65Mn低合金钢循环相变处理晶粒超细化机理及性能评价

摘要

细晶强化作为钢铁材料最理想的强化方式，可以同时提高钢材的强硬度，塑韧性和耐磨性等各项力学性能，是材料综合力学性能优化的首选工艺。循环相变晶粒超细化技术相比其它晶粒细化工艺，在保证材料化学成分和外形尺寸不变的同时可以将晶粒细化至微米级别，这对于钢部件的晶粒细化和性能提升具有重要意义。　　履带式车辆离合器中65Mn钢摩擦盘在服役过程中存在强度和耐磨性不足而引起的失效甚至断裂问题。因此，本文以65Mn低合金钢离合器摩擦盘为研究对象，采用循环相变热处理技术对其进行晶粒超细化，制备具有不同晶粒度的65Mn低合金钢。最后通过等温拉伸，等温压缩，洛氏硬度以及摩擦磨损实验，分析晶粒细化对65Mn低合金钢综合力学性能的影响，这对65Mn钢摩擦盘综合力学性能的优化具有重要指导意义。本文主要研究工作如下：　　①分析了循环淬火温度、循环淬火次数、循环淬火方式等工艺参数对晶粒细化效果的影响规律，并据此设计了合理的循环相变热处理实验方案。　　②开展了奥氏体晶粒度表征实验，并获得不同循环相变热处理工艺路径下的显微组织和晶粒度等级，建立循环淬火工艺路径与晶粒度级别之间的映射关系。　　③根据循环相变热处理工艺路径与晶粒度之间的映射关系，制备了不同晶粒度的65Mn低合金钢试样，并开展等温拉伸，等温压缩试验。实验结果证明65Mn低合金钢在高低温下的抗拉和抗压强度以及断后延伸率都随晶粒尺寸的细化而提高。在400℃，600℃和800℃条件下，65Mn低合金钢的强塑积在晶粒尺寸由65μm细化到6.4μm后分别由22.4GPa%，19.1GPa%，7.5GPa%提升为28.9GPa%，25.5GPa%，9.5GPa%。　　④开展了不同晶粒度65Mn低合金钢洛氏硬度试验。试验结果证明在相同淬火温度条件下，淬火后的洛氏硬度将随晶粒尺寸细化而不断提升。65Mn低合金钢在810℃下分别淬火1次和4次，晶粒尺寸由13.4μm细化至6.4μm，其硬度由38.4HRC提升至62.9HRC。　　⑤开展了不同晶粒度65Mn低合金钢摩擦磨损试验。实验结果证明晶粒细化可以缩短摩擦系数在磨合过程的“波动期”，并维持“稳定期”摩擦系数恒定不变。平均晶粒尺寸由65μm细化到6.4μm后，累计磨损量由52mg下降到9mg，晶粒细化提升了65Mn低合金钢耐磨性能。

目录

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 65Mn低合金钢的研究进展

1.2.1 65Mn低合金钢基本性能及国内外研究现状

1.2.2 65Mn低合金钢在摩擦副中的应用现状及问题

1.3.1 细晶强化理论

1.3.2 晶粒超细化技术现状

1.3.3 循环相变晶粒超细化技术

1.4.1 课题研究的意义

1.4.2 课题研究的主要内容

1.5 本章小结

2 循环相变晶粒细化的基本原理

2.1 固态相变基本理论

2.2 循环相变晶粒细化原理

2.3.1 奥氏体-马氏体相变理论

2.3.2 马氏体-奥氏体相变理论

2.3.3 钢的组织遗传性

2.4 本章小结

3 65Mn 低合金钢超细晶循环相变热处理工艺路径探寻

3.1 引言

3.2 试验材料及设备

3.3.1 循环相变温度

3.3.2 循环相变加热速度和保温时间

3.3.3 循环相变次数与循环方式

3.4.1 高温固溶处理

3.4.2 实验方案规划

3.5 循环相变金相试样制备与表征

3.5.1 腐蚀液

3.5.2 晶粒度统计

3.6 本章小结

4 65Mn 低合金钢超细晶循环相变热处理实验结果分析

4.1 引言

4.2 高温固溶处理后的显微组织

4.3 循环热处理最佳温度

4.4 循环热处理最佳次数

4.5 循环淬火方式

4.6 循环淬火工艺与奥氏体平均晶粒尺寸之间的映射关系

4.7 本章小结

5 晶粒细化对65Mn 低合金钢高温强硬度性能的影响

5.1 引言

5.2.1 实验试样制备

5.2.2 等温拉伸试验

5.2.3 等温压缩试验

5.2.4 洛氏硬度试验

5.3.1 等温拉伸试验结果

5.3.2 等温压缩实验结果

5.3.3 洛氏硬度试验结果

5.4 本章小结

6 晶粒细化对65Mn 低合金钢的摩擦磨损性能的影响

6.1 引言

6.2 实验内容

6.2.1 实验试样及设备

6.2.2 预磨合实验

6.2.3 磨合实验

6.3.1 摩擦性能分析

6.3.2 磨损性能分析

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 学位论文数据集

致谢