超細(xì)晶粒高碳鋼的制備與組織性能研究.pdf

1、晶粒細(xì)化是提高鋼鐵材料性能的重要手段，它在提高強(qiáng)度硬度的同時(shí)，又不降低其塑韌性，不僅能夠有效的延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源和減輕由于機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)過早失效而給地球帶來的環(huán)境負(fù)荷的壓力，對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。高碳鋼作為一類性能優(yōu)異的工模具材料，在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，如何使高碳鋼在組織超細(xì)化的同時(shí)獲得優(yōu)異的綜合性能，是一個(gè)具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義的課題。因此，開展超細(xì)晶粒高碳鋼的制備及組織性能的系統(tǒng)研究是迫在眉

2、睫的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文分別利用分離式霍普金森壓桿(Split hopkinson pressure bar，簡(jiǎn)稱SHPB)實(shí)驗(yàn)技術(shù)(應(yīng)變速率大，變形小)和等徑彎曲通道變形(Equal Channel Angular Pressing，簡(jiǎn)稱ECAP)方法(應(yīng)變速率小，變形大)對(duì)原始組織為粒狀珠光體的高碳鋼進(jìn)行塑性變形，成功制備出了鐵素體(α)晶粒直徑和滲碳體(θ)顆粒粒徑均在亞微米量級(jí)的超細(xì)晶粒高碳鋼。借助微觀分析手段對(duì)不同變形條件下的超

3、細(xì)晶粒高碳鋼進(jìn)行了組織特性表征，利用微力材料試驗(yàn)機(jī)和顯微硬度計(jì)測(cè)試其力學(xué)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于SHPB裝置在高應(yīng)變速率變形條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明，隨著應(yīng)變速率的增加，流變應(yīng)力也隨之增大，粒狀珠光體鋼表現(xiàn)出正的應(yīng)變率敏感性；組織得到了明顯細(xì)化，成功制備出了晶粒尺寸在亞微米量級(jí)的超微細(xì)復(fù)相高碳鋼組織(α+θ)。當(dāng)應(yīng)變速率為3078.2 s-1時(shí)，鐵素體晶粒尺寸約為500~700 nm，滲碳體顆粒粒徑約為100~25

4、0 nm，硬度值由原始態(tài)的195 HV增至270HV。⑵基于ECAP實(shí)驗(yàn)手段對(duì)粒狀珠光體鋼采用 BC方式在室溫、650℃分別進(jìn)行大塑性變形實(shí)驗(yàn)，高碳鋼組織得到有效細(xì)化。經(jīng)冷變形4道次后，鐵素體晶粒尺寸約為400 nm，滲碳體顆粒粒徑大小約為100nm；經(jīng)溫變形4道次后，獲得的等軸鐵素體晶粒尺寸約為450 nm，滲碳體顆粒粒徑大小約為200nm。⑶經(jīng)冷變形4道次后抗拉強(qiáng)度從原始態(tài)的598 MPa增至1077 MPa，硬度值由原始態(tài)的195

5、 HV增至309 HV；溫變形4道次后抗拉強(qiáng)度和硬度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，溫變形2道次后的抗拉強(qiáng)度和硬度值達(dá)到最大值分別為870 MPa、275 HV，溫變形4道次后的抗拉強(qiáng)度和硬度值分別為782MPa、258 HV。經(jīng)冷、溫變形后的延伸率分別由原始態(tài)的20.1％降至10.2%、16.8%，在不損失太大的塑性指標(biāo)的前提下，大大提高了材料的強(qiáng)度。相對(duì)于原始粒狀珠光體組織其綜合力學(xué)性能明顯提高。⑷超細(xì)晶粒高碳鋼斷口形貌觀察表明，隨著擠壓道