脉冲电流处理对HRB400钢组织性能的影响

发布时间：2017-07-14 08:15

  本文关键词：脉冲电流处理对HRB400钢组织性能的影响

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【摘要】：为适应建筑行业的迅速发展需求，提高建筑物的安全性和抗震性，高层建筑工程对建筑钢材的性能和质量提出了越来越高的要求。HRB400钢作为主要的建筑用钢材，严重影响着建筑工程结构的使用寿命，所以提高HRB400钢的性能势在必行。脉冲电流处理是热、电、力三场耦合作用下的一个极端非平衡过程，这种新生的处理技术具有时间短、效率高等优点，因其能够明显细化组织和提高性能而备受科研工作者的青睐。本文以HRB400钢为对象展开研究，探究了高能瞬时脉冲电流淬火处理和脉冲电流回火处理对其组织性能的影响，并分析了脉冲电流对HRB400钢的强化机制。 研究发现，随着脉冲电流和作用时间的增加，HRB400的组织逐渐转变成马氏体，其力学性能先提高后降低；而随着脉冲电流淬火处理次数的增加，马氏体组织逐渐粗化，力学性能也不断降低。在本实验条件下，电流45KA、时间120ms、处理1次为最优脉冲电流淬火处理参数，其抗拉强度为σb=1983MPa，延伸率为=17.5%。最优参数下，其马氏体板条宽度(160nm－190nm)比传统淬火马氏体(350nm－400nm)明显变窄，前者对应的原奥氏体平均晶粒尺寸(~6μm)是后者奥氏体晶粒(~18μm)的1/3，其抗拉强度和延伸率分别比传统淬火提高了21.6%和3.6%。脉冲电流淬火处理后HRB400钢获得了细小晶粒，产生了细晶强化，板条马氏体的生成还伴随着相变强化和位错强化，电流促进奥氏体化过程中碳化物的溶解，由固溶度增加产生了固溶强化。 脉冲电流淬火态和传统淬火态HRB400随着脉冲电流回火时间的增加，马氏体的分解加剧，强度均有所降低而塑性均增加。脉冲电流回火引起脉冲态HRB400强度的下降幅值大于淬火态的强度下降幅值，但两者均在脉冲电流回火60ms后的综合力学性能最好。即60ms回火后脉冲态和淬火态HRB400的抗拉强度、延伸率分别为σb=1890MPa、=21.1%和σb=1632MPa、=18.6%。 与传统回火相比，电脉冲回火过程中碳化物析出较少，从而马氏体的含碳量较高，力学性能也更好。对脉冲电流淬火态HRB400而言，脉冲电流回火在提高延伸率20%的同时只降低了4.7%的抗拉强度，而传统回火在提高其延伸率21.7%的同时却牺牲了16.6%的抗拉强度。传统淬火态HRB400经过脉冲电流回火后,其抗拉强度基本不变，而延伸率提高了10%，而传统回火后其延伸率提高了7.7%，抗拉强度降低了5%。通过以上研究，可以认为在同等程度提高延伸率的条件下，脉冲电流回火后的强度更高，即脉冲电流回火后的综合力学性能更好。比较发现，HRB400经过脉冲电流淬火再经过脉冲电流回火后的强塑积最高，为39690MPa·%。 以上研究证实，在一定条件下，适当参数的脉冲电流处理可部分代替传统热处理来改善材料的组织和性能，且脉冲电流处理后获得的力学性能更好，同时还有明显的节时、节能、高效和环保等优点。
【关键词】：脉冲电流 HRB400钢 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TG161
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 选题的意义及目的11-12
• 1.2 HRB400 级钢简介12-15
• 1.2.1 HRB400 钢的生产工艺12-13
• 1.2.2 HRB400 级钢筋的性能特点13-14
• 1.2.3 HRB400 级钢筋的效益14-15
• 1.3 HRB400 级钢筋国内外应用、研究现状及前景15-16
• 1.3.1 HRB400 级钢筋国内外应用现状15
• 1.3.2 HRB400 级钢筋的研究现状15-16
• 1.3.3 HRB400 级钢筋的发展前景16
• 1.4 脉冲电流对金属材料的作用16-18
• 1.4.1 脉冲电流引起的电作用16
• 1.4.2 脉冲电流引起的热作用16-17
• 1.4.3 脉冲电流引起的力作用17-18
• 1.4.4 脉冲电流引起的其他作用18
• 1.5 脉冲电流在金属材料中的应用18-23
• 1.5.1 脉冲电流对液态金属凝固过程的作用19-20
• 1.5.2 脉冲电流对固态金属的影响20-21
• 1.5.3 脉冲电流对非晶晶化过程的作用21-22
• 1.5.4 脉冲电流促进裂纹愈合和止裂的作用22-23
• 1.5.5 脉冲电流对金属疲劳行为的修复作用23
• 1.6 研究内容23-25
• 第2章 实验方法25-31
• 2.1 实验材料25
• 2.2 HRB400 钢的热处理25
• 2.3 试样的制备25-27
• 2.3.1 脉冲电流处理试样制备25-26
• 2.3.2 拉伸试样制备26
• 2.3.3 透射试样的制备26-27
• 2.4 脉冲电流处理27-28
• 2.4.1 脉冲电流淬火27
• 2.4.2 脉冲电流回火27-28
• 2.5 微观组织观察28-29
• 2.6 力学性能测试29-30
• 2.6.1 硬度测试29
• 2.6.2 拉伸性能测试29-30
• 2.7 实验技术路线30-31
• 第3章 脉冲电流淬火处理 HRB400 钢的参数优化31-49
• 3.1 引言31-32
• 3.2 脉冲电流淬火处理对 HRB400 钢组织性能的影响32-41
• 3.2.1 HRB400 钢在脉冲电流不同处理时间下的淬火组织性能32-35
• 3.2.2 HRB400 钢在不同脉冲电流处理下的淬火组织性能35-38
• 3.2.3 HRB400 钢在脉冲电流不同处理次数下的淬火组织性能38-41
• 3.3 HRB400 钢脉冲电流淬火和传统淬火后的组织性能比较41-45
• 3.3.1 HRB400 钢脉冲电流淬火和传统淬火后的组织41-43
• 3.3.2 HRB400 钢脉冲电流淬火和传统淬火后的力学性能43-45
• 3.4 脉冲电流对 HRB400 钢的强化机制分析45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 脉冲电流回火处理对 HRB400 钢组织性能的影响49-67
• 4.1 引言49
• 4.2 HRB400 钢的脉冲电流回火处理49-50
• 4.3 脉冲电流回火对不同状态 HRB400 钢组织性能的影响50-56
• 4.3.1 脉冲电流回火对脉冲态 HRB400 钢组织性能的影响50-53
• 4.3.2 脉冲电流回火对淬火态 HRB400 钢组织性能的影响53-56
• 4.4 脉冲电流回火和传统回火后的组织性能对比56-65
• 4.4.1 脉冲态 HRB400 经过不同回火处理后的组织性能比较56-60
• 4.4.2 淬火态 HRB400 经过不同回火处理后的组织性能比较60-64
• 4.4.3 不同状态 HRB400 经过不同回火后的强塑积比较64-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第5章 结论67-69
• 参考文献69-74
• 作者简介及科研成果74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：540325