2.5GPa级马氏体时效钢的微观组织与力学行为研究

摘要

当马氏体时效钢的抗拉强度达到2.5 GPa以上时，其断裂韧度将呈现急剧降低的特征，此时极易发生应力低于材料屈服强度的脆断事故，严重限制了它的发展。因此，对于马氏体时效钢而言，强度高仅是应用的前提，韧性好才是安全的保障，如何能够在不降低强度的基础上提高断裂韧性以充分发挥其应用潜力，便成为马氏体时效钢性能优化的重要研究方向。通常，马氏体时效钢的高强度是通过固溶强化、相变强化和沉淀强化叠加而实现的，而时效过程中析出的纳米级强化相对材料强度和韧性的贡献最为明显。因此，研究不同时效状态下马氏体时效钢中的组织演化规律及其与强韧性的关系，将有助于加深对马氏体时效钢强化及断裂机理的认识，为马氏体时效钢解决强韧性不能兼顾的技术难题提供相关思路。 本文以2.5 GPa级马氏体时效钢为研究对象，设计并优化了该钢的热处理工艺，确定了最佳的热处理工艺，即:820℃固溶处理/1 h+深冷处理/1 h+480℃时效处理/不同时间。力学性能测试结果表明，随着时效时间的延长，2.5 GPa级马氏体时效钢的抗拉强度由深冷态的800MPa升至峰时效态的2500MPa，然而其断裂韧性也由106MPa·m1/2降至20 MPa·m1/2，峰时效以后，马氏体时效钢的抗拉强度开始降低，同时断裂韧性逐渐升高。此外，试验用钢的疲劳裂纹扩展速率也随着沉淀反应的进行表现出先加快后减慢的趋势。 组织表征结果显示，2.5 GPa级马氏体时效钢在冷处理态的组织结构为板条马氏体+残余奥氏体，没有原子团簇和析出相;时效初期，基体中Ni、Ti原子将首先发生偏聚并形成团簇;时效时间延长至4h时，Ni-Ti团簇转变为Ni3Ti，同时在Ni3Ti与基体的界面处出现了富Mo相;当时效时间达到48 h以上时，Ni3Ti开始发生粗化，同时富Mo相过渡为Ni3Mo。在整个时效过程中，基体中逆转变奥氏体含量都是不断提高的。 利用2.5 GPa级马氏体时效钢中析出相的演化规律，初步探讨了时效过程中钢中析出相与材料力学行为的关系。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 引言

1．2马氏体时效钢的研发历程

1．3 马氏体时效钢的合金化及成分设计

1．4马氏体时效钢的加工工艺

1．4．1冶炼工艺

1．4．2热加工工艺

1．4．3热处理工艺

1．5马氏体时效钢的组织及表征

1．5．1组织结构

1．5．2表征方法

1．6马氏体时效钢的时效反应与力学性能关系

1．7本文主要研究内容及意义

第2章2．5 GPa级马氏体时效钢的制备及实验方法

2．1 2．5 GPa级马氏体时效钢的制备

2．1．1化学成分设计

2．1．2冶炼与锻造

2．2力学性能测试

2．2．1硬度测试

2．2．2室温拉伸性能测试

2．2．3平面应变断裂韧度KIC测试

2．2．4疲劳裂纹扩展速率da／dN测试

2．3组织表征

2．3．1 XRD分析

2．3．2 OM分析

2．3．6 APT分析

第3章2．5 GPa级马氏体时效钢的热处理工艺研究

3．1测定材料的相变点

3．1．1实验方法

3．1．2实验结果

3．2热力学计算

3．3 2．5 GPa级马氏体时效钢的热处理工艺

3．3．1固溶处理工艺的确定

3．3．2深冷处理工艺的确定

3．3．3时效处理温度的确定

3．4本章小结

第4章2．5 GPa级马氏体时效钢的组织与力学性能关系

4．1 时效时间对基体中物相的影响

4．2时效时间对室温力学性能的影响

4．2．1拉伸性能及断口形貌

4．2．2裂纹扩展规律及断口形貌

4．3 时效时间对微观组织结构的影响

4．3．1深冷态的组织

4．3．2时效10min的组织

4．3．3时效15 min的组织

4．3．4时效4 h的组织

4．3．5时效48 h及96 h的组织

4．3．6组织演变与材料强韧性的关系

4．4本章小结

第5章全文结论

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

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