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中碳富Si-Al钢变形奥氏体的马氏体转变和纳米贝氏体制备

作　者: 张淼
导　师: 王天生
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 中碳合金钢奥氏体变形马氏体转变低温贝氏体转变纳米结构贝氏体硬度
分类号: TG142.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高碳高硅钢在稍高于马氏体转变开始温度（Ms）的低温等温转变可形成由纳米厚度板条状贝氏体铁素体和薄膜状残余奥氏体组成的纳米贝氏体组织，具有高强度和塑韧性。但是高碳钢焊接性能差，限制了其作为结构钢的使用。本文以中碳合金钢做为研究对象，采用Gleeble–3500热模拟实验机对过冷奥氏体进行预变形处理及随后的淬火与低温等温贝氏体转变处理，结合X射线衍射、金相显微镜和透射电子显微镜分析过冷奥氏体预变形对Ms点、马氏体转变行为及贝氏体转变的影响规律，探究一种中碳钢纳米结构贝氏体组织的制备方法。中碳富Si-Al合金钢变形奥氏体淬火得到了板条状马氏体及少量残余奥氏体组织。过冷奥氏体压缩变形使Ms、马氏体板条厚度及晶格正方度减小，变体数减少，硬度增大。且随变形温度降低，Ms、板条厚度及晶格正方度减小，而硬度增大。与未变形奥氏体相比，奥氏体在900–300℃以0.01s^-1速率变形50%使Ms点由294℃降低至268–200℃；马氏体板条厚度由409±15nm减小至310±4–52±9nm，硬度由756±9HV1.0增大至760±12–783±6HV1.0。随着奥氏体变形量增大，Ms点降低、马氏体板条厚度与变体数减少，残余奥氏体含量增加，硬度值增大。奥氏体在600℃以1s^-1压缩10%–30%可以使Ms点降低到238–231℃，马氏体板条厚度减小到355±12–198±15nm，硬度减小到762±4–772±5HV1.0。随着奥氏体变形应变速率的降低，Ms点降低，马氏体板条厚度减小，硬度升高。奥氏体在300℃以0.01–1s^-1的应变速率压缩变形50%，Ms点可降至200–228℃，马氏体板条厚度减小到115±10–50±4nm，硬度增加为774±8–783±12HV1.0。奥氏体变形降低Ms点可以使贝氏体转变温度显著降低。变形奥氏体等温淬火得到贝氏体铁素体和残余奥氏体两相组织，奥氏体变形使得贝氏体板条细化，转变动力学加快，硬度值升高。随着奥氏体变形温度降低，贝氏体板条厚度减小、变体数减少，转变速率越快，转变不完全度增加，硬度增高。奥氏体在300–900℃以1s^-1速率变形50%等温转变得到贝氏体板条厚度为142±8nm–48±3nm，硬度为511±6–627±20HV1.0。随着奥氏体变形量的增加，贝氏体板条厚度减小，变体数减少，转变速度加快，残余奥氏体含量增加，硬度提高。奥氏体在600℃以1s^-1的应变速率压缩变形10%–30%后在250℃等温淬火，贝氏体板条厚度为115±9–76±5nm，硬度为578±6–592±5HV1.0。随着奥氏体应变速率的减小，贝氏体板条厚度减小，转变速度加快，硬度提高；奥氏体以0.01和1s^-1的应变速率在300℃压缩变形在235℃等温淬火得到的贝氏体板条厚度为40±7和45±5nm，硬度约为655±16和645±10HV1.0。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-30
  1.1 选题背景及意义  12-14
  1.2 纳米结构贝氏体研究现状  14-24
    1.2.1 高碳钢纳米贝氏体  14-19
    1.2.2 应力与应变作用下的贝氏体转变  19-24
  1.3 奥氏体变形对相变的影响  24-29
    1.3.1 奥氏体变形对铁素体转变的影响  24-25
    1.3.2 奥氏体变形对贝氏体转变的影响  25-27
    1.3.3 奥氏体变形对马氏体转变的影响  27-29
  1.4 本课题研究内容  29-30
第2章实验材料与方法  30-34
  2.1 实验方法  30-31
    2.1.1 完全退火处理  30
    2.1.2 Ms点测定及马氏体转变  30-31
    2.1.3 等温贝氏体转变  31
  2.2 微观组织分析  31-32
    2.2.1 金相组织观察  31
    2.2.2 X-Ray 衍射结构分析  31-32
    2.2.3 透射电镜组织观察  32
  2.3 硬度测试  32
  2.4 拉伸和冲击性能测试  32-34
第3章未变形奥氏体的马氏体与贝氏体转变  34-42
  3.1 引言  34
  3.2 试验方法  34-35
  3.3 淬火马氏体  35-37
  3.4 等温淬火贝氏体  37-39
  3.5 等温淬火性能测定  39-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章形变奥氏体的马氏体转变行为  42-72
  4.1 引言  42
  4.2 试验材料与方法  42-43
  4.3 奥氏体变形温度对马氏体转变的影响  43-53
    4.3.1 变形温度对 Ms点的作用  44-46
    4.3.2 变形温度对马氏体组织和结构的影响  46-52
    4.3.3 变形温度对马氏体硬度的影响  52-53
  4.4 奥氏体变形量对马氏体转变的影响  53-62
    4.4.1 变形量对 Ms点的作用  53-56
    4.4.2 变形量对马氏体组织和结构的影响  56-61
    4.4.3 变形量对马氏体硬度的影响  61-62
  4.5 奥氏体应变速率对马氏体转变的影响  62-70
    4.5.1 应变速率对 Ms点的作用  63-66
    4.5.2 组织演化与结构分析  66-69
    4.5.3 应变速率对马氏体硬度的影响  69-70
  4.6 本章小结  70-72
第5章形变奥氏体的贝氏体转变及纳米贝氏体制备  72-101
  5.1 引言  72
  5.2 奥氏体变形温度对贝氏体转变的影响  72-81
    5.2.1 变形温度对贝氏体组织与结构的影响  72-79
    5.2.2 动力学分析  79-80
    5.2.3 变形温度对贝氏体硬度的影响  80-81
  5.3 奥氏体高温变形再结晶再低温变形对贝氏体转变行为的影响  81-87
    5.3.1 微观组织观察  82-85
    5.3.2 动力学分析  85-86
    5.3.3 硬度测定  86-87
  5.4 奥氏体变形量对贝氏体转变的影响  87-94
    5.4.1 变形量对贝氏体组织与结构的影响  88-92
    5.4.2 动力学分析  92-93
    5.4.3 变形量对贝氏体硬度的影响  93-94
  5.5 奥氏体应变速率对贝氏体转变的影响  94-100
    5.5.1 应变速率对贝氏体组织与结构的影响  95-98
    5.5.2 动力学分析  98-100
    5.5.3 应变速率对贝氏体硬度的影响  100
  5.6 本章小结  100-101
结论  101-103
参考文献  103-111
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果  111-112
致谢  112-113
作者简介  113

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