淬火-配分-回火工艺处理钢的三体冲击磨损性能研究

研究了"淬火-配分-回火"(Q-P-T)工艺对20Si2Ni3钢三体冲击磨料磨损性能的影响。结果表明,随试验冲击能量从0.5 J增加到3.5 J,试样的磨损失重量先增大后减小,在2.5 J时出现峰;试样经Q-P-T工艺处理后的磨损失重量低于传统淬火回火(Q-T)工艺处理的试样,其主要磨损机制由犁削向应变疲劳转变;经Q-P-T处理的样品在磨损试验后的表面加工硬化层厚度明显高于经Q-T处理的样品。分析认为基体的高塑韧性及其在磨损过程中的形变强化和残余奥氏体的相变强化是Q-P-T工艺处理钢具有较好的抗冲击磨料磨损性能的原因。

淬火-配分-回火工艺处理低碳低合金钢的氢脆敏感性

对低碳低合金钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理,研究了Q-P-T处理后试验钢的显微组织、力学性能以及氢脆敏感性,并与传统淬火回火(Q-T)工艺处理后的进行了比较。结果表明:相对于传统Q-T工艺,Q-P-T工艺处理后的试验钢获得了较多的残余奥氏体,塑性和韧性分别提高了3.5%和27%,氢脆敏感性降低;残余奥氏体对降低氢脆敏感性具有积极作用。

淬火-配分-回火(QPT)钢的研究进展

针对先进高强钢研究中提出的淬火-配分-回火(QPT)工艺,从热处理、组织演变和碳配分过程综合介绍了高强QPT钢的研究进展,并从力学性能优化出发总结其基于微观组织调控的强韧化机制。基于上述强韧化机制,提出了高强QPT钢的优选的理想组织为几百纳米级的条状马氏体与薄膜状残余奥氏体,并以此为基体弥散析出细小的纳米级碳化物。研究人员在对低碳、中碳及高碳微合金钢进行QPT制备研究的基础上,也对新型QPT工艺及高强QPT钢的氢脆问题进行了探索,旨在使先进高强钢获得优异的强度、塑性、韧性和抗氢脆综合性能。对此最新进展进行了总结,并探讨了QPT钢基础研究和应用研究的重点方向。

淬火-配分-回火钢干滑动摩擦磨损性能的研究

对不同温度淬火的含碳化钒颗粒的淬火-配分-回火(quenching-partitioning-tempering,Q-P-T)钢以不同的试验力和试验时间进行了干滑动摩擦磨损试验,并借助扫描电镜、X射线衍射仪和能谱分析研究了摩擦磨损试验前、后试样的表面形貌和磨屑的成分,并与不含碳化物的淬火-配分(quenching and partitioning,Q&P)钢作了对比,目的是揭示其干滑动摩擦磨损性能。结果表明:热处理后Q-P-T试样的显微组织由马氏体、残留奥氏体和碳化钒颗粒组成;摩擦磨损试验前QPT试样的残留奥氏体含量(体积分数)为9%~15%,摩擦磨损试验后残留奥氏体含量大多低于3%,说明在摩擦磨损试验过程中残留奥氏体发生了马氏体相变;相同磨损试验条件下,QPT试样的耐磨性明显低于Q&P试样,其磨损机制主要是黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

淬火-配分-回火钢在模拟海水环境中的腐蚀性能研究

利用XRD、SEM和TEM等测试方法研究了淬火-配分-回火(Q-P-T)钢热处理后的物相结构和显微组织形貌,并以相同成分的淬火-回火(Q&T)钢和不含碳化物的淬火-配分(Q&P)钢为参照,利用失重法、电化学测试等方法研究了Q-P-T钢在模拟海水环境3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,Q&T钢内的残余奥氏体主要以薄膜状分布在马氏体板条间,其含量低于3%(体积分数),而Q&P钢和Q-P-T钢内的残余奥氏体则以薄片状分布在马氏体板条间,其平均含量分别为15.35%(体积分数)和14.6%(体积分数);含碳化物的Q-P-T钢的耐蚀性优于不含碳化物的Q&P钢,且经配分的Q-P-T和Q&P钢的耐蚀性能稍优于Q&T钢。4种钢表面腐蚀产物的演变规律基本一致,即初期腐蚀产物以β-FeOOH和γ-FeOOH为主,随浸泡时间的延长,逐渐以α-FeOOH和Fe3O4为主;4种试样腐蚀表面初期均分布着尺寸不一的点蚀坑,随浸泡时间的延长,逐渐变为均匀腐蚀。

配分温度对Q-P-T钢组织与性能的影响

采用SEM、TEM、EBSD、XRD等手段,研究了Q-P-T工艺配分温度(320、380和450℃)对28Mn2SiCrNiMo钢组织及性能的影响规律。结果表明:试验钢在320℃配分后,获得针状下贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;380℃配分后,获得板条状上贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;450℃配分后,组织为马氏体+残留奥氏体,无贝氏体生成。当配分温度为320℃时,强度、塑性和韧性的配合达到最佳,强度为1524MPa,总伸长率为18.7%,V型缺口冲击功为58J。配分过程中贝氏体的形成,分割原奥氏体晶粒,细化组织,阻碍了裂纹的扩展,使得试验钢的冲击韧性大幅提升。

残余奥氏体对新型高碳Q-P-T钢疲劳性能的影响

本文研究了残余奥氏体对Fe-0.65C-1.5Mn-1.5Si-0.6Cr-0.05Nb(wt%)淬火-配分-回火(Q-P-T)钢疲劳性能的影响。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了马氏体和残余奥氏体中微观结构的演变,包括不同循环周次下的体积分数和平均位错密度。与传统的淬火&回火(Q&T)钢相比,Q-P-T工艺使碳从过饱和马氏体配分到相邻的残余奥氏体中,从而保留更多的残余奥氏体。经Q-P-T处理后,钢的抗拉强度略有下降,但其伸长率与强塑积分别提高了287%和234%。与Q&T钢的疲劳极限为550 MPa相比,Q-P-T钢的疲劳极限达到了650 MPa,提高了100 MPa(18.2%)。高碳Q-P-T钢具有更高疲劳性能的机理主要源于两个方面:一是疲劳试验中存在残余奥氏体吸收位错效应(DARA效应),显著增强了马氏体基体的变形能力;另一方面是残余奥氏体相变产生的高硬度小尺寸马氏体的疲劳止裂效应。本工作证实了高碳Q-P-T钢在循环拉压载荷下存在DARA效应,进一步将该效应的应用范围从静载荷推广至循环变载荷。

高强塑积汽车钢板的显微组织与力学性能

采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等手段研究了Nb和C含量对传统淬火-回火(Q-T)态和新型淬火-分配-回火(Q-P-T)态汽车钢板拉伸性能和显微组织的影响。结果表明,Q-T态试样中未见明显奥氏体衍射峰存在,而Q-P-T态试样中可见衍射峰强度不等的奥氏体衍射峰;含Nb钢板的组织为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物,且Q-P-T态钢板中残余奥氏体含量相对较多;Nb元素的添加有助于提高Q-P-T和Q-T态汽车钢板的强度,而对塑性影响较小,适宜的Nb添加量为0.03%;Q-P-T工艺有助于同时提高含0.4%C+0.03%Nb汽车钢板的强度和塑性,此时汽车钢板具有最高的强塑积(32008 MPa·%),这主要与钢板中含有起协调变形能力的薄膜状残余奥氏体以及起第二相强化作用的含Nb碳化物有关。

Q-P-T处理贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂特性研究

对20Mn2SiCrNiMo贝氏体/马氏体复相高强钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理,并采用紧凑拉伸试样进行疲劳实验.结果表明,Q-P-T工艺参数对贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性具有显著影响,经过合理的Q-P-T工艺处理的贝氏体/马氏体复相高强钢具有较高的疲劳门槛值(ΔKth=13.2MPa·m1/2)及较低的裂纹扩展速率.显微组织及裂纹扩展路径观察显示,Q-P-T处理的贝氏体/马氏体复相高强钢的显微组织包括贝氏体、马氏体和残余奥氏体薄膜,其中"柳叶状"贝氏体及纳米级残余奥氏体薄膜可以阻碍裂纹扩展,迫使裂纹转折、分叉或"间断",这是贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂性能改善的主要因素.

C同时提高马氏体钢强度和塑性的原理和机制

自从淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺被提出以来,本课题组在低C至中C含量的范围内实现了通过增加C含量的同时增强Q-P-T马氏体钢的强度和塑性。最近本课题组致力于将C含量扩大到高C范围。在多次尝试失败的基础上,提出了反相变诱发塑性(anti-TRIP)效应的设计理念,并在该理念指导下进行高碳低合金马氏体钢的成分和工艺设计,使高碳Q-P-T马氏体的强度和塑性均高于中碳Q-P-T马氏体钢,实现了通过C同时增强钢的强度和塑性。本文主要论述anti-TRIP效应提出的背景、高碳Q-P-T马氏体钢成分和工艺的设计及其微观组织、高碳Q-P-T马氏体钢的高强-塑性机制,最后分析Q-P-T工艺使C同时提高马氏体钢的强度和塑性的原理。

应力松弛对应变诱发马氏体相变影响的有限元模拟

在基于新型淬火-分配-回火(Q-P-T)钢微观组织的有限元模型中,建立了产生马氏体相变的一维应变等效模型,模拟了单轴拉伸条件下的相变诱发塑性(TRIP)效应,由此揭示了该效应的微观机制.TRIP效应产生的应力松弛有效地缓解了未转变的残余奥氏体和邻近马氏体的应力,阻止了裂纹的形成,并使较多的残余奥氏体在较大的应变下存在,这是TRIP效应的起因;模拟结果还显示,相变形成的新(应变诱发)马氏体比原始(热诱发)马氏体承载更大的应力,由此预测裂纹首先在新马氏体中或其边界处形成.应力松弛效应使应变诱发马氏体断续缓慢地生成,这与实验观察结果相符.通过比较有应力松弛效应和无应力松弛效应的有限元模拟结果发现,无应力松弛效应使应变诱发马氏体相继快速地生成,这与实验不符,由此反证TRIP效应必然产生应力松弛.