论文部分内容阅读
如何获取高强度兼具高韧性的材料,一直是材料研究者们不断探索和追寻的目标。近几年来,我国钢材年产量已逾十亿吨,生产和应用中大量使用的结构钢强度范围约400 MPa-800 MPa,用于大型工程机械、装甲防护材料的钢材强度虽高,但其塑韧性表现并不理想。在倡导绿色工业的今天,如何减轻环境污染、节约能源同时减少矿产资源的消耗,迫切要求着材料研究者们开发高强度和超高强度钢,进一步实现金属器件的轻量化,从而达到节能减排的目的。为获得高强度、良好塑性、韧性,同时降低制造成本,本文以将近年来Speer等人提出的淬火-配分(Q-P)热处理工艺应用于30CrNi3MoV钢。实验中利用光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等多种方法研究了30CrNi3MoV钢的显微组织,研究探讨了其具高强度、高塑韧性的原因;结合室温拉伸试验,研究分析奥氏体未再结晶区小变形对相变的驱动作用及对实验钢室温力学性能的影响;利用控制变量法分析研究了不同淬火-配分工艺对实验钢相变过程和力学性能的影响。本文的主要研究内容如下:(1)研究分析了30CrNi3MoV钢连续冷却过程中的相变行为。采用高精度线膨胀仪并结合不同种类显微观察设备对显微组织进行分析,表征了30CrNi3MoV钢以0.1-30℃/s连续冷却至室温的相变规律,测量、绘制了实验钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线),研究了不同冷速下实验钢显微硬度。并利用能施加载荷的高精度线膨胀仪,研究分析了奥氏体未再结晶区小变形对30CrNi3MoV钢贝氏体及马氏体相变规律的影响。结果表明:30CrNi3MoV钢的马氏体相变的临界冷却速度在0.4-0.5℃/s之间;850℃小变形,在奥氏体中储存了较高的形变能,为后续的相变提供了额外的机械驱动力,使贝氏体或马氏体转变所需最小化学驱动力降低。因而经奥氏体未再结晶区小变形处理的30CrNi3MoV钢试样贝氏体相变起始温度B_s及马氏体相变起始温度M_s均有不同程度提高;在慢速冷却条件下,奥氏体未再结晶区小变形使粒状贝氏体组织更加细小弥散,下贝氏体尺寸减小。快速冷却条件下,未再结晶区小变形使马氏体组织中板条状马氏体比例相对针状马氏体增加。由于受到马氏体自回火过程引起沉淀强化的影响,30CrNi3MoV钢的相变产物的显微硬度并非随冷却速度增大而均匀增大。(2)系统研究了淬火-配分工艺在30CrNi3MoV钢中的应用。结果表明:30CrNi3MoV钢经过淬火-配分处理后得到的组织为马氏体和残余奥氏体,其中马氏体多呈板条状与针状,残余奥氏体成细条状分布在马氏体板条间;等温淬火温度的不同,不仅会影响马氏体板条尺寸,还会影响到钢中残余奥氏体的形态。较低的等温温度可以使马氏体的尺寸细化、残余奥氏体尺寸多样化;在配分时间不变的条件下,随着配分温度的升高,配分过程进行的速度加快,30CrNi3MoV钢抗拉强度提升,伸长率下降,整体强塑积下降;在配分温度不变的条件下,随着配分时间延长,其抗拉强度先降低后升高,伸长率先升高后降低;经淬火-配分-回火工艺处理后30CrNi3MoV钢试样抗拉强度低于淬火-配分和淬火-回火试样,但此工艺下试样的伸长率得到了增幅。