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低碳贝氏体钢组织细化及力学性能的改善

作　者: 高宽
导　师: 王六定
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 贝氏体板条切变单元超细晶粒残余奥氏体膜力学性能
分类号: TG113
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

针对贝氏体钢的强度已得到大幅度提高，但韧性的改善不够理想的现状。本文通过大量的试验研究分析，对系列低碳、超高强度贝氏体钢（LCUHSBS），通过联合使用硅、锰、镍等合金元素并有效地控制相变温度、冷却速率与回火参数，得到组织细化，强韧配合优化的新的贝氏体钢种。利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、高倍透射电子显微镜（HRTEM）等分析并测试了贝氏体钢的显微组织与晶粒尺寸，采用X射线衍射和磁性分析法测量AR的体积分数，分别在AG-25 TA万能材料试验机及JB-30 B冲击试验机上进行拉伸变形及AKV的测定。结果表明：（1）对系列低碳超高强度贝氏体钢，通过添加硅、锰、镍等合金元素并有效地控制相变温度、冷却和回火参数，不仅BF的含碳量过饱和，而且由于位错的运动导致了超细晶粒的形成。（2）对低碳超高强度贝氏体钢，加入适当的硅元素能完全抑制脆性渗碳体的析出，这对改善钢的韧性非常有利。（3）通过有效地控制相变温度、冷却速率与回火参数等，将钢中超细晶粒尺寸细化到18nm以下并增加了铁素体与A_R间的边界面积，结果抗拉强度提高300MPa。（4）不仅BF的含碳量过饱和，而且钢的显微组织显著细化。所有这些确保了新研制的系列贝氏体钢有更佳的强韧性配合。（5）新提出的相变、冷却与低温回火工艺不仅消除了残余内应力，而且通过增加A_R的含碳量大幅度改善其稳定性。与同强度的高级马氏体钢及相近强度的贝氏体钢相比，冲击吸收能(A_KV)提高三倍以上。（6）在A_R薄膜弥散分布方面，其方向上的弥散分布是一个不可忽视的重要因素，同时A_R膜的长度较小（≤6μm），是成倍提高冲击吸收能的重要原因。（7）由于钢中不存在碳化物和不稳定的块状A_R，且A_R只以薄膜形式出现，进一步改善了钢的强韧性结合。又实验发现的BF板条中存在切变单元和其内部的胞状结构（即超细晶粒）两代晶粒，与最新的理论分析结论相一致。此外还讨论了改变奥氏体化温度和奥氏体化时间对贝氏体转变和贝氏体组织形态产生影响，以及贝氏体铁素体的形貌。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-25
  1.1 铁碳合金的基本组织  9-11
    1.1.1 铁素体  9
    1.1.2 奥氏体  9-10
    1.1.3 渗碳体  10-11
  1.2 铁碳合金状态图  11-13
    1.2.1 铁碳合金相图  11
    1.2.2 状态图主要点线主要点  11-12
    1.3.1 共析钢  12
    1.3.2 亚共析钢  12
    1.3.3 过共析钢  12-13
  1.4 低碳微合金钢的发展  13-15
    1.4.1 低碳贝氏体钢的发展概述  13
    1.4.2 低碳贝氏体钢中微合金元素的作用  13-14
    1.4.3 微合金钢中微合金元素的溶解与析出行为  14-15
  1.5 贝氏体的相变机制  15-18
    1.5.1 切变理论  15-16
    1.5.2 扩散控制台阶长大机制  16
    1.5.3 中间观点  16-17
    1.5.4 学派争论焦点及其分歧  17-18
  1.6 钢铁材料的强化  18-21
    1.6.1 晶界强化的原理与分类  18-19
    1.6.2 固溶强化的原理与分类  19-20
    1.6.3 位错强化原理与基本途径  20
    1.6.4 沉淀与弥散强化原理与分类  20
    1.6.5 贝氏体(B)相变强化  20-21
  1.7 贝氏体组织热稳定性及其力学性能  21-23
  1.8 本章小结  23-25
第二章试验内容与方法  25-30
  2.1 试验内容  25-27
    2.1.1 实验材料和方法  25-27
  2.2 试验钢组织结构观察与性能测试  27-30
    2.2.1 光学金相组织观察  27
    2.2.2 透射电镜组织观察  27-28
    2.2.3 力学性能测试  28
    2.2.4 断口及组织扫描观察  28
    2.2.5 残余奥氏体体积分数的测定  28-30
第三章低碳贝氏体钢的合金元素  30-44
  3.1 低碳贝氏体钢的合金化  30-36
    3.1.1 微合金化的作用  30-33
    3.1.2 各元素的作用  33-36
  3.2 Si在低碳贝氏体钢中的作用  36-42
    3.2.1 硅对奥氏体中碳原子扩散的影响  37-40
    3.2.2 硅对奥氏体的固溶强化作用  40
    3.2.3 硅对残余奥氏体量及其稳定性的影响  40-42
    3.2.4 硅对低碳贝氏体钢显微组织的影响  42
  3.3 本章小结  42-44
第四章贝氏体钢的组织细化和韧性提高  44-49
  4.1 显微分析  45-46
  4.2 分析与讨论  46-48
  4.3 结论  48-49
第五章低碳贝氏体钢的强韧化机理  49-60
  5.1 机械性能  49-50
  5.2 微观结构分析  50-54
  5.3 分析与讨论  54-58
  5.4 结论  58-60
第六章讨论  60-65
  6.1 组织控制参数对贝氏体转变的影响  60-61
    6.1.1 奥氏体化温度  60
    6.1.2 等温温度  60-61
    6.1.3 等温时间  61
  6.2 类马氏体形貌贝氏体转变机制探讨  61-63
  6.3 贝氏体组织形态演变及其过渡性  63-64
  6.4 本章小节  64-65
第七章结论  65-66
参考文献  66-71
硕士期间发表的学术论文  71-72
致谢  72-73

低碳贝氏体钢组织细化及力学性能的改善

内容摘要

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