基于电脉冲处理的40Cr钢组织与性能调控
发布时间：2021-04-05 14:02
低合金高强钢作为当今工业领域应用最广泛的金属材料之一,其强韧化一直是钢铁研究的一个重要课题。然而,传统处理工艺一般具有成本高、周期长、污染严重等特点,并且难以充分开发材料的潜力。而电脉冲作为一种瞬时高能输入技术,已经被大量研究证明是一种改善组织和提高性能的有效手段,并且高效经济,节能环保。本论文将电脉冲技术应用于40Cr钢的淬火和回火处理,通过检测其显微组织、断口和微观内应力的变化,系统地研究了脉冲电流对40Cr钢固态相变的影响规律和作用机制。对比传统热处理,研究了电脉冲处理对40Cr钢力学性能和抗延迟断裂性能的影响,得到了能使其综合性能最优的电脉冲处理工艺参数。（1）由于电脉冲处理极短的高温停留时间和脉冲电流对奥氏体形核的促进作用,退火冷拔态试样经电脉冲淬火（electropulsing quenching,EQ）后可获得比传统淬火（conventional quenching,CQ）更细小的马氏体组织。最佳的EQ参数为480 ms,此时的硬度为690 HV,原奥氏体晶粒平均尺寸为14.65μm。相比于CQ,480 ms EQ能使试样获得更...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米晶形成示意图
是由于脉冲电流对铅扩散的促进作用，其中包括定向的电迁移和非定向的铅扩散（相比于传统热处理获得的粗晶组织，电脉冲处理后获得的纳米晶组织更有利铅的自扩散，即自扩散系数更大）。A.Rahnama及其同事[79,80]发现，低碳钢经电脉冲处理后，原本在铁素体基体中随机分布的渗碳体片层其方向逐渐与电流方向一致（图1.2a-b），从而导致试样的电阻率提高。电流流经珠光体区时渗碳体形状、大小及排布的变化如图1.2(c1-c4)所示：渗碳体片层间距逐渐增大；部分渗碳体发生断裂并逐渐球化；片状和破碎发生球化的渗碳体沿电流方向排布。图1.20.14%C钢电镜形貌：(a)电脉冲处理前，(b)电脉冲处理后（红色箭头为电流方向）；(c1-c4)珠光体组织演变示意图Fig.1.2SEMmicrographsof0.14%Csteel:(a)samplebeforetreatment,(b)sampleafterelectropulsingtreatment(theredarrowdenotesthecurrentdirection);(c1-c4)schematicdiagramillustratingvariousconfigurationsofpearlitemicrostructure1.3.2.3脉冲电流对晶粒取向的影响根据Y.Dolinsky和T.Elperin[81,82]的研究，在电脉冲处理过程中，电流对高导电性相的形成有促进作用，而对低导电性相的形成有抑制作用。由于晶体的导电性是各向异性的，因此经电脉冲处理后多晶材料可获得具有择优取向的组织，即织构。Wang等人[83]发现Cu-Zn合金经电脉冲处理后形成了具有择优取向的纳米孪晶，并且随着电流密度的增加，纳米孪晶的取向性增强，且数
热薣84,85]发现在再结晶过程中，脉冲电流对高斯织构的形成有很大的促进作用。Dai等人[86]进一步研究了电脉冲处理过程中电流方向（Currentdirection,CD）对其织构的影响：将冷轧态试样分成两组，并对它们分别进行电流方向平行和垂直于轧制方向（Rollingdirection,RD）的电脉冲试验。XRD结果表明，处理前冷轧态硅钢主要存在两种织构：α丝织构（<110>∥RD）和γ丝织构（<111>∥法向）；而电脉冲处理后，CD∥RD组试样的α丝织构和{111}<110>γ丝织构强度均强于CD⊥RD组试样；只有{111}<112>γ丝织构的强度较CD⊥RD组试样的弱。如图1.3所示，在{111}晶面上，<110>晶向与<112>晶向之间存在30°夹角的关系，并且个别指数的晶向分别与RD呈平行和垂直的关系。由此可见，脉冲电流对与之方向一致的织构有强化作用；这可能是因为脉冲电流引起的电子风效应使得位错的运动在电流方向得到加强，从而导致再结晶晶粒倾向于在与电流方向平行的晶向上形核。图1.3(111)<112>取向晶粒<110>晶向和<112>晶向示意图，其中实线箭头表示CD⊥RD时的电流方向，虚线箭头表示CD⊥RD的电流方向Fig.1.3Schematicillustrationof<110>and<112>directionsof(111)<112>orientedgrains,inwhichtheblackarrowsdenotethecurrentdirectionasCD⊥RD,andthedotlinesdenotethecurrentdirectionwhenCD//RD1.3.2.4脉冲电流对非晶合金组织的影响对于非晶合金，其电阻率一般会随着退火温度的升高先略有下降，再升高，然后下降。其间，电阻率的增加是因为非晶结构发生了弛豫，而随后的降低是因为非晶结构发生了晶化。大量研究表明，直流电对铁基、铜基和锆基等非晶合金的弛豫和晶化行为有促进作用[8,17,47,87,88]。并发现，对于结构弛豫，当电流密度小于5×103A/cm2时，该过程会随着电流密度的增加而
【参考文献】：
期刊论文
[1]TWIP高熵合金中塑性变形机理的原位电镜研究[J]. 符晓倩,余倩,张泽. 电子显微学报. 2019(05)
[2]汽车张紧轮用40Cr钢螺栓断裂失效分析[J]. 章敬保,胡洋,高国庆,杨川. 机械工程材料. 2016(10)
[3]循环相变细化AK钢冷轧薄板组织[J]. 郭俊锋,周旭东,秦炳雪. 热加工工艺. 2016(02)
[4]《中国钢铁工业年鉴》[J]. 冶金管理. 2015(09)
[5]循环相变对T250马氏体时效钢组织和性能的影响[J]. 谢东,杨西荣,赵西成,马伟洲. 热加工工艺. 2015(12)
[6]快速循环相变对GCr15SiMn钢组织和性能的影响[J]. 杨方亮,周旺松,曹文全,俞峰,杜松林,龚志翔. 钢铁研究学报. 2015(07)
[7]脉冲电流处理高强度螺栓钢抗延迟断裂性能的研究[J]. 韩忠良,侯建新,彭白星,董越,马亚南,赵宇光. 山东工业技术. 2015(01)
[8]调质工艺对Cr5钢支承辊组织和性能的影响[J]. 岳慎伟,袁海伦,王文焱,李昌义,谢敬佩,岳宗格. 金属热处理. 2014(07)
[9]高锰TWIP/TRIP钢研究进展与应用[J]. 张维娜,刘振宇,王国栋. 中国工程科学. 2014(01)
[10]脉冲电流作用下纯铝熔体凝固晶核的迁移行为(英文)[J]. 李希彬,芦凤桂,崔海超,唐新华. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(01)
硕士论文
[1]基于EBSD的Z2CND18.12N钢疲劳损伤研究[D]. 周全.大连理工大学 2015
本文编号：3119764
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米晶形成示意图
是由于脉冲电流对铅扩散的促进作用，其中包括定向的电迁移和非定向的铅扩散（相比于传统热处理获得的粗晶组织，电脉冲处理后获得的纳米晶组织更有利铅的自扩散，即自扩散系数更大）。A.Rahnama及其同事[79,80]发现，低碳钢经电脉冲处理后，原本在铁素体基体中随机分布的渗碳体片层其方向逐渐与电流方向一致（图1.2a-b），从而导致试样的电阻率提高。电流流经珠光体区时渗碳体形状、大小及排布的变化如图1.2(c1-c4)所示：渗碳体片层间距逐渐增大；部分渗碳体发生断裂并逐渐球化；片状和破碎发生球化的渗碳体沿电流方向排布。图1.20.14%C钢电镜形貌：(a)电脉冲处理前，(b)电脉冲处理后（红色箭头为电流方向）；(c1-c4)珠光体组织演变示意图Fig.1.2SEMmicrographsof0.14%Csteel:(a)samplebeforetreatment,(b)sampleafterelectropulsingtreatment(theredarrowdenotesthecurrentdirection);(c1-c4)schematicdiagramillustratingvariousconfigurationsofpearlitemicrostructure1.3.2.3脉冲电流对晶粒取向的影响根据Y.Dolinsky和T.Elperin[81,82]的研究，在电脉冲处理过程中，电流对高导电性相的形成有促进作用，而对低导电性相的形成有抑制作用。由于晶体的导电性是各向异性的，因此经电脉冲处理后多晶材料可获得具有择优取向的组织，即织构。Wang等人[83]发现Cu-Zn合金经电脉冲处理后形成了具有择优取向的纳米孪晶，并且随着电流密度的增加，纳米孪晶的取向性增强，且数
热薣84,85]发现在再结晶过程中，脉冲电流对高斯织构的形成有很大的促进作用。Dai等人[86]进一步研究了电脉冲处理过程中电流方向（Currentdirection,CD）对其织构的影响：将冷轧态试样分成两组，并对它们分别进行电流方向平行和垂直于轧制方向（Rollingdirection,RD）的电脉冲试验。XRD结果表明，处理前冷轧态硅钢主要存在两种织构：α丝织构（<110>∥RD）和γ丝织构（<111>∥法向）；而电脉冲处理后，CD∥RD组试样的α丝织构和{111}<110>γ丝织构强度均强于CD⊥RD组试样；只有{111}<112>γ丝织构的强度较CD⊥RD组试样的弱。如图1.3所示，在{111}晶面上，<110>晶向与<112>晶向之间存在30°夹角的关系，并且个别指数的晶向分别与RD呈平行和垂直的关系。由此可见，脉冲电流对与之方向一致的织构有强化作用；这可能是因为脉冲电流引起的电子风效应使得位错的运动在电流方向得到加强，从而导致再结晶晶粒倾向于在与电流方向平行的晶向上形核。图1.3(111)<112>取向晶粒<110>晶向和<112>晶向示意图，其中实线箭头表示CD⊥RD时的电流方向，虚线箭头表示CD⊥RD的电流方向Fig.1.3Schematicillustrationof<110>and<112>directionsof(111)<112>orientedgrains,inwhichtheblackarrowsdenotethecurrentdirectionasCD⊥RD,andthedotlinesdenotethecurrentdirectionwhenCD//RD1.3.2.4脉冲电流对非晶合金组织的影响对于非晶合金，其电阻率一般会随着退火温度的升高先略有下降，再升高，然后下降。其间，电阻率的增加是因为非晶结构发生了弛豫，而随后的降低是因为非晶结构发生了晶化。大量研究表明，直流电对铁基、铜基和锆基等非晶合金的弛豫和晶化行为有促进作用[8,17,47,87,88]。并发现，对于结构弛豫，当电流密度小于5×103A/cm2时，该过程会随着电流密度的增加而
【参考文献】：
期刊论文
[1]TWIP高熵合金中塑性变形机理的原位电镜研究[J]. 符晓倩,余倩,张泽. 电子显微学报. 2019(05)
[2]汽车张紧轮用40Cr钢螺栓断裂失效分析[J]. 章敬保,胡洋,高国庆,杨川. 机械工程材料. 2016(10)
[3]循环相变细化AK钢冷轧薄板组织[J]. 郭俊锋,周旭东,秦炳雪. 热加工工艺. 2016(02)
[4]《中国钢铁工业年鉴》[J]. 冶金管理. 2015(09)
[5]循环相变对T250马氏体时效钢组织和性能的影响[J]. 谢东,杨西荣,赵西成,马伟洲. 热加工工艺. 2015(12)
[6]快速循环相变对GCr15SiMn钢组织和性能的影响[J]. 杨方亮,周旺松,曹文全,俞峰,杜松林,龚志翔. 钢铁研究学报. 2015(07)
[7]脉冲电流处理高强度螺栓钢抗延迟断裂性能的研究[J]. 韩忠良,侯建新,彭白星,董越,马亚南,赵宇光. 山东工业技术. 2015(01)
[8]调质工艺对Cr5钢支承辊组织和性能的影响[J]. 岳慎伟,袁海伦,王文焱,李昌义,谢敬佩,岳宗格. 金属热处理. 2014(07)
[9]高锰TWIP/TRIP钢研究进展与应用[J]. 张维娜,刘振宇,王国栋. 中国工程科学. 2014(01)
[10]脉冲电流作用下纯铝熔体凝固晶核的迁移行为(英文)[J]. 李希彬,芦凤桂,崔海超,唐新华. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(01)
硕士论文
[1]基于EBSD的Z2CND18.12N钢疲劳损伤研究[D]. 周全.大连理工大学 2015
本文编号：3119764
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