马氏体前组织的低合金高强度钢经临界区热处理后的组织和性能研究

本文研究了淬火前组织的30CrMnSiNi2A钢在临界区温度范围内热处理时的相变过程、组织形态及其对性能的影响。前组织为板条状马氏体的钢,在临界区温度范围内以一定的速度再加热时,当温度靠近于Ac_1的低温侧时,在原奥氏体晶界处首先形核、成长形成《球串状》的奥氏体,在原奥氏体的晶粒内,奥氏体沿着马氏体板条的周界上形核并发展为针状奥氏体和针状铁素体相间排列的〈纤维状〉二相混合组织。随着临界区加热温度的提高或保温时间的延长、针状奥氏体聚集、长大最后兼并成球状。因此,针状奥氏体只是临界区加热过程中的一种过渡性形态,在一定阶段时才出现。经临界区热处理的钢,晶粒显著细化,可达ASTM12级左右。经临界区热处理并低温回火的钢,在等强度下,室温和低温(-120℃)的冲击韧性比调质态的提高约40%,并能延缓钢的疲劳裂纹扩展的速率。适量针状铁素体的存在和晶粒的超细化是临界区热处理改善高强度钢韧性的依据。     

临界区热处理对亚共析钢的相变过程、显微组织和力学性能影响的研究

本文对马氏体前组织的40 CrNiMo钢在临界区温度范围内再加热时的奥氏体形成过程动力学作了观察。结果表明:在临界区再加热时,马氏体到奥氏体的相变实际上是属于非平衡状态,相成份和数量的改变不能从平衡相图上予以精确地确定。在这种情况下,奥氏体转变是在近乎平衡相图的(α γ)两相区温度时等温进行,转变的百分数随着等温时间的延长而增多,直到所有的针状铁素体完全消失。反应速率随等温温度的提高而加快。运用热力学的分析可以解释这种现象。所形成的奥氏体呈针状和球状两种形貌,奥氏体的形貌取决于奥氏体化温度和加热速度,本质上则取决于相变驱动力和合金的扩散速度与距离。本文对马氏体和针状铁素体两相混合组织钢的力学性能和断裂行为作了测定和研究。结果得出:这种混合组织可以在强度不变的条件下提高淬火钢的韧性。其室温下的断裂本质可用临界应变模型来阐明,针状铁素体对韧性的作用是由于马氏体相中的裂纹在扩展到延性的铁素体时将受到抑制的缘故。当然,较低温度再加热的,由于晶粒细化而改善韧性的作用将更有增进。     

轴承钢马氏体等温处理的研究

本文研究了 GCr15轴承铜在马氏体相变开始温度(Ms)以下不同温度进行等温时,淬火钢的相变过程、显微组织和力学性能。GCr15轴承铜在 Ms 温度以下不同温度与不同时间等温淬火后淬火铜的组成相是:变温马氏体、贝氏体、残留奥氏体和未溶碳化物。未观察到等温马氏体组织。未溶碳化物的量不变,变温马氏体的体积比随着等温温度的降低而增大,贝氏体和残留奥氏体的体积比则随等温温度的降低或等温时间的缩短而减少。等温后冷却时形成的变温马氏体的板条尺寸减小并细化了马氏体的领域。力学性能的测定结果表明:与普通淬火钢相比,经220℃马氏体等温淬火钢的强度提高一倍,冲击值提高近五倍,达到强韧性的最佳配合。此外,220℃马氏体等温淬火钢的接触疲劳寿命亦比普通淬火、回火钢有提高。对于力学性能的改善,从显微组织因素作出了解释。     

显微组织参量对马氏体—贝氏体复相组织轴承钢屈服强度的影响研究

本文研究了GCr15轴承钢在M_s点上下保温不同时间等温淬火并低温回火后,显微组织参量和残留奥氏体量随贝氏体体积分数变化的规律,测定了不同贝氏体体积分数时复相轴承钢的屈服强度、冲击韧性等力学性能数据.复相组织中马氏体相屈服强度与有效晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch 晶粒细化强化模型,而下贝氏体相的铁素体条片宽度((?)_B)和碳化物粒子间距((?)_c)分别按Langford-cohen 亚结构强化关系和Orowan 弥散强化关系为屈服强度增值作出贡献,残留奥氏体量则将导致屈服强度下降.综合复相组织中各相的显微组织参量对屈服强度的影响规律并进行数学处理,导出马氏体-下贝氏体复相轴承钢屈服强度的数学表达式,并用力学性能测试数据予以校核,吻合较好.     

激光相变硬化对轴承钢组织与性能的影响研究

本文对低温回火态Gcr15轴承钢的激光相变硬化处理进行了研究.试验了激光处理的工艺参数对硬化过程的显微组织、淬硬层的硬度变化、残余应力分布、残留奥氏体形貌与数量以及耐磨性能等的影响.结果表明:经激光相变硬化处理后,Gcr15钢的表面硬度可达HV1000以上,硬化层的显微组织为缺陷密度高的隐针马氏体,晶粒度为ASTM 14级,残留奥氏体约达20%,呈膜态分布于马氏体条片之间及碳化物周围,超细的碳化物非常弥散地分布着,表面层保持较大的压应力而耐磨性能明显提高.据此,可以认为激光相变硬化的强韧化机制是:晶粒细化强化、亚结构强化,弥散析出强化以及残留奥氏体强化等的综合贡献.     

双相低碳锰铌钢的研究

本文研究了经不同工艺临界区热处理所获得的铁素体-马氏体双相低碳锰铌钢中组成相的形貌、马氏体体积率对二相亚结构和力学性能的影响以及冷形变时的成型性能。试验结果表明:随着热处理工艺的不同,改变了加热奥氏体化时的形核与成长机制,使双相钢中组成相的形貌与性能出现明显差别。铁素体相的位错密度与强度随马氏体体积率的增大而提高、但马氏体相的含碳量与强度则随马氏体体积率的增大而降低。双相钢的力学性质主要取决于两相的相对含量和组织形态。双相钢中的铁素体与马氏体的组织与性能和其单独存在时有显著差异。通常用以估计纤维增强复合材料强度的混合定律不适用于双相钢的强度计算。分析了原因并提出一个既能较好符合试验数据又能表达双相钢强度与马氏体体积率关系的数学式。从杯突与回弹试验的数据得出:当马氏体相含量在15—20%时,双相钢的强度与延塑性均比热轧状态有较大提高,同时仍保持着良好的成型性。     

合金工具鋼9XC的代用鋼研究

本项研究工作的目的在于探求以锰为主要合金元素的低合金工具钢来代替目前应用较广的OXG钢的可能性、新钢种的化学成分是以10钢的成分为基础加入锰(1.1～1.6％)、钒(0.20～0.30％)、钼(0.2～0.3％)、钨(0.4～0.5％)及铬(0.4～0.5％)共分为锰钒、锰钼、锰铬钨与锰四种类型、对这些钢种进行了热处理过程中的变形,脱炭敏感性,淬透性,冲击韧性,热处理后硬度及金相观察等研究,并与9XC钢和95XTC钢作了比较,初步研究的结果指出新钢种有较好的性能,在各项主要性能方面均能等于或超过9XC钢。     

轴承钢马氏体—贝氏体复相组织的强韧性研究

本文研究了Gcr15轴承钢在M_s点上、下等温处理时的相变过程所获得的各种体积比的马氏体-贝氏体复相组织及其强度与韧性、并通过断口分析讨论了贝氏体体积率变化对断口形貌及断裂机制的影响。Gcr15轴承钢在稍低于M_s点的220℃等温4小时所得到的复相组织,弯曲强度比普通淬火、回火的提高1470MPa,冲击韧性增加1倍多,断裂韧性约递增70%。具有优异的强韧性配合。材料的力学性能潜力得到进一步发挥。