模具钢无碳化物贝氏体的相变行为及其对磨损性能的影响

研究了H13模具钢的常规马氏体(油淬火+580℃回火)和无碳化物贝氏体(300℃等温处理)的相变行为，以及显微组织对其冲击磨损性能的影响。结果表明：试验钢经贝氏体等温后形成了由板条状贝氏体铁素体和残留奥氏体组成的无碳化物贝氏体组织；贝氏体铁素体+残留奥氏体组织的冲击磨损性能在磨损后期(1.5和2.0 h)优于马氏体组织。这是由于马氏体组织容易产生微裂纹，产生大量犁削，从而导致耐磨性能降低，而无碳化物贝氏体组织在冲击磨损过程中使表层发生剧烈的塑性变形，诱导微观组织中的残留奥氏体转变成α相铁素体，能够阻止试验钢基体在冲击磨损过程中产生切削，从而提高其耐磨性。     

退火工艺对1200MPa级TRIP钢的组织和力学性能的影响

采用不同的退火工艺得到了多边形铁素体基TRIP钢(TPF)、贝氏体铁素体基TRIP钢(TBF)和回火马氏体基TRIP钢(TAM)3种不同基体结构的TRIP钢,并对它们的显微组织和力学性能进行研究。结果表明,退火工艺的不同导致实验钢的微观组织完全不同,力学性能也存在显著差异。TPF钢的基体结构为尺寸较大的多边形铁素体,其上分布着贝氏体、马氏体及少部分残留奥氏体,抗拉强度和伸长率均低于TBF钢与TAM钢。TBF钢的基体结构为贝氏体铁素体,残留奥氏体呈长条状或块状分布于贝氏体板条间,表现出高强度但伸长率不佳。TAM钢组织由退火马氏体基体、残留奥氏体及新生马氏体组成,残留奥氏体以稳定的长条状或薄膜状分布在退火马氏体晶界处或板条间,具有最佳的力学性能。     

奥氏体化温度对TAM钢力学性能及微观组织影响

通过奥氏体化预处理、两相区临界退火以及贝氏体等温处理这3个过程制备了含退火马氏体组织的TRIP钢(TAM钢),利用拉伸试验机、扫描电镜、透射电镜以及X射线衍射对其力学性能和微观组织进行了表征,在此基础上研究了奥氏体化预处理温度对力学性能及微观组织的影响规律。结果表明,含退火马氏体组织的TRIP钢,具有良好的断后伸长率和强塑积,尤其是在奥氏体化预处理温度为950℃时,其断后伸长率高达40%以上,强塑积高达27 GPa·%;其微观组织由铁素体、贝氏体、残留奥氏体以及退火马氏体构成,退火马氏体精细结构呈现板条状,板条间存在残留奥氏体;奥氏体化预处理温度对残留奥氏体体积分数没有显著影响,但对最终组织中的退火马氏体体积分数以及晶粒大小有显著影响。     

奥氏体化温度对TAM钢力学性能及微观组织影响北大核心CSCD

通过奥氏体化预处理、两相区临界退火以及贝氏体等温处理这3个过程制备了含退火马氏体组织的TRIP钢(TAM钢),利用拉伸试验机、扫描电镜、透射电镜以及X射线衍射对其力学性能和微观组织进行了表征,在此基础上研究了奥氏体化预处理温度对力学性能及微观组织的影响规律。结果表明,含退火马氏体组织的TRIP钢,具有良好的断后伸长率和强塑积,尤其是在奥氏体化预处理温度为950℃时,其断后伸长率高达40%以上,强塑积高达27 GPa·%;其微观组织由铁素体、贝氏体、残留奥氏体以及退火马氏体构成,退火马氏体精细结构呈现板条状,板条间存在残留奥氏体;奥氏体化预处理温度对残留奥氏体体积分数没有显著影响,但对最终组织中的退火马氏体体积分数以及晶粒大小有显著影响。     

低碳马氏体形成时碳的扩散

低碳马氏体形成时,碳由马氏体扩散到周围奥氏体。使奥氏体由0.27%富碳至1.04%所需的时间,经计算仅为10~(-7)s数量级,证明碳原子的扩散跟得上条状马氏体的形成。由热力学计算,可以合理地认为碳由马氏体脱溶使奥氏体富碳。经过透射电镜观察,0.12C-低Ni-Cr钢的淬火组织主要为条状马氏体及条间残余奥氏体,也存在挛晶马氏体。后者进一步证明,在低碳马氏体形成时碳的扩散使奥氏体富碳,在有些富碳不太高的母相区域就形成这类组织。奥氏体和马氏体之间的界面为较平直的界面。同一钢的贝氏体组织具有正常上贝氏体(B_Ⅱ)、B_Ⅲ型贝氏体和无碳化物贝氏体(B_Ⅰ)。奥氏体和贝氏体铁素体之间的界面上存在巨型台阶,与奥氏体和马氏体之间的界面具有很大的差别。又从动力学观点考虑,低碳马氏体的长大速率与上贝氏体的伸长速率相差达3—4个数量级,因此认为低碳马氏体的形成和贝氏体具有不同的机制。     

DIFFUSION OF CARBON DURING THE FORMATION OF LOW-CARBON MARTENSITE

低碳马氏体形成时,碳由马氏体扩散到周围奥氏体。使奥氏体由0.27％富碳至1.04％所需的时间,经计算仅为10~(-7)s数量级,证明碳原子的扩散跟得上条状马氏体的形成。由热力学计算,可以合理地认为碳由马氏体脱溶使奥氏体富碳。经过透射电镜观察,0.12C-低Ni-Cr钢的淬火组织主要为条状马氏体及条间残余奥氏体,也存在挛晶马氏体。后者进一步证明,在低碳马氏体形成时碳的扩散使奥氏体富碳,在有些富碳不太高的母相区域就形成这类组织。奥氏体和马氏体之间的界面为较平直的界面。同一钢的贝氏体组织具有正常上贝氏体(B_Ⅱ)、B_Ⅲ型贝氏体和无碳化物贝氏体(B_Ⅰ)。奥氏体和贝氏体铁素体之间的界面上存在巨型台阶,与奥氏体和马氏体之间的界面具有很大的差别。又从动力学观点考虑,低碳马氏体的长大速率与上贝氏体的伸长速率相差达3—4个数量级,因此认为低碳马氏体的形成和贝氏体具有不同的机制。     

热镀锌TRIP钢的微观组织结构及演变规律

利用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射和相变仪对热镀锌TRIP钢的微观组织进行了定性观察和定量计算,在此基础上对热镀锌TRIP钢残留奥氏体的演变规律和马氏体的精细结构进行了研究。定性观察表明热镀锌TRIP钢的微观组织由铁素体,贝氏体,残留奥氏体和马氏体构成,在贝氏体相变结束后的冷却过程中还存在马氏体相变;通过对微观组织计算发现,受贝氏体等温相变时间影响,热镀锌TRIP钢中的马氏体碳含量在0.80%~1.0%之间,贝氏体等温时间越长,最终组织中马氏体碳含量越高,Ms点越低;在贝氏体相变结束后,部分碳含量不高的奥氏体在随后的冷却过程中发生马氏体相变,以马-奥岛的形式存在,马氏体的精细结构以孪晶马氏体为主,存在少量位错马氏体。     

低碳Si-Mn钢的直接淬火-动态配分(DQ&P)工艺

以含碳量为0.078%的Si-Mn钢为研究对象,采用直接淬火-动态配分(DQP)工艺,研究了不同淬火温度对显微组织和宏观硬度的影响。结果表明,经DQP工艺处理后的低碳钢,组织以铁素体、马氏体/贝氏体为主,残留奥氏体的含量在4.3%~7.2%之间,当淬火温度为320℃时,达到最大值7.2%。通过透射电镜观察发现,残留奥氏体主要以块状的形式分布于铁素体/马氏体和铁素体/贝氏体的界面,少量尺寸较小的残留奥氏体以薄膜状的形态分布于马氏体/贝氏体板条间。不同淬火温度下,硬度值在253~264 HV10之间,随淬火温度变化幅度较小,并且在240℃和320℃时达到最大值264 HV10。该研究表明,采用轧制变形和元素配分的方式能极大限度地稳定残留奥氏体,使得含碳量为0.078%的低碳钢能获得高达7.2%的残留奥氏体,为合金元素减量化的QP钢生产提供了新方法。     

700MPa级高塑低碳低合金钢的多相组织调控及性能

通过临界退火、临界回火以及回火的多步热处理方式,研究了低碳低合金钢的组织演变与力学性能.结果表明,临界退火后的组织为板条状的临界铁素体及贝氏体/马氏体的双相组织.经临界回火后,为临界铁素体、回火贝氏体/马氏体以及残余奥氏体的多相组织.残余奥氏体呈粒状和条状,分布在铁素体/贝氏体(马氏体)相界面及贝氏体/马氏体板条之间,含量高达29%,并在回火后保持稳定,主要通过C,Mn,Ni和Cu在逆转奥氏体中的富集来稳定.临界退火及回火过程中,Nb C在铁素体及贝氏体/马氏体中析出,呈球状、椭圆形或不规则形状,平均尺寸为10 nm;富Cu的析出相在临界回火及回火过程中形成,呈球状分布于铁素体及残余奥氏体中,尺寸在10~30 nm之间.通过残余奥氏体的应变诱导塑性(TRIP)效应及纳米析出相的析出强化作用,实验钢具有优异的力学性能:屈服强度高于700 MPa,抗拉强度高于900 MPa,均匀延伸率高于20%,总延伸率高于30%.     

冷却介质对高强度贝氏体耐磨钢板组织和力学性能的影响

研究了不同冷却介质对贝氏体耐磨钢板组织和力学性能的影响。结果表明,轧制、低温回火及热轧后奥氏体化空冷低温回火耐磨板的组织为板条贝氏体铁素体和残留奥氏体,油冷、水冷热处理耐磨板的组织为板条马氏体和残留奥氏体。经轧制、低温回火及奥氏体化空冷低温回火,新型贝氏体耐磨钢板具有良好的强韧性配合。热轧后用控制奥氏体化介质冷却可以获得不同力学性能的耐磨钢板．     

Effect of silicon content and annealing temperature on formation of retained austenite and mechanical properties in multi-phase steels

Cold-rolled and annealed ultra-high strength sheet steels with good ductility accompanied by TRIP of retained austenite have received considerable attention in recent years. This paper discusses the effect of silicon content and annealing temperature on the formation of retained austenite and the mechanical properties in Fe-0.34%C-1.7% Mn steels whose structure consists of ferrite, bainite and retained austenite. Silicon inhibited the cementite formation in bainite during isothermal holding and partitioned carbon from bainite to austenite, resulting in an increase in retained austenite content. When the silicon content was increased to 1.0 wt.% or higher, the amount of retained austenite markedly increased leading to good mechanical properties. 0.34%C-1.03%Si-1.7%Mn steel showed a high tensile strength of 1,030 MPa and a total elongation of 34.5% when annealed at 780°C for 5 min followed by isothermal holding at 400°C for 5 min. In this case, the amount of retained austenite was about 25%. The variation in tensile strength-elongation combination had good correlation with that in the amount of retained austenite with both annealing temperature and silicon content. The most retained austenite was obtained in the steel annealed at just above A_C1 temperature. The annealing temperature which gives the most retained austenite was decreased with decreasing the silicon content.     

高硅铸钢残余奥氏体分布形态及其对力学性能的影响

采用透射电子显微镜(TEM)对高硅铸钢等温淬火热处理后的显微组织以及残余奥氏体分布形态进行了研究,对等温淬火组织中残余奥氏体量进行了测定.结果表明,残余奥氏体呈薄膜状及块状两种分布形态.薄膜状分布的残余奥氏体与贝氏体铁素体间的位向符合K-S关系,对钢的综合力学性能特别是韧性有积极的作用;而呈块状分布的残余奥氏体,由于其机械稳定性差,对钢的各项力学性能有不利的影响.要获得具有优异综合力学性能的高硅铸钢,薄膜状残余奥氏体与块状残余奥氏体体积分数量的比值Vγ-F/Vγ-B要大于1.0.     

高硅铸钢的强韧化机理

采用X射线衍射，计算了高硅铸钢等温淬火热处理后的贝氏体铁素体含碳量，采用TEM分析了贝氏体铁素体中的错位，研究了贝氏体铁素体板条尺寸与高硅铸钢屈服强度、硬度间的关系。在此基础上分析了高硅铸钢的强化以及韧化机理，高硅铸钢的强化是固溶强化，位错强化和细晶强化综合作用的合理；而高硅铸钢的韧化是存在于贝氏体铁素体板条之间富碳的薄膜状残余奥氏体，细小的贝氏体铁素体板条共同作用的结果。合适的Si含量也是影响高硅铸钢韧性重要因素。     

In-situ SEM observation on fracture behavior of austempered silicon alloyed steel

Crack initiation,propagation and microfracture processes of austempered high silicon cast steel have been investigated by using an in-situ tensile stage installed inside a scanning electron microscope chamber. It is revealed that micro cracks always nucleate at the yielding near imperfections and the boundary of matrix-inclusions due to the stress concentration. There are four types of crack propagations in the matrix:crack propagates along the boundary of two clusters of bainitic ferrite;crack propagates along the boundary of ferrite-austenite in bainitic ferrite laths;crack propagates into bainitic ferrite laths;crack nucleates and propagates in the high carbon brittle plate shape martensite which is transformed from some blocky retained austenite due to plastic deformation.Based on the observation and analysis of microfracture processes,a schematic diagram of the crack nucleation and propagation process of high silicon cast steel is proposed.     

THE CHARACTERISTICS OF MICROSTRUCTURES AND PROPERTIES FOR ADVANCED ALUMINUM／SILICON CONTAINED HOT-ROLLED TRIP STEELS

The microstructure characteristics with super fine ferrite grain size less than 5mm,appropriate retained austenite fraction around 5.0% and or removable abundant dislocations have been obtained by controlled rolling and cooling, which leads to well balance comprehensive properties with high tensile strength of 510 and 615MPa, high elongation of 40% and 27%, low ratio of yield strength to tensile strength 0.83 and 0.80, as well as low ductilebrittle transition temperature less than -80 and -70℃ for advanced aluminum hot-rolled TRIP steel and silicon hot-rolled TRIP steel respectively.     

含Al中锰TRIP钢原始组织对临界退火后组织与力学性能的影响

利用Factsage软件、SEM、XRD等研究了不同原始组织的0.2C-5.0Mn-0.5Si-1.0Al中锰TRIP钢经临界区退火处理后的显微组织与力学性能。结果表明,经热力学计算、设计的不同预处理工艺处理后试验钢的组织分别为:铁素体+块状残留奥氏体(700 ℃预处理10 min)、铁素体+马氏体+少量残留奥氏体 (800 ℃预处理5 min) 和马氏体+少量碳化物 (900 ℃预处理5 min)。不同预处理工艺处理后试样能获得不同形貌的残留奥氏体,700 ℃预处理+临界退火试样得到块状残留奥氏体,其他两种工艺下为膜状残留奥氏体。800 ℃预处理+临界退火试样拥有最佳力学性能,屈服强度为840 MPa,抗拉强度为1121.5 MPa,伸长率为33.25%,强塑积达到37.29 GPa·%。残留奥氏体形貌对中锰钢的加工硬化性能有显著影响,700 ℃预处理+临界退火试样的块状残留奥氏体稳定性较差,表现出高的加工硬化率,但持续区间较短;而800 ℃预处理+临界退火试样的膜状残留奥氏体稳定性更好,试样呈现较高的加工硬化率且持续区间较长。     

低温处理对3Cr2MoCoWV热锻模具钢性能及组织的影响

探讨了低温处理工艺对3Cr2MoCoWV钢力学性能及微观组织的影响。利用光学显微镜,SEM和TEM分别对3Cr2MoCoWV钢微观组织和下贝氏体-马氏体复合组织中的残留奥氏体分布形态进行了研究,并采用XRD测量了残留奥氏体量。结果表明,低温处理后再进行回火处理,组织中析出了大量弥散细小的ε-碳化物和M2C型碳化物,模具钢的工作温度不超过650℃时,M2C型碳化物可作为钢中的强化相,同时组织中残留的薄膜状残留奥氏体提高了钢的冲击韧性。     

淬火温度对空冷贝氏体-马氏体复相耐磨钢组织性能的影响

设计了一种空冷贝氏体-马氏体复相耐磨铸钢的成分并进行冶炼浇注与热处理。通过力学性能测试、显微组织及断口形貌观察、X射线衍射分析等方法，研究淬火温度对组织和性能的影响。结果表明，经900℃淬火1 h后空冷至室温，随后在300℃回火2 h并空冷至室温，获得了综合力学性能最佳的贝氏体-马氏体复相耐磨铸钢，抗拉强度1729 MPa,断后伸长率4.3%,布氏硬度为454 HBW,V型缺口冲击吸收能量为19.31 J。其组织中含有10%左右的残留奥氏体，能够提高基体强韧性。     

预相变马氏体对超级贝氏体钢组织热稳定性的影响

为明确超级贝氏体组织失稳机制以及探索提高超级贝氏体钢中残余奥氏体热稳定性的方法,通过预相变马氏体工艺,即在等温贝氏体相变前引入预相变马氏体,制备了中碳超级贝氏体钢。对比分析了回火前后中碳超级贝氏体钢显微组织和力学性能的变化,研究了预相变马氏体对中碳超级贝氏体钢中贝氏体组织及残余奥氏体热稳定性的影响。结果表明：预相变马氏体的存在能够细化贝氏体铁素体板条,提高残余奥氏体含量和热稳定性。预相变马氏体的引入及其对超级贝氏体组织的细化作用使得试验钢的屈服强度超过1 000 MPa,伸长率大于20%;300～600℃回火1 h后,高碳薄膜状残余奥氏体首先发生分解,形成细小的碳化物,然后贝氏体铁素体板条发生回复和再结晶,形成沿原板条方向的铁素体晶粒;600℃回火后试验钢的屈服强度仍与回火前相当,主要是预相变马氏体周围的薄膜状残余奥氏体未发生明显分解,能够抑制相邻贝氏体铁素体板条的回复。     

The Structure Stability of Carbide-Free Bainite Wheel Steel

Metallographic structures of carbide-free bainite steel wheel rim are mainly composed of supersaturated lath ferrite and retained austenite film among bainitic ferrite laths. It is suspected that supersaturated ferrite and retained austenite are likely to decompose under the influence of temperature change and mechanical stress. Stability of wheel rim structure is studied by means of x-ray diffraction, dye microscopy, and micro-hardness test. When the samples are tempered in the range of 150-350 °C, the retained austenite films are at the state of relative stability. Fifty percent of retained austenite is decomposed when the sample is tempered at 400 °C. Microhardness increases when the sample is tempered at 150 °C. The decrease in hardness is mild when the samples are tempered from 200 to 500 °C. The mechanical stability of retained austenite film is studied with tensile sample under the effect of tensile stress. The retained austenite appears to be stable in low and middle degree of deformation, and decomposition occurs at great amount of deformation. Diffraction peak of carbide is not found in all above experiments. The steel enriched silicon prevents the carbide precipitation during the transformation. It indicates the carbide-free bainite wheel steels have an excellent thermal and mechanical stability.