低合金馬氏體鋼強(qiáng)韌性組織控制單元的研究.pdf

1、晶粒細(xì)化會(huì)使鋼的強(qiáng)度和韌性同時(shí)得到提高，是常用的鋼的強(qiáng)韌化方法之一。對(duì)于不同類型組織的鋼，晶粒尺寸的定義也有所差異。由于馬氏體組織具有復(fù)雜的多層次結(jié)構(gòu)，對(duì)馬氏體鋼的強(qiáng)韌性起作用的晶粒尺寸至今無定論。本文以低合金板條馬氏體鋼為研究對(duì)象，采用多種試驗(yàn)手段定量分析了板條馬氏體的組織亞結(jié)構(gòu)，并研究組織亞結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度和韌性之間的關(guān)系，探討板條馬氏體鋼的強(qiáng)度和韌性的組織控制單元，即控制板條馬氏體鋼的強(qiáng)韌性的“有效晶粒尺寸”。主要研究?jī)?nèi)容如下：

2、　　 ⑴17CrNiM06鋼經(jīng)淬火低溫回火后為板條馬氏體組織，其微觀結(jié)構(gòu)依次由原奧氏體晶粒、板條束( Packet)、板條塊(Block)和板條(Lath)組成。板條束為原奧氏體晶粒內(nèi)具有相同慣習(xí)面的馬氏體板條晶區(qū)，板條塊為板條束內(nèi)大角度晶界包圍的區(qū)域，具有相似晶體學(xué)取向。采用電子背散射衍射(EBSD)方法分析發(fā)現(xiàn)，一個(gè)板條束內(nèi)通常由6種近K-S關(guān)系((111)γ//(011)α，[101]γ11[111]α，)的變體組成，相鄰變體組

3、成板條塊。隨原奧氏晶粒尺寸的減小，試驗(yàn)鋼的板條束尺寸和板條塊寬度減小，而板條寬度變化不大：當(dāng)原奧氏體晶粒尺寸從337μm變化到6μm，板條束尺寸從129μm減小到4μm，板條塊寬度從14.4μm減小到1.1μm，而馬氏體板條的寬度在0.3μm左右。
　　 ⑵經(jīng)淬火低溫回火后，17CrNiM06板條馬氏體鋼的強(qiáng)度隨組織的細(xì)化而有所增加，但增加幅度不大。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，17CrNiMo6鋼的屈服強(qiáng)度與原奧氏體晶粒尺寸、板條束尺寸和板

4、條塊寬度之間都符合Hall-Petch關(guān)系，即屈服強(qiáng)度與原奧氏體晶粒尺寸、板條束尺寸和板條塊寬度的-1/2次方之間都存在線性關(guān)系。由于板條塊寬度比板條束尺寸小很多，并且相鄰板條塊之間也是大角度界面，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)存在塞積作用，從而起到類似晶界強(qiáng)化的作用。因此，板條塊可作為板條馬氏體鋼對(duì)強(qiáng)度起作用的組織單元，即板條塊寬度為控制強(qiáng)度的“有效晶粒尺寸”。
　　 ⑶經(jīng)淬火低溫回火后，17CrNiMo6板條馬氏體鋼的韌性也隨組織的細(xì)化而提高：

5、當(dāng)原奧氏體晶粒尺寸從337μm細(xì)化至6uμ(板條束尺寸從129μm減小到4μm，板條塊寬度從14.4μm減小到1.1μm)，韌脆轉(zhuǎn)變溫度從265K降低到174K，下平臺(tái)沖擊能量從5J提高到47J。試驗(yàn)鋼準(zhǔn)解理斷裂微裂紋的形核在MnS夾雜物周圍，而準(zhǔn)解理裂紋傳播過程中在板條塊邊界和板條束邊界都發(fā)生轉(zhuǎn)折，但在板條束邊界轉(zhuǎn)折角度更大，說明裂紋傳播通過板條束邊界時(shí)需要消耗更多的能量。另外，對(duì)沖擊試樣斷口定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)解理面的尺寸和板條束的

6、尺寸相近。因此，板條束可作為板條馬氏體鋼對(duì)韌性(準(zhǔn)解理斷裂或解理斷裂)起作用的組織單元，即板條束尺寸為控制韌性的“有效晶粒尺寸”。
　　 ⑷對(duì)17CrNlMo6鋼拉伸試樣的變形和斷裂過程的原位觀察結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼出現(xiàn)了明顯的塑性變形后才產(chǎn)生斷裂，可觀察到呈波紋狀的滑移帶。三點(diǎn)彎曲試樣和板狀原位拉伸試樣斷口均為韌窩斷口，夾雜物或第二相粒子所在處是顯微空洞容易萌生的位置。在應(yīng)力峰值前后主裂紋開始起裂，在裂紋開始擴(kuò)展后載荷反而下降。主