贝氏体型冷作强化非调质钢的应用性能

论文摘要

紧固件是一种重要而又量大面广的通用基础件,采用冷作强化非调质钢制造高强度螺栓可省去调质处理和拉拔前球化退火处理这两道周期长、能耗大的热处理工序,节能效果十分显著。对于能源、资源日益紧张的我国,冷作强化非调质钢的开发和推广应用有深远的社会意义和显著的经济效益。本文采用金相、扫描电镜、透射电镜等实验方法研究了一种低碳-Mn-B-Ti系贝氏体型冷作强化非调质钢的微观组织和力学性能特征；并采用阴极充氢、热脱氢及慢应变速率拉伸等实验方法着重研究了变形量、时效温度对其延迟断裂性能和氢吸附行为的影响。变形量对实验料的力学性能有明显影响。随着变形量的增加,实验材料的强度逐渐增加而塑性逐渐降低,其中屈服强度较抗拉强度增加的幅度大。应变硬化指数n随γ增大为先增加后降低,即约在γ=30%时,n出现一峰值。冷拔变形后1/3冷镦变形时的压缩应力随γ增加基本不变,临界压缩变形量则随γ增大而不断降低。随着γ的增加,实验料未充氢样的慢拉伸缺口抗拉强度逐渐增加,而充氢后试样的缺口抗拉强度σBN和延迟断裂强度比R则显著降低。实验料拉拔后再经400℃时效处理能够使其延迟断裂性能得到显著恢复。因此,在满足强度要求的前提下,应选择合适的变形量,以保证材料的冷镦和延迟断裂等性能。时效温度对实验料力学性能等的研究结果表明,实验料的强度随时效温度的升高先是增加,并在250℃时存在一个峰值,随后强度又随时效温度的升高而降低,当温度升高到400℃以上时强度明显降低；实验料的塑性和屈强比则随时效温度的升高逐渐增加,其中后者增加的幅度更显著。与未充氢试样相比,实验料拉拔并充氢后的延迟断裂性能显著降低。随着时效温度的升高,充氢试样中的氢含量降低,缺口抗拉强度σBN和延迟断裂强度比R缓慢增加,当时效温度大于200℃时,σBN和R则明显增加。因此,在满足保载永久伸长变形量及强度和塑性要求的前提下,同样应选择合适的时效温度,以保证材料的延迟断裂性能。对实验料氢吸附行为的研究结果表明,热轧态和冷拔态试样在充氢的情况下,在氢逸出曲线上存在两个氢逸出峰（约160℃-190℃间的第一逸出峰和300℃附近的第二逸出峰）,而在未充氢时只存在第二逸出峰。时效温度对实验料的氢逸出曲线具有显著的影响,即其影响逸出峰的高度甚至消失。实验料的充氢量随电流密度J、形变量及时效温度而变化。进一步分析表明,第一逸出峰对应的氢主要处于形变产生的位错等低能缺陷处,经30%冷拔变形后,第一逸出峰氢量CHI显著增加；随时效温度的升高,GHI逐渐降低,当时效温度升高到200℃以上时,GHI不再降低,基本为一定值。第二逸出峰对应的氢主要处于晶界、相界、夹杂物等高能陷阱处,即在热轧态就已存在,第二逸出峰氢量CHII不受变形、充氢及200℃以下低温时效处理的影响,只是当时效温度较高（200℃以上）即高于其逸出温度时才释放出来,导致第二逸出峰氢量GHII逐渐降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 微合金非调质钢概述
• 1.2.1 微合金非调质钢的产生及发展
• 1.2.2 冷作强化非调质钢概况
• 1.3 粒状贝氏体组织
• 1.4 冷变形和时效处理
• 1.4.1 冷变形对微观组织和性能的影响
• 1.4.3 包辛格效应
• 1.4.4 时效处理
• 1.5 延迟断裂的概念与特征
• 1.6 高强度钢中的氢与延迟断裂行为
• 1.6.1 氢的存在形式
• 1.6.2 氢陷阱
• 1.6.3 氢在金属中的扩散和富集
• 1.6.4 引起延迟断裂的氢
• 1.6.5 高强度钢的延迟断裂机理
• 1.7 本课题研究目的和主要任务
• 第二章 实验材料与研究方法
• 2.1 实验材料及热处理制度
• 2.2 常规力学性能测试
• 2.3 耐延迟断裂性能和延迟断裂行为研究
• 2.4 微观组织和断口分析
• 2.5 氢分析试验
• 第三章 变形量对贝氏体型冷作强化非调质钢力学性能的影响
• 3.1 实验材料和过程
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 微观组织特征
• 3.2.2 常规力学性能
• 3.2.3 延迟断裂性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 时效温度对贝氏体型冷作强化非调质钢力学性能的影响
• 4.1 实验材料和过程
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 微观组织特征
• 4.2.2 常规力学性能
• 4.2.3 SSRT实验结果
• 4.3 讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 贝氏体型冷作强化非调质钢的氢致延迟断裂行为
• 5.1 实验材料和过程
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 微观组织和力学性能
• 5.2.2 TDS分析结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 （攻读硕士期间发表论文）