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30Cr3钢薄壁管状工件形变热处理工艺的研究

作　者: 田晓麟
导　师: 张伟民
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 30Cr3SiNiMoVA 热膨胀法形变热处理等温转变曲线强化机制
分类号: TG156.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要

30Cr3钢即30Cr3SiNiMoVA钢，是一种超高强度低合金钢。该钢提高强度的传统热处理工艺为成型后淬火回火。然而，对于薄壁管状工件，淬火过程中的温度不均匀等原因容易导致管状工件严重变形，降低产品的合格率。为了解决这一问题，我们提出了30Cr3钢的形变热处理新工艺，即高温奥氏体化后淬火、调质处理，再进行形变使工件成型，最终通过二次回火去除应力稳定性能。由于形变热处理工艺在成型后不需进行高温处理，故能显著减少由于温度不均匀造成的变形，若其强度也能达到工艺要求则可实际应用。本文从30Cr3钢形变热处理工艺的强化机制入手，摸索30Cr3钢形变热处理工艺，并确定了最佳工艺参数，解决了管状工件变形大这一问题。本文采用热膨胀法测量试样直径变化绘制30Cr3钢的等温转变曲线。结合光学显微镜观察试样的微观组织，了解30Cr3钢的等温组织变化。30Cr3钢的等温转变曲线显示30Cr3钢在高冷速时具有良好的淬透性。在直接淬火过程中，奥氏体几乎全部转化为马氏体。然而，由于贝氏体区C曲线的尖端仅在约120秒处，故而对于冷速较慢，贝氏体生成无法避免。这意味着传统热处理工艺中通过降低冷速解决变形问题的方案缺乏可行性。本文使用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对30Cr3钢形变热处理过程中各阶段的组织进行分析。组织观察表明，调质过程中淬火形成的马氏体在回火过程中分解为铁素体及渗碳体，这一过程中生成的碳化物颗粒主要是300nm的M23C6颗粒，它们分布在马氏体板条内的位错附近。在旋压变形过程中，剧烈变形产生大量位错。二次回火过程中，基体上出现了直径300nm的球状碳化物颗粒。选区电子衍射显示，该碳化物为M6C。同时，调质回火过程中出现的M23C6碳化物长大到500nm。这些观测表明，30Cr3钢形变热处理过程中的强化作用主要来自于碳化物颗粒的弥散析出。力学实验结果表明，调质回火温度选择590℃，二次回火温度选择400℃时可以得到最佳的力学性能。这时，30Cr3钢中的碳化物颗粒尺寸合理，分布弥散，30Cr3钢具有最高的屈服强度及抗拉强度，而这一力学性能指标也达到了产品设计的要求。因此，本文确定30Cr3钢的形变热处理最佳工艺参数为920℃保温30分钟后油淬或高压气淬，590℃保温两小时以形成易于形变的调质组织，随后在室温进行旋压成型并最终在400℃完成1小时的二次回火。这一工艺在减少30Cr3钢热处理畸变变形的同时，也满足工件设计时的强度要求。形变热处理新工艺改善产品合格率的效果已在有关工件的生产中得到了证实。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第1章绪论  14-25
  1.1. 引言  14
  1.2. 超高强度钢  14-18
    1.2.1. 超高强度钢发展简史  14-16
    1.2.2. 低合金超高强度钢  16-18
  1.3. 30Cr3钢简介  18-22
  1.4. 30Cr3钢的热处理变形问题  22-23
  1.5. 本文的研究内容  23-25
第2章 30CR3钢等温转变曲线的测定  25-68
  2.1. 等温转变曲线  25-26
  2.2. Gleeble3500热模拟机简介  26-29
    2.2.1. Gleeble3500热模拟机的加热系统  27-28
    2.2.2. Gleeble3500热模拟机的力学系统  28
    2.2.3. Gleeble3500热模拟机的控制系统  28-29
  2.3. 30Cr3钢等温转变曲线的测定  29-67
    2.3.1. 马氏体转变温度的测量  29-33
    2.3.2. 珠光体转变区的测定  33-42
    2.3.3. 贝氏体转变区的测定  42-64
    2.3.4. 等温转变曲线的绘制与分析  64-67
  2.4. 本章小结  67-68
第3章 30Cr3钢形变热处理工艺的研究  68-98
  3.1. 钢的组织与性能  68-71
    3.1.1. 钢的显微组织  68
    3.1.2. 钢的组织与屈服应力的关系  68-69
    3.1.3. 钢的强韧化理论  69-71
  3.2. 30Cr3钢形变热处理的显微组织与强化机制  71-96
    3.2.1. 样品制备  72
    3.2.2. 实验设备简介  72-73
    3.2.3. 光学显微镜及扫描电镜观测结果及分析  73-83
    3.2.4. 透射电镜观测结果及分析  83-95
    3.2.5. 30Cr3钢形变热处理强化机制分析  95-96
  3.3. 30Cr3钢的形变热处理工艺参数与力学性能实验  96-98
第4章结论  98-101
参考文献  101-103
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  103-104
致谢  104

30Cr3钢薄壁管状工件形变热处理工艺的研究

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