高强塑积Q&P钢组织性能研究

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随着汽车工业对轻量化和高安全双重要求逐渐提高,出现了第三代先进高强度汽车用钢,并要求它兼具第一代和第二代高强度汽车用钢的优点,降低成本的同时具有良好的综合性能。第三代先进高强度汽车用钢的设计思想在于充分利用相变强化、晶粒细化及位错强化等手段来提高其强度,通过复相和亚稳组织的控制,并利用其相变诱导塑性或孪晶诱导塑性等机制来提高成形性能。2003年,由美国Speer等提出的淬火-配分(Q&P)工艺,能够生产出一种具有TRIP效应的高强度高塑性马氏体基钢—Q&P钢,使得先进高强度钢(AHSS)向更加优良的强塑性结合方向发展。本文着重研究了Q&P热处理中不同工艺参数对微观组织的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD),X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)等手段对其微观组织进行了表征,研究了基体组织的变化情况,以及残余奥氏体的形貌、分布、含量与工艺参数的对应关系,设计出强塑积超过20000MPa%的处理工艺,论文的主要工作及研究成果如下:(1)相同的配分温度下,随着配分时间的延长马氏体板条逐渐粗化,板条特征逐渐不明显,板条与板条之间的界面不明锐且变得弯曲,这是在Q&P处理过程中马氏体/奥氏体相界面迁移所致和马氏体基体回火转变所致。(2)随着保温时间增加,板条间碳化物颗粒的数量明显增加,在两步Q&P处理中,配分温度升高到450。C时,马氏体板条内的碳化物颗粒虽然仍然存在,但是数量明显减少,可推断较低的配分温度下碳化物颗粒多为过渡型碳化物,且450℃相对被抑制。(3)残余奥氏体分布于马氏体板条之间和板条束相交区,多呈薄片状,厚度约50-200nm。随着配分时间的增加,残余奥氏体薄膜的宽度呈减小趋势,由于残余奥氏体的形状受马氏体相变和形貌的影响,等温过程中马氏体相变继续发生,马氏体板条厚度持续增加;相同配分温度和配分时间的条件下,采用两步Q&P热处理工艺获得的残余奥氏体体积分数较一步Q&P处理更高,合理优化Q&P处理工艺参数能够有效提高配分效率,提高残余奥氏体的体积分数。(4)含Cu钢经连续退火实验机模拟Q&P工艺发现,300℃配分300s的强塑性最好,强塑积达到21216MPa·%,其中抗拉强度为1326MPa,延伸率16.0%;随着配分时间的增加强度降低,而延伸率提高。(5)配分时间短、回火特征不明显的马氏体具有最高的强度,均达到1500MPa,相应的延伸率却较低,较长的配分时间可以提高最终残余奥氏体的含量,而其TRIP效应也有贡献于提高强度,但其效用不足以弥补马氏体软化造成的强度降低。(6)XRD检测结果显示,随配分时间延长,残余奥氏体体积分数提高,说明配分时间的延长使碳配分更加充分,奥氏体中富集的碳浓度更高,最终保留到室温的残余奥氏体含量更高。
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