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微合金非调质钢基础理论及应用技术研究

作　者: 刘攀
导　师: 刘荣佩; 包耀宗
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料成型与控制
关键词: 微合金非调质钢再结晶控锻控冷碳氮化物铁素体+珠光体
分类号: TG142.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文通过Formastor-FⅡ全自动相变仪测绘了试验钢38MnVS和C38N2在未变形时奥氏体的连续冷却转变曲线-静态CCT曲线,研究了连续冷却过程中试验钢38MnVS和C38N2的相变规律及影响因素,结果表明试验钢38MnVS和C38N2的静态CCT曲线的基本形状和转变产物类型基本相似,只是曲线的具体位置及某些细节有细微的差别,试验钢C38N2的相变点温度均低于试验钢38MnVS的,两种试验钢在奥氏体连续冷却过程中都经历了高温转变区、中温转变区和低温转变区三个相变区域,其相应的相变产物分别为铁素体+珠光体、贝氏体和马氏体,且铁素体+珠光体组织转变的临界冷却速度大约为1℃/s。在Gleeble-1500热模拟试验机上研究了试验钢38MnVS和C38N2在600-1300℃温度区间内的热塑性行为,结果表明试验钢38MnVS和C38N2的热塑性都很好,断面收缩率几乎都超过了80%,但由于Nb对再结晶具有强烈的抑制作用以及铌的碳氮化物等析出物阻止晶界迁移从而使热塑性降低,故试验钢C38N2的热塑性较试验钢38MnVS的稍差,可加工范围较试验钢38MnVS的稍宽。在Gleeble-3800热模拟试验机上研究了试验钢38MnVS和C38N2在不同变形条件下的动态再结晶行为和静态再结晶行为,分析计算了变形激活能、动力学模型、动态再结晶状态图、动态再结晶晶粒尺寸模型、热加工图和失稳图等,结果表明：变形温度越高、应变速率越低,越容易发生动态再结晶；变形温度越高,道次间隔时间越长,越容易发生静态再结晶；较高的应变速率和较低的变形温度越容易获得更加细小的再结晶晶粒尺寸；与试验钢38MnVS相比,添加微量Nb的试验钢C38N2具有更加细小的再结晶晶粒尺寸。这是因为Nb具有以下的作用：(1)在较高温度变形时,固溶的Nb会在位错、晶界等高能量处偏聚,起到溶质拖曳作用；(2)在较低温度变形时,铌的碳氮化物会在位错线上和奥氏体晶界上诱导析出,钉扎位错和晶界,阻止位错和晶界的移动,从而阻止再结晶的进行。在Gleeble-3800热模拟试验机上模拟了试验钢38MnVS和C38N2在实际生产条件下的锻造试验,研究了加热温度、锻造温度、变形量、应变速率及冷却速度对试验钢38MnVS和C38N2的组织和性能的影响,并以模拟的实验结果作为参考进行了汽车用转向节的试制,结果表明增加加热温度和变形温度,都会导致单位体积内珠光体的体积分数增多,珠光体团尺寸增加,铁素体的形状由块状向网状转变；增加变形量、应变速率和添加附加变形,单位体积内铁素体的体积分数增加,珠光体的体积分数减少,网状铁素体弱化,向块状铁素体转变；随着冷却速度的增加,单位体积内铁素体的体积分数减小,珠光体的体积分数增加,网状铁素体明显；采用急冷-缓冷-快冷的冷却方式有利于细化组织,改善韧性。利用试验钢38MnVS和C38N2试制汽车用转向节,通过检测,其各项性能指标均达到了汽车转向节的要求,可以代替调质钢40Cr生产汽车转向节,从而起到缩短生产周期、降低成本等目的。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-27
  1.1 引言  10-11
  1.2 微合金非调质钢的发展历程  11-13
  1.3 国外微合金非调质钢的开发与应用  13-14
  1.4 国内微合金非调质钢的开发与应用  14-16
  1.5 热变形过程中钢的奥氏体动态再结晶  16-19
    1.5.1 动态再结晶过程  16-17
    1.5.2 动态再结晶模型  17-18
    1.5.3 动态再结晶的发生条件  18-19
  1.6 热变形过程中钢的奥氏体静态再结晶  19-20
    1.6.1 静态再结晶过程  19
    1.6.2 静态再结晶模型  19-20
    1.6.3 静态再结晶的发生条件  20
  1.7 控锻控冷  20-25
    1.7.1 控制锻造  21-22
    1.7.2 控制冷却  22
    1.7.3 合金元素在控锻控冷中的作用  22-25
  1.8 课题研究的主要目的及主要内容  25-26
  1.9 课题来源  26-27
第二章实验材料及实验方法  27-32
  2.1 实验材料  27-28
  2.2 实验方法  28-32
    2.2.1 试验钢CCT曲线的测绘  28
    2.2.2 试验钢的热处理  28
    2.2.3 实验室Gleeble热模拟试验  28-29
    2.2.4 室温拉伸、冲击试验  29-30
    2.2.5 台架试验  30
    2.2.6 金相组织分析  30-32
第三章再结晶  32-61
  3.1 引言  32
  3.2 实验材料及方法  32-34
    3.2.1 实验材料及制备  32
    3.2.2 实验方法  32-33
    3.2.3 单道次压缩试验  33
    3.2.4 双道次压缩试验  33-34
  3.3 动态再结晶  34-52
    3.3.1 真应力-真应变曲线  34-37
    3.3.2 变形温度、应变速率对流变应力的影响  37-38
    3.3.3 变形温度、应变速率对峰值应变的影响  38-40
    3.3.4 RRT曲线  40-41
    3.3.5 变形激活能计算  41-43
    3.3.6 峰值应力与Z的关系  43-44
    3.3.7 动态再结晶动力学模型  44-45
    3.3.8 动态再结晶状态图  45-47
    3.3.9 动态再结晶晶粒尺寸模型  47-51
    3.3.10 热加工图和失稳图  51-52
  3.4 静态再结晶  52-60
    3.4.1 真应力-真应变曲线  52-56
    3.4.2 静态再结晶体积分数  56-58
    3.4.3 静态再结晶动力学  58-60
  3.5 小结  60-61
第四章 CCT曲线及热塑性曲线的测定  61-74
  4.1 引言  61
  4.2 实验材料及方法  61-62
    4.2.1 CCT曲线的测定  61-62
    4.2.2 热塑性曲线的测定  62
  4.3 CCT试验结果与分析  62-69
    4.3.1 试验钢的相变点  62-63
    4.3.2 试验钢连续冷却转变的金相组织  63-65
    4.3.3 试验钢连续冷却转变曲线  65-68
    4.3.4 试验钢的显微硬度  68-69
  4.4 热塑性试验结果与分析  69-72
    4.4.1 抗拉强度与试验温度的关系  69-70
    4.4.2 断面收缩率与试验温度的关系  70-72
  4.5 本章小结  72-74
第五章控锻控冷  74-95
  5.1 引言  74
  5.2 实验材料及方法  74-76
    5.2.1 实验材料及制备  74
    5.2.2 实验方法  74-76
  5.3 控锻控冷对组织、性能的影响  76-90
    5.3.1 加热温度对组织、性能的影响  76-83
    5.3.2 变形温度对组织、性能的影响  83-84
    5.3.3 变形量对组织、性能的影响  84-85
    5.3.4 应变速率对组织、性能的影响  85-86
    5.3.5 冷却速度对组织、性能的影响  86-89
    5.3.6 急冷-缓冷-快冷对组织、性能的影响  89
    5.3.7 附加变形对组织、性能的影响  89-90
  5.4 转向节试制及检测  90-93
    5.4.1 显微组织  90-91
    5.4.2 力学性能指标  91-92
    5.4.3 金属流线  92-93
    5.4.4 台架试验  93
  5.5 小结  93-95
第六章结论  95-97
致谢  97-98
参考文献  98-104
附录攻读学位期间发表论文目录  104

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