殘余奧氏體作為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼中的一種亞穩(wěn)相,其形態(tài),尺寸大小,分布等都會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生重要影響。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)納米復(fù)相鋼中殘余奧氏體的調(diào)控,從而獲得理想的性能,本文從合金元素添加以及熱處理工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化等方面著手,利用光學(xué)顯微鏡,掃描電鏡,電子背散射衍射,電子探針顯微分析,透射電鏡,X-射線衍射儀等探究了合金元素Si,合金元素Al部分取代Si,臨界熱處理以及幾種新型的多步熱處理工藝對(duì)中碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)相鋼組織中殘余奧氏體的調(diào)控規(guī)律;同時(shí)利用顯微硬度儀,萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī),沖擊磨料磨損機(jī)等研究了其力學(xué)性能和耐磨損性能,主要的研究?jī)?nèi)容如下所述:為了探究Si含量對(duì)復(fù)相鋼組織中殘余奧氏體的調(diào)控規(guī)律及性能的影響,對(duì)Si含量分別為0.30 wt%和1.5 wt%的中碳鋼,在250℃的低溫貝氏體相變溫度下等溫轉(zhuǎn)變6-24 h。結(jié)果表明Si元素可以抑制滲碳體的析出,與0.3Si試樣相比,1.5Si試樣中殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)和碳含量以及硬度較高,沖擊性能較好。為了探究Al部分取代Si對(duì)納米復(fù)相鋼組織中殘余奧氏體的調(diào)控規(guī)律,在保持Si+Al總量（wt%）不變條件下,對(duì)1.54Si和1.26Al進(jìn)行Q&a... 

【文章來(lái)源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：145 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)低溫貝氏體鋼的透射電鏡照片[26];(b)貝氏體含量/含碳量與溫度的關(guān)系[27-28]

淬火-碳分配(Q&P)工藝是美國(guó)礦業(yè)大學(xué)的Speer教授等[34-38]在對(duì)中/低C高Si鋼的研究中提出的熱處理方案,這種工藝不同于傳統(tǒng)的淬火-回火(Q-T)工藝,即試樣經(jīng)奧氏體化處理后,淬火至馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度(Ms)與馬氏體結(jié)束轉(zhuǎn)變溫度(Mf)之間的某個(gè)溫度,隨后在淬火溫度或者淬火溫度以上的溫度等溫,完成碳的重新分配,使碳由富碳的馬氏體向奧氏體中擴(kuò)散,從而提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性。在Q&P鋼的合金成分設(shè)計(jì)時(shí)[39-42],考慮到碳化物形成元素Nb,V,Ti等的添加會(huì)和碳結(jié)合,消耗碳,不利于碳向奧氏體中的擴(kuò)散,從而影響殘余奧氏體的穩(wěn)定性,因此Q&P鋼中一般不含有碳化物形成元素。Q&P鋼也是一種馬氏體鋼,在奧氏體化過(guò)程中,當(dāng)為完全奧氏體化加熱時(shí),室溫下的組織主要為馬氏體和殘余奧氏體,其中馬氏體呈板條狀,殘余奧氏體呈薄膜狀或者條塊狀分布在馬氏體板條之間;當(dāng)在奧氏體-鐵素體兩相區(qū)加熱時(shí),室溫下的組織除了馬氏體,殘余奧氏體之外,還存在部分鐵素體。Q&P鋼由于其獨(dú)特的工藝路線,在室溫下還能保留下來(lái)大量的殘余奧氏體,從而得到了強(qiáng)度和塑韌性的更好結(jié)合[43-45]。Sun[46]等對(duì)一種化學(xué)成分(wt%)為Fe-0.30C-1.9Mn-1.5Si的試驗(yàn)鋼進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),經(jīng)傳統(tǒng)的Q-T工藝處理后,試樣的抗拉強(qiáng)度為1171 MPa,延伸率為18.7%,而經(jīng)Q&P工藝處理后,試樣的抗拉強(qiáng)度稍低為1072 MPa,延伸率較高為23.7%,同時(shí)跟Q-T試樣(21898 MPa%)相比,Q&P試樣的強(qiáng)塑積更高(25460 MPa%),即Q&P工藝處理后試樣的綜合性能更好。Chen[47]等對(duì)一種含銅的化學(xué)成分(wt%)為Fe-0.12C-1.34Si-1.33Mn-0.55Cu-0.35Ni的鋼進(jìn)行完全奧氏體化的Q&P工藝處理后,試樣的強(qiáng)塑積達(dá)19522 MPa%,而試樣進(jìn)行奧氏體-鐵素體兩相區(qū)的Q&P處理后,試樣的強(qiáng)塑積高達(dá)24827 MPa%。Kim[48]對(duì)一種化學(xué)成分(wt%)為Fe-0.3%C-1.5%Mn-1.5%Si的試驗(yàn)鋼添加不同含量的Ni,來(lái)探究Ni元素對(duì)Q&P鋼組織和力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)適量鎳的添加不但能夠細(xì)化組織,增加組織中殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù),同時(shí)還能提高抗拉強(qiáng)度和延伸率。Q&P鋼的熱處理工藝示意圖[49-50]和典型的顯微組織[51]如圖1.2所示。與Q&P工藝抑制碳化物的析出不同,徐祖耀院士[52-53]以Q&P工藝為基礎(chǔ),在材料的合金設(shè)計(jì)時(shí)加入了碳化物形成元素,提出了淬火-碳分配-回火工藝(Quenching-Partitioning-Temperature,Q-P-T),即在含一定Si量的合金鋼中添加少量的微合金化元素,在熱處理的過(guò)程中,為了充分利用碳化物的析出強(qiáng)化作用,經(jīng)碳分配處理后,還在一定的溫度停留一段時(shí)間進(jìn)行回火保溫,從而來(lái)更進(jìn)一步的提高材料的強(qiáng)度和硬度。試樣經(jīng)Q-P-T工藝處理后的顯微組織主要為馬氏體板條,薄膜狀或條塊狀殘留奧氏體以及細(xì)小的合金碳化物。圖1.3和圖1.4分別為三種不同Q-P-T熱處理工藝的示意圖和典型的Q-P-T試樣顯微組織透射電鏡的明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像[54]。

與Q&P工藝抑制碳化物的析出不同,徐祖耀院士[52-53]以Q&P工藝為基礎(chǔ),在材料的合金設(shè)計(jì)時(shí)加入了碳化物形成元素,提出了淬火-碳分配-回火工藝(Quenching-Partitioning-Temperature,Q-P-T),即在含一定Si量的合金鋼中添加少量的微合金化元素,在熱處理的過(guò)程中,為了充分利用碳化物的析出強(qiáng)化作用,經(jīng)碳分配處理后,還在一定的溫度停留一段時(shí)間進(jìn)行回火保溫,從而來(lái)更進(jìn)一步的提高材料的強(qiáng)度和硬度。試樣經(jīng)Q-P-T工藝處理后的顯微組織主要為馬氏體板條,薄膜狀或條塊狀殘留奧氏體以及細(xì)小的合金碳化物。圖1.3和圖1.4分別為三種不同Q-P-T熱處理工藝的示意圖和典型的Q-P-T試樣顯微組織透射電鏡的明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像[54]。圖1.4典型Q-P-T鋼顯微組織的明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像[54]

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
[1]中碳微納結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的組織調(diào)控與動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究[D]. 周雯.武漢科技大學(xué) 2019
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碩士論文
[1]等溫淬火和淬火—配分低碳硅錳鋼的顯微組織和力學(xué)性能[D]. 朱慶春.燕山大學(xué) 2016
[2]低溫超級(jí)貝氏體鋼的相變[D]. 胡鋒.武漢科技大學(xué) 2011



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