超高碳钢的非晶变质处理效果研究

发布时间：2020-03-29 02:47

【摘要】：碳含量介于高碳钢与铸铁之间的钢铁材料被称为超高碳钢。因其具有较高的含碳量,在一般的凝固过程中容易发生共晶转变,生成粗大共晶莱氏体,导致材料的脆性大。如何抑制粗大共晶莱氏体组织的析出,并细化基体组织成为保障超高碳钢在工程实际应用的关键。本文选用处于不同热力学状态的变质剂对成分Fe-1.85C-0.34Si-1.55Cr-0.45Al-0.60Mn的超高碳钢进行变质处理。通过分析使用不同变质剂处理试样的物相组成、显微组织以及力学性能特征,并与未变质处理试样进行比较,揭示不同变质处理对超高碳钢的凝固过程的影响规律,以探究一种通过控制凝固过程而有效改善材料组织状态与韧性的方法。显微组织观察结果显示,与未变质处理试样相比,经0.3wt.%晶态变质剂变质处理,材料的骨骼状基体组织被弱化,粗大的共晶莱氏体网被打破,呈孤立的岛状或块状分布于基体中,但共晶莱氏体的析出未被完全抑制。而采用非晶变质剂变质处理,材料的组织明显细化,共晶莱氏体的析出得到有效抑制,当非晶变质剂加入量为0.2wt.%时,完全抑制共晶莱氏体的形成,二次碳化物呈规则细小的颗粒均匀分布在基体中。力学性能测试结果显示,对于采用加入量为0.2wt.%非晶变质剂变质处理的材料,其抗拉强度值达到1340MPa,远高于未变质处理直接凝固材料,与0.3wt.%晶态变质剂变质处理的材料相比提高了27.62%,而冲击韧性值达到11.5J/cm2,远远高于未变质处理直接凝固材料,相较于晶态变质处理材料提高了43.75%。非晶变质剂通过变质机理而发挥作用,而晶态变质剂通过孕育机理发挥作用,前者的变质效果优于后者。
【图文】：

图 1-1 Fe-C 相图[1]Fig. 1-1 Fe-C phase diagram[1]1.3 超高碳钢的制备工艺1.3.1 热机械加工工艺最早应用到超高碳钢中的热加工工艺是 Sherby O D 等人提出的。超高碳钢经过加工处理后，获得超细奥氏体，球状碳化物，在 600-850℃之间表现出恒温超塑性，时在室温条件下材料的强度和韧性得到较好的配合[1]。T. Oyama 等人[2]分别对含碳量为 1.5%和 1.25%的超高碳钢进行热加工，工艺曲线图 1-2 所示。为了获得超细的珠光体基体及细小、球状的先共析碳化物，对超高碳钢行热机械加工分为两步：一是热温加工 HHW (Hot and Warm Working)，即首先将超高钢加热到奥氏体的单相区，保温一定时间使奥氏体中的碳化物有充足的的时间溶解，于经过热温加工的奥氏体晶粒变得细小，进而使得在奥氏体晶界析出的碳化物相对化；二是离异共析转变 DET (Divorced Eutectoid Transformation) 或离异共析转变加变

3图 1-2 热加工工艺曲线[2]Fig. 1-2 The hot working process curve[2]J.B. Kim 等人[3]通过研究热锻对含碳量为 1.49wt.%的超高碳低合金钢的组织演变及击韧性的影响，得到如下结果，随着锻造比的增加，奥氏体晶粒尺寸急剧下降。当锻比达到 80%时，先共析渗碳体由网状和针状结构转变为颗粒状和球状(如图 1-3 所示)锻造处理，珠光体中共析渗碳体变成了球状和颗粒状，当锻造比小于 50%时，粒度随锻造比的增加而减小，而高于 50%后，其粒度又增加。拉伸强度和断裂伸长率均不受共析、共析渗碳体厚度的减小或珠光体片层间距减小的影响。当锻造比达到 80%时，，拉强度开始增加，而锻造比超过 50%，试样的延伸率随着锻造比的增加而增大。拉伸度和延伸率急剧增加的原因是由于奥氏体晶粒尺寸的减小，以及渗碳体的球化引起。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张能锦;周生刚;竺培显;郭晓亮;;超细晶超高碳钢的研究现状[J];热加工工艺;2015年24期

2 陈云祥;石淑琴;孙建鹏;赵芳霞;张振忠;;球化工艺对Fe-1.3C-1.5Cr-1.5Al超高碳钢组织性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2015年01期

3 刘宏基;孙俊杰;江涛;郭生武;柳永宁;林鑫;;一种超高碳钢的滚动接触疲劳研究[J];金属学报;2014年12期

4 张俊新;黄红林;祁渊;;铸钢夹杂物球化变质处理工艺研究[J];机车车辆工艺;2014年03期

5 刘燕平;杨宇鹏;钟伟昌;郭萌;;喂线法球化处理及变质处理工艺的应用[J];现代铸铁;2014年01期

6 郑静;黄维刚;;含铝超高碳钢组织及力学性能的研究[J];铸造技术;2014年01期

7 Tao WU;Yu-wei GAO;Ming-zhi WANG;Xiao-pu LI;Yu-cheng ZHAO;Qin ZOU;;Influence of Initial Microstructure on Warm Deformation Processability and Microstructure of an Ultrahigh Carbon Steel[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2014年01期

8 肖于德;廖敏;王伟;刘锷;肖治平;;添加铬合金化和复合变质处理对白口铸铁组织性能的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2007年06期

9 王建民;朱慧;杨森;任福华;;稀土变质处理对低合金铸钢组织和性能的影响[J];铸造;2007年08期

10 樊亚军;蔺卫平;张占领;朱杰武;柳永宁;许雁;;1.6%C超高碳钢高温超塑性研究[J];热加工工艺;2006年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 吴巧巧;非晶变质处理对超高碳钢组织结构及力学性能的影响[D];天津理工大学;2017年

2 周炜;Fe系、Zr系非晶变质Al-Cu、Al-Si合金的组织与力学性能[D];吉林大学;2015年

3 刘莹莹;NiNbTi非晶孕育处理ZL205A的组织演变规律和强化机制[D];吉林大学;2015年

4 孟亮;无铝超高碳钢三步退火工艺的研究[D];天津理工大学;2015年

5 胡彬;热处理工艺对含Ni变质超高碳钢组织和性能的影响[D];中南大学;2013年

6 刘坤鹏;超高碳钢变质处理及微合金化的研究[D];中南大学;2011年

7 路磊;复合变质对新型Cr8冷作模具钢组织和性能的影响[D];山东大学;2010年

本文编号：2605314