热处理工艺对23CrNi3Mo钎具钢组织及性能的影响

为提高钎具的使用寿命,采用SEM、TEM等方法对一种较为理想的凿岩钻具及钎具用钢23CrNi3Mo的热处理工艺进行了研究。利用正交试验极差分析的方法分析了热处理工艺参数对23CrNi3Mo钢组织和性能的影响。结果表明:热处理工艺参数对强度的影响不大,而对塑性有较明显的影响。23CrNi3Mo钎具钢的最佳热处理工艺为:(920℃×45 min)油淬+(200℃×2 h)回火,回火保温完成后,空冷至室温。显微组织中存在碳化物会对冲击韧性造成不良影响,因此热处理后应避免碳化物的出现,淬火保温时间应≥45 min,回火温度应≤200℃。

钎具钢23CrNi3Mo渗碳规律及显微组织研究

采用固态渗碳法，从碳浓度分布、表面碳含量、渗碳层深度和显微组织等方面着手，研究了不同渗碳温度和渗碳时间下23CrNi3Mo钢的渗碳规律及显微组织状态．结果表明，23CrNi3Mo渗碳过程中，渗碳温度选择910-930℃时表面碳浓度较高，利于渗碳过程中碳原子由表面向心部的扩散．在渗碳过程中，表面碳浓度应控制在0．80％～0．90％，碳浓度≥0．90％时，在淬火过程中易出现残余奥氏体，表面硬度下降，降低钎具的使用寿命．

23CrNi3Mo钢动态再结晶行为和组织演变研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机进行单道次热压缩变形,通过控制变形温度(900,950,1 000,1 050℃)和应变速率(0.01,0.1和1 s-1)研究了23CrNi3Mo钢的动态再结晶行为,分析了变形温度、应变速率对动态再结晶行为和组织演变的影响.结果表明:23CrNi3Mo钢动态再结晶的再结晶激活能为293.23 kJ/mol;采用θ-σ模型较精确地获得了发生动态再结晶的临界应变与峰值应变,并确定了其平均比值εc/εp=0.63;确定了材料常数和热变形本构方程.通过对热模拟实验数据的分析和显微组织观察,建立了不同变形条件下动态再结晶模型和晶粒尺寸模型.

表面渗碳23CrNi3Mo钢的微观组织及渗碳规律数学模型分析

采用固体渗碳技术对23CrNi3Mo钢进行表面渗碳处理,观察表面渗碳层的微观组织,建立碳含量、浓度与渗碳时间、温度之间的数学关系。结果表明,表面碳浓度为0.72%～0.81%时能够获得良好渗碳效果。

23CrNi3Mo的热处理工艺性试验

通过对23CrNi3Mo材料的预热处理、热处理等各环节的试验,获得了该材料的软化条件,淬火特性以及经过系列处理后的性能变化,为热处理工艺制定及设计选材提供了依据。

球化退火冷却速度对钎具用23CrNi3Mo合金管组织与硬度的影响

为解决钎具用23CrNi3Mo合金管冷轧变形抗力过高的问题,对其进行球化退火处理研究,以降低合金的硬度。借助扫描电镜(SEM)和硬度等表征手段,揭示23CrNi3Mo合金管球化退火处理后的微观组织演变规律和硬度变化情况。试验结果表明:在680℃下进行球化退火,23CrNi3Mo合金形成颗粒状碳化物,随着冷却速度的降低,碳化物直径不断增大;球化退火后,23CrNi3Mo合金钢硬度显著降低,进而达到冷轧变形的要求。

热变形过程中23CrNi3Mo钢的断裂规律及数学拟合分析

通过实验和数学方法研究了23CrNi3Mo钢在不同温度下的变形规律。结果表明,23CrNi3Mo钢在800-1 200℃之间变形时,塑性良好,拉伸断口具有非常显著的塑性断裂特征。而且,减小夹杂物的数量,将会提高23CrNi3Mo钢的断裂性能。

不同热处理工艺下23CrNi3Mo钢的显微组织特征

23CrNi3Mo钢作为一种低碳合金钎具钢,在基础工程建设中发挥着重要作用。它的微观组织形态对其使用寿命及失效形式有着巨大的影响。本文研究了23CrNi3Mo钢在渗碳、正火、淬火和深冷等不同热处理工艺条件下的微观组织变化情况,以期为其性能的改善提供支持。结果表明,渗碳后的渗碳层为针状马氏体、过渡层为针状马氏体和贝氏体的混合组织,芯部为下贝氏体;正火后渗碳层的依然保持针状马氏体组织,但析出碳化物显著减少、过渡层和芯部的贝氏体含量增多;淬火后渗碳层和过渡层为针状马氏体组织,芯部为隐晶马氏体。经过渗碳、正火、淬火和回火热处理后的23CrNi3Mo钢的表面硬度为HRC46.1,冲击韧性为162.25J/cm^(2),有着较为优异的性能。

23CrNi3Mo钢钎具断裂失效分析

采用扫描电镜和光学显微镜观察了不同类型23CrNi3Mo钢钎具疲劳破坏缺陷试样断裂形貌及显微组织,分析讨论了缺陷试样失效的原因。结果表明,高疲劳寿命的阿特拉斯钎尾缺陷试样在疲劳源裂纹萌生、扩展过程中,塑性变形特征明显,表明其具有良好的抵抗疲劳裂纹扩展能力,而国内潜孔钻头试样脆性断裂特征明显。两种缺陷试样表面均为高硬度渗碳马氏体层,但阿特拉斯钎尾缺陷试样渗碳层与基体组织的下贝氏体过渡区域较宽,基体以贝氏体组织为主,硬度梯度过渡平缓,具有良好的强度与韧性匹配;而国内潜孔钻头试样的过渡区域较窄,基体是马氏体组织。可见合理的硬度梯度分布对钎具钢强韧性匹配和疲劳寿命影响很大。

磨料水喷丸对23CrNi3Mo钢高周疲劳性能的影响

主要研究磨料水喷丸(High-energy abrasive waterjet peening,HAWP)工艺对23CrNi3Mo钢渗碳后的高周疲劳性能的影响规律,并对比分析了宏微观影响因素的变化。通过升降法检测HAWP处理试样与未处理试样的高周疲劳性能,并拟合成不同工艺下的疲劳S-N曲线。借助扫描电镜、光学显微镜、透射电镜、应力测定仪、显微硬度计等分析了HAWP工艺对23CrNi3Mo钢高周疲劳性能的影响机制。结果发现HAWP工艺处理后的试样疲劳极限提高,表层组织细化、引入残余压应力场、硬度增加,疲劳源位置由表面向心部推移。HAWP工艺使23CrNi3Mo钢表面完整性提高,促使疲劳源推移到次表面;组织强化和残余压力场有效阻碍了裂纹的扩展,这些因素共同作用,改善了23CrNi3Mo钢的疲劳性能。

23CrNi3Mo钢钎尾端部崩落原因分析

为了提高23CrNi3Mo钎具钢的凿岩疲劳寿命,采用光学显微镜、扫描电镜、硬度计等方法对不同疲劳寿命下的23CrNi3Mo钢钎尾端部崩落的形貌、显微组织、晶粒度、硬度分布进行分析。结果表明:端部崩落程度与凿岩寿命有一定的对应关系,凿岩寿命越长,崩落越严重,崩落发生在渗碳层到基体的过渡层。崩落的原因是材料达到疲劳强度。端部奥氏体晶粒度越细,渗碳后硬度高,凿岩寿命延长。

23CrNi3Mo钢的连续冷却转变曲线

利用热膨胀法,结合金相法、硬度法测定了23Cr Ni3Mo钢过冷奥氏体的连续冷却转变(CCT)曲线;并分析了连续转变过程中钢的组织和硬度。结果表明:试验钢在冷却速度为0.1~0.3℃/s时,得到铁素体和贝氏体的混合组织;冷却速度为0.5~5℃/s时,得到综合性能优良的下贝氏体组织;冷却速度≥10℃/s时,得到主要为板条状马氏体的组织,在温度-时间对数曲线上出现了明显的由马氏体相变引起的"拐点"。随着冷却速率的增大,23Cr Ni3Mo钢的硬度逐渐增大,最终稳定在490 HV0.2左右。

23CrNi3Mo钢钎杆热处理工艺优化

通过正交法对23CrNi3Mo钢钎杆的热处理工艺进行了优化。结果表明:奥氏体化温度、等温温度和等温时间三因素对23CrNi3Mo钢硬度影响大小顺序为等温时间>等温温度>奥氏体化温度。23CrNi3Mo钢贝氏体热处理的最佳工艺为920℃奥氏体化+320℃等温60 min,此时强韧性最佳,冲击吸收能量和抗拉强度分别达到69 J和1002 MPa。

国内外23CrNi3Mo钎具钢洁净度的差异

通过国内外23CrNi3Mo钎具钢的洁净度对比,找出在冶金环节上与国外钎具钢的差距,并对国外钎具钢中夹杂物的生成机理进行了理论热力学计算。结果表明,国外钎具钢的洁净度较高,易偏析元素砷、磷等含量远低于国内钎具钢;夹杂物的类型主要以单独的Mg-Al-O类夹杂物和Mg-Al-O外包裹MnS类夹杂物为主,夹杂物的尺寸主要为0~3μm;纵截面上MnS夹杂物具有很明显的拉长现象,且具有很好的熔断效果,宽度为1μm左右,纵横比为3~6。国内钎具钢中夹杂物主要为单独的Mg-Al-O类夹杂物和Mg-Al-O外包裹（Ca,Mn）S类夹杂物,尺寸以3~6μm为主;纵截面上,单独的（Ca,Mn）S沿轧制方向几乎不变形。热力学计算表明,MnS类夹杂物的两次析出是导致Mg-Al-O类夹杂物的包裹率达到70%、复合类夹杂物尺寸较小的主要原因。

23CrNi_3Mo热处理工艺的试验研究

对经常用来制作钎头、钎尾和钎杆的23CrNi3Mo钢进行多种试验研究,测试其性能和组织.试验数据表明：亚温正火可以改善23CrNi3Mo的机械加工性能.820~860℃油淬工艺可以提高23CrNi3Mo的强韧性.