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时间:2019-02-06
《低合金马氏体钢强韧性组织控制单元的研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、摘要摘要晶粒细化会使钢的强度和韧性同时得到提高,是常用的钢的强韧化方法之一。对于不同类型组织的钢,晶粒尺寸的定义也有所差异。由于马氏体组织具有复杂的多层次结构,对马氏体钢的强韧性起作用的晶粒尺寸至今无定论。本文以低合金板条马氏体钢为研究对象,采用多种试验手段定量分析了板条马氏体的组织亚结构,并研究组织亚结构与强度和韧性之间的关系,探讨板条马氏体钢的强度和韧性的组织控制单元,即控制板条马氏体钢的强韧性的“有效晶粒尺寸"(EffectiveGrainSize)。17CrNiM06钢经淬火低温回火后为板条马氏体组织,其微观结构依次由原奥氏体晶粒、板条束(Packet)、板条块(Block)和板条
2、(Lath)组成。板条束为原奥氏体晶粒内具有相同惯习面的马氏体板条晶区,板条块为板条束内大角度晶界包围的区域,具有相似晶体学取向。采用电子背散射衍射(EBSD)方法分析发现,一个板条束内通常由6种近K—S关系((111),//(011)。,[一101],//【-T1】一)的变体组成,相邻变体组成板条块。随原奥氏晶粒尺寸的减小,试验钢的板条束尺寸和板条块宽度减小,而板条宽度变化不大:当原奥氏体晶粒尺寸从337pm变化到6lxm,板条束尺寸从129m,a减小到41un,板条块宽度从14.41sm减小到1.1lxm,而马氏体板条的宽度在0.3I-tm左右。经淬火低温回火后,17CrNiM06板条
3、马氏体钢的强度随组织的细化而有所增加,但增加幅度不大。进一步研究发现,17CrNiM06钢的屈服强度与原奥氏体晶粒尺寸、板条束尺寸和板条块宽度之间都符合Hall.Petch关系,即屈服强度与原奥氏体晶粒尺寸、板条束尺寸和板条块宽度的.1/2次方之间都存在线性关系。由于板条块宽度比板条束尺寸小很多,并且相邻板条块之间也是大角度界面,对位错运动存在塞积作用,从而起到类似晶界强化的作用。因此,板条块可作为板条马氏体钢对强度起作用的组织单元,即板条块宽度为控制强度的“有效晶粒尺寸”。经淬火低温回火后,17CrNiM06板条马氏体钢的韧性也随组织的细化而提高:当原奥氏体晶粒尺寸从337ttm细化至6
4、1am(板条柬尺寸从129p.m减小到4岬,板条块宽度从14.49m减小到1.1lam),韧脆转变温度从265K降低到174K,下平台冲摘要击能量从5J提高到47J。试验钢准解理断裂微裂纹的形核在MnS夹杂物周围,而准解理裂纹传播过程中在板条块边界和板条束边界都发生转折,但在板条束边界转折角度更大,说明裂纹传播通过板条束边界时需要消耗更多的能量。另外,对冲击试样断口定量统计结果发现,准解理面的尺寸和板条束的尺寸相近。因此,板条束可作为板条马氏体钢对韧性(准解理断裂或解理断裂)起作用的组织单元,即板条束尺寸为控制韧性的“有效晶粒尺寸”。对17CrNiM06钢拉伸试样的变形和断裂过程的原位观察
5、结果表明,试验钢出现了明显的塑性变形后才产生断裂,可观察到呈波纹状的滑移带。三点弯曲试样和板状原位拉伸试样断口均为韧窝断口,夹杂物或第二相粒子所在处是显微空洞容易萌生的位置。在应力峰值前后主裂纹开始起裂,在裂纹开始扩展后载荷反而下降。主裂纹扩展过程中,通常在主裂纹前面的薄弱区域会先起裂形成小裂纹或空洞,随应力加大,相邻的微孔合并起来,连接长大成新裂纹。进一步增加载荷时,主裂纹与新裂纹连接起来而断裂。关键词马氏体钢;组织表征;电子背散射衍射(EBSD);强韧化;有效晶粒尺寸摘要AbstractItisknownthatstrengthandtoughnessofmoststeelscanbe
6、improvedbygrainrefinementwhichiswidelyusedasoneofstrengthening&tougheningmethods.Thedefinitionofgrainsizeisdifferentforsteelsofdifferentmicrostructures.Formartensiticsteels,theeffectivegrainsizewhichmaydominatestrengthandtoughnesshasnotbeenfullyunderstoodduetothecomplexityofthelathmartensiticstruc
7、ture.Inthepresentstudy,microstructuralcharacterizationforthelathmartensitesteelhasbeenquantitativelycarriedoutforquenchedandtemperedmartensiticsteel(DIN17CrNiM06)byvariousexperimentaltechniques.Therelationbetween
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