低合金超高强度钢的亚稳、非均一组织及其对性能的影响

摘要

本文针对30CrNiSiMoV、35SiMnCrMoVA两种中碳低合金超高强度钢非常规条件使用的力学性能、断裂行为与组织特点进行了研究. 30CrNiSiMoV钢常规热处理(900℃淬火、300℃回火)后,于室温、100℃、200℃C、250℃、300℃与360℃等温度进行有与无缺口的弯曲及夏氏冲击实验,金相,扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)进行组织及断裂特征分析.结果表明:900℃淬火、300℃回火(室温下)的无缺口抗弯强度(σ<,bb>)为2316MPa,100℃～300℃间抗弯强度低于此值, 250℃降至最低值1749MPa,而360℃却升高至2469MPa,高出室温值；各温度下的缺口抗弯强度都低于相应无缺口的,表现出缺口敏感倾向；冲击韧性则随实验温度升高先升后降,200℃取得最高值(58J/cm<'2>),300℃降至室温值(40.6J/cm<'2>),360℃降至最低值(36.8J/cm<'2>).100℃～250℃间断裂过程中的塑性变形主要为滑移,但250℃发生滑移带向马氏体板条晶界聚集使界面宽化的现象,断口特征显示初始断裂阶段的塑性变形倾向小,出现强度与塑性同时下降的现象；300℃～360℃内塑性变形还伴有马氏体板条晶内的孪生形变,在此温度范围的断裂过程中组织呈现为亚稳态特征,具有应变诱发析出碳化物的倾向.它是显著提高抗弯强度和降低冲击韧性的主要因素. 研究了35SiMnCrMoVA钢不同温度(880℃与900℃)淬火,中、高温回火后强韧性变化规律与断裂行为.进行拉伸实验及裂纹尖端扩展位移(COD)测试,以及显微组织和断口的金相,SEM,TEM分析.结果表明:460℃～500℃间回火,组织为回火屈氏体与回火索氏体的非均一混合组织,并于拓宽过程中的原板条马氏体晶界处存在碳化物集中析出现象.此时COD有最低值,即断裂韧性最低.组织细化对提高其断裂韧性有积极影响,但不改变其随回火温度的变化规律,且对强度包括硬度以及塑性的影响不明显.通过对低合金超高强度钢的亚稳、非均一组织对钢的力学性能及断裂行为的影响研究发现,此类钢在上述非常规条件使用需特别注意其缺口效应与韧性的变化.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权声明

1前言

1.1研究背景

1.1.1超高强度钢及其分类

1.1.2低合金超高强度钢的研究、应用与发展

1.1.3低合金超高强度钢的断裂行为

1.1.4低合金超高强度钢的断裂抗力判据

1.1.5低合金超高强度钢的组织、力学性能及断裂行为关系

1.1.6新形势下对中碳低合金超高强度钢提出的要求

1.2本课题的主要研究任务、目的及意义

2主要研究内容及技术路线

2.1低合金超高强度钢的亚稳组织、力学性能及其断裂行为研究

2.2低合金超高强度钢的非均一组织、力学性能及断裂行为研究

3低合金超高强度钢的亚稳组织力学性能及其断裂行为研究

3.1实验内容及方法

3.1.1实验材料及试样规格

3.1.2试样热处理与加工

3.1.3实验方案及实验过程

3.2实验结果及分析

3.2.1三点弯曲实验结果

3.2.2冲击实验结果

3.2.3显微组织测试结果

3.2.4 TEM组织观察

3.2.5宏观断口分析

3.2.6缺口弯曲断口SEM分析

3.2.7冲击断口SEM分析

3.3实验结果分析

3.3.1亚稳组织的强度及塑性行为

3.3.2亚稳组织的韧性特征及其影响因素

3.3.3亚稳组织对缺口敏感性的影响

3.4小结

4 35SiMnCrMoVA低合金超高强度钢非均一组织断裂行为

4.1实验内容及方法

4.1.1实验用原材料

4.1.2材料热处理

4.1.3组织观察分析

4.1.4力学性能测试方法

4.2实验结果及分析

4.2.1硬度及拉伸实验性能测试数据处理

4.2.2钢的COD测试结果

4.2.3力学性能总汇

4.3力学性能变化趋势

4.4钢的显微组织

4.4.1金相组织

4.4.2 TEM组织

4.4.3断口SEM组织

4.5分析与讨论

4.6小结

5结论

致谢

参考文献

作者在硕士论文期间撰写和发表的论文