冷却速率对中锰马氏体耐磨钢微观结构及硬度的影响

矿山机械用构件因服役环境恶劣,常常出现磨损失效。低合金耐磨钢制造的构件采用淬火加低温回火得到单一马氏体组织,其硬度较高,但韧性差。目前,采用含有一定Si含量的中锰耐磨钢构件,通过工艺参数的有效控制可以得到马氏体加残余奥氏体(M+RA)复相组织,从而保证矿山机械构件在具有一定硬度的同时还具有一定的塑韧性。利用Gleebel3800热模拟机、金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、X射线衍射(XRD)仪及维氏硬度计等手段,研究了不同冷却速率对中锰马氏体耐磨钢的组织演变、残余奥氏体含量、形貌和维氏硬度的影响。结果表明,冷却速率由30℃/s降低至0. 05℃/s时,试验钢均获得马氏体+残余奥氏体组织。当试验钢以非常缓慢的速率(0. 05℃/s)冷却时,过饱和马氏体中的碳充分配分至残余奥氏体中,增加残余奥氏体的稳定性,因而室温下残余奥氏体体积分数较高(～12%),残余奥氏体呈现膜状和明显的块状形貌。而当冷却速率较快(10℃/s)时,残余奥氏体体积分数低于6%,残余奥氏体呈薄膜状和细小块状。另外,不同冷却速率微观结构演变及残余奥氏体体积分数不同,导致试验钢硬度发生显著变化。冷却速率缓慢时,碳的固溶强化及马氏体位错强化作用减弱,软质相残余奥氏体体积分数增加,使得试验钢硬度降至最低值HV508。当冷却速率大于10℃/s时,过饱和马氏体中碳的固溶强化及其位错亚结构强化作用使得硬度值较高。中锰耐磨钢的维氏硬度y与冷却速率x之间符合双指数衰减关系:y=-42. 23exp(-x/4. 75)-38. 27exp(-x/0. 17)+573. 76。     

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述：(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。     

添加Si对马氏体不锈钢淬火-配分组织和性能的影响

为改善马氏体不锈钢的强塑性和耐蚀性,设计制备了Si含量不同的两种氮合金化马氏体不锈钢10Cr13N钢和10Cr13Si2N钢.对实验钢进行了改变配分时间但恒定淬火终止温度和配分温度的淬火-配分处理,从显微组织和力学性能的变化规律探究添加Si元素的作用与机理.结果表明:实验钢淬火-配分处理后得到板条马氏体加残余奥氏体为主的复相组织,其强塑性配合显著高于淬火-回火状态.随配分时间的延长,两种钢组织中残余奥氏体的含量呈现先上升后下降的极值规律,这一变化对强度影响不大,但对伸长率影响较为显著.增加钢中的Si含量,有利于抑制马氏体中碳氮化物析出并提高残余奥氏体含量和稳定性,在使钢的冲击韧性略微下降的同时可显著改善钢的变形能力.     

加热速率和配分时间对低碳Q&P钢组织及性能的影响

第三代高强度Q&P(淬火配分)钢作为一种新型的热处理钢,其显微组织以马氏体和残余奥氏体为主,因而具有高强度和高延伸率.本工作利用Gleeble热模拟试验机改变加热速率(5℃/s、50℃/s、300℃/s)和配分时间(10 s、60 s)对Q&P钢的组织和性能进行研究.通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD)分别研究了Fe-0.23C-1.55Si-1.92Mn-0.04Al钢的晶粒形貌、尺寸和物相;然后通过Gleeble热模拟试验机对其进行拉伸测试.研究结果表明,提高加热速率可以细化原奥氏体晶粒,进而在二次淬火时获得的二次马氏体尺寸也随之减少;当配分时间为10 s和60 s时,加热速率的提高有利于提高残余奥氏体的含量;当加热速率为300℃/s、配分时间为60 s时,试样的强塑积可达37.9 GPa·％.     

Q&P工艺参数对34SiMn2CrNiMo钢组织和力学性能的影响EI北大核心

设计制备一种中碳合金钢34SiMn2CrNiMo,通过对淬火-配分(Q&P)热处理试样的显微组织表征和力学性能测试,建立工艺-组织-性能的关系,结合热膨胀相变行为研究结果,探讨淬火中止温度TQ、加热模式、配分温度TP和配分时间tP对组织演变的影响规律并进行强韧性机理分析。结果表明:实验钢经过Q&P处理后可以获得马氏体+残余奥氏体的复相组织,从而大幅提高强塑性。在最佳处理状态组织中残余奥氏体体积分数约为24%,屈服强度为1053 MPa,抗拉强度为1607 MPa,伸长率为24.9%,强塑积为40.0 GPa·%。为了避免生成块状二次马氏体,实验钢最佳淬火温度应位于马氏体相变开始温度Ms以下150℃左右。实验钢不完全淬火后缓慢加热比快速加热配分能获得更多的残余奥氏体,钢的塑韧性提高更明显。实验钢在400℃配分时Q&P组织和性能相对稳定,而在450℃配分时残余奥氏体体积分数随时间延长而减少,导致屈服强度和伸长率同步下降。     

高性能节约型不锈钢制备技术研发与应用

开发了409L和410S铁素体不锈钢冷轧板的淬火-配分(QP)工艺,获得了铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织。通过优化奥氏化温度、淬火温度和配分时间,获得了尽量多的马氏体和残余奥氏体。与常规退火和淬火-回火(QT)工艺相比,QP工艺获得了最优的强度和延伸率组合、连续性屈服和适中的n值、r值,达到了高强度和易成型的要求,能够替代先进高强钢用于生产汽车结构件。     

前驱体对含Cu低碳钢I&Q&P处理后组织性能的影响

采用IQP工艺和EPMA、SEM和XRD等手段,研究了3种前驱体对含Cu低碳钢残余奥氏体含量及力学性能的影响。结果表明,双相区保温初期试验钢奥氏体长大由C配分控制,后期由合金元素Mn、Cu配分控制;双相区保温奥氏体化后,双相区配分后形成弥散分布的局部高浓度Mn、Cu区域仍保留富集效果,在随后的淬火-碳配分阶段易于形成残余奥氏体。经IQP处理后,前驱体为P+F的钢室温组织中马氏体板条较粗,原始奥氏体晶界并不明显;前驱体为F+M钢得到的马氏体板条有序细密;前驱体为M的钢室温组织中马氏体板条更加细密。其中,前驱体组织为M的钢中残余奥氏体量最高,延伸率为24.1%,强塑积可达25 338 MPa·%,综合性能最好。     

热成形钢22MnB5的Q&P工艺

采用盐浴法对热成形钢22MnB5进行了Q&P工艺(quenching and partitioningprocess)处理,研究了淬火终点温度、分配温度和分配时间对试验钢的显微组织、力学性能和残余奥氏体含量的影响。结果表明:Q&P工艺处理22MnB5钢的显微组织主要为马氏体和残余奥氏体组织,同时有一定量的碳化物析出,随着淬火终点温度和分配温度的升高或分配时间的延长,马氏体和碳化物的微观形貌会发生变化;在淬火终点温度和分配温度为325℃,分配时间为60s时得到的试样强塑积最高,达到20435MPa.%;试样的拉伸断口都显示出良好的韧性断裂特征;XRD分析表明,在Q&P工艺处理后试验钢的残余奥氏体含量可达5.5%。     

15CrNi4Mo钢渗碳及热处理工艺研究

研究了表面碳含量和热处理工艺对15CrNi4Mo钢渗碳层的影响,分析了渗层显微组织和硬度分布。结果表明:渗碳后表面碳含量为0.90%时,在805℃淬火310℃回火后,渗碳层组织为细针状回火马氏体、残余奥氏体和少量碳化物,心部组织为回火马氏体及少量铁素体,能够满足使用要求。     

淬火-配分处理对30CrMnSiA钢冲击韧性的影响

淬火-配分(Quenching and Partitioning, Q&P)钢由于具有优异的综合性能而备受关注。本文设计了一步等温和二步等温处理工艺,通过改变淬火温度和等温温度获得了不同含量一次马氏体(PM)、残余奥氏体(RA)、二次马氏体(FM)及贝氏体(BF)的多相微观结构。采用XRD、EBSD综合分析了淬火配分处理对马氏体/贝氏体形态、位错密度、体积含量、变体选择行为以及冲击韧性的影响。示波冲击试验结果表明:330 ℃是一步淬火配分和二步淬火配分处理的最佳淬火温度,该温度能够获得最佳的冲击韧性。与一步淬火配分处理比较,二步淬火配分处理可以提高复相组织中的RA含量,并降低FM含量。最优的淬火温度和配分温度有利于降低马氏体/贝氏体(M/B)中的位错密度、增加RA和大角度晶界(HAGB)体积含量,从而显著改善Q&P钢的冲击韧性。     

Enhanced activity of austenite resulting from ultrasonic vibration in a low alloy case-hardened steel

The retained austenite content of a quenched case of a low alloy steel was examined with and without ultrasonic vibrations. Results obtained are particularly promising and indicate the possibility of reducing the amount of retained austenite in a quenched case-carburized steel by ultrasonic treatment which is of considerable industrial importance. The activity of the austenite to form more martensite has been attributed to the increase in dislocation density and point defects which enhance the number of martensite nucleation sites on ultrasonic treatment.     

GCr15钢深冷条件下的组织转变

以GCr15钢轴承套圈为对象,采用深冷处理的方法对淬火后的零件进行处理以减少零件中的残余奥氏体含量。通过X射线衍射法检测残余奥氏体含量和扫描电子显微镜(scanning elec-tron m icroscopy,SEM)观察深冷处理后的零件组织,研究了深冷处理温度和时间对GCr15钢淬火后的残余奥氏体转变的影响。结果表明,深冷处理可以大幅降低淬火GCr15钢零件中的残余奥氏体,最多可使零件中71.6%的残余奥氏体可以转变为马氏体。     

X-ray diffraction and magnetic characterization of the retained austenite in a chromium alloyed high carbon steel

In the present work the amount of retained austenite present in quenched and tempered high carbon–chromium alloyed steel was quantified by X-ray diffraction and magnetization saturation measurements. The steel was forged and directly quenched. The retained austenite partially transformed into martensite on cooling down to −196 °C. The M_f temperature of about −150 °C was found by thermomagnetic analysis. Tempering at low temperatures (220 °C and 270 °C) promoted the stabilization effect of austenite. The intrinsic magnetization of the ferromagnetic martensite used in the phase quantification was 206.4 A² m/kg. The increase of the tempering temperature above 320 °C slightly decreases the m _s value of the martensite due to tempering reactions.     

CEMS study of fracture surfaces in SAE 4340 steel

Conversion Mössbauer Spectroscopy (CEMS) has been applied to the study of fracture surfaces of SAE 4340 steel quenched and tempered at 2002C. This steel has a mechanically and thermally unstable low volume fraction of retained austenite (5.6 %). CEMS technique is able to detect different iron phases in layers about 100 nm thick and therefore allowed us to investigate the austenite to martensite transformation induced by the fracture process. By removing surface layers by chemical etching we were able to evaluate qualitatively the content profile of the retained austenite as a function of the depth. It was found that the content of retained austenite is zero within the experimental error down to about 150 μm beneath the surface fracture. Below this level the austenite concentration begins to increase.     

回火方式对调质高强度钢组织和性能的影响

为改善高强度钢的塑性和韧性,对同一种低合金高强度钢进行两种不同回火方式的调质处理,淬火+缓慢加热回火的传统调质与淬火+感应加热回火的新调质工艺,分析该工艺对钢的组织与性能的影响.利用扫描电镜和透射电镜观察组织及析出物的变化,采用X射线衍射仪分析了钢中残余奥氏体体积分数.结果表明:两种工艺下,钢的组织均为板条宽300～500 nm左右的马氏体组织,感应加热回火调质工艺处理后,板条组织明显,析出物大多约为20 nm,比传统调质处理后的细小;两种不同热处理工艺均能提高钢的屈服强度.感应加热至500℃回火后试验钢具有16%以上的延伸率,-40℃冲击功达到32 J,优于传统调质工艺处理钢板的综合性能.感应加热回火能获得更多小尺寸析出物和更多的残余奥氏体,有利于改善钢的塑性和韧性.     

金相检验与相变研究及应用

概述金相技术的进展及其对相变研究的重要意义。作为例子,对由金相发现或确认的低碳马氏体与条间残余奥氏体、热弹性马氏体,和淬火轴承钢中的等温马氏体、以及它们在材料工程的应用加以综述。     

低碳硅锰钢I&Q&P处理中C,Mn元素配分综合作用EI北大核心CSCD

采用EMPA,SEM和XRD等手段,研究低碳硅锰钢在双相区保温淬火(I&Q)、双相区保温+奥氏体化+盐浴配分(I&Q&P)和奥氏体化+盐浴配分(Q&P)工艺中的C,Mn元素配分行为及对残余奥氏体的综合作用。结果表明:经I&Q工艺处理后,得到马氏体、铁素体加少量残余奥氏体混合组织,C,Mn在马氏体中出现了富集,并且C富集程度高于Mn;经I&Q&P工艺处理后,C,Mn在板条马氏体中呈现不均匀分布,C的局部富集现象更明显,按C,Mn含量的不同,马氏体可分为"高C高Mn"、"高C低Mn"和"低C低Mn"3种;相比较Q&P工艺中只有C配分作用稳定残余奥氏体,I&Q&P工艺在C,Mn配分综合作用下,能得到更多的残余奥氏体。     

Influence of deep cryogenic treatment on the thermal decomposition of Fe–C martensite

The beneficial effects of deep cryogenic treatment (DCT) at temperatures close to ?180 °C on certain mechanical properties of steels are well known, although the metallurgical base mechanism of DCT still needs further clarification. In this study, the thermal decomposition of steel martensite (100Cr6) subjected to low-temperature soaking over different periods (SDCT = 5 min at ?180 °C, LDCT = 24 h at ?180 °C) is investigated by means of differential scanning calorimetry and dilatometry. The results were compared with those for the same conventionally quenched and tempered steel. Isochronal annealing experiments at different heating rates were performed, in order to highlight the main tempering stages and to obtain their relevant activation energies. DCT was clearly shown to lower the Ea of the pre-precipitation process more intensely than in the quenched steel. This result may probably be ascribed to an increased dislocation density and to the activation of the carbon segregation process in larger amounts of martensite. The precipitation of transition carbides was also enhanced by the low-temperature conditioning of martensite. As expected, DCT transformed the retained austenite, so that the corresponding peaks almost disappeared from both the dilatometric and the DSC patterns.     

30CrNi3MoV低合金超高强钢中的马氏体相变

通过对马氏体的显微组织进行分析,并结合线膨胀试验得到的相变动力学信息研究了30CrNi3MoV低合金超高强钢中的马氏体相变特征.结果表明:淬火冷却30CrNi3MoV钢的相变产物包括低碳板条状和高碳针状两种马氏体形态,两者的形成在动力学曲线中截然分开.板条马氏体形成于Ms以下的较高温(310℃～260℃),相变过程中发生了碳的重新分配,造成富碳奥氏体微区的形成;高碳针状马氏体形成于Ms以下的较低温(260℃～170℃),由富碳奥氏体微区转变而成.板条马氏体形成速率远高于针状马氏体.