低合金高强韧非调质铸钢的设计及组织性能调控

发布时间：2017-08-25 06:33

  本文关键词：低合金高强韧非调质铸钢的设计及组织性能调控

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【摘要】：随着汽车工业的高速发展以及对汽车零部件减重的迫切需求，开发工艺简单、价格低廉的高强度钢铁材料是降低油耗、减少排放、提高安全性的必然趋势和根本途径。目前重型商用车普遍存在严重超载的现象，重型商用车的球铁桥壳断裂时有发生，造成重大经济损失。低合金铸钢与球墨铸铁相比具有高的强韧性，若能用铸钢代替球铁制造桥壳，则桥壳使用安全将显著提高，大大减少桥壳断裂的现象，具有重大的经济与社会效益。本文正是基于以上考虑，在严格控制成本和不调质的前提下，设计铸钢成分，优化热处理工艺，旨在开发出一种低合金高强度非调质铸钢。 本文研究了各合金元素的作用，确定了添加硅、锰、少量铬以及一些其他微量合金元素的合金设计路线。通过严格控制原料成本以及考虑合金含量对组织性能影响，设计了三种牌号的钢：ZG15Si2Mn3CrB、ZG25Si2Mn2CrB、ZG35Si2Mn2CrB。 所设计三种试验钢经880℃正火预处理+900℃正火后，分别在300℃、340℃、360℃、380℃回火。本文研究了回火温度对组织和力学性能的影响。研究结果表明：ZG15Si2Mn3CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+300℃回火后组织主要为贝氏体、马氏体、残余奥氏体，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于12%；ZG25Si2Mn2CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+360℃回火后组织主要为贝氏体、板条马氏体束、残余奥氏体，抗拉强度大于1400MPa，延伸率大于17%；ZG35Si2Mn2CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+380℃回火后组织主要为针状贝氏体、粒状贝氏体、细小板条马氏体束、残余奥氏体，抗拉强度大于1500MPa，延伸率大于12%；随着碳含量的增加，这三中钢出现最高抗拉强度时的回火温度增加；经适当回火后，残余奥氏体的稳定性增加，，使钢的力学性能增加。 本文对三种试验钢分别进行了亚温正火实验，测试结果表明：ZG25Si2Mn2CrB抗拉强度达到1200MPa，延伸率大于18%；组织包括无碳化物贝氏体、粒状贝氏体、马氏体和部分铁素体。ZG25Si2Mn2CrB在两相区保温时，组织中未溶铁素体能够分割奥氏体组织，限制奥氏体的长大，经风冷之后，细小的原奥氏体晶粒转变为马氏体和贝氏体，加上部分铁素体及残余奥氏体的存在，使试验钢的强韧性显著提高。 本文还利用自行设计的能够实现在高温区快冷中温区缓冷的NJ淬火介质，对ZG25Si2Mn2CrB进行了淬火实验，经低温回火后测试结果显示：抗拉强度大于1700MPa，延伸率大于14%；显微组织中含有大量的下贝氏体和板条马氏体。组织中较高含量的贝氏体证明了NJ淬火介质具有高温区快冷、中温区缓冷的特性。
【关键词】：非调质铸钢 成分设计 热处理 组织性能
【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11-24
• 1.1 研究背景11
• 1.2 高强度钢的研究现状11-13
• 1.3 贝氏体钢分类及其强韧化机理13-17
• 1.3.1 贝氏体钢的分类13-16
• 1.3.1.1 Mo-B 系贝氏体钢13-14
• 1.3.1.2 Mn-B 系贝氏体钢14
• 1.3.1.3 准贝氏体钢14-15
• 1.3.1.4 几种高强韧准贝氏钢15-16
• 1.3.2 贝氏体钢强韧化机理16-17
• 1.3.2.1 粒状贝氏体强韧化机理16
• 1.3.2.2 下贝氏体/马氏体复相组织的强韧机理16
• 1.3.2.3 无碳化贝氏体/马氏体复相组织的强韧机理16-17
• 1.4 低合金钢的亚温淬火17-22
• 1.4.1 亚温淬火强韧化机理17-19
• 1.4.1.1 细化晶粒17-18
• 1.4.1.2 铁素体自身强化及其对裂纹扩展的阻碍18-19
• 1.4.1.3 残余奥氏体的作用19
• 1.4.2 影响亚温淬火强韧化效果的因素19-22
• 1.4.2.1 原始组织19-20
• 1.4.2.2 进入两相区的方式20-21
• 1.4.2.3 亚温淬火温度的影响21-22
• 1.4.2.4 回火工艺的影响22
• 1.5 课题研究目的和内容22-24
• 第2章 实验方法24-28
• 2.1 实验材料及设备24-26
• 2.1.1 实验材料的制备25-26
• 2.1.2 热处理工艺26
• 2.2 光学金相显微镜和扫描电子显微镜组织观察26
• 2.3 力学性能测试26-28
• 2.3.1 拉伸试验26-27
• 2.3.2 硬度值的测定27-28
• 第3章 新型非调质铸钢的成分设计28-39
• 3.1 合金设计思路28-29
• 3.2 各合金元素作用29-33
• 3.2.1 C 在合金钢中的作用29
• 3.2.2 Mn 在合金钢中的作用29-30
• 3.2.3 Si 在合金钢中的作用30
• 3.2.4 Cr 在合金钢中的作用30-31
• 3.2.5 B 在合金钢中的作用31-32
• 3.2.6 Ti 在合金钢中的作用32
• 3.2.7 RE 在合金钢中的作用32-33
• 3.2.8 Al 在合金钢中的作用33
• 3.3 试验钢合金的设计33-38
• 3.3.1 铸钢成分的设计33-34
• 3.3.2 铸钢强度以及临界点计算34-36
• 3.3.3 试验钢组织的预测36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 正火+回火后的组织和力学性能39-55
• 4.1 ZG15Si2Mn3CrB 的组织性能39-44
• 4.1.1 显微组织分析39-40
• 4.1.2 力学性能分析40-43
• 4.1.3 断口分析43-44
• 4.2 ZG25Si2Mn2CrB 的组织性能44-49
• 4.2.1 显微组织分析44-46
• 4.2.2 力学性能分析46-48
• 4.2.3 断口分析48-49
• 4.3 ZG35Si2Mn2CrB 的组织性能49-53
• 4.3.1 显微组织分析49-50
• 4.3.2 力学性能的分析50-52
• 4.3.3 拉伸断口52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 亚温正火、NJ 淬火后组织与性能55-67
• 5.1 亚温正火后的组织与性能55-62
• 5.1.1 钢的亚温正火工艺55-56
• 5.1.2 金相组织分析56-58
• 5.1.3 力学性能分析58-61
• 5.1.4 断口分析61-62
• 5.2 NJ 淬火后试样的组织和性能62-66
• 5.2.1 显微组织分析64-65
• 5.2.2 力学性能分析65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 结论67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：735607