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低合金超高强度钢的亚稳、非均一组织及其对性能的影响

作　者: 姚山岗
导　师: 谷臣清
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料学
关键词: 低合金超高强度钢应变诱发析出缺口效应断裂马氏体孪生形变
分类号: TG142.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

低合金超高强度钢广泛应用于航空航天、武器装备等领域,因使用条件各异,对性能亦要求具备多样性。本文针对30CrNiSiMoV、35SiMnCrMoVA两种中碳低合金超高强度钢非常规条件使用的力学性能、断裂行为与组织特点进行了研究。30CrNiSiMoV钢常规热处理(900°C淬火、300°C回火)后,于室温、100°C、200°C、250°C、300°C与360°C等温度进行有与无缺口的弯曲及夏氏冲击实验,金相,扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)进行组织及断裂特征分析。结果表明:900°C淬火、300°C回火(室温下)的无缺口抗弯强度(σbb)为2316MPa,100°C～300°C间抗弯强度低于此值, 250°C降至最低值1749MPa,而360°C却升高至2469MPa,高出室温值;各温度下的缺口抗弯强度都低于相应无缺口的,表现出缺口敏感倾向;冲击韧性则随实验温度升高先升后降,200°C取得最高值(58J/cm~2),300°C降至室温值(40.6J/cm~2),360°C降至最低值(36.8J/cm~2)。100°C～250°C间断裂过程中的塑性变形主要为滑移,但250°C发生滑移带向马氏体板条晶界聚集使界面宽化的现象,断口特征显示初始断裂阶段的塑性变形倾向小,出现强度与塑性同时下降的现象;300°C～360°C内塑性变形还伴有马氏体板条晶内的孪生形变,在此温度范围的断裂过程中组织呈现为亚稳态特征,具有应变诱发析出碳化物的倾向。它是显著提高抗弯强度和降低冲击韧性的主要因素。研究了35SiMnCrMoVA钢不同温度(880°C与900°C)淬火,中、高温回火后强韧性变化规律与断裂行为。进行拉伸实验及裂纹尖端扩展位移(COD)测试,以及显微组织和断口的金相,SEM,TEM分析。结果表明:460℃～500℃间回火,组织为回火屈氏体与回火索氏体的非均一混合组织,并于拓宽过程中的原板条马氏体晶界处存在碳化物集中析出现象。此时COD有最低值,即断裂韧性最低。组织细化对提高其断裂韧性有积极影响,但不改变其随回火温度的变化规律,且对强度包括硬度以及塑性的影响不明显。通过对低合金超高强度钢的亚稳、非均一组织对钢的力学性能及断裂行为的影响研究发现,此类钢在上述非常规条件使用需特别注意其缺口效应与韧性的变化。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 前言  8-19
  1.1 研究背景  8-17
    1.1.1 超高强度钢及其分类  8-11
    1.1.2 低合金超高强度钢的研究、应用与发展  11-13
    1.1.3 低合金超高强度钢的断裂行为  13
    1.1.4 低合金超高强度钢的断裂抗力判据  13-14
    1.1.5 低合金超高强度钢的组织、力学性能及断裂行为关系  14-15
    1.1.6 新形势下对中碳低合金超高强度钢提出的要求  15-17
  1.2 本课题的主要研究任务、目的及意义  17-19
2 主要研究内容及技术路线  19-21
  2.1 低合金超高强度钢的亚稳组织、力学性能及其断裂行为研究  19-20
  2.2 低合金超高强度钢的非均一组织、力学性能及断裂行为研究  20-21
3 低合金超高强度钢的亚稳组织力学性能及其断裂行为研究  21-36
  3.1 实验内容及方法  21-22
    3.1.1 实验材料及试样规格  21-22
    3.1.2 试样热处理与加工  22
    3.1.3 实验方案及实验过程  22
  3.2 实验结果及分析  22-32
    3.2.1 三点弯曲实验结果  22-25
    3.2.2 冲击实验结果  25-26
    3.2.3 显微组织测试结果  26
    3.2.4 TEM 组织观察  26-28
    3.2.5 宏观断口分析  28
    3.2.6 缺口弯曲断口SEM 分析  28-30
    3.2.7 冲击断口SEM 分析  30-32
  3.3 实验结果分析  32-34
    3.3.1 亚稳组织的强度及塑性行为  32-33
    3.3.2 亚稳组织的韧性特征及其影响因素  33
    3.3.3 亚稳组织对缺口敏感性的影响  33-34
  3.4 小结  34-36
4 35SIMNCRMOVA 低合金超高强度钢非均一组织断裂行为  36-54
  4.1 实验内容及方法  36-38
    4.1.1 实验用原材料  36
    4.1.2 材料热处理  36-37
    4.1.3 组织观察分析  37
    4.1.4 力学性能测试方法  37-38
  4.2 实验结果及分析  38-43
    4.2.1 硬度及拉伸实验性能测试数据处理  38-40
    4.2.2 钢的COD 测试结果  40-42
    4.2.3 力学性能总汇  42-43
  4.3 力学性能变化趋势  43-45
  4.4 钢的显微组织  45-51
    4.4.1 金相组织  45-48
    4.4.2 TEM 组织  48-50
    4.4.3 断口SEM 组织  50-51
  4.5 分析与讨论  51-52
  4.6 小结  52-54
5 结论  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-61
作者在硕士论文期间撰写和发表的论文  61

低合金超高强度钢的亚稳、非均一组织及其对性能的影响

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