2100MPa高韧性二次硬化型超高强度钢组织与性能的研究

发布时间：2017-10-27 15:24

  本文关键词：2100MPa高韧性二次硬化型超高强度钢组织与性能的研究

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【摘要】：本文基于目前二次硬化型超高强度钢的研究现状和发展趋势,结合A310钢的合金成分,添加W元素,合理设计合金体系,采用双真空冶炼工艺(VIM+VAR)试制了具有先进水平的经济型的2100MPa高韧性二次硬化型超高强度钢-A315钢。利用力学性能测试、金相观察、透射电镜显微观察(TEM)、扫描电镜显微观察(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了在不同热处理工艺下A315钢的力学性能与微观组织结构的关系,确定了最佳热处理制度,建立了回火曲线;探讨了A315钢的二次硬化行为、奥氏体晶粒长大规律、回火曲线规律及强韧化机理。本论文取得的主要成果如下:在950~1200℃温度范围内,随着加热温度的升高,A315钢的奥氏体晶粒平均尺寸呈指数形式增长;随着保温时间的延长,A315钢的奥氏体晶粒平均尺寸呈幂函数形式增长。当加热温度超过1100℃,其晶粒明显粗化,并且长大速率也加快;保温时间超过120min,奥氏体晶粒长大速率明显降低;其晶粒长大过程可以分为抑制长大阶段和自由长大阶段。通过对Beck、Hillert、Sellars三种奥氏体晶粒长大数学模型对比分析,得出Sellars模型对A315钢的奥氏体晶粒尺寸的预测有很高的精度。在950~1150℃范围进行淬火处理时,随着淬火温度的升高,A315钢的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)和冲击功(AKU)先增加而后降低,在1050℃淬火时强度达到最高值。在低于1050℃淬火时,A315钢的强度和韧性较低,在基体上有未溶的M6C,未溶相主要成分为Fe、Cr、Mo、W;在1050℃淬火时,未溶相基本溶解;淬火温度高于1050℃时,A315钢的强度下降和奥氏体晶粒发生长大。综合分析A315钢的最佳固溶温度为1050℃左右。在200~600℃范围进行回火处理时,在200℃回火后,由于马氏体板条发生回复,另外该钢中的质点也极小,使得此时韧性很高;在300℃回火后,马氏体基体上析出大量的ε-碳化物,此时强度提高而韧性降低;在440℃回火后,基体和晶界析出大量的粗大渗碳体,强度继续提高而韧性降到最低;随着回火温度的提高,渗碳体回溶,马氏体基体上开始析出M2C碳化物以及逆转变奥氏体,抗拉强度在490℃回火时达到最高值,500℃时屈服强度达到最高值,510℃时冲击功达到最高值。当回火温度超高560℃以后,M2C碳化物以及逆转变奥氏体发生长大粗化。随着回火时间的延长,由于M2C相的粗化及与基体的共格性变化使得A315钢的Rm和Rp0.2先增大后减小。当回火时间为5h时,抗拉强度达到最大值2114MPa;当回火8h时,屈服强度达到最大值1721 MPa。随回火时间的延长,AKU的整体变化趋势是逐渐降低的,回火时间为8h和20h时有两个峰值,分别为44J和38J。A315钢的最佳热处理制度:1050℃保温1h后油淬,再在-73℃保温1h后,升至室温后,再在510℃回火8h空冷至室温。A315钢的高强度来源于高位错的板条马氏体基体以及回火过程中在基体和晶界析出M2C碳化物,其产生二次硬化作用,使强度得到提高;回火过程中马氏体板条晶界析出大量的膜状逆转变奥氏体,使得钢的韧性得以保证。
【关键词】：超高强度钢 二次硬化 M2C碳化物 逆转变奥氏体 组织与性能
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 二次硬化型超高强度钢的发展及强韧化机理11-23
• 1.2.1 二次硬化型超高强度钢的发展11-16
• 1.2.2 二次硬化型超高强度钢的强韧化机理16-23
• 1.3 二次硬化型超高强度钢的发展趋势23-24
• 1.4 含W、Mo钢的研究现状24-25
• 1.5 本文的研究目的及主要内容25-26
• 2 试验材料及方案26-30
• 2.1 试验材料26
• 2.2 试验方案26-30
• 2.2.1 热处理工艺的确定26-27
• 2.2.2 力学性能测试27-28
• 2.2.3 显微组织分析28-29
• 2.2.4 奥氏体晶粒长大试验29-30
• 3 A315钢奥氏体晶粒长大模型及应用30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 A315钢的奥氏体长大现象30-34
• 3.2.1 加热温度对A315钢奥氏体晶粒长大的影响30-33
• 3.2.2 保温时间对奥氏体晶粒长大的影响33-34
• 3.3 奥氏体晶粒长大动力学模型34-41
• 3.3.1 Beck模型34-35
• 3.3.2 Hillert模型35-37
• 3.3.3 Sellars模型37-39
• 3.3.4 分析与讨论39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 热处理制度对A315钢组织与性能的影响42-72
• 4.1 引言42
• 4.2 淬火制度对A315钢组织与性能的影响42-48
• 4.2.1 淬火温度对A315钢力学性能的影响43
• 4.2.2 淬火温度对试样钢冲击断.形貌的影响43-45
• 4.2.3 淬火温度对A315钢微观组织的影响45-47
• 4.2.4 淬火温度对A315钢组织及力学性能的影响分析47-48
• 4.3 回火制度对A315钢组织与性能的影响48-69
• 4.3.1 回火温度对A315钢组织与性能的影响48-62
• 4.3.2 不同回火温度的力学性能与组织变化分析62-63
• 4.3.3 回火时间对A315钢组织与性能的影响63-68
• 4.3.4 不同回火时间的力学性能与组织变化分析68-69
• 4.4 本章小结69-72
• 5 全文结论72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录：硕士研究生阶段的研究成果82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：1104094