超細晶粒高碳鋼的制備與組織性能研究.pdf

1、晶粒細化是提高鋼鐵材料性能的重要手段，它在提高強度硬度的同時，又不降低其塑韌性，不僅能夠有效的延長機械設備的使用壽命，還可以實現節(jié)約資源和減輕由于機械設備或結構過早失效而給地球帶來的環(huán)境負荷的壓力，對人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。高碳鋼作為一類性能優(yōu)異的工模具材料，在工業(yè)上有著廣泛的應用，如何使高碳鋼在組織超細化的同時獲得優(yōu)異的綜合性能，是一個具有重要學術價值和實際意義的課題。因此，開展超細晶粒高碳鋼的制備及組織性能的系統研究是迫在眉

2、睫的一項重要任務。本文分別利用分離式霍普金森壓桿(Split hopkinson pressure bar，簡稱SHPB)實驗技術(應變速率大，變形小)和等徑彎曲通道變形(Equal Channel Angular Pressing，簡稱ECAP)方法(應變速率小，變形大)對原始組織為粒狀珠光體的高碳鋼進行塑性變形，成功制備出了鐵素體(α)晶粒直徑和滲碳體(θ)顆粒粒徑均在亞微米量級的超細晶粒高碳鋼。借助微觀分析手段對不同變形條件下的超

3、細晶粒高碳鋼進行了組織特性表征，利用微力材料試驗機和顯微硬度計測試其力學性能。
　　本研究主要內容包括：⑴基于SHPB裝置在高應變速率變形條件下的應力-應變曲線表明，隨著應變速率的增加，流變應力也隨之增大，粒狀珠光體鋼表現出正的應變率敏感性；組織得到了明顯細化，成功制備出了晶粒尺寸在亞微米量級的超微細復相高碳鋼組織(α+θ)。當應變速率為3078.2 s-1時，鐵素體晶粒尺寸約為500~700 nm，滲碳體顆粒粒徑約為100~25

4、0 nm，硬度值由原始態(tài)的195 HV增至270HV。⑵基于ECAP實驗手段對粒狀珠光體鋼采用 BC方式在室溫、650℃分別進行大塑性變形實驗，高碳鋼組織得到有效細化。經冷變形4道次后，鐵素體晶粒尺寸約為400 nm，滲碳體顆粒粒徑大小約為100nm；經溫變形4道次后，獲得的等軸鐵素體晶粒尺寸約為450 nm，滲碳體顆粒粒徑大小約為200nm。⑶經冷變形4道次后抗拉強度從原始態(tài)的598 MPa增至1077 MPa，硬度值由原始態(tài)的195

5、 HV增至309 HV；溫變形4道次后抗拉強度和硬度呈現先增加后降低的趨勢，溫變形2道次后的抗拉強度和硬度值達到最大值分別為870 MPa、275 HV，溫變形4道次后的抗拉強度和硬度值分別為782MPa、258 HV。經冷、溫變形后的延伸率分別由原始態(tài)的20.1％降至10.2%、16.8%，在不損失太大的塑性指標的前提下，大大提高了材料的強度。相對于原始粒狀珠光體組織其綜合力學性能明顯提高。⑷超細晶粒高碳鋼斷口形貌觀察表明，隨著擠壓道