淬火碳钢温变形流变行为与微观组织演变研究

论文摘要

组织细化是开发新一代钢铁材料的核心技术，现行组织细化工艺可将铁素体晶粒细化至微米级。为进一步细化钢的组织达到超细晶的目标，需研究新的理论，开发新的技术。本文研究目的是通过淬火碳钢在低温低应力下变形制备超细晶钢，并研究其温变形流变行为和变形过程中组织演变特征。利用Gleeble-3500热模拟试验机对淬火10、20、T8、T10A和T12钢在Ac1温度以下的温变形流变行为进行了研究，并建立了各碳钢温变形本构关系方程；利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了不同工艺条件下碳钢温变形试样的组织特征；基于加工图理论，建立碳钢温变形能量耗散图和加工图，为温加工工艺制定和优化提供理论依据。实验结果表明，随着变形温度的提高和应变速率的降低，淬火碳钢温变形流变应力下降。在较低温度和较高应变速率(600℃，0.1-1s-1)下，流变应力随碳含量的增加而增大；在较高温度和较低应变速率下(700℃，0.01-0.001s-1)，流变应力在高碳范围内呈下降趋势。碳含量低于0.78wt.%，淬火碳钢温变形激活能随含碳量增加而降低，碳含量高于0.78wt.%时，淬火碳钢温变形激活能随含碳量增加而增加。在相同变形条件下，能量耗散效率最大值随着碳含量的增加呈增大趋势。淬火碳钢温变形可制备出由亚微米级等轴铁素体晶粒和纳米级碳化物颗粒组成的超细晶组织。温变形过程中不仅发生了动态再结晶，同时发生了形变诱导碳化物析出。T12钢马氏体组织温变加工软化率大于退火组织温变形的软化率；马氏体组织软化机制主要为动态再结晶，退火组织温变形软化机制主要是动态回复。加工图表明，T12钢淬火组织失稳区域是能量耗散效率η低于19%的区域，安全区是能量耗散效率η为19％-33％的区域；球化退火组织失稳区域是能量耗散效率η低于21%的区域，安全区是能量耗散效率η为21％-32％的区域。温变形过程促进了短片状碳化物的溶断和颗粒碳化物的细化；碳化物在温变形过程中的细化主要为短片状碳化物的溶断和碳原子的扩散共同作用的结果；短片状碳化物的溶断是由亚晶界处凹槽的扩展导致。淬火T8钢不同变形量温变形后硬度随着变形量的增大呈先降低后增大的趋势，在变形量为50%时，碳化物完全细化，硬度值最低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 细晶强化
• 1.2.1 细晶强化理论
• 1.2.2 细晶强化途径
• 1.2.3 国内外钢的细晶强化研究进展
• 1.3 温变形热物理模拟原理
• 1.3.1 温变形定义
• 1.3.2 温变形的流变行为
• 1.3.3 温变形本构关系
• 1.3.4 温变形加工图
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验材料热处理工艺
• 2.2.2 温压缩实验工艺
• 2.2.3 温压缩后试样显微组织观察
• 2.2.4 力学性能测试
• 2.3 本章小结
• 第3章 淬火碳钢温变形流变行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 流变曲线
• 3.3.2 淬火碳钢温压缩的变形本构方程
• 3.3.3 淬火 20、T8、T10A、T12 钢的温变形本构方程
• 3.4 讨论
• 3.4.1 变形温度对流变应力的影响
• 3.4.2 应变速率对流变应力的影响
• 3.4.3 碳含量对流变应力的影响
• 3.4.4 不同淬火钢能量耗散图
• 3.5 本章小结
• 第4章 淬火碳钢温变形微观组织研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 低碳钢温变形微观组织分析
• 4.3.2 超高碳钢温变形微观组织
• 4.3.3 淬火碳钢温变形晶粒形貌研究
• 4.3.4 淬火碳钢温变形碳化物研究
• 4.3.5 淬火碳钢温变形晶界与位错研究
• 4.3.6 淬火碳钢温变形碳化物与位错研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 起始组织对超高碳钢流变行为的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 不同起始组织温变形流变曲线
• 5.3.2 不同起始组织温变形流变应力比较
• 5.3.3 不同起始组织温变形加工软化率比较
• 5.3.4 不同起始组织温变形本构方程的建立
• 5.3.5 不同起始组织温变形微观组织
• 5.3.6 不同起始组织温变形硬度
• 5.4 分析讨论
• 5.4.1 不同起始组织应变速率敏感性指数
• 5.4.2 不同起始组织能量耗散效率
• 5.4.3 不同起始组织的温加工图
• 5.4.4 不同起始组织加工软化机制
• 5.5 本章小结
• 第6章 碳化物在淬火高碳钢温变形中的细化机理
• 6.1 引言
• 6.2 实验方法
• 6.3 实验结果与分析
• 6.3.1 变形量对碳化物细化的影响
• 6.3.2 变形温度对碳化物细化的影响
• 6.3.3 应变速率对碳化物细化的影响
• 6.3.4 淬火碳钢温变形碳化物细化过程
• 6.3.5 淬火碳钢温变形碳化物细化机理
• 6.3.6 温变形碳化物细化对硬度的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介