高強(qiáng)度螺栓用鋼組織性能控制與研究.pdf

1、隨著汽車等機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)制造各類螺栓緊固件材料提出了更高的要求，原用的螺栓尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓，已難以滿足輕量化且高應(yīng)力化的要求。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，大力發(fā)展了省略熱處理工序的非調(diào)質(zhì)鋼、雙相鋼、節(jié)約合金元素的硼鋼等，但高質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓仍主要使用Cr-Mo鋼系列。
　　本文以高強(qiáng)度螺栓用鋼組織性能控制的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為研究對(duì)象，分析了鑄坯凝固過程與加熱過程，總結(jié)了各種因素對(duì)碳擴(kuò)散的影響，建立了室溫及高溫變形抗力模型，研究了固態(tài)相變，通

2、過與有限元技術(shù)結(jié)合控制組織轉(zhuǎn)變過程，研究了加熱過程對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響，并對(duì)高強(qiáng)度螺栓鋼的動(dòng)靜態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行了深入分析，主要研究獲得結(jié)果如下：
　　(1)連鑄坯澆注溫度卣1551℃降低到1511℃后，晶粒的最大面積減小了6.6倍，平均半徑減小了28％，柱狀晶區(qū)由79.16％減少到了7.1％，柱狀晶變短變細(xì)，同時(shí)中心等軸晶由13.79％擴(kuò)大到69.1％，但中心處晶粒的平均半徑變化不大。拉速對(duì)凝固位置影響較為顯著，通過調(diào)節(jié)形核數(shù)與成分，

3、可以優(yōu)化凝固組織。
　　(2)通過建立鑄坯加熱過程的有限元模型，得到在現(xiàn)有加熱制度下，隨著熱送溫度的增加，最大應(yīng)變量逐步減少，應(yīng)力在700℃時(shí)存在一個(gè)拐點(diǎn)，而應(yīng)力也逐步出現(xiàn)雙應(yīng)力峰值。為減小應(yīng)力應(yīng)變及其波動(dòng)，適合的熱送溫度在600℃左右。
　　(3)通過實(shí)驗(yàn)得到了550～1250℃時(shí)的微應(yīng)力狀態(tài)對(duì)脫碳的影響，其脫碳層厚度并非隨溫度的增加一直增加，通過調(diào)試求解，得到750℃時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)為1.1×10-12m2/s，擴(kuò)散激活能

4、為415.9kJ/mol。實(shí)測(cè)了無(wú)應(yīng)力時(shí)900～1200℃高溫區(qū)的脫碳層厚度，其存在950℃及1100℃兩個(gè)峰值點(diǎn)，在900～1100℃奧氏體區(qū)，高強(qiáng)度螺栓鋼無(wú)應(yīng)力時(shí)的擴(kuò)散常數(shù)為6.62×10-4m2/s，擴(kuò)散激活能為189.5kJ/mol。當(dāng)晶粒尺寸由92.8μm降低到15.8μm時(shí)，得到750℃時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)由6.8×10-13m2/s升到1.25×10-12m2/s。而當(dāng)原始組織為馬氏體、貝氏體時(shí)，碳擴(kuò)散的差異性較小。
　　

5、(4)高強(qiáng)度螺栓鋼的室溫最大均勻真塑性應(yīng)變?yōu)?2.4％，并建立了與應(yīng)變量耦合的高強(qiáng)度螺栓鋼高溫本構(gòu)關(guān)系模型，使用新的5次多項(xiàng)式來(lái)表達(dá)材料常數(shù)與應(yīng)變量的關(guān)系。
　　(5)通過熱模擬實(shí)驗(yàn)得到了相變臨界點(diǎn)，并繪制了動(dòng)靜態(tài)CCT曲線。當(dāng)冷速為0.05℃/s時(shí)，鋼的顯微組織已經(jīng)出現(xiàn)貝氏體組織。以回歸分析法獲得了相變模型與相變量模型，計(jì)算出軋制每道次的溫度升高值，通過實(shí)驗(yàn)與有限元相結(jié)合控制冷卻，控制了鐵素體與珠光體的生成，延長(zhǎng)貝氏體的轉(zhuǎn)變時(shí)間

6、及轉(zhuǎn)變量，避免馬氏體的大量產(chǎn)生。
　　(6)測(cè)試了不同的保溫時(shí)間及保溫溫度時(shí)，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的開始階段、長(zhǎng)大階段、穩(wěn)定階段。對(duì)于不同加熱溫度時(shí)晶粒的長(zhǎng)大階段，回歸出了高強(qiáng)度螺栓鋼奧氏體晶粒的長(zhǎng)大規(guī)律模型。
　　(7)回歸確定了高強(qiáng)度螺栓鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶激活能為308.066kJ/mol。采用數(shù)學(xué)方式確定了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變值，建立了高強(qiáng)度螺栓鋼臨界應(yīng)變、峰值應(yīng)變、臨界應(yīng)力、峰值應(yīng)力與Z參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，并確定了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶A