【摘要】：碳含量介于高碳鋼與鑄鐵之間的鋼鐵材料被稱為超高碳鋼。因其具有較高的含碳量,在一般的凝固過程中容易發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,生成粗大共晶萊氏體,導(dǎo)致材料的脆性大。如何抑制粗大共晶萊氏體組織的析出,并細(xì)化基體組織成為保障超高碳鋼在工程實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。本文選用處于不同熱力學(xué)狀態(tài)的變質(zhì)劑對(duì)成分Fe-1.85C-0.34Si-1.55Cr-0.45Al-0.60Mn的超高碳鋼進(jìn)行變質(zhì)處理。通過分析使用不同變質(zhì)劑處理試樣的物相組成、顯微組織以及力學(xué)性能特征,并與未變質(zhì)處理試樣進(jìn)行比較,揭示不同變質(zhì)處理對(duì)超高碳鋼的凝固過程的影響規(guī)律,以探究一種通過控制凝固過程而有效改善材料組織狀態(tài)與韌性的方法。顯微組織觀察結(jié)果顯示,與未變質(zhì)處理試樣相比,經(jīng)0.3wt.%晶態(tài)變質(zhì)劑變質(zhì)處理,材料的骨骼狀基體組織被弱化,粗大的共晶萊氏體網(wǎng)被打破,呈孤立的島狀或塊狀分布于基體中,但共晶萊氏體的析出未被完全抑制。而采用非晶變質(zhì)劑變質(zhì)處理,材料的組織明顯細(xì)化,共晶萊氏體的析出得到有效抑制,當(dāng)非晶變質(zhì)劑加入量為0.2wt.%時(shí),完全抑制共晶萊氏體的形成,二次碳化物呈規(guī)則細(xì)小的顆粒均勻分布在基體中。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示,對(duì)于采用加入量為0.2wt.%非晶變質(zhì)劑變質(zhì)處理的材料,其抗拉強(qiáng)度值達(dá)到1340MPa,遠(yuǎn)高于未變質(zhì)處理直接凝固材料,與0.3wt.%晶態(tài)變質(zhì)劑變質(zhì)處理的材料相比提高了27.62%,而沖擊韌性值達(dá)到11.5J/cm2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未變質(zhì)處理直接凝固材料,相較于晶態(tài)變質(zhì)處理材料提高了43.75%。非晶變質(zhì)劑通過變質(zhì)機(jī)理而發(fā)揮作用,而晶態(tài)變質(zhì)劑通過孕育機(jī)理發(fā)揮作用,前者的變質(zhì)效果優(yōu)于后者。
【圖文】：

圖 1-1 Fe-C 相圖[1]Fig. 1-1 Fe-C phase diagram[1]1.3 超高碳鋼的制備工藝1.3.1 熱機(jī)械加工工藝最早應(yīng)用到超高碳鋼中的熱加工工藝是 Sherby O D 等人提出的。超高碳鋼經(jīng)過加工處理后，獲得超細(xì)奧氏體，球狀碳化物，在 600-850℃之間表現(xiàn)出恒溫超塑性，時(shí)在室溫條件下材料的強(qiáng)度和韌性得到較好的配合[1]。T. Oyama 等人[2]分別對(duì)含碳量為 1.5%和 1.25%的超高碳鋼進(jìn)行熱加工，工藝曲線圖 1-2 所示。為了獲得超細(xì)的珠光體基體及細(xì)小、球狀的先共析碳化物，對(duì)超高碳鋼行熱機(jī)械加工分為兩步：一是熱溫加工 HHW (Hot and Warm Working)，即首先將超高鋼加熱到奧氏體的單相區(qū)，保溫一定時(shí)間使奧氏體中的碳化物有充足的的時(shí)間溶解，于經(jīng)過熱溫加工的奧氏體晶粒變得細(xì)小，進(jìn)而使得在奧氏體晶界析出的碳化物相對(duì)化；二是離異共析轉(zhuǎn)變 DET (Divorced Eutectoid Transformation) 或離異共析轉(zhuǎn)變加變

3圖 1-2 熱加工工藝曲線[2]Fig. 1-2 The hot working process curve[2]J.B. Kim 等人[3]通過研究熱鍛對(duì)含碳量為 1.49wt.%的超高碳低合金鋼的組織演變及擊韌性的影響，得到如下結(jié)果，隨著鍛造比的增加，奧氏體晶粒尺寸急劇下降。當(dāng)鍛比達(dá)到 80%時(shí)，先共析滲碳體由網(wǎng)狀和針狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀和球狀(如圖 1-3 所示)鍛造處理，珠光體中共析滲碳體變成了球狀和顆粒狀，當(dāng)鍛造比小于 50%時(shí)，粒度隨鍛造比的增加而減小，而高于 50%后，其粒度又增加。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均不受共析、共析滲碳體厚度的減小或珠光體片層間距減小的影響。當(dāng)鍛造比達(dá)到 80%時(shí)，，拉強(qiáng)度開始增加，而鍛造比超過 50%，試樣的延伸率隨著鍛造比的增加而增大。拉伸度和延伸率急劇增加的原因是由于奧氏體晶粒尺寸的減小，以及滲碳體的球化引起。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG142.1

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本文編號(hào)：2605314