双相钢塑性变形和断裂行为的研究[J]. 方圆,刘雅政,周乐育,贾松,宋仁伯,黄全伟. 塑性工程学报. 2009(03)
[10]淬火-碳分配-回火（Q-P-T）工艺浅介[J]. 徐祖耀. 金属热处理. 2009(06)
博士论文
[1]低碳含量无碳化物贝氏体钢的强韧化及低周疲劳行为研究[D]. 周骞.燕山大学 2015
硕士论文
[1]无碳化物贝氏体钢的显微组织、力学性能和疲劳裂纹扩展行为[D]. 冯莹.燕山大学 2013
本文编号：3453898
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