超高碳Fe-C合金的高强韧化热处理工艺研究

摘要

高强韧钢在工程上具有很高的应用价值，相关研究一直受到国际上高度关注。近年研究发现，超高碳钢在发展高强韧钢方面有巨大潜力。一般通过加入合金元素或热机械处理等方法使钢获得高强韧组合，这显然带来了成本的提高及加工工艺的复杂化。探索一种简单、低成本制备高强韧钢的工艺十分必要。 本文针对碳含量接近2.11wt.%的，不添加合金元素与添加合金元素的两种实验用钢，借助显微组织结构分析及力学性能测试等研究了热处理工艺对实验用钢组织结构及力学性能的影响，探究了使材料获得高强韧性的方法。 实验结果表明，对于不添加合金元素的实验用钢Ⅰ，经介于Ac1与Accm之间较高温度——930℃加热，铸态组织中的莱氏体网基本被消除，凝固态奥氏体的骨骼状形貌也消失，加热保温后以1-2℃/min（炉冷）的慢速冷却处理保障了大量二次碳化物以细小颗粒状在基体上均匀析出，最终获得30.025J/cm2的冲击韧性值与792MPa的抗拉强度值，实现了优越的强韧性组合。 对于添加合金元素的实验用钢Ⅱ，经介于Ac1与Accm之间较高温度——960℃加热，铸态组织中的变态莱氏体网及骨骼状凝固态奥氏体形貌可基本被消除，加热保温后以10℃/min的冷速冷却处理，二次碳化物以小颗粒状均匀析出，但析出数量较少。可获得13.96J/cm2的冲击韧性值，抗拉强度值达到695MPa。 不添加合金元素的实验用钢Ⅰ不仅抗拉强度与冲击韧性水平高，而且获得相应性能的热处理加热温度较低，冷却方式为炉冷，从工艺角度也较易于工程应用。不添加合金元素的实验钢Ⅰ相比于添加合金元素的实验钢Ⅱ更具优势。

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