形变过程中TRIP效应的相变热动态研究

采用拉伸与测温试验同时进行的方法,将应力应变曲线与热能曲线相结合,动态研究热轧TRIP钢拉伸过程中的相变热.研究表明:热轧TRIP钢在拉伸过程中材料增加的热能由部分转变的塑性功和马氏体相变热组成,因此,拉伸过程中实际测得的试样热能高于由塑性功转变的热能.利用平均综合热能损失系数对低速拉伸的TRIP钢的热能进行补充,通过计算与推导,证实了试样在刚进入塑性变形时,一定数量的较不稳定残余奥氏体首先集中发生马氏体相变,随着应变的进一步加大,剩余的较稳定的残余奥氏体根据其稳定情况发生马氏体相变的数量逐渐减少,在试样均匀延伸结束前绝大部分残余奥氏体已转变为马氏体.结合相变热变化可动态描述热轧TRIP钢形变过程中马氏体相变的情况.     

贝氏体耐磨钢的应用研究

贝氏体组织具有高的强韧性和耐磨性，是一种很好的抗磨材料组织结构．本文综述了贝氏体相变的最新研究进展．随着先进技术和先进仪器出现，人们对贝氏体相变与贝氏体组织基础理论的研究也不断深入，表现在对贝氏体微观超精细结构的认识，即在黑金属和有色金属合金的下贝体组织中发现了超亚单元．以往贝氏体钢中添加Mo，Ni等贵重合金元素以及等温淬火工艺，才使贝氏体钢用作抗磨材料成为可能，基于贝氏体相变机理研究的长足进步，先后开发出奥氏体一贝氏体双相钢、马氏体-贝氏体双相钢、共晶体增强奥氏体一贝氏体钢(ABEG钢)等新型贝氏体抗磨钢。     

材料的相变研究及其应用

Fe-C和Fe-X-C合金马氏体相变热力学的研究成果使结构钢的Ms温度能以热力学预测。建立了铜基合金及Fe-Mn-Si基合金马氏体相变热力学,为铜基和铁基形状记忆合金的成分和工艺设计提供基础。提出了含ZrO2陶瓷Ms温度的热力学计算方法,以及其母相晶粒大小影响Ms的正确表达式,对陶瓷的生产和工业应用都具有意义。修正马氏体变温相变动力学方程,显示低碳钢中影响碳扩散系数的合金元素影响残余奥氏体量,这有利于低碳马氏体组织钢的开发。GCr15轴承钢中残余奥氏体→马氏体的等温动力学研究显示：钢经淬火后,再进行等温处理以形成很少量的等温马氏体,再作回火,提高钢件的尺寸稳定性（经1000d后与淬火-回火比较,在接触疲劳寿命并不降低的条件下（达34%。研究了Ni-Ti、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si基合金及ZrO2陶瓷的马氏体相变及其逆相变特征,揭示了影响这些材料形状记忆效应（SME）的一些因素,并指出了改善SME的途径,有利于这些材料的开发应用。贝氏体相变的热力学研究,观察到生长台阶,母相强化对相变影响的研究以及内耗测量结果,均显示贝氏体相变属扩散型机制。Cu-Zn-Al中加入阻碍Zn和Al扩散的合金元素可能提高形状记忆使用寿命。揭示CeO2-ZrO2中存在贝氏体相变,并与其出现脆性有关。Cu-Zn中β相有序化研究对有序化合金的应用具有实际意义。三元合金spinodal分解判据的建立,对借spinodal分解呈现高阻尼或高强度合金的开发颇具价值。由群论导出呈现晶体学可逆性的条件为形成单变体马氏体。应用孤立子于相变的形核-长大模型初见成效。     

超低温温度场中轴承钢显微组织转变对机械性能的影响

在超低温温度场中对GCr15轴承钢基体亚稳态组织发生相变的过程进行研究,结果表明,在一定的降温速度、温度和等温时间下,基体中的回火马氏体沉淀出碳化物弥散相,残留奥氏体继续向马氏体转变,强化了基体组织,延缓疲劳微裂纹的萌生和扩展,从而提高了轴承钢的机械性能和耐磨性.     

含磷TRIP钢的CCT图

为了探索合金元素在TRIP钢相变过程中的重要作用,利用金相、显微硬度等方法研究了四种不同合金成分C-Mn-Al-PTRIP钢的CCT图.结果表明:Al元素强烈地缩小奥氏体相区,提高Ac3与Ms;Al元素促使CCT图左移和上移.P元素能够阻碍碳化物生成,当钢中P质量分数达到0.14%时,能显著地将CCT图中的珠光体区与贝氏体区右移;P元素对铁素体相变和马氏体相变没有显著的影响.结果还显示出随着冷却速率的增加,材料的显微硬度随之增加.对于每一种成分,超过其临界冷却速率时,将得到完全的马氏体组织.     

高碳钢与球墨铸铁的两体磨粒磨损和基体显微组织的特性关系

基体组织对材料的性能有重要影响．本文以高锰钢、高碳低铬钢（ＧＣｒ１５）、球墨铸铁为试验材料，研究了不同热处理条件下获得的非平衡基体组织试样的碳化硅两体磨损特性．结果表明，在所试验的马氏体、马氏体十残余奥氏体、单相奥氏体以及贝氏体＋马氏体＋奥氏体复合基体中，以淬火马氏体最耐磨，贝氏体复合组织的耐磨性仅与高锰钢单相奥氏体相当．适当地增加残余奥氏体含量．即提高淬火温度可提高马氏体基体组织的耐磨性．     

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。     

锰对中锰耐磨钢组织形态及相变的影响

通过DIL805A热分析仪、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、力学分析等方法研究Mn对中锰耐磨钢组织形态、相变及力学性能的影响.随着Mn的质量分数以2％的增量从3％提高到9％,室温奥氏体含量逐渐增多,抗拉强度及硬度逐渐降低,抗拉强度和室温奥氏体体积分数都在5％到7％时变化明显,马氏体与奥氏体的位向关系发生改变,马氏体形态类型逐渐由亚结构以位错为主的板条状α马氏体变化为亚结构以位错、相变内孪晶和层错为主的束状细片α马氏体和细片状ε马氏体.     

高速钢在零下温度时的相变

А.ПюГуляев和M.Cohen早期研究高速钢的冷处理曾指出,室温停留将导致奥氏体在另下温度时马氏体转变的稳定化。Cohen并指出,冷处理时的冷却速度对另下温度的相变并无影响。证明184高速钢在另下温度时形成恒温马氏体。曾测定P9及184钢在—60℃以下停留时恒温马氐体的形成及冷处理后钢的金相组织。但也有很多作者并未发现在另下温度停留时对转变所发生的效应。对于高速钢在另下温度时相变的其他问题尚缺之较系统的研究。     

45钢及T10A钢激光相变硬化

用500W的CO_2激光束扫描两种常用材料45钢及T10A,功率密度为1.3～1.5×10~4W/cm~2,在8～18mm/s的扫描速度下可得0.2～0.4mm的硬化层。表面硬度可达HV800以上,显著高于普通淬火。分析表明这是组织细化及亚结构因素所致。硬化层的分层情况受多种因素影响,原始状态越不均匀分层越多。45钢可分成四层:细针状马氏体(M),细针马氏体及隐针马氏体,细针M隐针M及未溶的破碎状铁素体,隐针M及铁素体网络。激光相变硬化层具有某些微观特征,比如奥氏体细晶粒、45钢中出现不同碳浓度的马氏体区以及狭窄的过渡层等等,均是急速相变的直接结果。     

42CrMo钢泵筒内壁激光相变硬化组织模拟

采用有限元软件SYSWELD建立三维模型,考虑相变潜热及材料热物理性能随温度的变化,将温度场和相变模型进行耦合,对泵筒内壁激光相变硬化组织转变过程及硬度分布进行数值模拟。结果表明:激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程;在加热过程中激光照射区域组织转变为奥氏体,而在冷却过程中奥氏体发生马氏体转变;激光相变硬化处理后,完全淬火区主要以马氏体为主,其最大体积分数可达90%左右。相变区硬度提高约2倍,最大可达540.6 HV0.2;相变区的组织及硬度模拟结果与试验结果吻合较好。     

变形温度对Fe-11Mn-4Al-0.2C钢奥氏体稳定性的影响

以锰元素质量分数为11%的冷轧中锰钢为研究对象,通过分析在不同变形温度下实验钢的显微组织和力学性能的变化规律,研究变形温度对奥氏体稳定性的影响,最终确定Mσs的温度为20~25℃.结果表明,随着拉伸温度的升高,实验钢的奥氏体稳定性逐渐增高,应变硬化能力逐渐降低.在Mσs点附近进行拉伸时,实验钢中应力诱发马氏体相变和应变诱发马氏体相变两种机制并存,TRIP效应对实验钢强度和伸长率的贡献最大,因此综合力学性能最好.通过理论模型计算可得实验钢的奥氏体平均晶粒尺寸为0.70~0.71μm.     

冷却速度对5Ni钢组织和相变温度的影响

应用Formastor-FⅡ相变膨胀仪测定并研究了5Ni钢的静态CCT曲线,测定了相变临界点A c1与A c3,为制定热处理工艺提供依据.通过万能硬度计及OM,SEM和EPMA分析了冷却速度对5Ni钢硬度、显微组织及微观成分偏析的影响.结果表明:随着冷却速度的增大,试样显微组织由多边形铁素体和珠光体变成贝氏体和马氏体.从CCT曲线上可以看出,淬火热处理时为了避免铁素体和贝氏体相变,临界冷却速度要大于20℃/s;在不同冷速下,Ni元素都存在偏析,这有助于回火时产生逆转奥氏体,进而改善5Ni钢的韧性.     

冷却速度对5Ni钢组织和相变温度的影响

应用Formastor-FⅡ相变膨胀仪测定并研究了5Ni钢的静态CCT曲线,测定了相变临界点Ac1与Ac3,为制定热处理工艺提供依据.通过万能硬度计及OM,SEM和EPMA分析了冷却速度对5Ni钢硬度、显微组织及微观成分偏析的影响.结果表明:随着冷却速度的增大,试样显微组织由多边形铁素体和珠光体变成贝氏体和马氏体.从CCT曲线上可以看出,淬火热处理时为了避免铁素体和贝氏体相变,临界冷却速度要大于20℃/s;在不同冷速下,Ni元素都存在偏析,这有助于回火时产生逆转奥氏体,进而改善5Ni钢的韧性.     

基于动态相变的热轧Nb-V-Ti微合金化TRIP钢组织及性能

通过单轴热压缩试验,结合扫描电镜以及X射线衍射技术,研究了动态相变前奥氏体晶粒状态对基于动态相变的热轧Nb-V-Ti微合金化TRIP钢复相组织状态及力学性能的影响.与动态相变前奥氏体晶粒为等轴状条件下相比,动态相变前奥氏体晶粒为拉长状条件下,动态相变得到的铁素体转变量较大,最终复相组织中贝氏体含量较少且团径较小,马氏体含量较少,但对残余奥氏体含量及其含碳量影响不明显.与不含微合金化元素的基于动态相变的热轧TRIP钢相比,Nb-V-Ti微合金化TRIP钢的屈服强度和抗拉强度明显提高,而延伸率有所降低.     

2Cr13钢调质后奥氏体粗晶遗传及其对性能的影响

本文对汽轮机末级叶片钢2Cr13粗晶马氏体在重新加热淬火后的粗晶遗传现象进行了研究,观察了在奥氏体化时恒温形成的动力学和组织结构。讨论了在相变区的加热速度、奥氏体化温度及保温时间对奥氏体晶粒的影响。研究表明,调质后粗晶奥氏体的遗传现象,是由于沿原奥氏体晶界碳化物偏聚析出的结果。还讨论了奥氏体晶粒度对调质后力学性能的影响,扫描及透射电镜观察结果表明,调质后的力学性能,主要取决于钢中碳化物的分布及尺寸。     

冲击功对8Mn-2Cr-Si钢磨粒磨损性能的影响

研究了不同冲击功对8Mn-2Cr-Si钢磨粒磨损性能的影响,利用X射线衍射仪分析了试样冲击表面的组织相变过程,并利用扫描电子显微镜对材料磨损表面及亚表层进行分析,探讨其磨损机制.结果表明:8Mn-2Cr-Si钢在冲击磨损过程中,冲击诱发马氏体相变,且冲击功越大,马氏体相变量越多,材料加工硬化效果越好;但随着冲击功的增大,材料磨损失重增多,主要是由于不同冲击功条件下磨损机制不同,并且材料塑性变形阶段使磨粒嵌入基体,成为应力集中源,在循环冲击过程中产生疲劳裂纹,逐渐扩展至材料表面,最终形成大块剥落使材料严重磨损失效.     

780MPa级热镀锌用TRIP钢退火工艺及组织演变

研究了热镀锌用高强TRIP钢的退火工艺对性能的影响和组织演变规律. 结果表明:实验用钢可获得780.00MPa以上的抗拉强度和24.00%以上的断后延伸率;两相区加热温度和贝氏体保温时间对钢的力学性能具有显著影响,两相区加热温度为850℃,贝氏体保温时间为30s时,实验用钢能获得最佳的综合力学性能;在贝氏体中温相变后,仍有部分亚稳奥氏体(碳含量较低)在后续冷却过程中发生马氏体相变,从而导致钢退火后的微观组织由铁素体、贝氏体、残余奥氏体和马氏体组成.     

形变温度对高锰TRIP/TWIP钢拉伸性能和组织的影响

研究合金成分为18Mn-0.15C-3Si-3Al的高锰TRIP/TWIP钢(18Mn钢)在-40～200℃范围内的拉伸变形行为,分析形变温度对其拉伸性能、相组成和显微组织的影响.采用EBSD取向成像分析方法着重研究了(111)取向的奥氏体晶粒在拉伸过程中的相组成变化.结果表明,随着形变温度的升高,18Mn钢的抗拉强度和延伸率大体上呈降低趋势,TRIP效应很快消失,形变孪晶和位错滑移取代马氏体相变成为主要的形变机制,即奥氏体晶粒内形变机制的变化为:α＇-M相变→ε-M相变→形变孪晶→位错滑移.18Mn钢中较硬的铁素体在形变过程中能提高材料的加工硬化率,但同时也会引起低温脆性.     

高速钢激光相变硬化层组织的X射线分析

本文用X射线衍射法研究了高速钢激光相变硬化层组织,以及激光工艺参数和原始组织对残余奥氏体含量的影响;并对激光相变硬化机理进行了分析。结果表明,激光相变硬化层组织由马氏体、残余奥氏体和合金碳化物组成。随着激光功率增加,扫描速度降低,残余奥氏体含量增加。激光相变硬化的本质仍然是马氏体相变。同时,晶粒细化强化,碳化物弥散强化以及激光淬火前的原始组织中的强化因素的遗传性等多种强化因素对超高硬度的获得也有贡献。