高强度钢“多层次”组织结构对力学性能影响的研究
发布时间：2017-09-11 19:06
本文关键词：高强度钢“多层次”组织结构对力学性能影响的研究
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【摘要】：通过细化多层次组织是金属材料强韧塑化及其提高疲劳性能的重要发展方向,对马氏体钢不同层次组织与强韧性关系的规律进行了大量研究,但对马氏体钢的强韧性“有效控制单元”至今无定论,且多层次组织参量与不同韧性指标耦合关系规律的研究未见报道。本文以20CrNi2Mo钢为研究对象,通过不同淬火温度和淬火速率等热处理手段获得不同层次尺寸条状马氏体组织,并通过OM、SEM、EBSD及TEM等技术定量表征各层次组织尺寸,研究了多层次组织结构与马氏体力学性能的关系,探讨条状马氏体钢强韧性的“有效晶粒尺寸”,建立多层次组织结构与韧性的关系模型。20CrNi2Mo钢经淬火低温回火后为条状马氏体组织,随淬火温度提高,原奥氏体晶粒尺寸、马氏体束尺寸及马氏体块宽均增大,而马氏体板条宽减小。20CrNi2Mo钢的抗拉强度、屈服强度、断面收缩率及硬度随淬火温度提高均减小,而伸长率、冲击韧性和断裂韧性均增大。随淬火速率提高,除原奥氏体晶粒尺寸不受影响外,其他各层次组织均被细化。A组20CrNi2Mo钢的屈服强度、抗拉强度、断面收缩率、洛氏硬度及J1C随淬火速率提高均增大,而伸长率及冲击韧性减小;由于孪晶的形成,B组20CrNi2Mo钢的抗拉强度和硬度均随淬火速率增大而呈现先增后降趋势,而伸长率先降后增。20CrNi2Mo钢的抗拉强度和屈服强度与马氏体束尺寸、马氏体块宽及马氏体板条宽的-1/2次方之间均满足Hall-Petch关系。马氏体块宽为板条马氏体强度的“有效控制单元”。在不同淬火温度下,其冲击韧性和断裂韧性与马氏体板条宽的-1/2次方满足Hall-Petch关系,即马氏体板条尺寸为冲击韧性和断裂韧性的“有效控制单元”;在不同淬火速率下,其断裂韧性与马氏体板条宽的-1/2次方满足Hall-Petch关系,即马氏体板条宽为断裂韧性的“有效控制单元”。初步建立多层次组织与马氏体钢韧性的关系模型,即Di=di/nδ。经计算得:原奥氏体晶粒尺寸约为n?的1/3,且dr/n?(A4)㧐1,而马氏体束尺寸、马氏体块宽及马氏体板条宽与n?的比值均小于1,且马氏体板条宽与2?的比值远小于1。当淬火温度提高,穿条界能耗J1增大,裂纹偏转能耗J2和沿条界扩展能耗J3减小;当淬火速率提高,穿条界能耗J1和裂纹偏转能耗J2增大,沿条界扩展能耗J3减小。
【关键词】：马氏体 多层次组织 力学性能 Hall-Petch关系 高强度钢
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：
- 摘要2-4
- Abstract4-8
- 第一章 绪论8-24
- 1.1 课题研究背景8
- 1.2 条状马氏体形态及亚结构的研究现状8-12
- 1.3 条状马氏体形貌类型12-13
- 1.4 热处理工艺对条状马氏体组织及力学性能的影响13-16
- 1.4.1 淬火温度13-14
- 1.4.2 淬火速率14-15
- 1.4.3 回火方式15-16
- 1.5 条状马氏体形态及亚结构对力学性能的影响16-23
- 1.5.1 原奥氏体晶粒度对力学性能的影响16-18
- 1.5.2 板条马氏体束尺寸对力学性质的影响18-20
- 1.5.3 板条马氏体块尺寸对力学性质的影响20-22
- 1.5.4 板条马氏体条尺寸对力学性质的影响22-23
- 1.6 本文的研究目的及研究内容23-24
- 第二章 试验材料与方法24-31
- 2.1 试验材料24
- 2.2 热处理工艺24-27
- 2.2.1 测定相变点24-25
- 2.2.2 热处理方案25-27
- 2.3 力学性能实验27-29
- 2.3.1 室温拉伸试验27
- 2.3.2 断裂韧度J1C27-28
- 2.3.3 冲击韧性28-29
- 2.3.4 硬度29
- 2.4 微观组织观察29-30
- 2.5 断口分析30
- 2.6 残留奥氏体的测量30-31
- 第三章 淬火温度对 20CrNi2Mo钢组织与性能的影响31-45
- 3.1 20CrNi2Mo钢不同淬火温度热处理工艺31
- 3.2 淬火温度对板条马氏体组织形貌的影响31-37
- 3.3 淬火温度对板条马氏体力学性能的影响37-39
- 3.4 淬火温度对残留奥氏体的影响39-40
- 3.5 淬火温度对断.形貌的影响40-43
- 3.6 小结43-45
- 第四章 淬火速率对 20CrNi2Mo钢组织与性能的影响45-58
- 4.1 20CrNi2Mo钢不同淬火速率热处理工艺45
- 4.2 淬火速率对板条马氏体组织形貌的影响45-50
- 4.3 淬火速率对板条马氏体力学性能的影响50-53
- 4.4 淬火速率对残留奥氏体的影响53-54
- 4.5 淬火速率对断.形貌的影响54-56
- 4.6 小结56-58
- 第五章 板条马氏体钢强韧性组织控制单元研究58-65
- 5.1 微观组织对强度的影响58-62
- 5.2 微观组织对韧性的影响62-64
- 5.3 小结64-65
- 第六章 复合参量Di与强韧性关系模型65-72
- 6.1 模型的提出65-66
- 6.2 裂纹尖端张开位移CTOD的计算66-71
- 6.2.1 线弹性和小范围屈服情况下的CTOD67-68
- 6.2.2 大范围屈服情况下CTOD68-69
- 6.2.3 CTOD理论计算的验证及计算69-71
- 6.3 裂纹扩展机制研究71-72
- 6.4 小结72
- 第七章 主要结论72-74
- 参考文献74-80
- 致谢80-81
- 附录81-82
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 杨钢;杨沐鑫;王昌;刘新权;;冷却速度对X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢的力学性能影响[J];钢铁研究学报;2011年03期
2 贡海;;板条马氏体研究的新进展[J];金属热处理;1982年03期
3 沙桂英;孟庆昌;冯晓曾;;高温奥氏体化对40Cr钢疲劳裂纹扩展行为的影响[J];金属热处理;1990年11期
4 赵宇龙;陈铮;龙建;杨涛;;晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔—佩奇效应的微观变形机理[J];物理学报;2013年11期
，本文编号：832515
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