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热处理工艺对新型贝氏体钢组织与性能的影响

作　者: 吴伯涛
导　师: 易丹青
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 15Cr2Ni3MoW钢粒状贝氏体 M/A岛回火
分类号: TG113
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文所研究的15Cr2Ni3MoW钢是一种新型贝氏体钢,主要用于制作热轧穿孔顶头等耐热模具,其1050℃奥氏体化+300℃等温淬火后获得的是粒状贝氏体组织,但这种组织韧性差,屈强比低,导致用这种钢制作的穿孔顶头在使用过程中很容易发生失效。针对这一问题,本文对热处理后的试验钢进行不同温度和保温时间的回火处理,以期通过合理的回火工艺达到提高试验钢韧性和屈服强度的目的。同时为了对试验钢热处理工艺的制定提供理论依据,利用Gleeble—1500型热模拟机采用膨胀法,并辅以金相法和硬度法首次测得了试验钢的CCT曲线。此外,还对试验钢进行了不同奥氏体化温度、不同保温时间和不同冷却速度的热处理。借助光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子万能材料试验机、显微硬度计等手段分析研究了试验钢热处理态、回火态以及不同热处理工艺规范下的组织和力学性能,利用透射电子显微镜(TEM)、能谱仪分析研究了粒状贝氏体组织随回火温度的升高其微观组织的变化以及析出的碳化物的成分。结合试验结果分析讨论了试验钢回火时出现明显强韧化和回火脆性的原因。通过研究,得到以下结论: 首次测得了试验钢的连续冷却转变(CCT)曲线。CCT曲线上在高温区无相转变发生,没有先共析铁素体析出或珠光体生成,其原因可能与众多合金元素的加入使得高温区相转变的“C”曲线被严重右移有关。当冷却速度不大于70℃/min时可以获得全贝氏体组织,冷速在70℃/min～160℃/min之间是马氏体+贝氏体的混合组织,冷速大于160℃/min全部是马氏体组织。在全贝氏体的冷却速度范围内组织的硬度相差不大。试验钢以不同的热处理工艺规范处理后获得的组织主要是条形粒状贝氏体,但在冷速缓慢(炉冷)奥氏体化温度较高(≥1100℃)时获得的是一种粒状组织:M/A岛状组织呈粒状分布在块形贝氏体铁素体基体上。这种组织具有较低的强度、塑性和很差的冲击韧性,因此应与粒状贝氏体组织加以区分。在各个奥氏体化温度下空冷试样具有最好的强韧性,埋砂冷次之,炉冷最差。尤其是在1200℃奥氏体化炉冷时试验钢的强韧性急剧降低,这可能与在较高温度奥氏体化时钢中的硫、磷化物沿奥氏体晶界析出弱化晶界以及试验钢在高温区停留时间长奥氏体晶粒长大更为充分,晶粒更为粗大有关。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
目录  8-11
第一章文献综述  11-30
  1.1 贝氏体的定义及分类  11-16
    1.1.1 贝氏体的定义  11
    1.1.2 贝氏体的分类  11-16
  1.2 贝氏体的转变机制  16-17
  1.3 贝氏体钢  17-19
    1.3.1 Mo-B系贝氏体钢  18
    1.3.2 Mn-B系贝氏体钢  18
    1.3.3 新型准贝氏体钢  18-19
  1.4 贝氏体钢的强韧化机理  19
    1.4.1 细晶强化  19
    1.4.2 弥散强化  19
  1.5 贝氏体钢中主要的合金元素及其作用  19-21
  1.6 粒状贝氏体钢的研究进展  21-22
  1.7 粒状贝氏体组织的回火  22-28
    1.7.1 贝氏体铁素体的回火转变  22-24
    1.7.2 M/A岛状组织回火时的转变  24-28
    1.7.3 粒状贝氏体的回火脆性  28
    1.7.4 粒状贝氏体的强韧化机理  28
  1.8 本课题研究的目的及意义  28-30
第二章实验内容与方法  30-35
  2.1 实验过程  30-31
  2.2 试验钢的成分及制备  31
  2.3 试验钢 CCT曲线的测定  31
  2.4 试验钢回火工艺制度的制定  31-32
  2.5 试验钢不同热处理工艺制度的制定  32
  2.6 试验钢组织结构观察与性能测试  32-35
    2.6.1 光学金相组织观察  32
    2.6.2 透射电镜组织观察  32-33
    2.6.3 硬度测试  33
    2.6.4 力学性能测试  33-34
    2.6.5 断口及组织扫描观察  34-35
第三章 15Cr2Ni3MoW钢 CCT曲线的测定及分析讨论  35-40
  3.1 15Cr2Ni3MoW钢 CCT曲线的测定  35
    3.1.1 试验钢加热转变临界点 A_(c1)和 A_(c3)点的测定  35
    3.1.2 试验钢连续冷却转变曲线的测定  35
  3.2 试验钢的连续冷却转变(CCT)曲线  35-36
  3.3 试验钢 CCT曲线的分析讨论  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章热处理工艺对15Cr2Ni3MoW钢组织与性能的影响  40-53
  4.1 不同奥氏体化温度、冷却速度及保温时间对试验钢组织与性能的影响  40-48
    4.1.1 不同奥氏体化温度、冷却速度及保温时间对试验钢组织的影响  40-44
    4.1.2 不同奥氏体化温度、冷却速度及保温时间对试验钢性能的影响  44-48
  4.2 不同热处理工艺对试验钢组织与性能影响原因的探讨  48-52
    4.2.1 冷却速度对试验钢组织与性能的影响  48-50
    4.2.2 奥氏体化温度对试验钢组织与性能的影响  50
    4.2.3 保温时间对试验钢组织与性能的影响  50-51
    4.2.4 粒状贝氏体与粒状组织性能的比较  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章回火工艺对15Cr2Ni3MoW钢组织与力学性能的影响  53-74
  5.1 回火温度对15Cr2Ni3MoW钢组织与力学性能的影响  53-67
    5.1.1 回火温度对15Cr2Ni3MoW钢显微组织的影响  53-56
    5.1.2 回火温度对15Cr2Ni3MoW钢力学性能的影响  56-60
    5.1.3 回火温度对试验钢性能影响原因的探讨  60-66
    5.1.4 试验钢的强韧化机理和回火脆化机制  66-67
  5.2 回火时间对15Cr2Ni3MoW钢组织与力学性能的影响  67-73
    5.2.1 回火时间对15Cr2Ni3MoW钢显微组织的影响  67-69
    5.2.2 回火时间对15Cr2Ni3MoW钢力学性能的影响  69-71
    5.2.3 回火时间对试验钢性能的影响  71-73
  5.3 本章小结  73-74
第六章结论  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
硕士期间发表的学术论文  80

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