碳锰元素含量对中锰钢相变规律及热轧组织性能的影响

中锰钢为新一代先进高强钢，为使其组织获得合适的各相比例，得到理想的力学性能，对C、Mn元素含量的增加所引起的相变规律的变化及对后续加工过程的影响进行了研究。设计了4种化学成分的中锰钢，采用热膨胀仪、SEM、拉伸实验机、XRD测定分析了C、Mn元素含量增加对实验钢相变规律及热轧组织性能的影响。结果表明：C、Mn元素含量的增加能降低实验钢的Ac₁和Ac₃温度，提高其淬透性，同时使C曲线右移。当Mn质量分数为5%时，1^#钢临界冷却速率低于0.5℃/s,其热轧后微观组织由贝氏体、马氏体和少量奥氏体组成，基体上弥散分布着大量的细小碳化物；将C质量分数由0.10%增加至0.15%,2^#钢热轧后残余奥氏体体积分数由4.81%增加至9.48%,强塑积由12.2 GPa·%提升至19.0 GPa·%。而当Mn质量分数为7%时，3^#钢临界冷却速率低至0.05℃/s以下，其热轧后基体组织为马氏体结构；将C质量分数由0.10%增加至0.15%,4^#钢热轧后残余奥氏体体积分数由8....     

I&Q&P下双相区配分温度对含铜低碳钢组织性能影响

采用场发扫描电镜、X射线衍射仪和电子探针研究了双相区合金元素不同配分温度对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢的组织性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明：试验钢在双相区配分后,C、Cu和Mn元素均出现明显的配分效果,且Cu、Mn元素配分作用有利于盐浴分级淬火C配分进行,保留更多残留奥氏体提高塑性;I&Q&P工艺处理得到马氏体和残留奥氏体组织,随着双相区配分温度提高原奥氏体晶粒尺寸变大,马氏体板条变粗,位向增多;随着配分温度的提高,试验钢的抗拉强度提高,伸长率逐渐下降,残留奥氏体含量的变化趋势与伸长率基本一致,在780 ℃时强塑积最大为26 GPa·%,此时残留奥氏体体积分数为14.7%,伸长率为24.4%,综合力学性能最佳。     

I&Q&P下双相区配分温度对含铜低碳钢组织与性能的影响

采用场发扫描电镜、X射线衍射仪和电子探针研究了双相区合金元素不同配分温度对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢的组织性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明:试验钢在双相区配分后,C、Cu和Mn元素均出现明显的配分效果,且Cu、Mn元素配分作用有利于盐浴分级淬火C配分进行,保留更多残留奥氏体提高塑性;IQP工艺处理得到马氏体和残留奥氏体组织,随着双相区配分温度提高原奥氏体晶粒尺寸变大,马氏体板条变粗,位向增多;随着配分温度的提高,试验钢的抗拉强度提高,伸长率逐渐下降,残留奥氏体含量的变化趋势与伸长率基本一致,在780℃时强塑积最大为26 GPa·%,此时残留奥氏体体积分数为14.7%,伸长率为24.4%,综合力学性能最佳。     

低碳高强钢合金元素配分行为对残余奥氏体和力学性能的影响

采用双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺,研究了合金元素配分行为对C-Si-Mn系高强钢微观组织和力学性能的影响.结果表明,在760℃随着保温时间的延长,双相区中奥氏体相的体积分数逐渐增多直至达到饱和,而铁素体向奥氏体扩散的Mn元素含量也逐渐增多直至在两相间达到化学势平衡,后加热至930℃保温120 s,再淬火至220℃,配分过程中发生了C从马氏体向奥氏体中的扩散偏聚.经该工艺处理后实验用钢的抗拉强度为1310 MPa,延伸率可达12%,强塑积达到15720 MPa·%,相比传统淬火+碳配分工艺,双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺过程中Mn配分和C配分共同作用能够显著提高钢中残余奥氏体的含量和稳定性,从而提高高强钢的室温成形能力.     

逆转变+Q&P复合工艺对低合金高强钢组织和性能的影响

利用SEM、XRD分析及拉伸试验,研究了逆转变+淬火-配分(ART+QP)复合工艺对完全淬火后0.22C-2.0Mn-1.8Si钢组织性能的影响。结果表明:经ART+QP工艺处理后,该钢组织为亚温铁素体、贝氏体/马氏体和均匀分布的残留奥氏体。逆转变奥氏体富集Mn、C元素,淬火-配分过程中碳自马氏体配分至残留奥氏体时二次富C,使其稳定化,因此该钢室温下获得残留奥氏体的含量超过15%。在拉伸变形过程中残留奥氏体转变成马氏体的TRIP效应,使得钢材在变形过程中获得稳定的加工硬化能力,实现了良好的强塑性结合,抗拉强度达到1233 MPa,屈服强度为893 MPa,均匀伸长率29.6%,强塑积高达36 GPa·%以上。     

珠光体-奥氏体相变中扩散通道的相场法研究

通过实验方法和基于MICRESS的相场模型,对Fe-0.6%C-2%Mn (质量分数)合金在720和740℃等温时的珠光体-奥氏体相变进行研究。实验结果表明,由动力学曲线可粗略估测出奥氏体/珠光体界面迁移速率,并通过Mn在新生奥氏体中的分布,验证奥氏体相变模式在720和740℃等温时分别为间隙型合金元素C的扩散控制(PLE)模式和置换型合金元素的扩散控制(NPLE)模式。利用相场模拟研究γ、α和界面扩散通道的引入对PLE和NPLE模式下奥氏体/珠光体界面迁移速率的影响,其中NPLE模式下C元素的主要扩散通道可能为奥氏体和铁素体;在PLE模式下,Mn主要通过相界面进行扩散,但相较于奥氏体扩散通道,铁素体扩散通道对相界面迁移产生更大贡献,因此在热动力学分析中不可将其忽略,这与对PLE模式分析的传统认知有所差异。     

Mn配分行为对低碳高强Q&P钢组织与性能的影响

采用IQ、QP及IQP热处理工艺,研究了预先Mn配分处理对低碳高强QP钢组织和力学性能的影响。结果表明,经IQ工艺处理的钢,由铁素体-珠光体的初始组织转变为铁素体-马氏体两相组织,转变过程中C、Mn元素不断向奥氏体内扩散,转变结束时C、Mn元素在奥氏体内呈现明显的富集现象。对于QP工艺,随着碳配分时间的延长,钢的抗拉强度都不断降低,伸长率先增加后减小,碳配分时间为60 s时,试样中残留奥氏体体积分数最大为12%,材料的塑性最优,其强塑积为20 GPa·%;相比QP工艺,由于经IQP工艺处理后Mn元素仍然富集,在相同的碳配分时间下,钢的抗拉强度降低,但伸长率却得到了提高,碳配分时间为120 s时,试样中残留奥氏体体积分数最大为15%,材料的塑性最优,且强塑积达到最大值22 GPa·%。     

低碳硅锰钢双相区组织演变及C、Mn配分热力学的研究

利用Thermo-calc计算,采用双相区保温淬火(IQ)工艺对低碳硅锰钢双相区等温过程中的组织演变和C、Mn配分热力学进行了研究。结果表明:在双相区,C、Mn在奥氏体中的固溶度随温度升高呈递减趋势且远大于铁素体,为C、Mn配分提供了热力学条件;在800℃等温不同时间后淬火,室温组织为铁素体、马氏体加少量M/A岛,等温30 min时接近平衡相变;双相区等温过程中C、Mn由铁素体向奥氏体中配分,使得部分小的奥氏体晶粒热稳定性提高,淬火后形成室温残余奥氏体。     

预先Mn配分处理对Q&P钢中C配分及残余奥氏体的影响

以低碳Si-Mn钢为研究对象,采用双相区保温-淬火(IQ)工艺研究预先Mn配分行为,并对其配分现象进行表征,采用淬火-配分(QP)及双相区保温-奥氏体化-淬火-配分(IQP)热处理工艺,探讨了预先Mn配分处理对低碳高强QP处理钢中C配分和残余奥氏体及力学性能的影响.结果表明,实验钢在双相区保温过程中C,Mn不断向奥氏体内扩散,淬火处理后C,Mn在马氏体(原双相区奥氏体)内呈现明显的富集现象;实验钢经IQP工艺处理后,室温组织中Mn富集现象依然很明显,C在马氏体板条间富集;随着C配分时间的延长,实验钢抗拉强度不断减小,延伸率均呈先增加后降低趋势,在C配分时间为90 s时,IQP工艺下钢的强塑积达到23478 MPa·%;IQP工艺中预先Mn配分处理,使得实验钢在一次淬火时保留更多的奥氏体,随后C配分促使更多的C原子扩散到这些奥氏体中,从而二次淬火至室温获得更多残余奥氏体.IQP工艺中C,Mn的综合作用稳定的残余奥氏体体积分数比相同条件下QP工艺中C配分稳定的残余奥氏体体积分数最大增多2.4%左右.     

C、Mn元素配分对淬火-配分贝氏体钢摩擦磨损的影响

采用淬火-配分-贝氏体区等温(QPB)和双相区保温-淬火-配分-贝氏体区等温(IQPB)两种热处理工艺并进行对比,通过摩擦磨损试验来研究C、Mn元素对残留奥氏体稳定性的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)对试样的显微组织、残留奥氏体含量及C、Mn元素分布进行表征。结果表明:在双相区保温过程中,C、Mn元素发生配分,在奥氏体中富集。摩擦磨损试验后,QPB试样中的残留奥氏体体积分数从7. 24%减少到4. 36%,维氏硬度从417 HV0. 02增加到526 HV0. 02,磨损体积为0. 252 mm~3。IQPB试样中的残留奥氏体体积分数从9.11%减少到7.58%,维氏硬度从384 HV0.02增加到413 HV0. 02,磨损体积为0. 268 mm~3。IQPB试样在摩擦磨损试验前后残留奥氏体体积分数、维氏硬度没有QPB试样变化明显,表明在摩擦磨损过程中,C、Mn元素使残留奥氏体稳定性提高,残留奥氏体不易向马氏体转变。     

固溶温度及时间对高氮不锈钢耐蚀性能的影响

使用真空感应炉+电渣重熔炉在0.08 MPa下制备了氮含量0.54%的高氮无镍奥氏体不锈钢,热轧后分别在800、900、1000、1100、1200 ℃下保温不同时间,研究在不同固溶工艺下试验钢的显微组织和耐蚀性。采用动电位极化曲线研究不同固溶工艺下高氮不锈钢在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,并在6%FeCl₃溶液中浸泡8 d后计算其质量损失率和腐蚀速率。结果表明,固溶对高氮不锈钢组织及耐蚀性能的影响很大,经1000、1100 ℃热处理后的试验钢为单一的奥氏体组织;未经热处理和经800、900 ℃热处理的试验钢组织中存在析出相Cr₂N;经1200 ℃热处理的试验钢从奥氏体中析出了铁素体组织;1100 ℃下保温1 h的试验钢耐蚀性最好,腐蚀速率仅为1.35×10^-5 g·cm^-2·h^-1;800 ℃保温3 h后试验钢的耐蚀性最差,腐蚀速率高达8.18×10^-4 g·cm^-2·h^-1;而316L不锈钢的耐蚀性能介于两者之间,腐蚀速率为1.24×10^-4 g·cm^-2·h^-1。     

Mg-6Gd-1.2Y-0.53Zr合金的热变形行为及热加工图

采用热模拟试验法研究了变形温度(340～500℃)和应变速率(0.01～25 s^-1)对均匀化态Mg-6Gd-1.2Y-0.53Zr合金动态再结晶(DRX)临界应变及体积分数的影响,通过构建热加工图优化了其热加工工艺参数范围。结果表明,在0.01～1 s^-1的低应变速率下,该合金的动态再结晶(DRX)临界应变量随变形温度的升高而升高,而在10～25 s^-1高应变速率下,DRX临界应变量随变形温度的升高而略微下降。应变速率及变形温度的升高都使DRX体积分数增大,在500℃、25 s^-1条件下,合金的动态再结晶体积分数最高,达90.0%。根据构建的热加工图,当变形量在30%～80%之间时,较佳的热加工工艺区间为400～500℃、0.01～1 s^-1以及420～500℃、10～25 s^-1。在10～25 s^-1应变速率下,当变形量为10%～80%时,合金最适宜的变形温度为460～500℃。     

C含量对冷轧Fe-6Mn-1Al中锰钢组织与性能的影响

研究了C含量(质量分数)分别为0.06%、0.15%和0.30%的冷轧中锰钢Fe-6Mn-1Al退火后的组织及室温拉伸后的力学性能变化规律。结果表明,不同C含量的试验钢经660 ℃退火后的组织均为铁素体+奥氏体的双相组织。随着C含量的增加,试验钢中奥氏体的体积分数由19.34%增加到38.70%,且C含量的增加引起了配分到奥氏体中的C、Mn含量的增加,使奥氏体的稳定性得到了提升。C含量较高的试验钢变形过程中的TRIP效应更显著,使试验钢的加工硬化能力得到了提高,获得更好的综合力学性能。C含量从0.06%增加至0.30%,试验钢的强塑积由28.0 GPa·%增加到51.4 GPa·%。     

BH复合催渗程控系统的构建及数值模拟

通过对可控气氛多用炉设备进行改造,将闲置不用的氨气管道改为BH催渗用滴注管道并设计了催渗剂滴注控制系统,实现了BH渗碳工艺的自动化控制。研究了20Cr2Ni4A钢930 ℃超级渗碳和BH渗碳两种工艺的渗碳动力学,并模拟了渗层深度与碳浓度分布曲线。结果表明: BH渗碳时碳扩散系数要大于超级渗碳,BH渗碳的扩散系数为2.084×10^-9 mm²·s^-1,超级渗碳为1.667×10^-9 mm²·s^-1。本文模拟的20Cr2Ni4A钢在930 ℃进行BH渗碳及超级渗碳时的碳浓度分布和渗层厚度变化与实际验证情况相符。实际渗碳后要达到相同渗层厚度,采用超级渗碳所需的时间要高于BH渗碳,BH渗碳的渗碳速率提高了22.6%。     

压下率对两相区温轧淬火配分中锰钢组织性能的影响

采用SEM、TEM、XRD、室温拉伸等手段,研究了0.1C-7.2Mn钢两相区温轧淬火配分处理钢的组织形貌、碳化物析出、残留奥氏体体积分数及其中的C含量及力学性能。结果表明,随着温轧压下率的增大,两相区温轧淬火配分处理后试样的马氏体板条得到细化并逐渐平行于轧制方向;两相区温轧淬火配分处理后试样的显微组织由马氏体和残留奥氏体组成,并且有碳化物析出;随着温轧压下率的增大,碳化物的平均尺寸粗化,残留奥氏体的体积分数逐渐升高,并且残留奥氏体中的C含量先升高后降低,屈服强度和抗拉强度均先升高后降低,伸长率先降低后升高。当温轧压下率为80%时,强塑积达到最高31.50 GPa·%。     

固溶时效处理对Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金显微组织和耐蚀性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜等方法研究了固溶时效处理前后Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金(质量分数,%)的显微组织、物相组成和腐蚀形貌,并在质量分数为3.5%的NaCl溶液中进行了静态失重和电化学测试。结果表明,铸态Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金由α-Mg基体和沿晶界分布的粗大网状共晶相Mg₄₁Sm₅和Mg₅Gd组成,固溶时效处理并没有改变共晶相的种类,但网状共晶组织消失,并且晶内有大量细小弥散的第二相析出,晶界更加清晰。试验合金采用525 ℃×8 h固溶+225 ℃×8 h时效处理后,腐蚀速率从0.185 mg·cm^-2·h^-1降低至到0.116 mg·cm^-2·h^-1,自腐蚀电流密度从1.599×10^-4A·cm^-2降低到0.924×10^-4 A·cm^-2,耐蚀性能明显提高。     

热处理工艺对4Cr3Mo2Si1V钢组织与性能的影响

利用热膨胀相变仪测定了新型热作模具钢4Cr3Mo2Si1V的奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线,研究了其在不同淬火、回火工艺下的力学性能和显微组织。结果表明:4Cr3Mo2Si1V钢的珠光体与贝氏体的临界冷速分别为0.03 ℃·s^-1和0.8 ℃·s^-1。经淬火试验,发现该钢种在1030 ℃和1060 ℃油淬后具有较高的硬度,且晶粒未发生明显长大。随着回火温度的提高,其硬度呈现先增后降的趋势,在500 ℃回火时由于第二相粒子大量析出,析出强化作用增强,促使二次硬化现象产生,硬度达到峰值,约57 HRC。经过多组工艺对比后,发现1030 ℃淬火和600 ℃回火后的平均冲击吸收能量达到最大值,为265 J,且硬度值仍保持在52 HRC,故最终选定1030 ℃×30 min油淬+600 ℃×2 h回火两次作为4Cr3Mo2Si1V钢的最佳热处理工艺。     

淬火配分处理对锻态Fe-0.2C-9Mn-3.5Al钢显微组织及力学行为的影响

分析了淬火配分处理对锻态Fe-0.2C-9Mn-3.5Al钢显微组织及力学行为的影响。结果表明,热处理态试验钢主要由块状δ-铁素体、马氏体和板条状残留奥氏体等多相构成;残留奥氏体的体积分数随等温淬火温度升高而增大,在310 ℃时达到峰值;310 ℃等温淬火后在400 ℃配分3 min时可以获得较优的综合力学性能,抗拉强度和断后伸长率分别为1175 MPa和21.50%,强塑积达到25.26 GPa·%;应力-应变曲线中存在着明显的“锯齿”状起伏,可能与亚稳态的残留奥氏体集中转变为马氏体有关。     

Effect of Intercritical Dislocation Multiplication to Mn Partitioning and Microstructure Evolution of Bainite in Low Carbon SteelEI北大核心CSCD

The volume fraction and stabilization of retained austenite at room temperature were determined by the degree of stable element partitioning of austenite. The element diffusion behaviors usually had a close relationship with crystal defects, and dislocation multiplication caused by high temperature deformation might also increase the vacancy concentration, which contributed to the diffusion of substitutional atoms and interstitial atoms. By adopting a new treatment process of intercritical deformation-hold-quenching (DIQ), the effect of Mn partitioning and the structure evolution of bainite under the deformation in intercritical area were studied. The microstructure, dislocation density and distribution of alloy elements, especially the volume fraction of retained austenite, were characterized by means of OM, SEM, TEM, EPMA and XRD. The results indicated that the grains of ferrite and the lathes of martensite were refined, the number of the block martensite was decreased, and dislocation density was increased from 0.36x10(14) m(-2) to 1.20x10(14) m(-2) after deformation. The mutual movement of dislocation slip increased vacancy concentration and the number of interstitial solute atoms, accelerated the diffusive rate of C atoms and Mn atoms from alpha phase to gamma phase, and promoted the partitioning effect of Mn element in the critical region. Eventually, the contents and areas of C and Mn enrichment were increased. By adopting the process of intercritical deformation-hold-austenitizing-quenching-partitioning in bainitic region-quenching (DI&Q&PB), the volume fraction of retained austenite was increased from 11.5% to 13.9%, and the carbon content in retained austenite was increased from 1.14% to 1.28%.     

Mg-4Zn-2Y合金的高温拉伸流变本构关系

通过对轧制态Mg-4Zn-2Y合金在不同热变形温度以及应变速率下进行高温拉伸试验,研究了Mg-4Zn-2Y合金在不同工艺参数下进行热变形时流变应力的变化规律,并绘制了热加工图。结果表明,流变应力与变形温度以及应变速率均有关系,热变形温度不变时,材料的最大流变应力会随着应变速率的提高而增大;在应变速率不变时,材料的最大流变应力随着变形温度的升高会逐渐下降。采用双曲正弦修正的本构模型确定了轧制态Mg-4Zn-2Y合金的变形激活能Q=242 233.2 J·mol^-1,应力指数n=8.09。通过热加工图确定了Mg-4Zn-2Y合金的可加工区域为472.15~545.00 K,10^-3~10^-4 s^-1和545.00~672.15 K,10^-4~10^-1 s^-1。