大型高氮钢护环热锻开裂及晶粒细化研究

摘要

大型护环的锻造过程复杂，锻件表面的局部应变速率差别很大；然而，高氮钢在不同应变速率条件下的开裂机理和开裂过程尚不清晰。如果在冷变形后加以快速加热，则有希望通过静态再结晶来获得细晶高氮钢护环，但目前关于高氮钢冷变形后的静态再结晶尚未见详细报道。本文针对大型高氮钢护环在锻造过程中的开裂、粗晶和混晶的问题，用热拉伸试验和显微组织观察分析了18Mn18Cr0.6N钢热锻开裂机理，通过冷变形和显微组织观察分析了高氮钢的静态再结晶晶粒细化规律。取得如下主要结论：
　　（1）18Mn18Cr0.6N钢在各个温度下裂纹形核位置均在晶界处，与应变速率的关系不大。在高温时（1200℃），较高的应变速率有利于晶粒细化而防止裂纹产生；应变速率很低时（0.001s-1），则容易发生动态回复，裂纹沿小角晶界扩展而发生穿晶开裂。
　　（2）在中等变形温度和中等应变速率条件下，动态再结晶容易发生，细小的动态再结晶晶粒保证了良好的热塑性；温度较低时（900℃和1000℃），从晶内到晶界的应变梯度随应变速率降低而增大，从而恶化塑性；伴随晶粒转动的晶界滑移不会降低材料的热塑性。
　　（3）冷变形之后再进行高温退火时，在三叉晶界处位错发生多边化形成小角晶界，随着等温时间的继续增加，小角晶界转变成大角晶界，此时新的静态再结晶晶粒形成；在再结晶前沿也是通过动态回复形成小角晶界，进而演变成大角晶界；在两个变形晶粒之间，如果大角晶界朝一个变形晶粒弓出，在另外一个变形晶粒内同时伴生一个小角晶界，就会形成一个新的静态再结晶晶粒；如果其中一个晶粒内的位错密度太低而不能形成小角晶界，那么就可能只在另一个晶粒内形成小角晶界，并在后续保温过程中逐渐演变成大角晶界。
　　（4）18Mn18Cr0.6N钢在冷拉伸后，退火时发生的静态再结晶可完全消除冷变形织构；经过两周次的40％冷拉伸+1000℃退火后，晶粒尺寸由1.5级变为8.5级；相应屈服强度、抗拉强度、线性硬化率、硬度的增量分别为9.2%、16.3%、19.9%、7.2%。
　　（5）通过控制合适的冷变形量和退火处理，以及利用快速加热冷却技术可以获得晶粒细小的大型高氮钢转子护环。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景

1.2 大型护环的失效

1.3 大型护环用钢

1.4 大型护环的锻造与热处理

1.5 常用晶粒细化方法

1.6 本文主要研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 变形过程的物理模拟

2.3 显微组织观察

2.4 本章小结

第3章 应变速率对开裂的影响

3.1 断面收缩率和拉伸流变曲线

3.2 各温度下不同应变速率显微组织

3.3 开裂机理

3.4 本章小结

第4章 基于静态再结晶的晶粒细化

4.1 冷变形组织

4.2 静态再结晶组织

4.3 静态再结晶机理

4.4 通过静态再结晶制备细晶大型护环的可行性

4.5 细晶18Mn18Cr0.6N钢的力学性能

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢