基于相變與形變耦合制備高強(qiáng)高韌中碳鋼的研究.pdf

1、目前，在鋼鐵材料的眾多強(qiáng)化途徑中，細(xì)晶強(qiáng)化是唯一一種既能提高強(qiáng)度，又能增加塑性或使塑性不降低的方法。因而細(xì)晶強(qiáng)化后的鋼鐵材料通常具有良好的強(qiáng)度和韌性綜合力學(xué)性能。同時(shí)，細(xì)晶強(qiáng)化也存在一定不足，比如中碳鋼經(jīng)細(xì)晶強(qiáng)化雖然組織可以得到細(xì)化，其原始組織的非均勻性卻難以得到徹底改善，從而限制了其強(qiáng)化后塑性性能的發(fā)揮。另外，中碳鋼在細(xì)晶強(qiáng)化過(guò)程中形變儲(chǔ)存能和畸變能大幅增加而使細(xì)化后的組織熱穩(wěn)定性降低，在一定溫度下有很強(qiáng)的粗化趨勢(shì)從而失去細(xì)晶組織的某

2、些特性。針對(duì)上述觀點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了相變與形變耦合工藝，即以淬火態(tài)45鋼的單相馬氏體為原始組織，通過(guò)劇烈塑性變形的等通道角擠壓(ECAP)工藝進(jìn)行溫?cái)D壓，以期獲得良好熱穩(wěn)定性的均勻超細(xì)組織。本文同時(shí)還重點(diǎn)研究了擠壓道次、變形溫度及保溫時(shí)間對(duì)變形后顯微組織、力學(xué)性能的影響規(guī)律，并對(duì)變形組織的熱穩(wěn)定性和室溫拉伸斷口形貌進(jìn)行了分析。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　對(duì)退火態(tài)45鋼進(jìn)行不同道次的ECAP冷擠壓，試驗(yàn)結(jié)果表明ECAP變形對(duì)中碳鋼有強(qiáng)

3、烈的晶粒細(xì)化作用。4道次變形后獲得的組織發(fā)生了顯著細(xì)化，鐵素體晶粒平均尺寸達(dá)到200 nm，珠光體中的片狀滲碳體達(dá)到0.5～1μm。
　　對(duì)淬火態(tài)45鋼在不同溫度進(jìn)行ECAP溫變形，試驗(yàn)結(jié)果表明隨著變形溫度的升高板條馬氏體分解程度提高，顯微組織中板條形貌逐漸消失。650℃時(shí)馬氏體全部分解為鐵素體和滲碳體且鐵素體基本充分再結(jié)晶成納米級(jí)等軸狀晶。隨著變形溫度升高，碳化物的析出形態(tài)也經(jīng)歷了由少量細(xì)小顆粒到大量彌散分布再到凝聚長(zhǎng)大的演變過(guò)

4、程。試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)適當(dāng)控制變形條件可以得到碳化物彌散分布于細(xì)小鐵素體基體的最佳組織。
　　對(duì)變形后試樣進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，試驗(yàn)表明:隨著擠壓道次增加，退火態(tài)45鋼ECAP冷變形后的顯微硬度和抗拉強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，4道次變形后顯微硬度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到276.2 HV和937.26 MPa。隨著變形溫度的升高，淬火態(tài)45鋼ECAP溫變形后的室溫顯微硬度和抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，但是其伸長(zhǎng)率呈先增加后降低的趨勢(shì)，600℃時(shí)達(dá)到最大值44.3