控制冷卻技術(shù)對(duì)低合金鋼梯度組織和性能的影響.pdf

1、目前，單一性能的材料越來(lái)越難以滿(mǎn)足社會(huì)的需求，將不同性能的材料進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，成為了未來(lái)材料的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)上述趨勢(shì)，本文設(shè)計(jì)了一種新的工藝，通過(guò)控制冷卻對(duì)鋼進(jìn)行單向冷卻，使鋼材組織產(chǎn)生梯度變化，表面分布具有高強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性的組織，如馬氏體和貝氏體組織等;而在材料的內(nèi)部則分布具有高韌性、塑性較好的組織，如鐵素體和珠光體組織等。這種組織呈梯度分布、兩側(cè)組織性能各有優(yōu)勢(shì)的材料，其高強(qiáng)度、高硬度一側(cè)能夠滿(mǎn)足對(duì)強(qiáng)度和耐磨性的需求;高韌性

2、、塑性良好的一側(cè)，能夠滿(mǎn)足對(duì)韌性和加工變形的需求;鋼板為有機(jī)、統(tǒng)一的整體，兩側(cè)組織雖然有差異，但是該差異為漸變過(guò)程，兩層之間冶金結(jié)合強(qiáng)度良好;低合金鋼碳含量較低滿(mǎn)足了對(duì)焊接性能的需求。因此，組織具有梯度分布特點(diǎn)的材料能夠同時(shí)滿(mǎn)足齒輪、軸承等工件所需的，耐磨性、高強(qiáng)度性、加工變形、高韌性、焊接性等需求。
　　本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行冷卻實(shí)驗(yàn)分析了實(shí)驗(yàn)鋼在單向冷卻過(guò)程中的相變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)材料的組織、硬度、晶格常數(shù)、韌性拉伸性能均呈梯度分布;

3、在熱軋單向控制冷卻條件下對(duì)該規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證，并分析控制軋制對(duì)梯度組織的影響;最后，與正?？剀埧乩涔に嚄l件下的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，分析梯度組織材料對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能帶來(lái)的影響。
　　(1)單向冷卻使冷卻速度和冷卻溫度呈梯度分布，低合金鋼在厚度方向上出現(xiàn)梯度組織，試驗(yàn)鋼沿厚度方向晶粒尺寸和金相組織構(gòu)成產(chǎn)生梯度變化，越靠近冷卻側(cè)晶粒越細(xì)小，貝氏體組織越多。
　　(2)冷卻溫度和速度的梯度分布，使合金元素和碳的擴(kuò)散速度不同，實(shí)驗(yàn)鋼晶格

4、常數(shù)沿厚度方向產(chǎn)生梯度變化，雖然金相組織同樣是鋼的體心立方結(jié)構(gòu)，但是晶格常數(shù)產(chǎn)生了變化，A#實(shí)驗(yàn)鋼兩側(cè)晶格常數(shù)相差最大達(dá)到0.008埃。
　　(3)快冷側(cè)合金元素和碳的固溶度較高、晶粒尺寸較細(xì)、貝氏體組織較多，因此實(shí)驗(yàn)鋼的硬度在厚度方向上呈梯度變化，B#實(shí)驗(yàn)鋼快冷側(cè)相對(duì)于緩冷側(cè)B#實(shí)驗(yàn)鋼硬度由266.11HV降至212.34HV，硬度高50HV。
　　(4)快冷側(cè)含有更多的貝氏體組織等高強(qiáng)度組織，緩冷側(cè)含有更多塑性較好的鐵素

5、體和珠光體組織，兩側(cè)塑性和強(qiáng)度出現(xiàn)差異。C#實(shí)驗(yàn)鋼室溫拉伸斷口顯示兩側(cè)斷裂韌窩尺寸相差1.9μm; D#實(shí)驗(yàn)鋼甚至斷裂方式出現(xiàn)明顯差異，由韌性斷裂方式過(guò)渡到韌-脆混合斷裂方式。
　　(5)與熱軋均勻組織相比，熱軋?zhí)荻冉M織的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度有所降低，D#鋼的屈服強(qiáng)度由692MPa降至497MPa，抗拉強(qiáng)度由935MPa降至920MPa;與均勻組織相比，梯度組織結(jié)構(gòu)的屈強(qiáng)比明顯降低，D#鋼的屈強(qiáng)比由0.74降低到0.52，由此證明梯