相比于調(diào)質(zhì)鋼,非調(diào)質(zhì)鋼省去了淬火和高溫回火工序,具有節(jié)約能源、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點,因而,在汽車零部件制造業(yè)以及機械生產(chǎn)制造業(yè)被廣泛的應用。27MnCr5鋼具有非調(diào)質(zhì)加工工藝特性,同時鋼中含有MnS夾雜物,不僅有改善切削性的作用,也能促進促進晶內(nèi)鐵素體形核。該類鋼可在成形過程中通過控鍛、控冷實現(xiàn)制件的微觀結構及性能控制。論文以27MnCr5鋼為對象,系統(tǒng)探究了其在鍛造、鍛后冷卻過程中的微觀結構演變規(guī)律,為零件熱成形工藝中的微觀結構調(diào)控提供理論依據(jù)。首先,深入研究了MnS夾雜物對該鋼組織結構的影響,明確了帶狀組織形成的根本原因和解決途徑;其次,系統(tǒng)研究了該鋼的動態(tài)再結晶行為,模擬分析了該鋼在熱模鍛過程中的再結晶特征;最后,重點考察了該鋼變形后的連續(xù)冷卻相變行為,獲得了該鋼的動態(tài)CCT曲線,明確了鍛后冷卻工藝條件。通過以上研究,主要得到以下結論:該非調(diào)質(zhì)鋼中存在明顯的Cr、Mn合金元素偏析現(xiàn)象,這是造成成形件帶狀組織結構的主要原因。聚集的大尺寸條狀MnS夾雜物會抑制合金元素的擴散,使帶狀組織更難消除;經(jīng)高溫均勻化退火處理后,有效地消除了鋼中合金元素偏析,同時MnS夾雜物尺寸變小,且分布均勻,從而消除了大尺寸夾雜物對合金元素擴散的抑制作用;而且形成的小尺寸MnS夾雜物能促進鋼中鐵素體形核。最終,獲得具有均勻分布的鐵素體與珠光體組織結構。27MnCr5非調(diào)質(zhì)鋼的流變應力和動態(tài)再結晶行為強烈地受到變形溫度的影響,當變形溫度越高時,變形的流動應力越低,動態(tài)再結晶體積分數(shù)越高;當變形溫度升高至1100℃時,晶粒粗化現(xiàn)象很明顯,導致平均晶粒尺寸較大�；跓釅嚎s實驗結果,構建了該種合金的本構關系和動態(tài)再結晶模型;并借助Deform軟件對構建的動態(tài)再結晶模型進行數(shù)值模擬,獲取了傳動軸熱模鍛過程的最佳工藝參數(shù)。初步認識了27MnCr5鋼熱變形后試樣連續(xù)冷卻條件對微觀結構的影響規(guī)律,鐵素體與珠光體形成溫度為600-700 ~oC。當試樣冷卻速度冷卻小于1℃/s時,試樣微觀組織以先共析鐵素體與珠光體組織為主;當冷卻速度在1-3℃/s之間時,試樣微觀組織以貝氏體組織為主;當冷卻速度大于10℃/s時,試樣微觀組織基本為馬氏體組織。相應地,試樣硬度隨著冷卻速度的增加而不斷增大,當試樣內(nèi)部組織以馬氏體為主時,其硬度值保持穩(wěn)定。在實驗研究基礎上,對該鋼進行了控鍛、控冷現(xiàn)場生產(chǎn)試驗,熱模鍛溫度選定950℃,鍛后采用緩冷方式控制制件冷卻速度。經(jīng)檢驗,零件微觀組織有明顯改善,鐵素體-珠光體組織更加均勻、細小,鐵素體的百分含量明顯增加。最終,基本完成了該鋼鍛造過程的組織調(diào)控目標。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1
【部分圖文】：

1 緒 論3圖1.1 汽車上主要應用非調(diào)質(zhì)鋼的構件[11]Fig.1.1 The main components of non-quenched and tempered steel in automobile industry氧化物冶金技術是近年來冶金領域采用的一項特殊的先進技術，這一技術與非調(diào)質(zhì)鋼緊密結合，可以得到韌性更好的非調(diào)質(zhì)材料[14, 15]。該項技術的原理是利用適當?shù)墓に噥砜刂其撝械膴A雜物，如硫化物、氮化物以及氧化物的形成條件，使這些粒子均勻地分布在鋼的內(nèi)部。并且利用它們作為凝固時或相變時的結晶核心，以改變鋼的組織和晶粒度，使鋼材具有良好的韌性、強度和優(yōu)良的可焊性。此外，向鋼中添加適量的易切削元素硫，有利于改善齒輪鋼的切削加工性能；含有 S 元素的非調(diào)質(zhì)鋼已經(jīng)被廣泛應用。27MnCr5[16]是在此基礎上開發(fā)出的是一種具有非調(diào)質(zhì)特性的鋼。一方面通過合金元素 Mn、Cr 等實現(xiàn)鋼的強韌化，省略了工藝復雜、污染環(huán)境、成本高、能源消耗大的調(diào)質(zhì)處理過程，避免了傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)處理普遍存在淬火開裂、回火脆性、硬度不均等熱處理缺陷；另一方面

極大地降低鋼的塑性和韌性，嚴重的甚至可引起開裂，嚴重縮短材料的使用壽命。圖1.2 鐵素體-珠光體帶狀組織結構Fig.1.2 Banded microstructure of ferrite-pearlite普遍認為，合金元素，如 Mn、Cr 等的帶狀微觀偏析是形成鐵素體-珠光體帶狀組織根本原因[20, 21]。該微觀偏析最先起源于鋼液的凝固過程，鋼中的合金元素呈枝晶狀生長，最終導致了枝晶間和枝晶內(nèi)的元素分布差異：枝晶間元素濃度較高，晶內(nèi)的元素濃度低。合金元素的帶狀分布進而影響碳元素的擴散程度，如錳、鉻等元素能降低碳元素的活度[22, 23]，在這些合金元素的作用下，鋼中的碳元素會呈現(xiàn)出不均勻分布且不易擴散；在冷卻轉變時，碳元素的富集區(qū)會轉變成為珠光體帶。材料在軋制時，枝晶沿變形方向被拉長并逐漸與變形方向一致，最終形成了這種鐵素體和珠光體交替分布的帶狀組織結構。早期的學者認為鋼中的硫(S)元素是引起帶狀的根本原因[24]。S 元素與 Mn 和Fe 等元素形成(Mn, Fe)S 夾雜物顆粒

重慶大學碩士學位論文6圖1.3 動態(tài)回復型與動態(tài)再結晶型曲線Fig.1.3 The curve of dynamic recrystallization and dynamic recovery流變應力作為金屬熱變形的基本性能之一，它受多種因素的影響[32]，如：材料的變形溫度、應變速率以及原始奧氏體晶粒尺寸等。在描述金屬材料熱變形過程中的流變應力時，一般采用本構方程。本構關系方程是指材料塑性變形時應力和應變的關系，可以通過拉伸、壓縮、剪切等實驗獲得這種關系[33]。從 20 世紀中期開始，國內(nèi)外學者相繼建立各種本構關系方程。Hollomon 等[34]就利用冪函數(shù)的形式建立了流變應力模型；但是，上述模型預測范比較圍小，僅適用于加工硬化時的動態(tài)回復階段的流變應力情況，不能有效地描述動態(tài)再結晶曲時的流變應力情況。隨著研究的深入
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本文編號：2880131