基于相變與形變耦合制備高強高韌中碳鋼的研究.pdf

1、目前，在鋼鐵材料的眾多強化途徑中，細晶強化是唯一一種既能提高強度，又能增加塑性或使塑性不降低的方法。因而細晶強化后的鋼鐵材料通常具有良好的強度和韌性綜合力學(xué)性能。同時，細晶強化也存在一定不足，比如中碳鋼經(jīng)細晶強化雖然組織可以得到細化，其原始組織的非均勻性卻難以得到徹底改善，從而限制了其強化后塑性性能的發(fā)揮。另外，中碳鋼在細晶強化過程中形變儲存能和畸變能大幅增加而使細化后的組織熱穩(wěn)定性降低，在一定溫度下有很強的粗化趨勢從而失去細晶組織的某

2、些特性。針對上述觀點，本文設(shè)計了相變與形變耦合工藝，即以淬火態(tài)45鋼的單相馬氏體為原始組織，通過劇烈塑性變形的等通道角擠壓(ECAP)工藝進行溫擠壓，以期獲得良好熱穩(wěn)定性的均勻超細組織。本文同時還重點研究了擠壓道次、變形溫度及保溫時間對變形后顯微組織、力學(xué)性能的影響規(guī)律，并對變形組織的熱穩(wěn)定性和室溫拉伸斷口形貌進行了分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　對退火態(tài)45鋼進行不同道次的ECAP冷擠壓，試驗結(jié)果表明ECAP變形對中碳鋼有強

3、烈的晶粒細化作用。4道次變形后獲得的組織發(fā)生了顯著細化，鐵素體晶粒平均尺寸達到200 nm，珠光體中的片狀滲碳體達到0.5～1μm。
　　對淬火態(tài)45鋼在不同溫度進行ECAP溫變形，試驗結(jié)果表明隨著變形溫度的升高板條馬氏體分解程度提高，顯微組織中板條形貌逐漸消失。650℃時馬氏體全部分解為鐵素體和滲碳體且鐵素體基本充分再結(jié)晶成納米級等軸狀晶。隨著變形溫度升高，碳化物的析出形態(tài)也經(jīng)歷了由少量細小顆粒到大量彌散分布再到凝聚長大的演變過

4、程。試驗結(jié)果表明通過適當控制變形條件可以得到碳化物彌散分布于細小鐵素體基體的最佳組織。
　　對變形后試樣進行室溫力學(xué)性能測試，試驗表明:隨著擠壓道次增加，退火態(tài)45鋼ECAP冷變形后的顯微硬度和抗拉強度呈增加趨勢，4道次變形后顯微硬度和抗拉強度達到276.2 HV和937.26 MPa。隨著變形溫度的升高，淬火態(tài)45鋼ECAP溫變形后的室溫顯微硬度和抗拉強度呈下降趨勢，但是其伸長率呈先增加后降低的趨勢，600℃時達到最大值44.3