本課題圍繞馬氏體基高強(qiáng)鋼的加工-組織-性能關(guān)系這一主題展開研究。通過利用集成計(jì)算材料工程(Integrated Computational Materials Engineering,ICME)的方法,結(jié)合了各先進(jìn)表征技術(shù)與分析方法、組織強(qiáng)韌化理論與數(shù)值模型、材料相變理論與物理模型、CALPHAD熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫等,對(duì)馬氏體基組織的強(qiáng)化、韌化機(jī)理及熱處理-組織-性能關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與建模研究。目的在于揭示決定馬氏體組織強(qiáng)度和韌性的關(guān)鍵組織單元,闡釋貝氏體相變與馬氏體相變的協(xié)調(diào)機(jī)理,挖掘馬氏體基高強(qiáng)鋼具有最佳強(qiáng)韌性匹配的組織組成與熱處理路線。同時(shí),搭建馬氏體基高強(qiáng)鋼的熱處理-組織-性能關(guān)系的物理模型,實(shí)現(xiàn)材料在具體合金成分及熱處理工藝下組織和性能的有效預(yù)測,服務(wù)于材料的合金系統(tǒng)與熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。全文具體內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)通過電子背散射衍射(Electron Back Scatter Diffraction,EBSD)技術(shù),研究了在沖擊載荷作用下主裂紋擴(kuò)展路徑與馬氏體分級(jí)亞結(jié)構(gòu)的關(guān)系,結(jié)果表明馬氏體板條束界比板條塊界具有更強(qiáng)的阻礙裂紋擴(kuò)展的作用;通過原位激光共聚焦顯微鏡對(duì)貝氏體-馬氏體協(xié)調(diào)相變過程進(jìn)行了原位觀察,發(fā)現(xiàn)在奧氏體連續(xù)冷卻過程中優(yōu)先相變生成的部分板條貝氏體組織可有效細(xì)化最終的板條馬氏體組織,明顯增加了基體大角度界面的密度并降低了組織內(nèi)應(yīng)力,其可有效延遲材料在受力作用下微裂紋的萌生和擴(kuò)展,進(jìn)而提高材料的低溫韌性。(2)對(duì)不同熱處理工藝下材料強(qiáng)韌性能的匹配情況進(jìn)行了對(duì)比研究,結(jié)果表明通過臨界淬火配合較低溫度回火工藝獲得的具有部分馬氏體亞結(jié)構(gòu)特征的臨界鐵素體和板條馬氏體的雙相組織可獲得相對(duì)單相馬氏體組織更優(yōu)異的強(qiáng)韌性能匹配,而且通過降低冷卻速率獲得的板條貝氏體+板條馬氏體雙相組織和兩次淬火工藝獲得的細(xì)小單相馬氏體組織均可實(shí)現(xiàn)相對(duì)一次淬火工藝強(qiáng)度不降低的情況下,低溫韌性的有效提高。(3)通過結(jié)合各種分析型電子顯微鏡(Analytical Electron Microscope,AEM)定量表征技術(shù)和基于CALPHAD熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫的Langer-Schwartz-Kampmann-Wagner(LSKW)物理模型,對(duì)馬氏體時(shí)效不銹鋼15-5 PH(PrecipitationHardening)在回火過程中Cu析出物的各種定量信息,包括晶體結(jié)構(gòu)、尺寸、體積分?jǐn)?shù)、數(shù)量密度等進(jìn)行了表征與建模,模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合,建立了多組元合金體系馬氏體的熱處理與組織析出過程的關(guān)系模型。(4)通過 EBSD、TKD(Transmission Kikuchi Diffraction)、ECCI(Electron Channeling Contrast Imaging)、XRD(X-Ray Diffraction)等實(shí)驗(yàn)方法定量表征了淬火馬氏體與回火馬氏體各種強(qiáng)化機(jī)制的關(guān)鍵組織參數(shù),并通過與各強(qiáng)化機(jī)制模型、力學(xué)性能測試相結(jié)合對(duì)Cu析出強(qiáng)化能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)定量評(píng)估。同時(shí),通過結(jié)合LSKW析出過程模擬與析出強(qiáng)化模型對(duì)Cu析出強(qiáng)化能力進(jìn)行了模型預(yù)測,其預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)評(píng)估結(jié)果具有較好的一致性,建立了馬氏體的熱處理-組織-性能(強(qiáng)度)關(guān)系的物理模型。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1
【部分圖文】：

??通過在試樣上預(yù)先制作劃痕并觀察馬氏體轉(zhuǎn)變前后劃痕方向變化的方法??發(fā)現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變是一個(gè)均勻變形過程（見圖２－ｌａ）。雖然馬氏體轉(zhuǎn)變過程類似??一個(gè)簡單的切變過程，但這一過程中也包括體積的變化，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的變化伴??隨著體積的變化，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直方向的膨脹分量（見圖２－ｌｂ）。利用不變面??應(yīng)變（Ｉｎｖａｒｉａｎｔ－ｐｌａｎｅｓｔｒａｉｎ）概念可以對(duì)馬氏體相變過程進(jìn)行較好的描述，這??個(gè)不變面在馬氏體相變過程中既不發(fā)生扭轉(zhuǎn)也不發(fā)生畸變，通常被稱為慣習(xí)??面。不變面應(yīng)變是一個(gè)均勻變形過程，馬氏體每個(gè)位置的變形方向一致，位??移的大小正比于其相對(duì)慣習(xí)面的距離。??⑷?Ｊｒ?．?（ｂ）?上??（／?、、Ｊ＾＾?Ｖ?Ｒ＿單Ｗ變?的小變面挎變??圖２－１?Ｕ）馬氏體轉(zhuǎn)變的不變面應(yīng)變特征，在馬氏體轉(zhuǎn)變前后慣習(xí)面ＡＢＣ不發(fā)生旋??轉(zhuǎn)也不發(fā)生畸變，（ｂ）對(duì)比簡單切變過程和不變面應(yīng)變過程，Ｓ代表應(yīng)變的剪切分??置

這種簡單的不變面應(yīng)變過程施加于ｆｅｅ相時(shí)，并不能得到ｂｅｅ或ｂｅｔ結(jié)構(gòu)。??Ｂａｉｎ提出鋼鐵材料中的奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變過程可以通過對(duì)母相ｆｅｅ??晶格施加一個(gè)均勻的“鐓鍛”過程而轉(zhuǎn)變?yōu)椋猓澹?（或ｂｅｔ）晶格來描述（如圖２－??２），此過程被稱為Ｂａｉｎ應(yīng)變（Ｂａｉｎｓｔｒａｉｎ）。Ｂａｉｎ應(yīng)變理論得到了較好的實(shí)驗(yàn)??驗(yàn)證。從Ｂａｉｎ應(yīng)變過程，我們可以推測出｛１１１｝Ｐ｜｜｛０１１｝Ｍ，卜１０１］ｐ｜｜［－Ｈ１］ｍ，??但在實(shí)驗(yàn)中并不能觀察到這種嚴(yán)格的平行關(guān)系。一般在鋼鐵材料中，奧氏體??和馬氏體典型取向關(guān)系為（１１１）Ｙ和（〇１１）１＾取向差角大約為０．８６?°，［－１０１］Ｔ和??［－１?－?１１］Ｍ的取向差角大約為４．４２?°。對(duì)上述取向關(guān)系的進(jìn)一步分析表明，馬??氏體相變過程不僅包括Ｂａｉｎ應(yīng)變，還包括一個(gè)剛性體的旋轉(zhuǎn)（Ｒｉｇｉｄ?ｂｏｄｙ??ｒｏｔａｔｉｏｎ）過程（母相的［００１］方向朝［１１０］方向旋轉(zhuǎn)大約１０。），這兩個(gè)過程的??結(jié)合被稱為晶格畸變（Ｌａｔｔｉｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）

［－ｉ－＇ｉ］＊＊，變體１??＾?變體?２??圖２－４?—個(gè)板條束內(nèi)六種Ｋ－Ｓ取向關(guān)系變體的示意圖Ｉ５１??＾ｌ．ＶＳｌｎ？ａ．ｉｏｎ?＼?Ｖ?＾＾＾ｇｌｅｖａｒｉａｎｔ??Ａ．?Ｂｌｏｃｋ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?Ａ＾Ｘ?Ｂｌｏｃｋ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??ｌ＾Ｐ３Ｃｋｅ，?Ｔ＼?Ｐａｃｋｅｔ??圖２－５板條馬氏結(jié)構(gòu)示意圖：（ａ）低碳鋼（０－０．４％Ｃ），?（ｂ）高碳鋼（０．６％Ｃ）間??２．１．２馬氏體基高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化??強(qiáng)度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。在高強(qiáng)鋼中，馬氏體是最重要的??相之一［１（Ｍ５］。在淬火過程中，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，由于馬氏體中過飽和的??碳含量而產(chǎn)生非常高的剪切應(yīng)變，為降低此應(yīng)變能而最終生成細(xì)小的馬氏體??板條，這一過程伴隨著高密度位錯(cuò)的產(chǎn)生，而位錯(cuò)強(qiáng)化是馬氏體高強(qiáng)度的主??要貢獻(xiàn)因素之一。同時(shí)，這一轉(zhuǎn)變過程也最終生成板條馬氏體復(fù)雜的亞結(jié)構(gòu)，??即板條束、板條塊、亞板條塊和板條。經(jīng)淬火處理后
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韓非;肖華;石磊;張坤;;基于三點(diǎn)彎曲的馬氏體超高強(qiáng)鋼彎曲性能試驗(yàn)[J];鍛壓技術(shù);2014年05期

2 楊晶晶;張勇福;吳潤;唐夢霞;譚佳梅;;700MPa低合金高強(qiáng)鋼微觀組織及強(qiáng)化機(jī)制研究[J];熱加工工藝;2013年19期

3 操志博;賈耿偉;王連軒;張龍柱;蘇振軍;;熱沖壓用超高強(qiáng)鋼22MnB5性能測試與分析[J];河北冶金;2017年03期

4 ;多相高強(qiáng)鋼“TP-N68/78”[J];金屬功能材料;2008年06期

5 常開地,顧家琳,方鴻生,白秉哲,楊志剛,韋東遠(yuǎn);新型1500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的氫脆敏感性研究[J];金屬熱處理;2002年03期

6 帥玉峰;閻子安;胡俊川;;防止鉻鎳鉬高強(qiáng)鋼焊接裂紋的工藝方法[J];機(jī)械工人;1988年08期

7 夏偉白;;42CrMo中碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的焊接[J];電焊機(jī);1989年05期

8 佟鐵印;;本鋼汽車用冷軋加磷高強(qiáng)鋼的研制與開發(fā)[J];本鋼技術(shù);2012年02期

9 李揚(yáng);劉漢武;杜云慧;張鵬;;汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年13期

10 丁有元;張維;李成濤;劉艷;徐科;方可偉;薛飛;;40CrNiMoA高強(qiáng)鋼氫脆敏感性和氫含量的關(guān)系[J];腐蝕與防護(hù);2017年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 周濤;馬氏體基高強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化機(jī)理研究與物理建模[D];北京科技大學(xué);2018年

2 劉曉立;復(fù)雜截面超高強(qiáng)鋼連續(xù)輥彎成型回彈預(yù)測與控制研究[D];北京科技大學(xué);2018年

3 馮曉九;大瓣片高強(qiáng)鋼球罐殼板成形機(jī)理及本構(gòu)關(guān)系研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

4 劉希月;基于微觀機(jī)理的高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)材料與節(jié)點(diǎn)的斷裂性能研究[D];清華大學(xué);2015年

5 蔡恒君;1000MPa以上級(jí)別汽車用冷軋高強(qiáng)鋼超快冷物理冶金行為及變形特性研究[D];北京科技大學(xué);2018年

6 張強(qiáng);HG785D調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼焊接特性及組織性能研究[D];北京交通大學(xué);2017年

7 李勇志;低合金高強(qiáng)鋼焊接過程固態(tài)相變力學(xué)行為研究[D];上海交通大學(xué);2015年

8 束國剛;T/P91鋼國產(chǎn)化工藝組織和性能改進(jìn)的研究與應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2004年

9 沈琦;高強(qiáng)鋼磁控電阻點(diǎn)焊機(jī)理與工藝方法研究[D];上海交通大學(xué);2012年

10 楊富強(qiáng);汽車用Fe-Mn-Al系輕質(zhì)高強(qiáng)鋼制備工藝及變形機(jī)理研究[D];北京科技大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 操召兵;高強(qiáng)鋼在復(fù)雜應(yīng)變路徑下的性能表征研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2018年

2 李彩軍;QP1180超高強(qiáng)鋼局部加熱的屈服行為研究及仿真[D];北方工業(yè)大學(xué);2018年

3 譚廣;基于熱—力耦合和變摩擦系數(shù)高強(qiáng)鋼冷沖壓成形研究[D];湖南大學(xué);2017年

4 陳耿;表面質(zhì)量和加載模式對(duì)潔凈42CrMo高強(qiáng)鋼超高周疲勞行為的影響[D];湖南大學(xué);2017年

5 徐亞;基于巴克豪森噪聲的高強(qiáng)鋼快速無損檢測研究[D];華中科技大學(xué);2016年

6 張凱希;超高強(qiáng)鋼與鋁合金自沖鉚接技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2017年

7 秦繼;循環(huán)加載下超高強(qiáng)鋼力學(xué)性能表征研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2017年

8 孫偉月;先進(jìn)高強(qiáng)鋼對(duì)轎車前縱梁強(qiáng)度影響的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

9 郭小龍;先進(jìn)高強(qiáng)鋼熱軋工藝開發(fā)與生產(chǎn)實(shí)踐[D];東北大學(xué);2010年

10 段小林;板厚及微合金化元素對(duì)鈦系高強(qiáng)鋼韌性的影響[D];武漢科技大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2874047