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1、贝氏体钢的强韧化 9 1 3 贝氏体钢的强韧化 方鸿生白秉哲刘东雨徐平光 清华大学材料科学与工程系教育部先进材料实验室北京1 0 0 0 8 4 S T R E N G T H I N GA N DT O U G H I N Go FB A I N I T I CS T E E L F a n gH 0 n g S h e n gB a i 商n g z h e L i uD o n g y l I X uP i n 鲫l a n g D e p a 九m 虮to fM a t e r i a IS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g L a b o r
2、 a t o r yo fA d v a n c e d M a t 鲥a l sT s i n g h u aU n i v e 商t y B e i j i n g1 0 0 0 8 4 C h i n a 摘要自2 0 世纪3 0 年代 D e 咖 n 和B a i n 发现并研究贝氏体组织以来 国内外一大批材料科学工作者致 力于贝氏体组织及贝氏体相变理论的研究和贝氏体钢的开发利用 5 0 年代出现了M B 系贝氏体锕 7 0 年 代出现了M I 一B 系贝氏体钢 作者在长期扶事贝氏体及贝氏体钢研究的工作积累的基础上 探讨了不同类型 贝氏体组织对钢的强韧性的影响 l 粒状贝氏体组织的强韧
3、性 作者的研究表明 在一定条件下 具有粒状皿氏体组织的钢可以具有优良的强韧性配台 研究表明 粒状贝氏体组织参 量 小岛 的形状 数量 尺寸和分布 是性能的决定因素 即 1 随小岛总量增加 小岛弦长及岛间距减小 强度增加 f 2 随 小岛总量减少 小岛弦长减小 岛间距增加 韧性提高 3 在一定成分范围内 适当控制小岛数量及小岛尺寸 可以得到强韧性 良好配台的力学性能 作者发明的低碳粒状贝氏体钢1 2 M n 2 v B 经锻轧后空冷力学性能可达到 口o2 5 呻 a 一b 8 0 0 a 如 i 4 p 4 0 h 5 0 a 2 经中温回火后 小岛组织分解 得到在铁索体基体上弥散分布有粒状碳化
4、物的类似调质的 组织 强韧性配合得以进一步提高 达到中碳钢调质件性能水平 d o2 5 0 0 M P a 6 b 7 0 0 M P a 占5 1 7 乒 4 5 k I I 8 0 J 廿n 2 该钢锻轧后空冷 中温回火使用 可用作汽车前桥 连杆等嗣质件 以代替中碳或中碳台金调质钢 唐山贝氏体铜总厂 利用该项贝氏体锵技术开发的卜 级粒状贝氏体高强度抽油杆用钢可代替2 0 c r M 调质钢 空冷性能可达到哪2 7 5 0 8 5 0 a 吼 9 0 0 1 1 0 0 a 8 5 1 2 乒 4 5 5 8 J c m 2 2 仿晶型铁蠢体 粒状贝氏体复相组织的强韧性 铁素体是钢中常见的韧
5、性相 故通过适当的台金化设计 在粒状贝氏体非调质钢中引人晶粒细小的仿晶界型铁紊体 形 成仿晶界型铁索体 瞄状贝氏体复相组织 以改善组织的韧性 在这种复相组织中 粒状贝氏体作为强化相 而断续分布的仿 晶界型铁索体作为韧化相 在不具备炉外精炼 钢板控轧控玲及热处理的条件下 在济钢工业化生产线上热轧空玲 成功地生产出厚度为1 2 t n r n 1 6 m m 2 0 m m 等规格的低碳空冷仿晶界型铁紊体 粒状贝氏体钢中厚钢板 性能达到 b 8 5 0 M P a d o2 5 5 0 M P a d 5 1 6 一4 0 的A 大于2 7 已在山东工程机械厂 沈阳鼓风机厂 济钢原料厂等多个单位试
6、验和使用 结果表明其强韧性高 耐磨 性好 焊接性能优良 显示其在量太面广的工程机械中具有广阔的应用前景 仿晶界型铁索体力啦状贝氏体复相钢之所以具有良好的强韧性是由于在裂纹扩展过程中 相遇的仿晶界型铁素体发生塑 性变形丽松弛裂纹尖端的三向应力集中 钝化裂纹尖端 阻滞裂坟扩展 3 下贝氏体 马氏体复相组织的强韧性 作者对经般后空冷可获得下贝氏体 马氏体复相组织的约O4 c 的中碳M n B 系贝氏体钢的研究结果表明 该钢经低温 回火后其强韧性低于马氏体单一组织 但经4 4 0 回火1 h 后在相同硬度下 其K 值比回火马氏体组织的约高1 3 M P a m m 表现出较高的强韧性 这是由于空冷过程
7、中在晶界上形成细小 部分连续的碳化物薄膜并有杂质元素s P 的偏聚 位错在 碳化物薄膜前塞积 造成直力集中诱发裂纹 s P 等杂质元素的偏聚弱化界面结台 使脆性增加 使下照氏体的优越性发挥不 出来 经中温回火后 晶界处的碳化物聚集 球化 使晶界处不易形成裂纹源 减少了沿晶断裂的起因 9 1 4 2 0 0 1 中国钢铁年套论文集 4 无碳化物贝氏体 马氏体复相组织的强韧性 作者采用加人s i 抑制碳化物的形成 而使空砖后获得无碳化物贝氏体 马氏体复相组织 在成分设计时 掭加适量c r 进 一步降低B 点 空玲后获得针状无碳化物呱氏体 马氏体复相组织 电镜观察表明在元碳化物贝氏体 马氏体复相组织
8、中 在 贝氏体和马氏体的界面存在残余奥氏体膜 在贝氏体片条间及构成片条的亚片条问 乃至构成亚片条的亚单元间还存在残余 奥氏体膜 实验结果表明硅显著改善中碳 中低碳M I r B 系贝氏体锕的强韧性 经2 5 0 回火后 含S j 的04 p M n B 系贝氏体 马 氏体复相钢的力学性能为 4 02 1 5 3 3 a 2 0 3 3 0 P a d 5 I I2 曲 4 0 KJ c 7 3 田P a m 他 含S i 的o2 5 c M n B 系贝 氏体 马氏悼复褶钢的力学性能为 o2 1 1 8 5 M P a 6 b 1 5 6 6 a 岛 1 0 妒 4 3 K c 1 1 4 M
9、 P a m m s i 使锕的低温回 火脆性出现的温度范围提高 使所研钢可以在较高的温度下回火 从而提高钢的强韧性 如古硅量为18 的中低碳M n B 系 贝氏体钢以1 6 矾n 的冷却速度莲续拎却并经3 0 0 回火后冲击韧性为9 6 J 臼n 2 此时钢的硬度为4 8 陬c 较高的回火温度 保持有残余奥氏体膜还可辟低钢中内应力 并使组织中的位错密度降低 从而改善钢的延迟断裂性能 应力腐蚀强度因子门 槛值K I 超过5 0 M P a m l 一一 F 噩 一 一 贝氏体钢的强韧化贝氏体钢的强韧化 作者 方鸿生 白秉哲 刘东雨 徐平光 作者单位 清华大学材料科学与工程系 教育部先进材料实验
10、室 北京 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 赵捷 王志奇 李建平 ZHAO Jie WANG Zhi qi LI Jian ping 低碳粒状贝氏体钢强韧化机理的探讨 天津理工学院学报2000 16 1 对14SiMn3Mo低碳贝氏体钢的强韧性及组织作了研究 结果表明 该钢连续空冷后 组织为粒状贝氏体 韧性差 屈强比低 经300 回火可获得良好的强韧性配合 而经400 500 回火产生回火脆性 根据回火过程中显微组织及残余奥氏体稳定性等方面的变化 探讨了粒状贝氏体钢的强韧化机理及回火脆化原因 2 会议论文 方鸿生 罗开双 张寒 白秉哲 低合金Mn系空冷及水淬贝氏体耐磨铸钢 20
11、09 低合金Mn系贝氏体耐磨铸钢是一类典型的 高性能低成本 低合金耐磨铸钢 其强韧性配合一直是研究的重点 本文概述了耐磨合金的概况 阐明了低合金Mn系贝氏体耐磨铸钢的优势 并介绍Mn系空冷和水淬贝氏体耐磨铸钢的最新研究进展 3 期刊论文 彭瑶玮 何国伟 C Si N元素对非调质贝氏体钢的组织和强韧性的影响 热处理2003 18 1 高强韧性的贝氏体钢作为汽车轮轴部件材料受到广泛的重视 而一般热锻 空冷的贝氏体钢需经300 回火处理后方能达到使用要求 为了了解C Si N合金元素的添加量对热锻 空冷贝氏体钢组织结构变化的影响 本研究将不同量的C Si和N分别组合添加入钢中 在热锻 空冷状态下进行
12、了力学性能测试和残留奥氏体量的测定 并对影响其性能的组织结构进行 了分析 4 期刊论文 秦熊浦 Qin Xiongpu 新型准贝氏体钢的开发与应用 金属热处理学报2000 21 2 准贝氏体钢是在贝氏体钢合金化的基础上添加适量的硅而组成的 准贝氏体是含碳过饱和的贝氏体铁素体板条和以不同形式分布的富碳奥氏体的复合组织 应用实践证明 准贝氏体钢具有高强 高韧 耐磨等特性 而且工艺性能良好 在许多工业部门有广阔的应用前景 准贝氏体是高强度超级钢的一种理想的基体组织 5 学位论文 吴伯涛 热处理工艺对新型贝氏体钢组织与性能的影响 2005 本文所研究的15Cr2Ni3MoW钢是一种新型贝氏体钢 主要用
13、于制作热轧穿孔顶头等耐热模具 其1050 奥氏体化 300 等温淬火后获得的是粒状贝氏体组织 但这种组织韧性差 屈强比低 导致用这种钢制作的穿孔顶头在使用过程中很容易发生失效 针对这一问题 本文对热处理后的试验钢进行不同温度和保温时间的回火处理 以期通过合理的回火工艺 达到提高试验钢韧性和屈服强度的目的 同时为了对试验钢热处理工艺的制定提供理论依据 利用Gleeble 1500型热模拟机采用膨胀法 并辅以金相法和硬度法首次测得了试验钢的CCT曲线 此外 还对试验钢进行了不同奥氏体化温度 不同保温时间和不同冷却速度的热处理 借助光学金相显微镜 OM 扫描电子显微镜 SEM 电子万能材料试验机 显
14、微硬 度计等手段分析研究了试验钢热处理态 回火态以及不同热处理工艺规范下的组织和力学性能 利用透射电子显微镜 TEM 能谱仪分析研究了粒状贝氏体组织随回火温度的升高其微观组织的变化以及析出的碳化物的成分 结合试验结果分析讨论了试验钢回火时出现明显强韧化和回火脆性的原因 通过研究 得到以下结论 首次测得了试验钢的连续冷却转变 CCT 曲线 CCT曲线上在高温区无相转变发生 没有先共析铁素体析出或珠光体生成 其原因可能与众多合金元素的加入使得高温区相转变的 C 曲线被严重右移有关 当冷却速度不大于70 min时可以获得全贝氏体组织 冷速在70 min 160 min之间是马氏体 贝氏体的混合组织
15、冷速大于160 C min全部是马氏体 组织 在全贝氏体的冷却速度范围内组织的硬度相差不大 试验钢以不同的热处理工艺规范处理后获得的组织主要是条形粒状贝氏体 但在冷速缓慢 炉冷 奥氏体化温度较高 1100 时获得的是一种粒状组织 M A岛状组织呈粒状分布在块形贝氏体铁素体基体上 这种组织具有较低的强度 塑性和很差的冲击韧性 因此应与粒状贝氏体组织加以区分 在各个奥氏体化温度下空冷试样具有最好的强韧性 埋砂冷 次之 炉冷最差 尤其是在1200 奥氏体化炉冷时试验钢的强韧性急剧降低 这可能与在较高温度奥氏体化时钢中的硫 磷化物沿奥氏体晶界析出弱化晶界以及试验钢在高温区停留时间长奥氏体晶粒长大更为充
16、分 晶粒更为粗大有关 试验钢经1050 奥氏体化 300 等温淬火热处理后组织为条形粒状贝氏体 该组织的韧性差 屈强比低 但当在350 回火3h后可以使15Cr2Ni3MoW钢得到最佳的综合性能 达到了通过回火提高试验钢韧性和屈服强度的目的 满足了工厂对试验钢性能的要求 此时试验钢的抗拉强度 1167MPa 屈服强度 988MPa 断面收缩率 和延伸率6分别 为36 1和15 8 冲击韧性为57 7 J cm 屈强比为0 85 试验钢在350 附近回火可以得到明显的强韧化 其机理为 其一 回火时BF条内析出的弥散的细针状碳化物能有效地钉扎位错 强烈阻碍位错的运动 提高了试验钢的屈服强度 其二 回火时残余奥氏体 A 的转变往往从低碳区开始 使剩余残余奥氏体的碳浓度升高而趋于稳定 并且由透射 电镜观察发现存在大量的稳定的M A岛 而稳定的A对裂纹的扩展起阻碍作用 因而提高了试验钢的韧性 这两方面的综合作用使得试验钢得到明显的强韧化 试验钢在500 550 之间回火时出现了回火脆性 造成回火脆性的原因是M A岛分解析出的碳化物沿BF条边界分布形成类似于脆性上贝氏体的组织 同时原奥氏体晶界处的
