新型高强度钢热处理与组织性能研究

发布时间：2017-05-26 03:10

  本文关键词：新型高强度钢热处理与组织性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高强钢在高应变率冲击环境中有着十分广泛的应用,本文通过合金成分优化设计,自主研发了三种新型高强钢,分别为Z钢、新1#钢和新2#钢。对三种新型高强钢分别设计合理的热处理工艺,采用光镜、扫描电镜和透射电镜对材料的微观组织进行观察与表征,利用准静态拉伸、压缩和室温冲击装置来测试材料的准静态力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和泰勒杆冲击装置测试了材料在高应变率下的动态力学行为,采用LS-DYNA软件对泰勒杆冲击试验进行数值模拟。另外采用激光冲击强化对合金钢的表面进行处理。全文主要获得以下研究结果:本文在Z钢淬火+回火的优化工艺基础上设计了深冷热处理和等温热处理工艺,深冷处理的Z钢具有优异的强韧性配合,屈服强度为1446MPa,抗拉强度为1800MPa,冲击韧性为61J·cm-2。等温处理后材料强度降低但塑性提高。新1#和新2#钢经过优化热处理后,屈服强度分别为1590MPa和1577MPa,抗拉强度分别为1962MPa和1963MPa,冲击韧性分别为73J·cm-2和82J·cm-2。三种新型高强钢的断裂方式为韧性断裂。三种高强钢中较优强韧性匹配材料的微观结构均由马氏体、下贝氏体、析出碳化物和残余奥氏体构成。三种高强钢在SHPB动态加载条件下均表现出了一定的应变率强化效应,其中新1#钢对应变率的变化最敏感。在相同应变率(3200s-1)加载条件下,新1#钢的动态屈服强度最高,为2300MPa,Z钢动态屈服强度最低,为1600MPa,但Z钢动塑性最优,Z钢抵抗绝热剪切的能力也最强。在泰勒杆冲击实验中,每种高强钢随着冲击速度的增加都经历了轻微墩粗、蘑菇状墩粗、产生剪切裂纹至头部断裂的过程,绝热剪切带是引起裂纹产生的主要原因。Z钢表现出良好的抗冲击性能。数值模拟结果说明随着冲击速度的增大,Z钢的速度、加速度和动能的变化速率也随之增加。在本文设定的激光冲击强化工艺处理后,高强钢表面产生了一定的塑性变形层,材料强度有所提高,但塑性有所下降。
【关键词】：新型高强钢 热处理制度 组织结构 力学性能 绝热剪切
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1;TG161
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 超高强度钢简介10-14
• 1.3 超高强度钢的主要强韧化方法14-17
• 1.4 超高强度钢的动态力学行为研究17-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 第2章 实验材料及方法21-27
• 2.1 实验材料21
• 2.2 相变点的测定21
• 2.3 热处理工艺的制定21-22
• 2.4 准静态力学性能测试22-23
• 2.5 动态力学性能测试23-25
• 2.6 激光表面强化处理25
• 2.7 材料微观组织观察25-27
• 第3章Z钢热处理工艺及力学性能研究27-48
• 3.1 引言27
• 3.2 深冷处理对Z钢组织与力学性能的影响27-34
• 3.3 等温处理对Z钢组织与力学性能的影响34-45
• 3.4 不同热处理方法下Z钢性能对比研究45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 新 1#和新 2#新型高强钢的热处理工艺及力学性能研究48-63
• 4.1 引言48
• 4.2 新 1#钢组织结构与力学性能研究48-53
• 4.3 新 2#钢组织结构与力学性能研究53-58
• 4.4 Z钢、新 1#钢和新 2#钢综合比较分析58-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第5章 超高强度钢表面强化处理研究63-75
• 5.1 引言63
• 5.2 高强钢的激光强化处理研究63-67
• 5.3 Ti-5553钛合金的激光强化处理研究67-73
• 5.4 本章小结73
• 5.5 研究展望73-75
• 第6章 三种新型高强钢泰勒杆冲击试验变形破坏特征研究75-88
• 6.1 引言75
• 6.2 材料宏观变形结果75-78
• 6.3 材料微观组织观察结果78-82
• 6.4 泰勒杆冲击实验数值模拟82-87
• 6.5 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-96
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单96-97
• 致谢97

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本文编号：395624