控制冷卻技術(shù)對低合金鋼梯度組織和性能的影響.pdf

1、目前，單一性能的材料越來越難以滿足社會的需求，將不同性能的材料進行有機的結(jié)合，成為了未來材料的發(fā)展趨勢。針對上述趨勢，本文設(shè)計了一種新的工藝，通過控制冷卻對鋼進行單向冷卻，使鋼材組織產(chǎn)生梯度變化，表面分布具有高強度、高硬度和高耐磨性的組織，如馬氏體和貝氏體組織等;而在材料的內(nèi)部則分布具有高韌性、塑性較好的組織，如鐵素體和珠光體組織等。這種組織呈梯度分布、兩側(cè)組織性能各有優(yōu)勢的材料，其高強度、高硬度一側(cè)能夠滿足對強度和耐磨性的需求;高韌性

2、、塑性良好的一側(cè)，能夠滿足對韌性和加工變形的需求;鋼板為有機、統(tǒng)一的整體，兩側(cè)組織雖然有差異，但是該差異為漸變過程，兩層之間冶金結(jié)合強度良好;低合金鋼碳含量較低滿足了對焊接性能的需求。因此，組織具有梯度分布特點的材料能夠同時滿足齒輪、軸承等工件所需的，耐磨性、高強度性、加工變形、高韌性、焊接性等需求。
　　本文通過對試驗鋼進行冷卻實驗分析了實驗鋼在單向冷卻過程中的相變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)材料的組織、硬度、晶格常數(shù)、韌性拉伸性能均呈梯度分布;

3、在熱軋單向控制冷卻條件下對該規(guī)律進行了驗證，并分析控制軋制對梯度組織的影響;最后，與正?？剀埧乩涔に嚄l件下的力學(xué)性能進行對比，分析梯度組織材料對實驗鋼的力學(xué)性能帶來的影響。
　　(1)單向冷卻使冷卻速度和冷卻溫度呈梯度分布，低合金鋼在厚度方向上出現(xiàn)梯度組織，試驗鋼沿厚度方向晶粒尺寸和金相組織構(gòu)成產(chǎn)生梯度變化，越靠近冷卻側(cè)晶粒越細(xì)小，貝氏體組織越多。
　　(2)冷卻溫度和速度的梯度分布，使合金元素和碳的擴散速度不同，實驗鋼晶格

4、常數(shù)沿厚度方向產(chǎn)生梯度變化，雖然金相組織同樣是鋼的體心立方結(jié)構(gòu)，但是晶格常數(shù)產(chǎn)生了變化，A#實驗鋼兩側(cè)晶格常數(shù)相差最大達(dá)到0.008埃。
　　(3)快冷側(cè)合金元素和碳的固溶度較高、晶粒尺寸較細(xì)、貝氏體組織較多，因此實驗鋼的硬度在厚度方向上呈梯度變化，B#實驗鋼快冷側(cè)相對于緩冷側(cè)B#實驗鋼硬度由266.11HV降至212.34HV，硬度高50HV。
　　(4)快冷側(cè)含有更多的貝氏體組織等高強度組織，緩冷側(cè)含有更多塑性較好的鐵素

5、體和珠光體組織，兩側(cè)塑性和強度出現(xiàn)差異。C#實驗鋼室溫拉伸斷口顯示兩側(cè)斷裂韌窩尺寸相差1.9μm; D#實驗鋼甚至斷裂方式出現(xiàn)明顯差異，由韌性斷裂方式過渡到韌-脆混合斷裂方式。
　　(5)與熱軋均勻組織相比，熱軋?zhí)荻冉M織的屈服強度和抗拉強度有所降低，D#鋼的屈服強度由692MPa降至497MPa，抗拉強度由935MPa降至920MPa;與均勻組織相比，梯度組織結(jié)構(gòu)的屈強比明顯降低，D#鋼的屈強比由0.74降低到0.52，由此證明梯