低碳含量无碳化物贝氏体钢的强韧化及低周疲劳行为研究

摘要

本文设计和制备了三种不同铝含量（即0Al、0.6Al和1.2Al，质量百分比）的低碳无碳化物贝氏体钢，利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射、数字图像相关法和力学性能测试等，研究了热处理工艺参数、铝含量和加载速率对低碳无碳化物贝氏体钢微观组织及其演化、以及力学性能的影响，揭示了其强韧化的机制；利用低周疲劳试验，对低碳无碳化物贝氏体钢在不同应变幅下的低周疲劳行为进行了研究。
　　研究了保温时间和等温淬火温度对1.2Al钢微观组织和力学性能的影响。结果表明，在320℃等温淬火温度下，随着等温保持时间的延长，获得的无碳化物贝氏体型铁素体和残余奥氏体的含量均呈现出先增加后保持不变的趋势，其冲击韧性和总延伸率也先增加然后保持不变；随着等温保持时间的延长，虽然屈服强度基本保持不变，但是抗拉强度则先轻微下降然后保持不变。随着等温淬火温度从350℃降低到300℃，等温淬火后获得的贝氏体型铁素体板条的宽度、残余奥氏体的含量和尺寸均呈现出减小的趋势，屈服强度和抗拉强度轻微增加，总延伸率显著降低，而冲击韧性则表现为先增加后降低的趋势。
　　研究了铝含量对低碳无碳化物贝氏体钢微观组织和力学性能的影响。结果表明，随着铝含量的增加，贝氏体型铁素体板条得到了明显细化，其屈服强度和冲击韧性得到了明显提高。此外，随着铝含量的增加，残余奥氏体的含量和尺寸均呈现出下降的趋势，抗拉强度、总延伸率随之下降，而冲击韧性则随之增加。这一结果表明，铝含量对实验钢的抗拉强度、拉伸延性及冲击韧性产生不一致性影响。
　　研究了加载速率对1.2Al钢两种不同类型试样断裂吸收功的影响。结果表明，对于U型缺口试样，随着加载速率的增加，裂纹萌生功、裂纹扩展功和总吸收功均增加；对于预制裂纹试样，随着加载速率的增加，尽管裂纹萌生功基本保持不变，但是裂纹扩展功和总吸收功均逐渐增加。这主要是由于随着加载速率的增加残余奥氏体向马氏体转变的量降低的缘故。
　　研究了两种不同等温温度（300℃和350℃）下等温淬火处理后1.2Al钢的低周疲劳行为。结果表明，在给定总应变幅下，两种等温淬火试样具有相似的循环应力响应行为，即初始阶段的循环硬化、然后循环软化直至失效，或者在初始阶段的循环硬化和循环饱和之后、循环软化直至失效。分析认为，初始阶段的循环硬化既不是由应变诱发的马氏体相变引起的，也不是由增加的位错引起的。原始组织中存在的高密度位错之间的相互作用、以及可移动位错的显著降低是引起初始阶段循环硬化的主要原因，而大量位错湮没和位错重排是引起初始循环硬化之后出现循环软化的主要原因。与350℃等温淬火试样相比，在低总应变幅下300℃等温淬火试样具有较高的疲劳寿命，而在高总应变幅下300℃等温淬火试样则显示出较低的疲劳寿命。这主要是由于300℃等温淬火钢的屈服强度高于350℃等温淬火钢的屈服强度、而350℃等温淬火钢具有较高拉伸延性的综合作用所引起的。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 贝氏体

1.3 贝氏体钢

1.4 低碳无碳化物贝氏体钢的特征

1.5 相变诱发塑性效应

1.6 金属材料的强韧化

1.7 金属材料的疲劳性能

1.8 本文的研究内容

第2章 实验内容及方法

2.1 等温淬火处理

2.2 微观组织分析

2.3 基本力学性能测试

2.4 低周疲劳性能测试

第3章 低碳含量无碳化物贝氏体钢的微观组织与力学性能

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.3 实验结果

3.4 讨论

3.5 本章小结

第4章 铝含量对低碳无碳化物贝氏体钢微观组织和力学性能的影响

4.1 引言

4.2 实验材料及方法

4.3 实验结果

4.4 讨论

4.5 本章小结

第5章 低碳含量无碳化物贝氏体钢断裂吸收功的加载速率敏感性

5.1 引言

5.2 实验材料及方法

5.3 实验结果

5.4 讨论

5.5 本章小结

第6章 低碳含量无碳化物贝氏体钢的低周疲劳行为

6.1 引言

6.2 实验材料及方法

6.3 实验结果

6.4 讨论

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢