高碳钢及超高碳钢的B/M复合组织控制与性能的研究

论文摘要

本文通过真空感应炉制备了4种不同成分的超高碳试验钢，在此基础上，对不含Al的超高碳钢进行了880℃～920℃范围内不同奥氏体化温度、250℃～350℃温度范围内等温淬火的组织形态和力学性能研究，并研究了Al和C含量对组织转变及性能的影响。结果表明，Al元素的添加，奥氏体化工艺参数和盐浴等温工艺参数对超高碳钢贝氏体转变影响显著。随着奥氏体化温度升高，贝氏体的孕育期延长，贝氏体转变速度变缓。奥氏体化温度较低时，有较多数量的颗粒状残留碳化物，贝氏体尺寸细小；较高奥氏体温度下，贝氏体形状粗大。奥氏体化保温时间较短时（20min），贝氏体转变较快，贝氏体针细小。奥氏体化保温时间较长时（50min），奥氏体晶粒长大，成分越均匀，溶入的碳化物越多，贝氏体转变孕育期延长，贝氏体针粗大。等温淬火工艺是影响贝氏体转变的另一因素。随等温温度的升高，贝氏体孕育期缩短，贝氏体转变过程缩短，贝氏体片的长度变短，侧向长大特征明显。贝氏体体积分数随等温时间呈现明显S型。随盐浴等温温度的提高，贝氏体开始转变后，转变速度加快。添加Al的量不同，对超高碳钢贝氏体转变产生不同的影响。当向超高碳钢中添加少量的Al（例如13#试验钢，0.5%Al）时，促进了贝氏体的转变，同时贝氏体转变结束的时间缩短；进一步增加Al的含量，例如8#钢将Al含量提高到1.5%，贝氏体转变的动力学并没有进一步加快，相反较含Al量（0.5%）低的13#钢贝氏体转变产生推迟现象。同时还注意到，向超高碳钢中添加Al后，与未添加Al相比，都促进了贝氏体转变。C含量提高，使贝氏体孕育期变长。奥氏体化条件相同的情况下，经300℃等温淬火的冲击韧性比250℃等温显著改善。奥氏体化900℃×30min，盐浴300℃等温180min时1#钢冲击韧性高达96J。提高铝含量冲击韧性提高。热处理工艺参数改变对不含铝的1#钢耐磨性影响不显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 前言
• §1.2 超高碳钢的研究现状
• 1.2.1 超高碳钢的热处理工艺及进展
• 1.2.2 超高碳钢的合金成分设计
• 1.2.3 超高碳钢等温淬火研究问题的提出
• §1.3 高碳钢中贝氏体相变的研究现状
• 1.3.1 贝氏体转变机理及定义
• 1.3.2 高碳钢中贝氏体的形态
• 1.3.3 高碳钢中贝氏体组织转变的控制与利用
• §1.4 贝氏体转变量的定量分析
• §1.5 本课题的主要研究内容
• 第二章 实验材料及研究方法
• §2.1 试验用超高碳钢的制备
• 2.1.1 实验材料化学成分设计及分析
• 2.1.2 试验钢的熔炼
• 2.1.3 锻造处理
• 2.1.4 试样的热处理
• §2.2 组织观察的仪器设备及样品的制备
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 硬度测定
• 2.2.3 显微组织分析
• 2.2.4 冲击试样的制备和测试
• 第三章 等温淬火工艺参数对超高碳钢组织转变与性能的影响
• §3.1 奥氏体化温度对超高碳钢贝氏体组织转变和性能的影响
• 3.1.1 奥氏体化温度对超高碳钢贝氏体组织转变的影响
• 3.1.2 奥氏体化温度对超高碳钢硬度的影响
• 3.1.3 奥氏体化温度对超高碳钢韧性的影响
• §3.2 奥氏体化保温时间对超高碳钢贝氏体组织转变和性能的影响
• 3.2.1 奥氏体化保温时间对超高碳钢贝氏体组织的影响
• 3.2.2 奥氏体化保温时间对超高碳钢硬度的影响
• 3.2.3 奥氏体保温时间对超高碳钢韧性的影响
• §3.3 盐浴等温温度对超高碳钢贝氏体组织转变和性能的影响
• 3.3.1 盐浴等温温度对超高碳钢贝氏体组织转变的影响
• 3.3.2 盐浴等温温度对超高碳钢硬度的影响
• 3.3.3 盐浴等温温度对超高碳钢韧性的影响
• §3.4 盐浴保温时间对超高碳钢贝氏体组织转变和性能的影响
• 3.4.1 盐浴保温时间对超高碳钢贝氏体组织转变的影响
• 3.4.2 等温时间对等温淬火后硬度和冲击韧性的影响
• §3.5 等温淬火工艺对超高碳钢耐磨性的影响
• §3.6 等温淬火后的冷却方式对贝氏体转变及残余奥氏体的影响
• 第四章 铝、碳含量对超高碳钢组织转变与性能的影响
• §4.1 铝含量对超高碳钢贝氏体组织转变与性能的影响
• 4.1.1 铝含量对超高碳钢贝氏体组织转变的影响
• 4.1.2 Al 含量对超高碳钢等温淬火后硬度的影响
• 4.1.3 Al 含量对超高碳钢等温淬火后韧性的影响
• §4.2 碳含量对超高碳钢组织转变与性能的影响
• 4.2.1 碳含量对超高碳钢组织转变的影响
• 4.2.2 碳含量对超高碳钢温淬火后硬度的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间所获得的相关科研成果
• 致谢