船轴用34MnV钢的热处理及性能研究

论文摘要

首先，本文利用Formastor-F全自动相变仪完成了对成分改进后的微合金船轴用钢-34MnV钢的连续冷却转变曲线测定，并通过会相显微镜观察了各冷速下的金相组织。34MnV钢在冷却速度小于0.1℃／s时主要转变产物为铁素体+珠光体，冷却速度高于0.2℃／s时即有贝氏体出现，在冷却速度达到20℃／s时，则为全马氏体转变。对34MnV钢试样分别进行不同工艺的热处理，利用Olympus BX60M金相显微镜、Zwick Z050电子拉伸试验机和JB-30B冲击试验机对热处理后的试样进行显微组织观察和力学性能测试。研究结果表明34MnV钢经过900℃保温1h后炉冷以及900℃保温1h后空冷的试样，强度和韧性都明显提高，但各有侧重，前者侧重于提高材料的韧性，而后者侧重于提高材料的强度；34MnV钢经过二次或三次奥氏体化后，晶粒尺寸减小，材料的强韧性进一步提高。最后，通过ABAQUS有限元分析软件模拟了曲拐在900℃奥氏体化后冷却过程的温度场分布特性，冷却方式为水雾冷却。对模拟结果分析可以推测，曲拐内部转变产物为珠光体+铁素体组织，韧性较好；曲拐表层及边缘部位的主要转变产物为贝氏体，强度较高，曲拐通过该工艺参数的热处理可以获得外强内韧的力学性能，符合工件的使用条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外船舶发动机曲轴发展状况
• 1.2 船舶发动机曲轴简介
• 1.3 曲轴常用材料
• 1.4 曲轴用钢的性能要求
• 1.5 铌、钒、钛微合金化
• 1.5.1 微合金钢的发展及优点
• 1.5.2 微合金元素的作用
• 1.6 本课题的研究内容及目标
• 2 实验材料与分析测试方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 34MnV钢的化学成分
• 2.1.2 各合金元素对34MnV钢性能的影响
• 2.2 分析测试手段
• 2.2.1 金相观察
• 2.2.2 拉伸试验
• 2.2.3 冲击试验
• 2.2.4 扫描电子显微镜
• 2.2.5 显微硬度
• 2.2.6 定量金相手工测定法
• 3 34MnV钢的CCT曲线测定
• 3.1 膨胀法测量CCT曲线原理
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验过程
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 热膨胀曲线分析
• 3.4.2 静态CCT曲线
• 3.4.3 不同冷速下的显微组织分析
• 3.4.4 各冷速下转变产物显微维氏硬度
• 3.5 CCT曲线的应用
• 3.6 本章小结
• 4 热处理及性能测定
• 4.1 34MnV钢原始组织及力学性能
• 4.2 不同奥氏体化温度和冷却速度对34MnV钢组织与性能的影响
• 4.2.1 热处理工艺制定
• 4.2.2 热处理后的金相组织分析
• 4.2.3 力学性能测试及分析
• 4.3 二次或多次奥氏体化对34MnV钢组织与性能的影响
• 4.3.1 34MnV钢二次奥氏体化的工艺制定
• 4.3.2 二次奥氏体化后材料的组织及力学性能
• 4.3.3 三次奥氏体化后材料的组织及力学性能
• 4.4 本章小结
• 5 曲轴奥氏体化后冷却温度场模拟
• 5.1 有限元法的基本思想
• 5.2 ABAQUS有限元模拟软件简介
• 5.3 有限元模型的建立
• 5.3.1 几何模型的建立
• 5.3.2 物理模型的建立
• 5.4 模拟结果与分析
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献