超快速冷却条件下碳素钢中纳米渗碳体的析出行为和强化作用

利用超快速冷却技术对碳素钢中渗碳体的纳米析出行为和强化作用进行了研究.实验结果表明,在超快速冷却条件下,0.17%C和0.33%C钢的组织中形成了大量弥散的纳米级渗碳体析出,颗粒尺寸为10-100 nm,实现了在无微合金元素添加的条件下渗碳体的纳米级析出.随着超快速冷却终冷温度的降低,钢的屈服强度和抗拉强度都逐渐增加,当超快速冷却的终冷温度从890℃下降到600℃时,0.17%C和0.33%C钢的屈服强度提高超过了100 MPa.在超快速冷却之后采用形变热处理工艺,可以进一步增加钢的位错密度,促进渗碳体均匀形核,实现了纳米级渗碳体颗粒在整个组织中更加均匀弥散的分布,从而更好地实现均匀强化的效果.在超快速冷却和形变热处理工艺条件下,0.17%C钢的屈服强度提高到600 MPa以上.

渗碳体形态对高碳珠光体钢组织及性能的影响

为研究SWRS82B钢不同条件下进行的大过冷工艺所形成的渗碳体形态对珠光体亚结构组织及性能的影响,制定相关热处理工艺:将试样在880℃奥氏体化15 min后,以70,100,200℃/s的冷速过冷到300℃等温3~15s,之后升温至珠光体区等温1min,最后快冷至室温.通过SEM和TEM观察,以及MTS拉伸试验机得到的数据,结果表明,在过冷时间为3s的前提下,随着冷速的增长,渗碳体由完整片层状发生不同程度的碎化.在200℃/s时,渗碳体已经大面积碎化,并发现大量的纳米级渗碳体,抗拉强度表现为先降低后升高,伸长率持续升高.当冷却速度为70℃/s时,随着过冷时间的延长,抗拉强度和伸长率都表现为先降低后增大的特点.纳米渗碳体随着过冷时间的延长开始减少,到达15s时,开始出现了贝氏体组织.

超快速冷却条件下亚共析钢中纳米级渗碳体析出的相变驱动力计算

根据KRC和LFG模型提出的Fe-C合金的奥氏体相变机制,系统地计算了过冷奥氏体的相变驱动力,从热力学的角度分析了过冷奥氏体分解生成纳米级渗碳体颗粒的可能性,并且在热轧后超快速冷却的条件下,发现热轧亚共析钢的组织中存在大量纳米级渗碳体弥散分布的区域,渗碳体的尺寸在十到几十纳米,实现了在无微合金元素添加的条件下渗碳体的纳米级析出.此外,在过冷奥氏体组织中先共折铁素体附近存在大量的富C区,根据平衡浓度计算,局部C的摩尔分数可达到0.04—0.08,这部分高浓度的奥氏体分解析出纳米级渗碳体的倾向性更大.

超快冷对碳素钢中渗碳体析出强化行为的影响

用超快速冷却技术并控制轧后冷却温度,研究了3种碳含量不同的碳素钢热轧后组织中渗碳体的析出行为和强化机制。结果表明,在超快速冷却条件下0.04%C和0.5%C(质量分数,下同)实验钢的主要强化方式分别是细化晶粒和细化珠光体片层间距,没有纳米级渗碳体颗粒析出,而在0.17%C实验钢的组织中则有大量弥散的纳米级渗碳体析出,颗粒直径范围为10-100 nm,通过超快速冷却技术实现了在不添加微合金元素的条件下纳米级渗碳体的析出。随着超快速冷却终冷温度的降低纳米渗碳体的析出强化作用使0.17%C钢的屈服强度提高110 MPa,强化效果明显。在超快速冷却的工艺基础上若继续采用形变热处理工艺,可进一步提高0.17%C实验钢的位错密度,促进渗碳体均匀形核,实现纳米级渗碳体颗粒在整个组织中更加均匀弥散的分布,达到更好的均匀强化效果。在超快速冷却和形变热处理工艺条件下0.17%C钢的屈服强度可达到650 MPa以上,强化效果提高300 MPa以上。

大过冷工艺下珠光体钢亚结构组织及力学性能

采用TEM和MTS Landmark试验机研究盐浴大过冷工艺下SWRS82B珠光体钢亚结构组织变化及其力学性能,从热力学、动力学和碳原子扩散等方面探索最优热处理工艺。研究结果表明,大过冷工艺下珠光体亚结构组织明显细化,珠光体团尺寸细化至2.39μm,最小片层间距为62.11 nm,且出现粒径55 nm左右的纳米级渗碳体,三者受大过冷工艺的过冷温度和时间的影响较复杂;珠光体钢强度主要由珠光体片层间距决定,而塑性主要受团尺寸影响,二者均受纳米级渗碳体影响,随大过冷工艺的过冷温度和时间的变化而变化。最优大过冷工艺参数为300℃/3 s+550℃。

低温回火下冷拔珠光体钢丝组织和性能的研究

利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪,并结合常规力学检测手段,研究了冷拔珠光体钢丝经200~300℃低温回火后组织和性能的变化,探究了冷拔珠光体钢丝在低温回火过程中的强韧化机理。结果表明:冷拔珠光体钢丝的渗碳体片层呈非连续状,且在拉拔和回火过程中均存在纳米渗碳体析出行为。经过低温回火后,冷拔钢丝的强度和延展性均提高,但随着回火温度的提高,其强度小幅度降低,而延展性进一步提高。材料的强度变化主要是由于位错强化效应所致,而延展性提高是由于新析出的纳米渗碳体颗粒可以通过旋转和滑动降低拉伸过程中的应力集中。