Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢组织转变行为与超细化热处理

论文摘要

本文以Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢为研究对象，采用理论分析与实验相结合的方法，系统研究了铝元素与热处理工艺对超高碳钢组织转变及力学性能的影响，提出了铝元素抑制先共析碳化物析出的机理，确定了Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢铝元素的合理添加量，并提出了Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢不经形变获得组织超细化、综合性能良好的热处理工艺。主要结论如下：（1）采用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢通过热力学相图计算发现：铝的添加使该超高碳钢单相奥氏体区域变窄并左移，进入液、固两相区的温度降低，同时共析转变温度提高。Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢共析转变温度区间约为40℃，共析转变开始温度约为790℃。（2）铝元素对超高碳钢组织中的先共析碳化物（网状碳化物和魏氏组织碳化物）具有显著的抑制作用。当含铝量增加到1.0％以上时，魏氏组织碳化物被抑制；接近2.0％时，网状碳化物开始断网。（3）铝元素抑制先共析碳化物析出机理为：奥氏体化后未溶碳化物增多降低了奥氏体碳含量，冷却过程中先共析碳化物减少；同时未溶碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，奥氏体晶粒细化使晶界上分布的碳化物减少；并且铝在晶界附近的偏聚对晶界碳化物的形核及长大有抑制作用。（4）随含铝量增加，珠光体片层间距减小，相变组织完全球化温度下降；含铝2.0％时，经850℃×1h等温球化后可获得完全的球化组织；含铝大于2.54％时，出现石墨化；Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢铝的合理添加量应取2.0％。（5）铝元素提高了超高碳钢的回火稳定性，推迟了ε-碳化物向渗碳体的转变。400℃回火组织无塑性；450℃回火组织具有超高强度、高硬度、低塑性；650℃回火组织具有高强度、高塑性、低硬度。单纯采用淬火-回火工艺难以实现Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢综合性能的提高。（6）测定了Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢等温转变开始点和马氏体转变开始点Ms，测定的300℃孕育期最短为30分钟，Ms为150℃。（7）提出了Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢不经形变获得组织超细化、综合性能良好的等温淬火热处理工艺。300℃×10h等温淬火处理，获得了含条宽约100nm下贝氏体铁素体+宽度小于100nm残余奥氏体+直径约250nm球状渗碳体的超细复相组织，其屈服强度1568MPa，抗拉强度1744MPa，总延伸率6.9％，硬度HV532。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 超细晶超高碳钢的研究现状
• 1.1.1 超细晶超高碳钢的化学成分设计
• 1.1.2 超细晶超高碳钢的制备工艺
• 1.1.3 超细晶超高碳钢的微观组织与室温性能特性
• 1.1.4 超细晶超高碳钢的超塑性
• 1.2 本研究的目的和意义
• 1.3 本研究的主要内容
• 第二章 试验材料及研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验材料的化学成分设计
• 2.1.2 试验材料的制备
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 热处理
• 2.2.2 轧制
• 2.2.3 等温转变曲线及Ms点的测定
• 2.2.4 性能测试
• 2.2.5 微观组织结构、物相及微区成分分析
• 2.2.6 Thermo-Calc热力学计算软件系统
• 第三章 铝对Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢相平衡的影响
• 3.1 Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢的热力学相图计算
• 3.1.1 Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢的热力学相图计算条件
• 3.1.2 Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢的热力学相图计算结果
• 3.2 铝对超高碳钢共析转变温度的影响
• 3.3 铝对超高碳钢石墨化的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 铝对Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢热处理组织的影响
• 4.1 铝对奥氏体化组织的影响
• 4.2 铝对先共析碳化物析出的影响
• 4.2.1 铝对Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳钢先共析碳化物析出的影响
• 4.2.2 铝抑制先共析碳化物析出机理
• 4.3 铝对珠光体转变组织的影响
• 4.4 铝对等温球化组织的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 回火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的组织及性能
• 5.1 Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢淬火-回火工艺
• 5.2 回火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的组织
• 5.2.1 双相区淬火组织形态
• 5.2.2 不同温度下回火组织形态
• 5.2.3 450℃回火碳化物结构分析
• 5.2.4 650℃回火组织位向差
• 5.2.5 淬火、回火基体组织的含碳量分析
• 5.3 回火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的力学性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 等温淬火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的组织及性能
• 6.1 Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢等温淬火工艺
• 6.1.1 等温转变曲线的测定
• 6.1.2 等温淬火工艺
• 6.2 等温淬火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的微观组织
• 6.2.1 等温淬火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的SEM组织
• 6.2.2 等温淬火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的物相分析
• 6.2.3 等温淬火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的组织结构分析
• 6.3 等温淬火态Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的力学性能
• 6.3.1 300℃等温淬火下的力学性能
• 6.3.2 250℃等温淬火下的力学性能
• 6.3.3 Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢各种制备工艺的力学性能比较
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表或待发表的学术论文目录