基于线膨胀测量的固态相变过程分析与应用

摘要

随着材料热机械处理技术的进步，钢铁材料的晶粒达到微米级，钢的屈服强度被提高到一个新的层次。然而，材料的抗拉强度及使用性能却没有得到提升。控制材料中的软相与硬相的比例是提高材料抗拉强度的关键，因此有必要深入研究钢铁材料的复相化过程，以获得最佳的相组成。其中的核心问题是预测相变过程中各相的体积分数。因此，本文以中碳高合金高强度钢为研究对象，进行了以下研究工作：建立计算相变过程中各相体积分数随温度变化的模型；计算了不同加热速率下奥氏体体积分数和相变速率随温度变化规律、不同冷却速率下铁素体、珠光体和马氏体体积分数随温度变化规律。根据上述研究，得出了以下结论： 在多相连续析出的情况下，通过确定各相晶格常数随温度变化，并以线应变量分析区分铁素体相变和珠光体相变的温度范围，建立了从线膨胀测量信息提取相变动力学信息的计算方法，并由此得到了连续冷却过程中铁素体体积分数和珠光体体积分数随温度的变化关系式。通过与文献中定量金相分析的结果相比较，发现此方法在测定不同温度下铁素体体积分数时误差很小(约为2～5％)，而杠杆法则在分析线应变量数据中的动力学信息时产生了巨大的误差(约为10％)。 在连续加热过程中，通过计算得出了不同加热速率下奥氏体体积分数随温度变化关系曲线。计算结果表明：加热速率越快，中碳高合金高强度钢奥氏体化开始温度较高。随着加热速率的增加，整个奥氏体化过程相变速率剧烈增加，完全奥氏体化所需时间显著降低。临界淬火前加热速率越快，临界淬火后得到的组织越不均匀；反之，则十分均匀。 在连续冷却过程中，随着冷却速度的增加，中碳高合金高强度钢相变产物依次为铁素体、珠光体+铁素体和马氏体。通过计算得到了铁素体、珠光体和马氏体体积分数随温度变化曲线。计算结果表明：铁素体相变速率明显低于珠光体和马氏体相变，其中珠光体相变在15秒以内即完成。冷却速度越高，铁素体相变开始温度和结束温度越低，相变温度范围也变小，相变速率显著增加。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2新一代钢铁材料研究现状与发展趋势

1.2.1新一代钢铁材料基本概念

1.2.2新一代钢铁材料研究现状

1.2.3新一代钢铁材料发展趋势

1.3装甲钢研究现状和发展趋势

1.3.1装甲钢性能要求

1.3.2装甲钢发展现状

1.3.3装甲钢发展新思路

1.4钢铁材料的晶粒细化

1.4.1晶粒细化的理论依据

1.4.2新一代钢铁材料晶粒细化工艺

1.4.3晶粒超细化研究中的问题

1.5钢铁材料固态相变过程分析

1.5.1钢铁材料固态相变分析手段

1.5.2钢铁材料固态相变过程分析对象

1.6本课题研究思路

第二章 试验材料与试验过程

2.1试验材料与试样制备

2.1.1化学成分

2.1.2原始组织

2.1.3试样制备

2.2试验过程

2.2.1线膨胀测量

2.2.2光学金相显微分析

2.3技术路线

第三章 中碳高合金高强度钢线膨胀测量数据中相变动力学信息的提取

3.1引言

3.2温度程序的设定

3.3建立从线膨胀测量结果中提取动力学信息的计算模型

3.3.1杠杆法则

3.3.2从线膨胀测量信息中提取相变动力学信息的新方法

3.4计算结果与试验结果对比分析

3.5小结

第四章 加热过程中碳高合金高强度钢奥氏体化过程分析

4.1引言

4.2温度程序的设定

4.3试验结果与讨论

4.3.1奥氏体体积分数的计算

4.3.2奥氏体相变过程分析

4.4小结

第五章 冷却过程中碳高合金高强度钢相变过程分析

5.1引言

5.2温度程序的设定

5.3试验结果与讨论

5.3.1固态相变过程中的线应变量分析

5.3.2固态相变过程中各相体积分数的计算

5.3.3固态相变过程分析

5.4小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和科研情况

致谢