高硅贝氏体钢的组织与性能研究

论文摘要

近年来由板条状贝氏体铁素体和残余奥氏体薄膜两相组成的高硅无碳化物贝氏体可以实现高强度与高塑性的有机结合而成为研究的热点。人们在追求其极端性能的同时也发现了其工业化化的难操作性。本文从工程应用的角度出发,从更加容易工业化的低中碳钢入手展开高硅贝氏体的成分设计、工艺设计和强韧化机理研究。文中设计了C-Si-Mn系和C-Si-Mn-Cr系两个系列5种高硅贝氏体钢。通过观察实验钢等温处理后的显微组织、测试力学性能,分析讨论实验钢含碳量以及Si-Mn合金化与Si-Mn-Cr合金化对组织转变和力学性能的影响规律,各种成分实验钢的组织—性能对应关系,等温温度对组织和性能演变的作用。研究结果表明：1.两个成分系列的高硅钢奥氏体化以后在330-270℃进行等温淬火,均得到平行的条状贝氏体铁素体和富碳的残余奥氏体薄膜组成的准贝氏体组织。随着转变温度的降低,残余奥氏体的体积分数减少,贝氏体铁素体中的碳过饱和度增加。钢中的残余奥氏体在变形过程中会转变为马氏体组织。随着等温淬火温度的降低,钢的硬度、屈服强度、抗拉强度、都会升高；同时延伸率会有所降低。两种低碳钢（含0.2%C）的冲击韧性随温度降低先增大后略有减小；其余三种中碳钢的实验钢的冲击韧性随温度降低而增大。2.随着钢中碳含量的降低残余奥氏体的体积分数减少,但是在270℃等温淬火组织中残余奥氏体的体积分数差异不明显。钢中含碳量的变化对残余奥氏体的含碳量变化影响不大。贝氏体铁素体的碳过饱和度则随着钢中含碳量的降低而降低。在相同的温度等温淬火后钢的屈服强度、抗拉强度随着钢中原始含碳量的减少而降低；延伸率和冲击韧性都是随着钢中含碳量的减小而增加的。3.以0.8%Cr代替1.0%Mn对奥氏体的含碳量影响不大。在0.4%C钢中以Cr代Mn减少了奥氏体的体积分数,增加了贝氏体铁素体的碳过饱和度；提高了钢的屈服强度、抗拉强度,在330℃等温淬火时提高延伸率,在270℃等温淬火时降低了延伸率。在0.2%C钢中以以Cr代Mn提高了奥氏体的体积分数,减小了贝氏体铁素体的碳过饱和度；降低钢的屈服强度、抗拉强度,降低延伸率。在两种含碳量的钢中以Cr代Mn在各个温度等温淬火都提高了钢的冲击韧性。4.高硅贝氏体钢的强韧化机理：铁素体中碳含量过饱和是其具有高强度的原因,并使之随着等温淬火温度的降低而增大,同时也是导致延伸率及冲击韧性降低的因素；随着温度的降低组织细化是导致冲击韧性提高的主要原因,并且抵消了铁素体中碳过（?）和度和位错密度提高提高及残余奥氏体体积分数减少带来的负面影响。残余奥氏体薄肪的存在是该钢种具有低屈服强度、高延伸率、高冲击韧性的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 贝氏体钢的分类
• 1.2.1 Mo系贝氏体钢
• 1.2.2 Mn-B系贝氏体钢
• 1.2.3 准贝氏体钢
• 1.2.4 其它类型的贝氏体钢
• 1.3 贝氏体钢热处理工艺
• 1.4 高硅贝氏体钢组织的强韧化机理
• 1.4.1 贝氏体铁素体
• 1.4.2 相变诱发塑性
• 1.4.3 残余奥氏体
• 1.5 高硅贝氏体钢的合金元素的作用
• 1.5.1 C元素的作用
• 1.5.2 Si元素的作用
• 1.5.3 Mn元素的作用
• 1.5.4 其他合金元素的作用
• 1.6 本课题主要研究内容及意义
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 热处理工艺
• 2.3 微观组织分析
• 2.3.1 金相组织观察
• 2.3.2 SEM观察
• 2.3.3 TEM观察
• 2.3.4 X射线衍射分析
• 2.4 力学性能测试
• 2.4.1 硬度实验
• 2.4.2 拉伸实验
• 2.4.3 冲击实验
• 第3章 C-Si-Mn-Cr系实验钢的实验结果
• 3.1 0.4C-1.8Si-1.8Mn-0.8Cr钢的实验结果
• 3.1.1 显微组织分析
• 3.1.2 力学性能分析
• 3.2 0.3C-1.8Si-1.8Mn-0.8Cr钢的实验结果
• 3.2.1 显微组织分析
• 3.2.2 力学性能分析
• 3.3 0.2C-1.8Si-1.8Mn-0.8Cr钢的实验结果
• 3.3.1 显微组织分析
• 3.3.2 力学性能分析
• 3.4 C含量对组织和性能的影响
• 3.4.1 微组织分析
• 3.4.2 力学性能分析
• 第4章 C-Si-Mn系实验钢的实验结果
• 4.1 0.4C-1.8Si-2.8Mn钢的实验结果
• 4.1.1 显微组织分析
• 4.1.2 力学性能分析
• 4.2 0.2C-1.8Si-2.8Mn钢的实验结果
• 4.2.1 显微组织分析
• 4.2.2 力学性能分析
• 4.3 以Cr代Mn对组织和性能的影响
• 4.3.1 显微组织分析
• 4.3.2 力学性能分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附件