【摘要】： 本文以Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳鋼為研究對象，采用理論分析與實驗相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了鋁元素與熱處理工藝對超高碳鋼組織轉(zhuǎn)變及力學(xué)性能的影響，提出了鋁元素抑制先共析碳化物析出的機理，確定了Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳鋼鋁元素的合理添加量，并提出了Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳鋼不經(jīng)形變獲得組織超細(xì)化、綜合性能良好的熱處理工藝。主要結(jié)論如下： (1)采用Thermo-Calc熱力學(xué)計算軟件系統(tǒng)，對Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳鋼通過熱力學(xué)相圖計算發(fā)現(xiàn)：鋁的添加使該超高碳鋼單相奧氏體區(qū)域變窄并左移，進(jìn)入液、固兩相區(qū)的溫度降低，同時共析轉(zhuǎn)變溫度提高。Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳鋼共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間約為40℃，共析轉(zhuǎn)變開始溫度約為790℃。 (2)鋁元素對超高碳鋼組織中的先共析碳化物(網(wǎng)狀碳化物和魏氏組織碳化物)具有顯著的抑制作用。當(dāng)含鋁量增加到1.0％以上時，魏氏組織碳化物被抑制；接近2.0％時，網(wǎng)狀碳化物開始斷網(wǎng)。 (3)鋁元素抑制先共析碳化物析出機理為：奧氏體化后未溶碳化物增多降低了奧氏體碳含量，冷卻過程中先共析碳化物減少；同時未溶碳化物阻礙奧氏體晶粒長大，奧氏體晶粒細(xì)化使晶界上分布的碳化物減少；并且鋁在晶界附近的偏聚對晶界碳化物的形核及長大有抑制作用。 (4)隨含鋁量增加，珠光體片層間距減小，相變組織完全球化溫度下降；含鋁2.0％時，經(jīng)850℃×1h等溫球化后可獲得完全的球化組織；含鋁大于2.54％時，出現(xiàn)石墨化；Fe-1.5C-1.5Cr-xAl超高碳鋼鋁的合理添加量應(yīng)取2.0％。 (5)鋁元素提高了超高碳鋼的回火穩(wěn)定性，推遲了ε-碳化物向滲碳體的轉(zhuǎn)變。400℃回火組織無塑性；450℃回火組織具有超高強度、高硬度、低塑性；650℃回火組織具有高強度、高塑性、低硬度。單純采用淬火-回火工藝難以實現(xiàn)Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳鋼綜合性能的提高。 (6)測定了Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳鋼等溫轉(zhuǎn)變開始點和馬氏體轉(zhuǎn)變開始點Ms，測定的300℃孕育期最短為30分鐘，Ms為150℃。 (7)提出了Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳鋼不經(jīng)形變獲得組織超細(xì)化、綜合性能良好的等溫淬火熱處理工藝。300℃×10h等溫淬火處理，獲得了含條寬約100nm下貝氏體鐵素體+寬度小于100nm殘余奧氏體+直徑約250nm球狀滲碳體的超細(xì)復(fù)相組織，其屈服強度1568MPa，抗拉強度1744MPa，總延伸率6.9％，硬度HV532。
【圖文】：

Fig.1.4SEMmicrostrueturesofUHCS盼erheattreatment[3] (a)basesteelwithout51andAI(b)51addedsteel(c)(d)AIaddedsteel由圖14可以看出，沒有鋁、硅添加的超高碳鋼，魏氏組織嚴(yán)重，添加硅的超高碳鋼也有少量的魏氏組織，添加鋁的超高碳鋼沒有魏氏組織。即鋁比硅抑制先共析碳化物析出的作用更強。對含鋁的超高碳鋼可以采用不經(jīng)形變的熱處理工藝消除網(wǎng)狀碳化物，無疑降低了生產(chǎn)成本。含鋁超高碳鋼的冷加工性能也比含硅超高碳鋼好。含鋁1.6%、含鋁0.25%的超高碳鋼，，冷軋減小比達(dá)到79%時仍不會出現(xiàn)裂紋[9]。含鋁超高碳鋼僅經(jīng)過IJW、V(Hot andwarmWorking)工藝處理后，鐵素體晶粒尺寸3一5拼m，碳化物尺寸0.1林m，該組織具有高強度、高硬度及高塑性

1.SC一1.SCr.xAI超高碳鋼組織轉(zhuǎn)變行為與超細(xì)化熱處理 (0.2一1.0卿)組成的混合體【瞬](按體積比，碳化物占15%以上)。其組織形態(tài)是在等軸狀鐵素體的晶內(nèi)、晶界分布著球狀碳化物，其示意圖如圖1.10所示。由圖1.10可知，晶界上分布的球狀滲碳體略大于晶內(nèi)的球狀碳化物，這是因為超高碳鋼容易在晶界形成網(wǎng)狀碳化物，即使在隨后處理過程中碎化還是較晶內(nèi)析出的尺寸大。超細(xì)晶超高碳鋼組織粗細(xì)程度相差較大，其影響因素主要有:鋼中含碳量及合金元素(鉻、鋁、硅等)、加工工藝(包括保溫溫度、保溫時間、形變溫度及形變量)等。圖1.10超細(xì)晶超高碳鋼組織形態(tài)示意圖〔34JFig.l一 0Illustrationforultrafi」 lemieros恤eture叮UHCs[乃‘]含碳量較低時，碳化物易于完全溶解，由于沒有殘余碳化物存在，鐵素體晶粒易長大。含碳量較高時，網(wǎng)狀碳化物的碎斷及溶解相當(dāng)困難，易形成粗大碳化物，造成組織不均勻。合金元素對組織的影響主要取決于:①合金元素的擴散重新分配;②合金元素對碳的擴散的影響;③合金碳化物的形成。鉻是碳化物形成元素，添加鉻可抑制碳化物粗化，有利于組織細(xì)化162〕。鋁、硅是鐵素體形成元素
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TG142.15

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本文編號：2640576