不同热处理条件下贝氏体钢的微观组织和疲劳裂纹扩展

以贝氏体钢为研究对象,设计了4种热处理工艺,研究了不同热处理工艺下试验钢的显微组织及疲劳裂纹扩展速率。结果表明,热轧态试验钢的微观组织以粒状贝氏体为主,其上分布有少量的板条贝氏体、马氏体和粗大块状M/A岛,残留奥氏体的体积分数为16.2%,但稳定性较差,裂纹能够直接穿过粗大的块状M/A岛继续扩展,疲劳裂纹扩展速率最快。经900 ℃奥氏体化+空冷后,显微组织以板条贝氏体和马氏体为主,M/A岛仍为粗大的块状,残留奥氏体含量减少至12.3%,疲劳裂纹扩展速率略有降低。经900 ℃奥氏体化+380 ℃盐浴等温30 min +空冷后,显微组织以细密、有序的板条贝氏体为主,残留奥氏体含量减少至10.2%,以薄膜状伴生在板条贝氏体间,板条状贝氏体及板条间的残留奥氏体薄膜会使裂纹端钝化、分叉、偏折,阻碍裂纹扩展的能力增强;经350 ℃回火240 min后,显微组织以马氏体和板条贝氏体为主,残留奥氏体含量比热轧态略微降低,为14.9%;而经450 ℃回火240 min后,显微组织以板条状贝氏体为主,其上分布有少量的马氏体,残留奥氏体体积分数减少至8.6%,也以薄膜状伴生在贝氏体板条间,同时有大量的碳化物析出,裂纹扩展速率最慢。     

新型1500MPa级高强钢的氢脆敏感性研究

根据钢材组织设计的思想，通过优化成分和工艺设计、研制出一种新的1500MPa级高强纲。采用阴极电解充氢的方法对其氢脆敏感性进行了研究，并与同一强度级别的42CrMo高强钢进行了对比。结果表明，所设计的1500MPa级高强钢的氢脆敏感性低于传统的42CrMo高强钢。SEM断口观察显示，两者的断口形貌也不同，1500MPa级高强纲为准解理断裂，而42CrMo高强钢为沿晶断裂。断口金相表明，前者的裂纹主要沿着贝氏体/马氏体（B/M）边界扩展，断裂模式为板条界分离，后者的裂纹沿着晶界扩展。对1500MPa级高强钢进行了TEM观察，发现其组织为贝氏体/马氏体复相组织，残留奥氏体以薄膜状存在贝氏体内部及贝氏体条片、马氏体板条间。     

复相化钻杆在循环应力下断裂行为研究

采用疲劳试验、扫描电镜动态拉伸装置和透射电镜,研究了复相化钻杆的疲劳强度和在循环应力作用下裂纹萌生、扩展的特点,并分析讨论了显微组织对钻杆疲劳断裂行为的影响.研究结果表明：下贝氏体组织或下贝氏体/马氏体界面可使钻杆的显微断裂模式由沿晶＋穿晶断裂转变为穿晶断裂,增加了裂纹转折和二次裂纹,提高了材料的裂纹扩展抗力.在钻杆材料中引入适当比例的下贝氏体＋马氏体复相组织,明显增长了裂纹萌生周期,可使钻杆在机械性能相近情况下具有优于回火索氏体组织的疲劳性能.     

无碳化物贝氏体/马氏体复相高强度钢的组织与性能

阐述了新型Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体／马氏体(CFB／M)复相钢的组织与合金设计思想；研究了复相钢在空冷条件下的组织及其精细结构，并系统地总结了实验钢经不同温度回火后的力学性能．实验结果表明，复相高强钢在具有优良的强韧性能的同时，又具有较高的延迟断裂抗力和抗疲劳破坏能力，其强韧性的提高归于其独特的组织结构：贝氏体碳化物被薄膜状残余奥氏体所取代，大大改善了复相钢的回火稳定性和疲劳性能，稳定的残余奥氏体薄膜作为不可逆氢陷阱，并显著提高了钢的抗氢脆能力．     

1500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性

对一种C—Si—Mn—Cr合金钢，通过900℃奥氏体化20min，空冷及280与370℃回火2h，获得抗拉强度为1500MPa的新型无碳化物贝氏体／马氏体(B／M)复相组织高强钢．采用C—T试样进行疲劳实验，测定了疲劳裂纹扩展速率(da／dN)及疲劳门槛值(△Kth)，利用扫描电镜观测了疲劳裂纹在疲劳循环过程中的扩展路径，分析断口形貌与显微组织间的关系．结果表明，这种无碳化物B／M复相高强钢具有较高的△Kth值，并且能明显地降低da／dN，其原因在于B／M复相组织高强钢独特的精细组织结构及疲劳裂纹尖端的闭合抗力的提高．     

40CrMnSiMoVA钢准贝氏体的疲劳性能

本文研究了飞机起落架用超高强度40CrMnSiMoVA钢的显微组织、强韧性和疲劳性能,结果表明,该钢经300℃等温1h淬火可获得由贝氏体铁素体板条与条间或条内的残余奥氏体薄膜所组成的准贝民体组织。与马氏体区等温淬火马氏体组织相比,准贝氏体具有更佳的强塑性,并具有缺口敏感性低,形变强化能力强,疲劳强度高,应变疲劳和冲击疲劳寿命长,裂纹扩展速率慢以及超载延寿效应明显等优点。     

贝氏体等温淬火对H13热作模具钢组织及热疲劳性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和热疲劳试验等研究了常规淬火和等温淬火两种不同工艺对H13钢显微组织和热疲劳性能的影响.结果表明:等温淬火处理后H13钢的显微组织为马氏体+下贝氏体(M/B下).与常规淬火相比,具有M/B下复相组织的试验钢的硬度有所降低,冲击韧性有所提高.热疲劳裂纹分析表明,经等温淬火处理后试样的热疲劳裂纹在长...     

马氏体钢中BL/M和AR/M复相组织调控方法及对性能影响的研究现状

综述了提高钢铁材料性能的马氏体钢中下贝氏体/马氏体(B_L/M)和残留奥氏体/马氏体(A_R/M)复相组织的调控方法及其强韧化机理等方面的研究进展。针对贝氏体等温淬火、淬火-配分(Q&P)、淬火-配分-回火(Q-P-T)等新型热处理工艺对微观组织特征和力学性能影响的研究现状进行了总结,并分析了钢铁材料复相组织调控工业化应用需重点突破的问题。     

显微组织对SA508 Gr.3钢断裂方式的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射等手段研究了具有铁素体+贝氏体、粒状贝氏体、板条贝氏体+马氏体和板条马氏体4种显微组织的核电压力容器用SA508 Gr.3钢的低温(-196℃)冲击吸收能量和二次裂纹扩展行为。结果表明:低温冲击吸收能量随实验钢中硬相增多而升高。铁素体+贝氏体混合组织的实验钢中,裂纹大多在晶界形核,二次裂纹数量较少,但易于扩展;粒状贝氏体组织的实验钢因含有大量的马氏体/奥氏体岛,能提供大量的形核位置,致使二次裂纹呈现多而短的特征;裂纹在板条贝氏体组织中比在马氏体中更容易扩展,这是因为高密度的大角度界面能有效阻止裂纹扩展,故板条马氏体组织实验钢的冲击性能最好。     

热处理工艺对35CrMo钢组织及性能的影响

利用SEM、金相显微镜、冲击试验机研究了淬火+回火、贝氏体等温淬火两种热处理工艺对35CrMo钢组织及性能的影响。结果表明,随回火温度提高或贝氏体含量的增加,材料的强度降低、塑韧性增加;回火索氏体组织的冲击断口表现为塑性韧窝状,而贝氏体/马氏体复相组织的冲击断口的纤维区表现为塑性韧窝状,放射区表现为脆性解理断裂;在等强度、塑韧性条件下,回火索氏体裂纹形成功低于贝氏体/马氏体复相组织,当裂纹形成后,回火索氏体组织裂纹扩展功高于贝氏体/马氏体复相组织。     

仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相组织的韧性

研究了仿晶界型铁素体／粒状贝氏体复相钢轧态组织的韧性与裂纹扩展特点。与单一粒状贝氏体组织相比，仿晶界型铁索体／粒状贝氏体复相组织具有更好的强韧性配合。适量仿晶界型铁素体的存在增加了复相组织的协调变形能力，提高了裂纹形成功：同时使裂纹扩展路径弯曲、分 叉、微裂纹尖端钝化。在一定程度上提高了裂纹扩展力。在粒状贝氏体变的第二阶段（富碳亚稳奥氏体→马氏体／奥氏体（M／A岛）缓冷。已转变的马氏体将进行自回火，并提高残余奥氏体的热稳定性，从而使复相组织的裂纹扩展功得到明显提高。     

新型Q-P-T和传统Q-T工艺对不同C含量马氏体钢组织和力学性能的影响

对比新型淬火-分配-回火(Q-P-T)和传统淬火-回火(Q-T)处理对中、低碳钢力学性能的影响发现,在提高材料的强塑积方面Q-P-T处理远胜于Q-T处理,特别是对中碳钢的效果更为显著.在所研究的试样中,Fe-0.42C-1.46Mn-1.58Si-0.028Nb合金的强塑积经Q-P-T处理后高达31627MPa.%,且延伸率达20.3%,不仅远高于传统Q T处理的试样,而且已满足新一代先进高强度钢预测的性能.显微组织分析表明,Q-T和Q-P-T处理的差异在于残留奥氏体的量和尺寸分布以及马氏体板条的均匀程度.前者含少量(<3%)较薄的薄膜状残留奥氏体,且马氏体板条尺寸范围较宽;而后者含较多较厚的薄片状残留奥氏体,且马氏体板条尺寸分布较窄.因此Q-P-T处理的先进高强度钢具有承受较强的塑性变形和阻止微裂纹扩展的能力.     

30CrNi4Mo钢的组织和冲击疲劳性能的研究

研究了30CrNi4Mo钢不同热处理的组织和冲击疲劳性能。结果表明,30CrNi4Mo钢正火低温回火的组织由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成,淬火低温回火组织为回火马氏体和残余奥氏体。正火低温回火的冲击疲劳裂纹形成寿命高于淬火低温回火和淬火高温回火的冲击疲劳裂纹形成寿命,淬火高温回火的冲击疲劳总寿命高于正火及淬火低温回火热处理的冲击疲劳寿命。分析了多冲击疲劳裂纹扩展的行为,讨论了正火低温回火冲击疲劳裂纹形成寿命较长及淬火高温回火提高冲击疲劳总寿命的原因。     

含稀土20CrMo钢渗碳工艺对组织和性能的影响

设计了含有微量稀土20CrMo钢的渗碳工艺,并分析了不同工艺条件对试验钢的组织和性能的影响。结果表明:试验钢经920℃渗碳2h,风冷后300℃回火3h能获得最佳综合力学性能,其渗层显微组织由细小的板条马氏体+少量残余奥氏体组成,过渡层区主要由条束状贝氏体+板条马氏体组成,心部主要由条束状贝氏体或粒状贝氏体组成。稀土元素净化和强化了试验钢中晶界及亚晶界,薄膜状的残余奥氏体将钢中贝氏体片条分割成更为细小的亚单元。它使得裂纹扩展时阻力增加,显著提高了试验钢的冲击韧度。     

奥氏体化温度对中碳低合金耐磨钢组织和耐磨性的影响

研究了奥氏体化温度对中碳低合金耐磨钢组织与耐磨性的影响。结果表明,在900℃奥氏体化温度下,通过中断空冷淬火处理,试验钢的显微组织为下贝氏体/马氏体复相组织,此时试验钢具有较好的强韧性配合及最佳的耐磨性。     

制备工艺对石油套管组织和强韧性的影响

将25Mn V石油套管用钢通过直接淬水与水冷→空冷→水冷的双介质淬火冷却工艺分别处理成全马氏体组织与下贝氏体/马氏体复相组织,对比研究了不同淬火工艺下的微观组织特征及回火工艺参数对试验钢强韧性的影响。结果表明:双介质淬火所得下贝氏体/马氏体复相组织具有明显的强韧化效果,可以降低应力集中,有利于材料韧性的改善和阻止微裂纹的产生与扩展;力学性能测试表明,试验钢大约在400℃左右出现韧性低谷,呈现出低温回火脆性的特征,因此,该复相组织适合于在高温回火状态下使用,此时复相组织提高材料韧性的作用更为显著。     

奥氏体化温度和空冷速率对CFB/M复相钢组织和性能的影响

通过Formaster-F热膨胀仪和Gleeble-1500热/力模拟试验机分别模拟了奥氏体化温度为910℃和960℃时不同直径的无碳化物贝氏体/马氏体(CFB/M)复相钢圆棒在空气中的冷却速率,采用光学显微镜和扫描电镜分析了奥氏体化温度和冷却速率对CFB/M复相钢显微组织的影响,测定了CFB/M复相钢的硬度和冲击韧度值.结果表明,在空冷条件下,随圆棒直径增大,CFB/M复相钢的组织由无碳化物贝氏体 马氏体转变成铁素体十无碳化物贝氏体,硬度随之降低,但冲击功却显著增加.提高奥氏体化温度,可抑制铁素体析出,使CFB/M复相钢在更大的冷速范围内获得强韧性好的CFB/M复相组织.     

配分温度对Q-P-T钢组织与性能的影响

采用SEM、TEM、EBSD、XRD等手段,研究了Q-P-T工艺配分温度(320、380和450℃)对28Mn2SiCrNiMo钢组织及性能的影响规律。结果表明:试验钢在320℃配分后,获得针状下贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;380℃配分后,获得板条状上贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;450℃配分后,组织为马氏体+残留奥氏体,无贝氏体生成。当配分温度为320℃时,强度、塑性和韧性的配合达到最佳,强度为1524MPa,总伸长率为18.7%,V型缺口冲击功为58J。配分过程中贝氏体的形成,分割原奥氏体晶粒,细化组织,阻碍了裂纹的扩展,使得试验钢的冲击韧性大幅提升。     

配分温度对Q-P-T钢组织与性能的影响北大核心CSCD

采用SEM、TEM、EBSD、XRD等手段,研究了Q-P-T工艺配分温度(320、380和450℃)对28Mn2SiCrNiMo钢组织及性能的影响规律。结果表明:试验钢在320℃配分后,获得针状下贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;380℃配分后,获得板条状上贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;450℃配分后,组织为马氏体+残留奥氏体,无贝氏体生成。当配分温度为320℃时,强度、塑性和韧性的配合达到最佳,强度为1524MPa,总伸长率为18.7%,V型缺口冲击功为58J。配分过程中贝氏体的形成,分割原奥氏体晶粒,细化组织,阻碍了裂纹的扩展,使得试验钢的冲击韧性大幅提升。     

Cr12冷作模具钢下贝氏体／马氏体复相热处理工艺的研究

研究了下贝氏体／马氏体复相热处理工艺对Cr12钢显微组织与性能的影响。Cr12钢于1030℃加热奥氏体化，在280℃等温1～4h，获得不同百分比的下贝氏体／马氏体组织，测定相应的耐磨性及冲击韧性，并与常规热处理的Cr12钢进行了比较。结果表明，7％～10％贝氏体／马氏体复相显微组织能赋予Cr12钢以良好的韧性与耐磨性配合。本文对这种复相组织进行了分析及讨论。自行车把节头的凸袋模系Cr12钢制的冷镦模，采用贝氏体／马氏体复相热处理工艺代替常规的分级淬火，其使用寿命可提高3～4倍，现已应用于生产。