Co和Al元素对高碳钢热处理工艺及组织的影响

摘要

淬火-碳分配工艺是在传统的马氏体转变淬火-回火工艺的基础上发展而来的。这种新工艺是由J.G.Speer等人提出的,其工艺特点是:在奥氏体化之后,需要将钢淬火至Ms点与Mf点之间,从而得到过饱和的马氏体,然后再在较高的温度进行一段时间的碳分配,使C元素从过饱和的马氏体分配至残留奥氏体,残奥因为富碳而稳定,再冷却至室温。在室温下,这种工艺的组织为马氏体和残余奥氏体。其中,马氏体组织可以保证钢的强度,而残留奥氏体可以保证钢的塑性,这是因为其在形变过程中发生了相变诱发塑性。前人已经从碳含量和淬火温度等各个方面对Q&P热处理过程进行了大量研究。本文主要研究的是Co和Al这两种元素对高碳钢在不同热处理工艺下组织的影响。通过设计对比实验,研究了这两种元素对连续冷却转变以及对淬火-碳分配(Q&P)工艺的影响。
　　通过设计对比实验,在较慢冷却速度下(0.02–2.0℃/s)研究了Co和Al元素对高碳钢连续冷却转变及组织的影响。采用Thermecmastor热模拟试验机研究了Co和Al对高碳钢在连续冷却过程中的组织转变,测量了其相变温度,建立了其连续冷却转变(CCT)曲线。在0.1℃/s缓慢连续冷却条件下,可以获得片层间距为45 nm,硬度为425 HV1的超细全珠光体组织。实验和计算结果表明Co和Al合金的加入增加了奥氏体到珠光体转变的自由能,加速了珠光体转变和细化珠光体片层间距,在缓慢连续冷却条件下得到了纳米尺度的全珠光体组织。
　　在研究Q&P工艺对高碳钢组织的影响时,利用MUCG83软件计算了TTT曲线,设计出了Q&P工艺:在950℃奥氏体化,保温30分钟然后淬火至190℃和100℃,再在400℃保温进行碳分配0 s,300 s,1800 s,最后水淬至室温。采用金相显微镜和扫描电子显微镜观察了热处理后样品的显微组织,利用XRD对残留奥氏体含量进行了测定,并利用显微硬度仪测定了样品的维氏硬度。结果表明:对于同一种钢而言,残留奥氏体含量随着碳分配保温时间的延长而增多,但硬度降低。Co和Al的加入可以提高转变的Ms点,细化残留奥氏体的尺寸,使残留奥氏体以薄膜状的形式存在而不是块状,同时提高了残留奥氏体的含量。

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第1章 文献综述

1.1 选题背景

1.2 钢的强化

1.3 珠光体转变

1.4 贝氏体转变

1.5 马氏体转变

1.6 超高强度钢的设计

1.7 本文研究内容

第2章 实验方法与设备

2.1 实验用钢的准备

2.2 金相观察

2.3 显微硬度测量

2.4 XRD测量原理及计算方法

第3章 Co和Al对高碳钢连续冷却转变及组织性能的影响

3.1 前言

3.2 实验材料与方法

3.3 显微组织与CCT曲线

3.4珠光体片层间距和硬度

3.5 讨论

3.6 小结

第4章 Co和Al对淬火-碳分配工艺及组织性能的影响

4.1 前言

4.2 实验材料与方法

4.3 显微组织

4.4 残留奥氏体含量

4.5 维氏硬度

4.6讨论

4.7小结

第5章 主要结论、创新和有待进一步完成的工作

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 有待继续的工作

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文