双真空熔炼9315钢的相变、组织与性能研究

摘要

本文根据国外渗碳钢的研究状况，选用美国的一种性能优良的合金渗碳钢SAE9315钢，以其作为参考炼制了24炉不同合金成分的试验钢。经熔炼铸锭、锻轧工艺处理后，再对其进行拉伸试验、冲击试验和端淬实验。根据实验结果确定了碳含量为0.15％。其他合金元素对9315钢的综合性能都起着非常重要的作用，含量分别确定为Ni3.2％、Cr1.3％、Mo0.13％、Mn0.60％、Si0.30％。
　　利用Thermo Calc软件和相关数据库(TCFE3)计算了钢的平衡相图垂直截面图。采用双真空(VIM+VAR)冶炼工艺炼制了9315试验钢。利用高精度膨胀仪测出不同冷速的膨胀曲线，通过膨胀曲线结果可知，9315钢Ac1、Ac3、Ms、Mf点分别为700℃、800℃、400℃、200℃。再利用金相显微镜观察了在不同冷却速度下的试样的显微组织形态，确定其组织转变类型（高温区为铁素体转变、中温区为贝氏体转变、低温区为马氏体转变）从而得出各种组织类型转变的相变临界点，然后结合显微组织和线膨胀曲线绘制出SAE9315钢的CCT曲线。最后测定出不同冷速下试样的显微硬度印证了所做CCT曲线的可靠性。
　　将试验钢冲击、拉伸试样毛坯在920℃正火1h后，经过不同淬火温度、不同淬火保温时间、不同回火温度、不同回火时间的热处理，然后进行拉伸试验和冲击试验。结果表明780℃淬火时强度硬度比较低;在805℃和815℃淬火下，9315试验钢的强度以及韧性明显最强;825℃和850℃淬火时钢的机械性能变差;随着回火温度升高，材料强度上升，当回火温度超过200℃后，抗拉强度开始下降，淬火时间和回火时间对机械性能影响较微弱，根据综合实验结果，确定9315试验钢热处理淬火、回火制度为:(820℃)×1h+OC、(150℃～200℃)×3h+AC。
　　为结合实际分析渗碳处理后，渗碳层中各不同碳量水平部位的组织演变情况及性能，在9315钢的化学成分基础上冶炼了三炉不同碳含量(0.5％、0.79％、0.93％)的试验钢，分别对应于9315钢渗碳后的三个不同碳浓度处的渗碳层，以此模拟研究9315钢渗碳层的组织转变规律。绘制出9315钢各渗碳层模拟钢的CCT曲线。测定出不同冷速下试样的显微硬度。
　　综合上述各项基础研究的结果，为制定工业条件下优化的热处理工艺方案提供重要参考依据，对实现9315钢的工业化应用具有重大意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 渗碳钢的发展

1．2．1 渗碳钢的性能要求

1．2．2 渗碳钢合金化的发展

1．2．3 合金渗碳钢各化学成分的作用

1．3 钢的淬透性的研究方法

1．4 钢的连续冷却转变曲线(CCT图)的测定方法

1．5 本文研究背景

1．6 主要研究内容

第二章 9315钢成分设计

2．1 合金渗碳钢成分设计

2．2 9315钢成分优化实验

2．2．1 热加工工艺流程

2．2．2 端淬实验

2．2．3 力学性能测试

2．3 本章小结

第三章 9315钢的平衡组织和连续冷却转变曲线

3．1 9315钢的平衡组织转变

3．2 9315钢的连续冷却组织转变

3．2．1 实验方案

3．2．2 冷速对相变产物的影响

3．2．3 相变临界温度的测定

3．2．4 过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT图)

3．2．5 不同冷却速度下相变产物的显微硬度

3．3 本章小结

第四章 9315钢全套热处理工艺及强化实验研究

4．1 热处理工艺实验

4．1．1 淬火温度的确定

4．1．2 淬火保温时间的确定

4．1．3 回火温度的确定

4．1．4 回火时间的确定

4．2 9315钢的微观组织及强韧化机理

4．3 本章小结

第五章 9315钢渗碳层模拟钢的连续冷却组织转变

5．1 含碳量0．5％渗碳层模拟钢的CCT曲线

5．1．1 实验方法

5．1．2 实验结果与分析

5．2 含碳量0．79％渗碳层模拟钢的CCT曲线

5．2．1 实验方法

5．2．2 实验结果与分析

5．3 含碳量0．93％渗碳层模拟钢的CCT曲线

5．3．1 实验方法

5．3．2 实验结果与分析

5．4 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢