超高碳钢石墨化的热力学分析及研究

对喷射态超高碳钢和普通铸造的母合金1．25C-3．0Si-1．5Cr进行了热轧试验，发现在渗碳体和奥氏体双相区热轧时有条状石墨生成。喷射态超高碳钢较母合金中的石墨数量少且石墨较细。从热力学角度分析了元素对石墨化的影响，得出变形可促进石墨的形成。通过控制化学成分，选择合理的热轧工艺减小碳的偏析，可有效抑制石墨的生成。     

1.6%C超高碳钢显微组织与性能研究

对1.6%C超高碳钢进行离异共析和淬火+高温回火两种工艺球化预处理,获得了铁素体基体上分布超细碳化物组织,在此基础上进行了两类淬火处理。显微组织观察分析表明:淬火组织亚结构为位错与孪晶并存;采用感应加热淬火时随感应加热淬火次数增加,板条马氏体增加,孪晶马氏体减少。力学性能测试显示:本试验用超高碳钢强度与中碳结构钢相当;塑性很好,伸长率达17%。     

1.6%C超高碳钢显微组织与性能研究

对1．6％C超高碳钢进行离异共析和淬火＋高温回火两种工艺球化预处理，获得了铁素体基体上分布超细碳化物组织，在此基础上进行了两类淬火处理。显微组织观察分析表明：淬火组织亚结构为位错与孪晶并存：采用感应加热淬火时随感应加热淬火次数增加，板条马氏体增加，孪晶马氏体减少。力学性能测试显示：本试验用超高碳钢强度与中碳结构钢相当；塑性很好，伸长率达17％。     

显微组织对高碳钢韧性的影响

讨论了Ｔ１２Ａ钢制锉刀中碳化物粒子大小，形状及马氏体形态对锉刀使用寿命的影响。结果表明：适当粗化并尽量球化原始组织中的碳化物粒子，可增加淬火组织中板条马氏量与未溶碳化物的体积分数，从而显著提高锉刀韧性并延长其使用寿命。     

国外超高碳钢的研究进展

超高碳钢(Ultrahigh carbon steels简称为UHCS)是指含碳量为1．0％—2．1％的过共析钢，具有高的超塑性和良好的综合力学性能。本文综述了国外超高碳钢的研究成果，包括超塑性及超塑处理工艺、合金元素的作用、力学性能及层状复合超高碳钢，提出了超高碳钢的研究方向。     

1.6%C超高碳钢高温超塑性研究

1.6%C超高碳钢热轧后经810℃×1h+750℃×1 h球化处理后获得理想的球化组织,碳化物颗粒大小、分布较均匀,铁素体晶粒尺寸为3～5 μm.高温拉伸试验表明,在2.5×10-4 s-1的应变速率下,800℃时伸长率高达216%,获得很好的超塑性.扫描电镜分析表明,高温拉伸过程中晶粒基本上保持等轴状,碳化物沿晶界长大、粘连,晶内细小碳化物减少.超高碳钢的高温变形主要依靠晶粒的转动和晶界的滑动来实现.     

1.6%C超高碳钢高温超塑性研究

1.6%C超高碳钢热轧后经810℃×1h+750℃×1h球化处理后获得理想的球化组织,碳化物颗粒大小、分布较均匀,铁素体晶粒尺寸为3￣5μm。高温拉伸试验表明,在2.5×10-4s-1的应变速率下,800℃时伸长率高达216%,获得很好的超塑性。扫描电镜分析表明,高温拉伸过程中晶粒基本上保持等轴状,碳化物沿晶界长大、粘连,晶内细小碳化物减少。超高碳钢的高温变形主要依靠晶粒的转动和晶界的滑动来实现。     

喷射成形超高碳钢的组织与力学性能研究

研究了热轧及热轧后立即等温退火的控制轧制工艺对喷射成形超高碳钢的组织及室温力学性能的影响,分析了超高碳钢不同组织结构与其力学性能之间的关系。结果表明,采用热轧后立即进行等温退火的控制轧制工艺,可得到层片珠光体与碳化物颗粒的有序混合组织,大大提高了喷射成形超高碳钢的室温综合力学性能,且工艺相对简单;同时采用热轧处理后,产生的片层状珠光体组织能够有效提高超高碳的加工硬化率,进一步通过减小片间距,可以获得更高的强度。     

正火温度对1.37%C球化超高碳钢组织与性能的影响

对锻造态的1．37％C超高碳钢采用离异共析转变的工艺，得到铁素体基体上弥散分布碳化物颗粒的组织，随后进行二次正火热处理工艺。扫描电镜分析表明：在相同的保温时间内，随正火温度的升高，片层状珠光体越来越密集。室温拉伸试验显示出，超高碳钢获得了优异的综合力学性能，具有明显的屈服现象，强度和塑性均很好。     

热处理对超高碳钢组织和性能的影响

采用几种不同的热处理工艺对超高碳钢进行球化处理,并对不同热处理状态下的试样进行了组织观察和力学性能测试分析,探讨了热处理对超高碳钢组织和性能的影响。结果表明,随着碳化物球化率的提高,钢的塑性得到明显改善。经840℃×20min淬火+650℃×3h高温回火处理样品因能获得圆整度高的球状碳化物,而拥有σs=576MPa、σb=835MPa的高强度和δ5=18·4%的良好塑性。经1200℃×4h高温正火+800℃×2h球化退火处理的超高碳钢由于获得的球状碳化物颗粒细小且分布均匀,基体在变形时受到的阻碍作用较弱,故强度较高(σs=622MPa,σb=927MPa),但塑性稍有下降(δ5=16·0%)。经720℃×3·5h退火处理和840℃×20min空冷+720℃×2·5h退火处理的超高碳钢尽管含有一定量的片状碳化物,也能获得高的强度(σs>590MPa,σb>870MPa)和较好的塑性(δ>11%)。     

等温淬火对超高碳钢组织和性能的影响

对不同等温淬火工艺下超高碳钢贝氏体组织形态及力学性能进行了研究.结果表明,较低的等温温度(250℃)下,贝氏体转变孕育期较长(30min),转变速度慢,但贝氏体可转变彻底.等温温度升高到300～350℃,孕育期显著缩短到10～5min,贝氏体不完全转变显著,等温时间延长,未转变奥氏体发生非整形铁素体和渗碳体分解.在贝氏体转变量较少时,随后采取空冷,与水冷相比,贝氏体转变较多.经250℃×90min等温淬火处理,获得下贝氏体组织及残留碳化物,表现出高硬度和良好的冲击韧度.     

热处理工艺对超高碳钢显微组织及磨损性能的影响

研究了不同热处理条件下超高碳钢的微观组织,分析了滑动速度和载荷对其摩擦磨损性能的影响.结果表明,球化退火后,其组织由铸态时的细片状珠光体加网状碳化物变成球状或粒状的珠光体;正火后,高碳钢组织转变为片状珠光体加颗粒状碳化物;淬火+低温回火后,碳钢组织转变成回火马氏体.在球化退火、正火及淬火条件下,材料的摩擦系数均随滑动速度和载荷的增大而减小;磨损率则随载荷的增大而增大,随滑动速度的增大而减小.在相同条件下,高碳钢在淬火+低温回火处理后的摩擦系数和磨损率明显低于球化退火后的摩擦系数和磨损率.     

球化工艺对热轧超高碳钢组织性能的影响

利用离异共析原理，采用不同的热处理工艺球化热轧超高碳钢。组织观察表明：热轧预处理消除了铸态下晶界网状粗大碳化物，并获得颗粒状碳化物与片状珠光体的混合组织。球化热处理时，奥氏体化温度升高、保温时间延长，碳化物颗粒的间距增大，减缓冷却速率增加碳化物的析出。对球化后超高碳钢进行拉伸力学性能试验，850℃球化后的强度很高（σ0.2=688．71MPa，σb=1005．78MPa），屈强比和伸长率分别为0．69、16．7％。拉伸后的断口形貌分析表明，超高碳钢拉伸过程中裂纹易在大颗粒碳化物处萌生、扩展。     

球化工艺对热轧超高碳钢组织性能的影响

利用离异共析原理,采用不同的热处理工艺球化热轧超高碳钢。组织观察表明:热轧预处理消除了铸态下晶界网状粗大碳化物,并获得颗粒状碳化物与片状珠光体的混合组织。球化热处理时,奥氏体化温度升高、保温时间延长,碳化物颗粒的间距增大,减缓冷却速率增加碳化物的析出。对球化后超高碳钢进行拉伸力学性能试验,850℃球化后的强度很高(σ0.2=688.71MPa,σb=1005.78MPa),屈强比和伸长率分别为0.69、16.7%。拉伸后的断口形貌分析表明,超高碳钢拉伸过程中裂纹易在大颗粒碳化物处萌生、扩展。     

1.31%C超高碳钢的压缩超塑性研究

通过观察退火态w(C)=1.31%超高碳钢超塑压缩试样的外观形态.测定其压缩真应力一真应变曲线,探讨了超塑压缩温度、应变速率对超高碳钢压缩超塑性的影响.结果表明,超高碳钢在750～790℃、(0.8～2)×10-3s-1超塑压缩条件下,其应变速率敏感性指数大于0.3,呈现出压缩超塑性变形.     

1.7%C超高碳钢高频感应淬火工艺及组织特征

研究了含1.7%C超高碳钢高频感应淬火后的组织特征.试验表明,该钢经淬火与高温回火预处理后再进行高频感应淬火后的组织中存在大量的板条马氏体,且板条马氏体数量随感应循环次数的增加而增多,讨论了该钢感应加热淬火后的组织特征.     

超高碳钢超级贝氏体转变及组织与性能

研究了碳含量1.26wt%的超高碳钢在等温淬火后的组织及其对拉伸力学性能的影响。结果表明,超高碳钢的等温淬火组织为超级贝氏体（Superbainite）+残留碳化物的复相组织。超级贝氏体的形成是因为超高碳钢中的高碳成分及铝元素的添加。由于原奥氏体晶粒细化,超级贝氏体的形核率增加,长大路径缩短,使转变速率加快。形貌观察表明,贝氏体铁素体片和残留奥氏体薄膜的厚度只随着等温温度的降低而减小;奥氏体化温度对贝氏体铁素体片厚度没有影响,但超级贝氏体组织的尺寸会随奥氏体化温度提高而增加。拉伸试验结果表明,随着等温时间的延长,抗拉强度逐渐升高,但断后伸长率却先增加后减小;等温温度或奥氏体化温度升高均会引起抗拉强度降低,但伸长率增加。     

超高碳钢高温回火组织转变机理研究

对Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢高温回火组织转变机理进行了研究.该超高碳钢经双相区淬火650℃回火后可获得平均值为310 nm的铁素体晶粒、平均值为250 nm的未溶碳化物及平均值为54 nm的析出碳化物的超细晶组织,结合试验,提出该超高碳钢仅通过淬火-高温回火可获得超细晶组织的转变机理.     

铝合金化超高碳钢的球化工艺研究

在超高碳钢 (UHCS)中添加铝 ,利用成分不均匀奥氏体的加热控制 ,可以实现奥氏体在冷却过程中先共析碳化物在基体上弥散析出。这些弥散分布的碳化物颗粒在共析转变前的等温过程中长大 ,其尺寸由等温时间和等温温度控制。随后进行淬火和高温回火处理 ,得到了理想的球化组织。新的球化工艺为 870℃透烧 ,在 780℃等温保持 1 5h淬火 ,然后 6 5 0℃× 2h回火。该工艺与普通等温球化工艺相比 ,使超高碳钢具有高的屈强比     

喷射成形超高碳钢的超塑性等温锻造性能研究

研究了喷射成形超高碳钢的显微组织 ,表征了其超塑性变形的力学特征 ,喷射成形超高碳钢的最佳变形温度为 82 0℃ ,最佳应变速率为 2 5× 10 - 4s- 1 。测定了超塑性等温锻造后喷射成形超高碳钢的室温力学性能 ,并观察了其显微组织。结果表明 ,超塑性等温锻造工艺使超高碳钢的组织得到了致密化 ,其原始组织主要是均匀、细密的珠光体 ,锻造后则大部分转变为细小的等轴铁素体晶粒以及弥散分布于其上的碳化物的组织。