第二相析出对无碳化物贝氏体钢相变、组织及性能的影响
发布时间：2021-01-24 15:30
无碳化物贝氏体钢具有优异的综合性能,其开发和研究具有重要的应用意义。本文以中碳、高碳无碳化物贝氏体钢为研究对象,利用微合金化处理引入第二相,研究第二相析出对无碳化物贝氏体钢相变机理、微观组织以及常规力学性能和疲劳性能的影响,以达到加速贝氏体相变、提高贝氏体钢性能的目的。创新性地采用原位透射手段,观察中碳无碳化物贝氏体钢相变过程,研究贝氏体相变形核及长大过程中微观组织演变机制。通过调控热处理工艺,获取不同工艺参数下的贝氏体相变动力学、组织及性能。利用微量N和Al、微量N和V对无碳化物贝氏体钢进行微合金化处理,优化热处理工艺诱导析出与贝氏体铁素体具有高共格度的AlN和VN第二相,为贝氏体铁素体形核提供有效形核点,显著缩短贝氏体相变孕育期,加速贝氏体相变。同时,形核点的增加导致贝氏体组织得到细化,试验钢的强度和硬度提高。利用高温共聚焦显微镜原位观察AlN析出对中碳无碳化物贝氏体钢相变的影响,结果表明,AlN可作为贝氏体铁素体的有效形核点,不同形核位置处贝氏体铁素体的长大速率不同,其中晶粒内部形核的贝氏体长大速率较高;随着等温时间的增加,AlN可诱发更多的二次形核,相界面处的形核位置逐渐取代晶...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
260℃等温不同等温时间下的结构序列(上)和碳浓度的分布(下)[31]
Wu等人[41]通过研究了1.5 wt.%和3 wt.%的Fe-0.4%C合金在400℃至500℃下的贝氏体等温转变动力学,观察到了3 wt.%Si合金在450℃等温贝氏体转变时出现不完全转变现象,两种合金在400℃等温时均出现了不完全转变现象。Caballero等人[42]对低碳高硅贝氏体钢在贝氏体相变过程进行研究,利用X射线和原子探针技术,分析相变过程中奥氏体中碳的分布情况,证实了低温贝氏体相变过程中相变不完全现象,贝氏体铁素体中的碳先是过饱的,然后碳在贝氏体铁素体和奥氏体之间继续进行再分配。当未转化奥氏体中的碳浓度接近T0",也就是相同组分的铁素体和奥氏体相的自由能相同,贝氏体铁素体形成的驱动力减小,如图1-5a;通过原子探针分析,可以看出在观察区域内碳原子分布不均匀,如图1-5b,碳分布出现了富碳区域和贫碳区域,奥氏体相属于富碳区域,其碳含量高于平均值1.32 at.%,而铁素体相属于贫碳区(<1 at.%)。1.4 无碳化物贝氏体组织及性能
贝氏体形貌呈现多样化,这与较宽的贝氏体形成温度范围以及钢的化学成分有关。常见的贝氏体形态有粒状贝氏体、上贝氏体及下贝氏体,形态与等温温度区间有关。通过在贝氏体钢中添加Si和Al等非碳化物形成元素[43],可使碳原子全部溶解于贝氏体铁素体相和残余奥氏体相,最终形成的组织是过饱和碳的贝氏体铁素体和富碳残余奥氏体两相。无碳化物贝氏体组织目前更得研究者青睐,残余奥氏体呈薄膜状,平行分布于贝氏体铁素体板条之间或呈一定角度分布于板条之中,有较好的热稳定性和机械稳定性[44]。Caballero等人[45]通过设计成分,低温等温处理,通过TEM观察到纳米尺度无碳化物贝氏体铁素体与块状或者薄膜状两种形态的奥氏体,如图1-6,贝氏体铁素体与周围奥氏体协调变形过程中产生位错。张福成课题组通过对70Si3Mn钢进行等温淬火处理获得无碳化物贝氏体组织,在Ms以上30℃等温可得到无碳化物贝氏体组织,它具有较高的强度和硬度、高的塑性和韧性等优异的综合力学性能,同时具有较好的耐磨性能[46]。1.4.1 无碳化物贝氏体中贝氏体铁素体
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能纳米贝氏体轴承用钢发展与展望[J]. 张福成,杨志南. Engineering. 2019(02)
[2]加速贝氏体相变研究方法综述[J]. 杨志南,赵晓洁,张福成,李艳国,龙晓燕,张明. 燕山大学学报. 2018(06)
[3]无碳化物贝氏体钢的滚动接触疲劳磨损行为[J]. 郑春雷,张福成,吕博,但锐,苏丽婷. 机械工程学报. 2018(04)
[4]贝氏体相变的形核与长大——贝氏体相变新机制（一）[J]. 刘宗昌,计云萍,任慧平. 热处理技术与装备. 2017(02)
[5]脉冲磁场强度对Cr5钢等温贝氏体转变的影响[J]. 南文明,李莉娟,李青春,翟启杰. 金属热处理. 2017(01)
[6]纳米贝氏体的热力学分析及强韧化研究[J]. 智超,赵爱民,何建国,赵复庆,车英建. 工程科学学报. 2016(05)
[7]70Si3Mn钢中无碳化物贝氏体组织及其性能研究[J]. 赵佳莉,杨志南,张福成. 燕山大学学报. 2015(03)
[8]温轧工艺对纳米贝氏体相变速率、组织和力学性能的影响[J]. 何建国,赵爱民,黄耀,智超,赵复庆. 材料研究学报. 2015(03)
[9]Nb微合金化低碳贝氏体圆钢的组织细化[J]. 易敏,王国栋,陈涛,王立峰,佟倩. 金属热处理. 2012(08)
[10]奥氏体变形及冷却速率对低碳贝氏体组织中大角晶界分布的影响[J]. 缪成亮,尚成嘉,Mani Subramanian. 北京科技大学学报. 2012(03)
博士论文
[1]铁路辙叉用合金钢的组织和性能研究[D]. 康杰.燕山大学 2016
本文编号：2997489
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
260℃等温不同等温时间下的结构序列(上)和碳浓度的分布(下)[31]
Wu等人[41]通过研究了1.5 wt.%和3 wt.%的Fe-0.4%C合金在400℃至500℃下的贝氏体等温转变动力学,观察到了3 wt.%Si合金在450℃等温贝氏体转变时出现不完全转变现象,两种合金在400℃等温时均出现了不完全转变现象。Caballero等人[42]对低碳高硅贝氏体钢在贝氏体相变过程进行研究,利用X射线和原子探针技术,分析相变过程中奥氏体中碳的分布情况,证实了低温贝氏体相变过程中相变不完全现象,贝氏体铁素体中的碳先是过饱的,然后碳在贝氏体铁素体和奥氏体之间继续进行再分配。当未转化奥氏体中的碳浓度接近T0",也就是相同组分的铁素体和奥氏体相的自由能相同,贝氏体铁素体形成的驱动力减小,如图1-5a;通过原子探针分析,可以看出在观察区域内碳原子分布不均匀,如图1-5b,碳分布出现了富碳区域和贫碳区域,奥氏体相属于富碳区域,其碳含量高于平均值1.32 at.%,而铁素体相属于贫碳区(<1 at.%)。1.4 无碳化物贝氏体组织及性能
贝氏体形貌呈现多样化,这与较宽的贝氏体形成温度范围以及钢的化学成分有关。常见的贝氏体形态有粒状贝氏体、上贝氏体及下贝氏体,形态与等温温度区间有关。通过在贝氏体钢中添加Si和Al等非碳化物形成元素[43],可使碳原子全部溶解于贝氏体铁素体相和残余奥氏体相,最终形成的组织是过饱和碳的贝氏体铁素体和富碳残余奥氏体两相。无碳化物贝氏体组织目前更得研究者青睐,残余奥氏体呈薄膜状,平行分布于贝氏体铁素体板条之间或呈一定角度分布于板条之中,有较好的热稳定性和机械稳定性[44]。Caballero等人[45]通过设计成分,低温等温处理,通过TEM观察到纳米尺度无碳化物贝氏体铁素体与块状或者薄膜状两种形态的奥氏体,如图1-6,贝氏体铁素体与周围奥氏体协调变形过程中产生位错。张福成课题组通过对70Si3Mn钢进行等温淬火处理获得无碳化物贝氏体组织,在Ms以上30℃等温可得到无碳化物贝氏体组织,它具有较高的强度和硬度、高的塑性和韧性等优异的综合力学性能,同时具有较好的耐磨性能[46]。1.4.1 无碳化物贝氏体中贝氏体铁素体
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能纳米贝氏体轴承用钢发展与展望[J]. 张福成,杨志南. Engineering. 2019(02)
[2]加速贝氏体相变研究方法综述[J]. 杨志南,赵晓洁,张福成,李艳国,龙晓燕,张明. 燕山大学学报. 2018(06)
[3]无碳化物贝氏体钢的滚动接触疲劳磨损行为[J]. 郑春雷,张福成,吕博,但锐,苏丽婷. 机械工程学报. 2018(04)
[4]贝氏体相变的形核与长大——贝氏体相变新机制（一）[J]. 刘宗昌,计云萍,任慧平. 热处理技术与装备. 2017(02)
[5]脉冲磁场强度对Cr5钢等温贝氏体转变的影响[J]. 南文明,李莉娟,李青春,翟启杰. 金属热处理. 2017(01)
[6]纳米贝氏体的热力学分析及强韧化研究[J]. 智超,赵爱民,何建国,赵复庆,车英建. 工程科学学报. 2016(05)
[7]70Si3Mn钢中无碳化物贝氏体组织及其性能研究[J]. 赵佳莉,杨志南,张福成. 燕山大学学报. 2015(03)
[8]温轧工艺对纳米贝氏体相变速率、组织和力学性能的影响[J]. 何建国,赵爱民,黄耀,智超,赵复庆. 材料研究学报. 2015(03)
[9]Nb微合金化低碳贝氏体圆钢的组织细化[J]. 易敏,王国栋,陈涛,王立峰,佟倩. 金属热处理. 2012(08)
[10]奥氏体变形及冷却速率对低碳贝氏体组织中大角晶界分布的影响[J]. 缪成亮,尚成嘉,Mani Subramanian. 北京科技大学学报. 2012(03)
博士论文
[1]铁路辙叉用合金钢的组织和性能研究[D]. 康杰.燕山大学 2016
本文编号：2997489
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