殘余奧氏體作為先進高強度鋼中的一種亞穩(wěn)相,其形態(tài),尺寸大小,分布等都會對材料的性能產生重要影響。為了實現(xiàn)對納米復相鋼中殘余奧氏體的調控,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計和優(yōu)化等方面著手,利用光學顯微鏡,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中碳納米結構復相鋼組織中殘余奧氏體的調控規(guī)律;同時利用顯微硬度儀,萬能試驗機,擺錘式沖擊試驗機,沖擊磨料磨損機等研究了其力學性能和耐磨損性能,主要的研究內容如下所述:為了探究Si含量對復相鋼組織中殘余奧氏體的調控規(guī)律及性能的影響,對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變6-24 h。結果表明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數(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對納米復相鋼組織中殘余奧氏體的調控規(guī)律,在保持Si+Al總量（wt%）不變條件下,對1.54Si和1.26Al進行Q&a... 

【文章來源】：武漢科技大學湖北省

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學位級別】：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/含碳量與溫度的關系[27-28]

淬火-碳分配(Q&P)工藝是美國礦業(yè)大學的Speer教授等[34-38]在對中/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,即試樣經奧氏體化處理后,淬火至馬氏體開始轉變溫度(Ms)與馬氏體結束轉變溫度(Mf)之間的某個溫度,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鋼的合金成分設計時[39-42],考慮到碳化物形成元素Nb,V,Ti等的添加會和碳結合,消耗碳,不利于碳向奧氏體中的擴散,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,在奧氏體化過程中,當為完全奧氏體化加熱時,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;當在奧氏體-鐵素體兩相區(qū)加熱時,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鋼由于其獨特的工藝路線,在室溫下還能保留下來大量的殘余奧氏體,從而得到了強度和塑韌性的更好結合[43-45]。Sun[46]等對一種化學成分(wt%)為Fe-0.30C-1.9Mn-1.5Si的試驗鋼進行研究后發(fā)現(xiàn),經傳統(tǒng)的Q-T工藝處理后,試樣的抗拉強度為1171 MPa,延伸率為18.7%,而經Q&P工藝處理后,試樣的抗拉強度稍低為1072 MPa,延伸率較高為23.7%,同時跟Q-T試樣(21898 MPa%)相比,Q&P試樣的強塑積更高(25460 MPa%),即Q&P工藝處理后試樣的綜合性能更好。Chen[47]等對一種含銅的化學成分(wt%)為Fe-0.12C-1.34Si-1.33Mn-0.55Cu-0.35Ni的鋼進行完全奧氏體化的Q&P工藝處理后,試樣的強塑積達19522 MPa%,而試樣進行奧氏體-鐵素體兩相區(qū)的Q&P處理后,試樣的強塑積高達24827 MPa%。Kim[48]對一種化學成分(wt%)為Fe-0.3%C-1.5%Mn-1.5%Si的試驗鋼添加不同含量的Ni,來探究Ni元素對Q&P鋼組織和力學性能的影響,發(fā)現(xiàn)適量鎳的添加不但能夠細化組織,增加組織中殘余奧氏體的體積分數(shù),同時還能提高抗拉強度和延伸率。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,在材料的合金設計時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,在熱處理的過程中,為了充分利用碳化物的析出強化作用,經碳分配處理后,還在一定的溫度停留一段時間進行回火保溫,從而來更進一步的提高材料的強度和硬度。試樣經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像和暗場像[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,在材料的合金設計時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,在熱處理的過程中,為了充分利用碳化物的析出強化作用,經碳分配處理后,還在一定的溫度停留一段時間進行回火保溫,從而來更進一步的提高材料的強度和硬度。試樣經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像和暗場像[54]。圖1.4典型Q-P-T鋼顯微組織的明場像和暗場像[54]

【參考文獻】：
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本文編號：2926265