高强度传动轴用钢的氢脆敏感性

论文摘要

氢致延迟断裂一直是困扰高强度马氏体钢应用的一个问题。经淬火回火后使用的高强度马氏体钢通常有较高的氢脆敏感性,并且随强度水平的提高,钢的氢脆敏感性通常也增加。氢脆敏感性的发生与氢在钢中的扩散密切相关。本论文分别以淬火高温回火马氏体钢,和新开发的淬火低温回火马氏体钢25CrNi2MoVNb对比常用的18Cr2Ni4W钢为研究对象,通过电化学充氢、充氢试样升温脱氢分析TDS（Thermal Desorption Spectrometry）方法研究了氢在钢中的扩散行为,同时结合慢应变速率拉伸SSRT（Slow Stain Rate Tensile）试验研究了试验钢的氢脆敏感性。得出以下主要结论：（1）经电化学充氢后,淬火高温回火马氏体钢中进入一定量的可扩散的氢,对应TDS分析曲线上170℃左右的氢析出峰；氢在低Cr无A1的D1钢和高Cr低Al的D2钢中的扩散系数分别为1.52×10-7cm2/s和5.3×10-8cm2/s,这是由于D2钢中析出细小弥散的碳化物,能更好的阻碍氢在钢中的扩散,降低钢的扩散系数。在充氢条件相同的情况下,D2钢中析出细小弥散的碳化物,作为氢陷阱使得氢的分布相对变得均匀,D2钢较D1钢具有更低的氢脆敏感性。（2）25CrNi2MoVNb钢和18Cr2Ni4W钢经淬火低温回火后获得细小马氏体组织,抗拉强度分别高于1500 MPa和1300MPa,且二者均有较高的冲击韧性。经电化学充氢后,试验钢25CrNi2MoVNb和18Cr2Ni4W中进入一定量的可扩散氢,对应TDS分析曲线上180℃左右的氢析出峰。氢在18Cr2Ni4W钢和25CrNi2MoVNb钢中的扩散系数分别为3.99×10-7cm2/s和7.87×10-7cm2/s。在相同可扩散氢含量条件下,25CrNi2MoVNb钢的缺口拉伸强度低于18Cr2Ni4W钢。为改善回火马氏体钢的氢脆敏感性,在细化晶粒和提高洁净度的基础上,还需要考虑控制氢在钢中的扩散。（3）25CrNi2MoVNb钢中可扩散氢含量随着奥氏体化温度升高开始降低,在1050℃附近达到最低,之后随着奥氏体化温度升高又开始升高。经电化学充氢后,试验钢25CrNi2MoVNb中进入一定量的可扩散氢,对应TDS分析曲线上170℃左右的氢析出峰。氢在奥氏体化温度分别为880℃,1000℃,1100℃和1200℃的试验钢中的扩散系数分别为6.25×10-7cm2/s、6.12×10-7cm2/s、3.69×10-7cm2/s和4.88×10-7cm2/s。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 材料氢致延迟断裂的研究
• 1.2.1 氢脆的类型
• 1.2.2 氢脆机理
• 1.2.3 高强度马氏体钢氢脆的影响因素
• 1.3 氢的扩散
• 1.3.1 氢的侵入
• 1.3.2 氢的存在形式
• 1.3.3 氢陷阱
• 1.4 氢脆试验方法
• 1.4.1 测氢试验
• 1.4.2 延迟破坏试验
• 1.5 改善材料氢脆敏感性的措施
• 1.5.1 细化晶粒
• 1.5.2 减少晶界偏析
• 1.5.3 提高回火抗力
• 1.5.4 提高缺口韧性
• 1.5.5 使侵入的氢无害化
• 1.5.6 减少钢表面侵入的氢量
• 1.6 本研究工作的目的及内容
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 微观组织的观察
• 2.2.2 常规力学性能
• 2.2.3 慢应变速率缺口拉伸试验
• 2.2.4 升温脱氢分析试验
• 第三章 淬火高温回火传动轴用钢的氢脆敏感性
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料和方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 TDS分析曲线
• 3.3.2 氢的扩散
• 3.3.3 缺口拉伸实验
• 3.4 小节
• 第四章 淬火低温回火传动轴用钢的氢脆敏感性
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料和方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 微观组织及力学性能
• 4.3.2 TDS分析曲线
• 4.3.3 氢的扩散
• 4.3.4 氢脆敏感性
• 4.4 小节
• 第五章 奥氏体化温度对马氏体钢中氢行为的影响
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料和方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 试验结果
• 5.3.1 微观组织
• 5.3.2 TDS分析曲线
• 5.3.3 陷阱激活能
• 5.3.4 氢的扩散
• 5.4 分析讨论
• 5.5 小节
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间所发表的论文