【摘要】：本文以六種中碳貝氏體鋼為研究對象,探討了成分設(shè)計、熱處理工藝和微結(jié)構(gòu)演變對中碳貝氏體鋼的強度、塑性、韌性、磨損和疲勞性能的影響及規(guī)律本質(zhì)。探索出在中碳34SiMnCrAlMoNi鋼中獲得無碳化物上貝氏體、下貝氏體和低溫貝氏體組織的熱處理工藝。轉(zhuǎn)變溫度TMs+75°C得到的貝氏體組織是上貝氏體,上貝氏體組織主要由鏈狀貝氏體鐵素體與小塊狀殘余奧氏體構(gòu)成;Ms+10°CTMs+75°C溫度區(qū)間等溫轉(zhuǎn)變得到的貝氏體組織為下貝氏體,TMs+10°C溫度區(qū)間得到的貝氏體組織為低溫貝氏體,兩者均由貝氏體鐵素體和殘余奧氏體組成,前者殘余奧氏體呈片狀,后者殘余奧氏體呈薄膜狀。力學(xué)性能測試表明溫度越低綜合性能越高。對三種形態(tài)的貝氏體組織循環(huán)變形行為進行了研究,發(fā)現(xiàn)殘余奧氏體誘發(fā)馬氏體相變和初始高的位錯密度共同提高低溫貝氏體的初始加工硬化能力。在總應(yīng)變幅控制下,低溫貝氏體相比下貝氏體和上貝氏體組織具有最高的疲勞壽命,組織中最細的貝氏體鐵素體板條和大比例的大角度錯配角對其有積極的影響。在上貝氏體中,殘余奧氏體和貝氏體鐵素體之間較高的協(xié)調(diào)變形能力以及高的均勻延伸率有利于塑性應(yīng)變幅下疲勞壽命的提高。對比研究了含Si+Al合金化無碳化物貝氏體34SiMnCrAlMoNi鋼和不含Si+Al合金的有碳化物貝氏體34MnCrMoNi鋼的轉(zhuǎn)變動力學(xué),表明前者孕育期長轉(zhuǎn)變快,后者孕育期短轉(zhuǎn)變慢。Si和Al元素降低C的擴散,使C在鋼中分布相對趨于均勻,從而推遲了貝氏體相變過程中先析出相貝氏體鐵素體的形成。而較大的貝氏體鐵素體轉(zhuǎn)變量和較低的轉(zhuǎn)變驅(qū)動力是造成有碳化物轉(zhuǎn)變時間長的主要原因。相比由貝氏體鐵素體、碳化物和微量的殘余奧氏體組成的含碳化物貝氏體組織,由貝氏體鐵素體和殘余奧氏體組成的無碳化物貝氏體具有較高的強度和韌性,Si和Al元素起到固溶強化作用的同時,由它們導(dǎo)致較多殘余奧氏體的存在對韌性起到積極的作用。研究不同Mn含量條件下無碳化物貝氏體鋼的組織及性能結(jié)果表明,隨著Mn含量的增加,貝氏體相變的孕育期和相變時間均會延長,同時影響貝氏體組織結(jié)構(gòu)。成分設(shè)計中無Mn鋼,組織中存在仿晶界鐵素體,作為組織中的軟相,降低了材料的強度和硬度,也降低了循環(huán)變形中的應(yīng)力幅,但其犧牲了強度卻貢獻了延伸率。在塑性應(yīng)變幅下,無Mn貝氏體鋼相比其它Mn含量的貝氏體鋼具有最高的疲勞壽命,歸因于其具有最高的延伸率。在總應(yīng)變幅控制下,Mn含量為3.2%的貝氏體鋼相比含Mn量為1.8%和2.3%的貝氏體鋼具有最高的疲勞壽命,歸因于較細的貝氏體鐵素體板條和殘余奧氏體以及較高的強度。利用損傷滯回能評價材料的疲勞性能,Mn含量2.3%的貝氏體鋼的組織具有相對優(yōu)異的疲勞性能,歸因于其大的錯配角分布較多。研究了碳化物對中碳貝氏體鋼的沖擊磨粒磨損和疲勞性能的影響。試驗結(jié)果表明,在較低沖擊載荷下,有碳化物貝氏體鋼中碳化物提高材料的耐磨性。在較大沖擊載荷下,高應(yīng)力使得殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成硬相馬氏體,增加表面硬度,提高了無碳化物貝氏體組織的沖擊磨損性能。同時,在總應(yīng)變幅控制下,無碳化物貝氏體組織具有較高的疲勞壽命,主要歸因于組織中不穩(wěn)定的殘余奧氏體在變形過程中應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變,吸收裂紋擴展需要的能量,延緩裂紋的擴展,提高組織的總應(yīng)變幅下疲勞壽命,而其不穩(wěn)定又降低其塑性應(yīng)變下的疲勞壽命。碳化物在單向拉伸變形中起到強化作用,而在循環(huán)疲勞過程中作為第二相引起應(yīng)力集中,從而大幅度降低鋼的疲勞壽命。研究無碳化物貝氏體鋼在拉伸過程中的組織演變發(fā)現(xiàn),鋼中的殘余奧氏體分為三個尺寸,在塑性變形開始階段,塊狀奧氏體率先發(fā)生TRIP效應(yīng),片狀和薄膜狀的殘余奧氏體相繼發(fā)生馬氏體相變。中碳鋼中的奧氏體在變形過程中會發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體效應(yīng)、阻礙裂紋擴展作用和吸收位錯效應(yīng)。前兩個影響因素對裂紋的形成和裂紋的擴展有阻礙作用,位錯吸收能夠在變形過程中使貝氏體鐵素體/馬氏體/奧氏體之間和諧相處,起到協(xié)調(diào)變形的作用。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1
【圖文】：

1 兩種經(jīng)典貝氏體相變機制模型: (a)切變長大機制; (b) 激發(fā)形核-臺階長Two classic bainite transformation mechanism models: (a) Shear growth mechExcitation nucleation-stair growth mechanism圖 1-2 無擴散/切變相變機制下上貝氏體和下貝氏體的形成示意圖-2 Schematic illustrations describing the formation mechanism of upper and lbased on a diffusionless/displacive transformation concept

圖 1-2 無擴散/切變相變機制下上貝氏體和下貝氏體的形成示意圖g. 1-2 Schematic illustrations describing the formation mechanism of upper and lowbased on a diffusionless/displacive transformation concept年來，又有學(xué)者提出了融合兩種相變機制的界面原子非協(xié)同熱激活其研究認為在超低碳貝氏體鋼中，超低的碳被晶體中缺陷所吸納，相中的成分是一致的，原子不需要長程擴散就可使相界面遷移，只跳躍就可跨越相界面，進而加快了界面遷移速度，所以界面移動是制的。還有觀點認為貝氏體相變是與擴散相變和切變相變無關(guān)的 W貝氏體相變和魏氏鐵素體本質(zhì)是無區(qū)別的，認為其是連續(xù)相變的產(chǎn)機制也應(yīng)該是連續(xù)[11,12]。氏體相變具有不完全性：貝氏體的轉(zhuǎn)變量會隨著轉(zhuǎn)變溫度的變化而的增加轉(zhuǎn)變量降低。在研究貝氏體鋼相變動力學(xué)曲線時發(fā)現(xiàn)，在貝3

燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文的開始階段，其轉(zhuǎn)變速率較快，并且膨脹量較大，隨后進入了貝氏體轉(zhuǎn)變的停滯區(qū)，如果進行降溫處理，膨脹量也會增，并且得到的貝氏體量會增加。在任何一個固定溫度條件下奧氏體是可以完全相變成貝氏體的，而總是存在奧氏體剩余下來[13]。相似的試驗結(jié)果出現(xiàn)在很多研究中。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2749492