使用 AISI H13 的均匀实验设计细化奥氏体晶粒

一、Refinement of austenite grain using uniform experiment design for AISI H13（论文文献综述）

胡志强^[1]（2021）在《热作模具钢5CrNiMoV（Nb）热变形行为及组织性能研究》文中进行了进一步梳理5CrNiMoV钢是典型的Cr-Mo-V系马氏体型热作模具钢,广泛用于制造各种热锻模具,但热强性不足的问题影响着其使用寿命和应用范围。为此,本文基于热动力学计算,对5CrNiMoV钢进行合金成分优化,开发出一种兼备较高硬度和良好韧性的新型热作模具钢5CrNiMoVNb。借助热膨胀相变仪、电子万能试验机、Gleeble热压缩试验机、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、热疲劳试验机等研究了 Cr-Mo-V系热作模具钢热变形行为与服役性能,揭示了热作模具钢热变形机制及微观组织演变规律,解释了 Mo、V等合金元素对热作模具钢高温热稳定性、热疲劳性能的影响机理。本文获得以下主要研究结果:（1）新型热作模具钢5CrNiMoVNb中碳化物含量明显增多,特别是MC型碳化物,670℃以下MC、M23C6和M7C3碳化物含量基本恒定,有利于提高材料常温强韧性、高温热稳定性和热疲劳性能等;其中Mo、V和Nb合金元素的增加提高了合金元素的固溶温度和固溶度,有利于抑制奥氏体晶粒的粗化。相较于5CrNiMoV钢,5CrNiMoVNb钢可以在更宽泛的淬火+回火温度范围内获得更优异的力学性能,其中5CrNiMoVNb钢最佳热处理工艺为:940℃淬火+600℃回火2h。（2）基于Gleeble单双道次热压缩实验,研究了这两种Cr-Mo-V系热作模具钢的高温热变形行为,构建了 5CrNiMoV钢高温流变应力模型、动态再结晶模型、亚动态再结晶模型和晶粒长大模型等,具有较高的准确性,可用于大型模块自由锻过程模拟。热变形过程中,5CrNiMoV钢的奥氏体晶粒尺寸随变形温度的升高、应变速率的减小而增大;当发生完全动态再结晶时,高的应变速率和较低的变形温度有利于应变储存能的提高,从而促进再结晶晶粒的细化。此外,不同变形条件下的再结晶晶粒尺寸变化及晶界形貌特征表明:非连续动态再结晶（DDRX）是在5CrNiMoV钢热变形过程中发生再结晶形核和晶粒长大的主要机制。（3）5CrNiMoV钢中马氏体相与母相奥氏体位向关系更符合N-W取向关系。奥氏体热变形微观织构研究表明,相同应变速率下,温度越高,MAD（随机取向分布）值越大,旋转Cube织构组分越强;相同热变形温度下,应变速率越大,MAD值越小,变形织构组分越少,这是因为活性滑移系的增大以及奥氏体晶粒的细化。此外,马氏体相变织构一方面取决于相变过程变体的选择,另一方面,马氏体相变织构总是向与母相取向差较小的方向转变。（4）基于已获得的5CrNiMoV钢的材料模型,建立了 5CrNiMoV钢大型热作模块的自由锻有限元模型。自由锻模拟研究表明:在多道次拔长过程中,提高压下速率,选用较小的砧宽,不仅可以细化晶粒,还可以提高大型热作模块变形的均匀性。基于正交模拟试验,优化了 5CrNiMoV钢大型热作模块自由锻拔长工艺,最佳工艺参数为:压下速率40mm/s、砧宽1000mm和单道次压下量25%。（5）对比5CrNiMoV钢和5CrNiMoVNb钢高温热稳定性可以发现,在600和650℃时,5CrNiMoVNb钢的高温热稳定性较5CrNiMoV钢分别提高了 35%和45%。两种Cr-Mo-V系热作模具钢的初始回火组织均由回火马氏体和碳化物组成,由于5CrNiMoVNb钢碳化物含量较高,且大部分碳化物呈颗粒状弥散分布在基体上,5CrNiMoVNb钢具有较好的高温热稳定性和抗回火软化性能。此外,由于Cr、Mo和V等中强碳化物形成元素含量较为合理,5CrNiMoVNb钢热稳保温过程中的主要析出强化相MC、M7C3和M23C6具有极低的粗化速率系数。通过工艺调控,使5CrNiMoV钢中残留一定量的残余应变,可以提高材料内部位错胞、马氏体板条界等缺陷数量,有利于抑制热稳保温过程中基体组织的粗化,改善碳化物形貌,抑制碳化物粗化,从而提高5CrNiMoV钢的热稳定性能。（6）基于自约束疲劳试验,对比分析了 5CrNiMoV钢和5CrNiMoVNb钢的热疲劳性能,经过2000次热疲劳循环后,两种钢中均出现热疲劳裂纹,主裂纹长度分别为184.47μm和104.06μm,5CrNiMoV钢中热疲劳裂纹长度、宽度和数量均大于5CrNiMoVNb钢,由不同循环次数的主裂纹长度、宽度关系可以判定,5CrNiMoVNb钢的热疲劳寿命较5CrNiMoV钢大约提高了 50%;对比不同热疲劳循环次数的热疲劳裂纹,还可以发现5CrNiMoVNb钢热疲劳裂纹的萌生和扩展速率明显小于5CrNiMoV钢。此外,由于小颗粒碳化物含量较高,对位错运动、组织粗化抑制作用较强,5CrNiMoVNb钢具有更好的组织稳定性和强韧性能,因此5CrNiMoVNb钢热疲劳性能优于5CrNiMoV钢。

李少英^[2]（2021）在《复合超重力场近终形电渣浇铸TBM刀圈工艺基础研究》文中进行了进一步梳理TBM（Tunnel Boring Machine）刀圈作为盾构机的“尖刀利器”,广泛应用于铁路、管线和国防等硬岩隧道工程。在隧道施工过程中,TBM刀圈的消耗费用占施工总成本的10%～20%。目前,国产TBM刀圈在质量和价格方面不具备竞争优势,这使得国外TBM刀圈占据了大部分市场份额,并且国外刀圈生产工艺严格保密。国产TBM刀圈的传统生产工艺为:冶炼-铸锭-锻造-轧环-粗加工-热处理-精加工-成品,该工艺生产流程长、材料利用率低。因此,在保证TBM刀圈耐磨性的前提下,开发一种低成本TBM刀圈生产工艺成为中国企业亟待解决的问题。本课题的研究思路是利用超重力技术将钢液直接浇铸成刀圈,以缩短TBM刀圈的生产流程、提高材料的利用率,从而降低隧道工程的施工成本。基于此,形成了有衬电渣低氧冶炼-复合超重力场近终形电渣浇铸刀圈的生产工艺。利用离子-分子共存理论和渣-钢界面反应实验研究了有衬电渣超低氧冶炼渣系成分;在超重力场下进行了近终形电渣浇铸刀圈的实验,研究了超重力场转速参数对刀圈凝固组织、氧化物夹杂及液析碳化物的影响机理;结合磨粒磨损以及冲击磨损试验,确定了超重力场近终形电渣浇铸TBM刀圈的最佳工艺参数。钢中超低氧含量是决定刀圈质量的关键因素之一,因此,研究了有衬电渣冶炼渣系成分及冶炼过程中渣中FeO含量对刀圈钢中氧含量的影响规律。结果表明:炉渣碱度（%CaO/%SiO2）和FeO含量是影响刀圈钢中超低氧含量达标的重要因素,渣中其它组元成分对钢中氧含量的影响不大。增大炉渣碱度有利于降低钢中氧含量,但是当碱度大于2.0时,其对钢中氧含量的影响不大。在不同碱度条件下,分析了 FeO含量对钢中氧含量的影响。结果发现,当碱度一定时,钢中氧含量随FeO含量的降低而降低;但当碱度和FeO含量同时变化时,钢中氧含量受碱度和FeO含量共同影响。设计了转速为500 r·min-1的恒定超重力场、500 r·min-1+600 r·min-1+750 r·min-1 的三个转速复合超重力场和 500 r·min-1+600 r.min-1+750 r.min-1+850 r.min-1+950 r·min-1的五个转速复合超重力场,研究了不同超重力场下电渣浇铸TBM刀圈凝固组织的细化机理,探明了超重力场转速对二次枝晶间距和原始奥氏体晶粒尺寸的影响。结果表明,超重力场转速的增加有助于减小二次枝晶间距和原始奥氏体晶粒尺寸。与恒定转速的超重力场电渣浇铸刀圈相比,转速逐级增加的复合超重力场电渣浇铸刀圈的凝固组织较为细小,其中,五个转速的复合超重力场对凝固组织的细化效果最好,其二次枝晶间距和原始奥氏体晶粒尺寸可减小30%～40%。研究了超重力场电渣浇铸刀圈中氧化物夹杂和液析碳化物的分布规律,分析了超重力场旋转速度对刀圈中氧化物夹杂和液析碳化物尺寸分布的影响机理。结果表明,刀圈中氧化物夹杂的去除受超重力作用下氧化物夹杂在钢液中运动状态的影响。在本文研究的转速范围内,500 r·min-1+600 r·min-1+750 r·min-1的三个转速的复合超重力场中氧化物夹杂的去除效果最好。根据实验统计结果分析可知,超重力场中旋转速度的提高有利于减小液析碳化物的粒径。基于液析碳化物的生成热力学模型和长大动力学模型探究了其影响机理,结果表明,提高超重力场的旋转速度有利于减小枝晶间元素的偏析比,增大液析碳化物的生成固相率,减小液析碳化物的生长粒径。结合磨粒磨损和冲击磨损试验,确定了超重力场近终形电渣浇铸TBM刀圈的最佳转速参数。结果显示,三个转速的复合超重力场浇铸刀圈的耐磨性能最佳,在此工艺参数下所生产的刀圈已应用于广西南宁、浙江杭州、新疆等地下建设工程,其耐磨性优于传统工艺生产的刀圈。工程应用效果表明,本文所提出的三个转速复合超重力场电渣浇铸TBM刀圈工艺具有可行性,且该研究成果已成功通过中国金属学会项目科技成果评价。

刘笑笑^[3]（2021）在《等温淬火及回火40CrNiMo高强钢的微观组织与力学性能研究》文中指出目前我国机器人行业发展迅猛,但是在其产业化进程中,仍然面临许多问题,其中机器人用高性能谐波减速器因不能自给自足而长期受制于国外。基于这样的现状,本文以柔性齿轮钢为研究对象,着重研究了它的微观组织与力学性能之间的关系。本文所选材料为柔性齿轮40CrNiMo钢,对其进行了预淬火处理、等温淬火和不同温度回火。研究了奥氏体晶粒尺寸随奥氏体化温度的长大行为,探索了等温淬火参数以及回火温度对微观组织转变和力学性能的影响。目的是阐明Ms上下等温淬火对贝氏体相变及力学性能的影响规律,揭示Ms以下等温贝氏体相变机理以及贝氏体强韧化机制,对调控40CrNiMo马氏体/贝氏体多相组织配比和获得优异的力学性能具有重要的指导意义。本文综合运用了彩色金相技术、扫描电镜、硬度测试、拉伸以及冲击测试等手段研究了试样的微观组织和力学性能,并对冲击试样断口形貌和二次裂纹扩展路径进行了表征。（1）为获得合理的奥氏体化温度,研究了不同奥氏体化温度对40CrNiMo钢组织和性能的影响。结果表明,随奥氏体化温度的升高,奥氏体晶粒尺寸首先缓慢增长而后迅速长大。经1000℃高温淬火处理后,试样的带状偏析现象减弱,且偏析带上主要是未被腐蚀的马氏体组织,此时硬度为56 HRC。因此,40CrNiMo钢的最佳预淬火温度为1000℃。（2）预备热处理+等温淬火试样获得了贝氏体和马氏体混合组织,等温温度和时间影响着贝氏体和马氏体组织配比,进而影响最终的力学性能。由于先形成马氏体的引入,Ms以下等温淬火促进了随后贝氏体转变动力学过程,从而获得了细小的贝氏体组织,优化了材料性能。结果表明,相比于Ms以上等温淬火,280℃等温保持1h获得了体积分数为28%的先形成马氏体,此时试样的强度和韧性得到同时提升,并观察到该试样二次裂纹主要沿马氏体和贝氏体/先形成马氏体界面扩展。（3）对280℃等温淬火后的试样进行回火处理,揭示了回火温度对马氏体和贝氏体混合组织回火稳定性及力学性能的影响。500℃以下回火时,大量细小的碳化物析出,微观形貌仍然保持原来的板条状,实验钢的强度、硬度降低,塑韧性呈现先降低后升高的趋势;当回火温度升高到600℃时,基体组织发生再结晶,组织转变为回火索氏体,此时强硬度最低,冲击吸收功高达147 J。（4）40CrNiMo钢经等温淬火+回火处理后,其综合力学性能优异。最佳的等温淬火工艺为870℃×1h+280℃×1h,随后500℃回火2h。此时屈服强度为1136 MPa,冲击功为76 J。

李慧^[4]（2021）在《形态、结构耦元及特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的研究》文中研究指明40Cr合金钢因其具有较高的强度、良好的韧性和塑性而广泛应用于制造各种轴类部件。制动凸轮轴的表面磨损失效限制了挂车高速重载的需求,直接关系到挂车的行车安全。因此,为了增强40Cr合金钢制动凸轮轴的抗磨损性能,通常采用传统的感应淬火（Induction Quenching）技术,但是该技术由于需要将整个表面加热,能耗较多、生产成本高,存在加工效率低、热处理变形难以控制等缺点。因此,寻求一种简单、环保、高效的方法来代替传统的感应淬火技术具有重要的实用价值和理论意义。仿生学的出现,为人类提供了一把打开自然、学习自然的钥匙,很多科学研究和工程技术问题都在自然界中寻求答案。通过对自然界具有良好耐磨性生物体表特征的模仿来再现其功能,提高机械部件表面性能、延长使用寿命。受此启示,本课题组致力于研究利用激光加工的方法在材料上制备出具有不同形态、结构耦元的仿生表面,进而改善材料的性能。基于激光表面纹理技术和仿生原理,本文提出了一种激光仿生纹理技术,其可能替代感应淬火技术以改善制动凸轮轴的抗磨损性能。在激光仿生纹理强化过程中,基体材料的微观组织发生转变,硬度提高,类似自然界耐磨生物原型体表独立分布的硬质强化相,与部件基体共同形成“软”-“硬”相间、“刚”-“柔”相济的仿生纹理表面。首先,通过形态仿生设计,研究不同形态耦元下试样的磨损情况,并且与传统的感应淬火试样进行比较,来验证最佳仿生纹理试样的优异性。其次,研究耦元特征量（分布间距和分布角度）对新型仿生耦合40Cr合金钢抗磨损性能的影响。再次,研究了分布角度对仿生40Cr合金钢拉伸性能的影响,并建立仿生纹理试样拉伸性能关于分布角度的关系方程。探讨了分布角度对仿生纹理强化效果的影响规律。最后,通过调整激光加工参数控制能量密度,对不同激光能量密度下仿生纹理横截面的宽度、深度和面积进行拟合,得到在一定参数范围内仿生纹理特征参量与激光能量密度之间的关系方程,进一步对其抗磨损性能进行试验研究并且探讨了其影响规律。取得的主要结论如下:1.阐明了形态耦元对仿生纹理试样抗磨损性能的影响。仿生纹理内部的组织由原来的珠光体+铁素体在高能激光的作用下,转变成马氏体。其显微硬度是未处理试样的三倍。与感应淬火试样相比,条纹形和网纹形仿生纹理试样的平均显微硬度值分别提高了 28.57%和33.93%。仿生纹理试样的优良性能取决于激光快速加热和冷却过程中的晶粒细化和相变强化。网纹形仿生纹理试样的磨损失重量最小,抗磨损性能的改善效果最好,与未处理试样相比,其抗磨损性能改善程度达73.83%;其次是条纹形仿生纹理试样,其抗磨损性能改善程度达70.22%;第三是感应淬火试样,其抗磨损性能改善程度达62.47%。与感应淬火试样相比,网纹形仿生纹理试样的抗磨损性能提高了 30.28%,其在磨损方向上形成明显“软”-“硬”相间的仿生模型,同时起到连续支撑作用,获得了最佳的抗磨损性能。2.阐述了耦元的分布间距对仿生纹理试样抗磨损性能的影响。建立了仿生纹理试样抗磨损性能与分布间距之间的关系方程:yWL=15.88571-5.01143d+1.64286d2;当分布间距在2 mm≤d≤4 mm范围内时,此时材料的抗磨损性能和激光仿生纹理的强化区域面积有关,其占主导优势,随着分布间距的减小,材料的抗磨损性能呈现增大的趋势;当分布间距在0 mm ≤ d ≤ 2 mm范围内时,“硬”质相和“软”质相间的不一致变形则起主导作用,随着分布间距的减小,材料的抗磨损性能呈现减小的趋势。因此,当分布间距d=2 mm时,仿生纹理强化40Cr合金钢的抗磨损性能最优。3.揭示了耦元的分布角度对仿生纹理试样抗磨损性能的作用机理。当仿生纹理与磨损方向相交排列时,能将其在表面所产生的应力分散到无限个切应力平面,从而使应力集中现象得到缓解,此外,相交的仿生纹理还能在磨损过程中为滚柱提供连续的支撑,消除滚柱和基体直接接触的可能性,显着地提高40Cr合金钢的使用寿命。4.阐明了激光仿生纹理技术能够同时提高40Cr合金钢的强度与塑性的规律。揭示了分布角度与40Cr合金钢拉伸性能的关系。相比于未处理试样,当仿生纹理平行于拉伸方向,即α为0°时,仿生纹理试样T1的屈服强度（YS）和抗拉强度（TS）分别提高了 24.77%和20.73%,其强化效果最好。然而随着分布角度的逐渐增大,仿生纹理试样的屈服强度（YS）和抗拉强度（TS）则呈现下降的趋势,但是延伸率不断提高。当仿生纹理垂直于拉伸方向,即α为90°时,T5试样的塑性变形抗力明显增加,延伸率（EL）达到最大值,与未处理试样相比增加了 48.98%。此外,通过回归分析,建立了仿生纹理试样拉伸性能关于分布角度的关系方程:关于仿生纹理试样的屈服强度和分布角度的线性关系:yYS=679.69672-0.69754α关于仿生纹理试样的抗拉强度和分布角度的线性关系:yTS=792.82787-0.7959α关于仿生纹理试样的延伸率和分布角度的定量关系:yEL=18.48187+0.07372α-0.000393444α2显着性检验表明,回归方程的置信度可达99%。5.探讨了不同能量密度对仿生纹理试样抗磨损性能的影响。能量密度是影响表面成形质量的主要因素。当能量密度为18.00-3 +3 J/mm2时,激光仿生纹理强化方法能够有效地获得更好的表面成形质量,其表面粗糙度的算术平均值为1046.81 nm。随着能量密度的增加,仿生纹理横截面的宽度、深度和面积增大;通过能量密度分别对横截面的宽度、深度和面积的影响规律进行拟合,并分别建立了数学模型。横截面的宽度随能量密度变化的线性方程表达式:ywidth=2.01854+0.0743x;横截面的深度随能量密度变化的线性方程表达式:ydepth=0.26422+0.02609x;横截面的面积随能量密度变化的线性方程表达式:yarea=-0.0974+0.1013x。与此同时,硬度逐渐增加,仿生纹理试样S1到S5的显微硬度平均值分别比基体的硬度提高了 194.55%、205.45%、220.45%、228.64%和239.09%。晶粒细化和马氏体相变的复合强化作用使仿生纹理试样具有良好的力学性能。而且随着能量密度的增大,试样的磨损失重量呈下降趋势。与未处理试样相比,S1至S5仿生纹理试样的磨损失重减少率分别下降了 64.71%、67.97%、71.90%、73.20%和73.86%。同时表明仿生纹理能够有效提升试样表面的抗磨损性能。此外,随着激光能量密度的不断增大,其抗磨损性能也随之增加。

陈荣春^[5]（2021）在《稀土Y对H13钢组织及性能的影响》文中提出稀土在钢中的应用多集中于非金属夹杂物的改性以及钢液的净化作用,随着冶炼技术的发展,稀土在钢中的微合金化机理已成为材料性能调控而亟待探究的问题。本文以添加稀土钇（Y）的H13钢为研究对象,利用扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜、三维原子探针、热膨胀仪和多功能内耗仪等手段系统研究了稀土Y对H13钢微观组织及性能的影响,揭示了稀土Y对H13钢性能调控的微合金化作用机理。主要研究结论如下:（1）适量稀土Y的添加有利于H13钢中沿晶界条状Cr23C6碳化物的断裂,并使其呈链状分布。一方面,稀土夹杂物成为H13钢中碳化物异质形核的核心以及锻造过程中的碳化物碎化的破碎点,并且亚微米级球状稀土夹杂物还诱发了富含Y元素的Cr7C3碳化物析出。另一方面,固溶的稀土Y原子导致晶格畸变,增加了VC粒子的形核点,并且降低了VC粒子与基体的晶格错配度。当稀土Y的添加量为130 ppm时,VC粒子数量增加了近70%,析出强化作用增强。从而导致0.013Y-H13钢的加工硬化指数最大,加工硬化能力最好。（2）随着稀土含量的增加（0～440 ppm）,H13钢的韧性和塑性先增强后略微减弱,稀土Y的最佳添加量为130 ppm。当稀土添加量为130 ppm时,冲击功提升了35.7%,抗拉强度提高了7%（50.2 MPa）,延伸率提升了5.6%。微观断口形貌分析表明,稀土夹杂物导致其断裂方式由脆性向韧性转变。（3）适量稀土Y的添加导致H13钢的原始奥氏体晶粒和马氏体微观组织细化,增强了Snoek-K（?）ster-Kê峰以及间隙碳原子与位错之间的相互作用。随着稀土Y含量的增加,H13钢的Ms温度先降低后略微升高。固溶后的稀土Y原子为马氏体相变提供了更多的形核点和额外的相变动力,导致稀土改性H13钢在形成70%马氏体之前相变速率相对较高。随着稀土改性H13钢中可相变区域减少,其后期相变速率相对较低。此外,0.013Y-H13钢中变体的择优选择诱导了纳米孪晶型马氏体的形成。回火态H13钢的抗拉强度随Y含量的增加而降低。此时,第二相粒子已成为稀土改性H13钢回火态性能调控的关键因素。

向源,胡锋,周雯,吴开明,周松波^[6]（2021）在《盾构机滚刀刀具用钢研究现状及进展》文中提出随着国家不断推进现代化进程,大量基础设施建设工程需要使用盾构机来构建隧道,而盾构机最重要的零件之一是盾构刀具,刀具质量的好坏是盾构机工作效率直接影响因素。简要介绍了盾构机滚刀刀具用钢的应用情况及研究现状,重点综述了AISI 4340钢、H13钢、SKD11钢3种合金钢的成分设计,热加工工艺以及一些改性技术的应用,显微组织特征与力学性能等方面的研究进展,指出现在主要滚刀用钢在高强度情况下存在韧性不足、制造成本高等缺点。并表明可以通过添加Ce、Gd、Y等稀土元素,或者经过临界退火使材料具有双相组织,采用离子渗氮等手段来提高盾构机滚刀用钢的性能和使用寿命。

朱健^[7]（2021）在《稀土微合金化电渣重熔H13钢的强韧性调控方法及机制》文中进行了进一步梳理4Cr5MoSiV1（AISIH13）热作模具钢是目前应用范围最广、应用量最大的热作模具钢。随着模具产业向大型、复杂、精密、高寿命等方向发展,模具钢的强韧性不足越来越成为制约模具服役寿命和服役安全的瓶颈问题。本文针对H13钢铸锭质量优化、强韧性调控和断裂机制等关键问题,开展了稀土微合金化、电渣重熔和热处理制度优化的基础研究,揭示了 2000 MPa级超高强高韧稀土 H13钢的强韧性调控方法和机制,明确了该稀土 H13钢的塑性形变行为和断裂机制。首先采用自主研制的电渣重熔设备,制定了合理的稀土渣系和电渣重熔参数,实现了 H13钢铸锭中稀土（0.01 wt.%）的有效添加。采用热力学计算了 1600℃高温熔池中C、Si、Al和Ca元素还原稀土氧化物的自由能,结果表明H13钢中的Si基本不能还原稀土氧化物,起还原作用的是钢中的C以及稀土渣系中的Al和Ca元素。稀土硫氧化物RE202S可以抑制二次枝晶、减少晶界处液析碳化物和细化夹杂物,从而提高铸锭组织的均匀性。与未添加稀土的H13钢试样相比,添加0.03 wt.%稀土 La的H13钢热锻淬回火试样的断后伸长率提高15.8%,冲击韧性提高67.8%,同时强度略有提高。采用预回火+回火处理可有效提高H13钢综合力学性能。对于无稀土 H13 钢 1030℃淬火试样,经 640℃（10 min）预回火+600℃（30 min）回火处理后,强度和韧性同时提升,其抗拉强度为1921 MPa、屈服强度为1533 MPa、冲击韧性为13.8 J·cm-2、断后伸长率为11.8%。对于稀土电渣H13钢1030℃淬火试样,预回火+回火处理后获得了抗拉强度2029 MPa、屈服强度1654 MPa、断后伸长率9.3%的超高强高韧良好匹配。相比常规回火工艺,预回火+回火处理的稀土电渣H13钢试样中的位错密度（5.72×1014m-2）提高73.3%,碳化物的单位面积数量（10.1μm-2）增加21.7%,从而显着提高了位错强化和析出强化。稀土将Ms点提高了 18℃,导致马氏体转变驱动力增大,同时V1/V2变体对的含量增加,因此大角度晶界（>45°）密度增加了 55.4%,从而在保留2000 MPa的高强度条件下使H13钢的断后伸长率达到10.7%,冲击功提高一倍。采用原位TEM拉伸结合离位EBSD分析,研究了 2000 MPa级稀土 H13钢拉伸过程中的塑性形变行为和断裂机制,发现微裂纹以裂纹尖端钝化机制形核,以锯齿状“Z”字形方式扩展,晶界处的残余奥氏体存在应力诱导相变效应,残余奥氏体和大角度晶界可以阻碍裂纹扩展。

李斌训^[8]（2020）在《H13钢硬态切削显微组织演变及力学性能评定》文中研究表明随着高性能机床和超硬刀具材料的不断发展,具有明显技术优势和经济优势的硬态切削技术越来越多地被应用于金属加工领域,比如铸铁和淬硬钢的硬态铣削和车削。由于硬态切削过程中不使用切削液或仅使用微量可降解切削油,刀具—切屑（简称刀—屑）和刀具—工件（简称刀—工）接触区的强机械—热载荷耦合作用往往会引起切屑和切削亚表层材料的显微组织发生演变,诸如相变、动态再结晶、晶体取向等多种金相状态的改变,从而引起切屑和切削亚表层物理、力学甚至化学性能的变化,进而对切削加工零件的强度和使用寿命等产生影响。因此,研究淬硬钢硬态切削过程中的变形区显微组织演变机理以及由此引起的宏观力学性能变化,可以实现对硬态切削材料显微组织演变的准确预测;进而通过控制和优化切削工艺参数,获得符合宏观物理力学性能要求的特定显微组织,为淬硬钢硬态切削技术的推广应用提供技术支持。本文以淬硬AISI H13钢（简称H13钢）的硬态铣削工艺为研究对象,围绕硬态切削过程中变形区材料的显微组织演变机理、切削物理量（温度场、应力场和应变场等）对显微组织（相变含量、晶粒尺寸）和显微硬度演变的影响以及切削参数—亚表层厚度—宏观力学性能三者之间的映射关系等开展研究,从而构建H13钢形性协同的硬态切削工艺体系,实现淬硬模具钢的高性能硬态切削。本文的主要研究工作总结如下:建立了基于Abaqus/Explicit软件的温度—位移耦合场的H13钢硬态切削仿真模型,以切屑形貌几何特征参数、切削力和切削温度等作为评价指标,实验验证了仿真模型的有效性,该模型可以为后续H13钢硬态切削显微组织演变预测模型提供包括温度场、应力场和应变场等在内的必需场变量。修正了奥氏体临界相变温度方程,借助FORTRAN语言开发了基于相变机制的显微组织演变预测模型,验证了相变预测模型的有效性,并揭示了切屑显微组织演变机理。分析了硬态切削过程中应力、应变效应对奥氏体临界相变温度的影响,以切削速度为变量,运用构建的模型预测了 H13钢切屑中奥氏体相变及含量。导致切屑底面显微组织发生演变的主要机理包括,一是当材料流经第一变形区（剪切区）时在位错迁移机理下形成位错胞或胞状亚结构;二是切屑在流动过程中与前刀面的剧烈摩擦导致温度超过奥氏体临界相变温度引起奥氏体晶粒形核,与前刀面分离后的冷却淬火效应造成奥氏体晶核直接逆转变生成淬火马氏体,导致晶粒进一步细化。利用先进材料表征技术对H13钢硬态切削亚表层显微组织进行了观测分析,揭示了切削亚表层显微组织演变机理。切削亚表层大致可以划分为三部分:非晶结构区、塑性变形区和基体;当切削参数较小时（如进给量）,亚表层仅可以看到塑性变形区和基体两部分。H13钢基体表现出沿X方向（RD）{101}晶面的织构择优取向,而切削试样的晶体取向呈随机分布,小角度晶界（LAGBs）频率出现了不同程度的增大,与位错胞或亚晶结构的形成有关。切削亚表层亚晶结构（或位错胞）的形成过程如下“剪切拉伸变形→位错增殖、塞积→位错缠结形成胞壁→位错胞吸收周边晶体缺陷形成亚结构→亚结构晶界迁移、吞并周边位错缺陷形成亚晶组织”。基于Zener-Hollomon（Z-H）和Hall-Petch（H-P）方程建立并修正了用于H13钢切削亚表层晶粒尺寸和显微硬度预测的模型,开发了基于该模型的用户自定义子程序（User-defined subroutine）,并进行了模拟仿真及模型验证。切削亚表层内部的晶粒尺寸介于300～800 nm之间,均小于1μm,同时显微硬度介于650～850 HV之间。切削亚表层的显微硬度随着切削速度、进给量和径向切削深度的变化趋势与再结晶晶粒尺寸的变化趋势恰好相反。借助TEM和EBSD技术以及纳米压痕仪对切削亚表层动态再结晶晶粒尺寸和显微硬度分别进行了定性和量化分析,验证了预测模型的有效性。基于自动球压痕法和连续损伤力学理论,研究了不同工艺参数下H13钢切削表面层材料宏观力学性能的变化规律。切削表面层的宏观力学性能不同于H13钢基体,表面层材料的屈服强度、最大抗拉强度、布氏硬度和断裂韧度总体上要小于基体对应的力学指标。不同工艺参数下,表面层材料的屈服强度、最大抗拉强度和布氏硬度随切削变量的变化趋势呈现一定的同步性;对于应变硬化指数,该力学指标的变化趋势与屈服强度、最大抗拉强度和硬度的变化规律正好相反。表面层材料力学性能的变化是硬态切削过程中强机械—热载荷耦合作用诱导显微组织演变的结果。本研究建立的显微组织预测模型、获得的实验数据和硬态切削优化参数可以为实现H13钢的高性能硬态切削提供理论依据和数据支持。

王要利^[9]（2020）在《4Cr5MoSiV1（Ti）组织性能调控及损伤机理研究》文中研究表明随着模具行业向大型、复杂、精密、高效率、快节奏方向发展,其服役环境越来越苛刻,对模具及其材料的安全可靠性和服役寿命提出了更高要求。尤其是热作模具服役时受高温+大应力且相互耦合,导致服役寿命严重降低。因此,开发新型高强韧长寿命热作模具钢迫在眉睫。如何通过微合金化和热处理调控钢中碳化物种类、尺寸、分布及其界面关系是实现高强韧热作模具钢开发的前提。然而,热作模具钢中合金元素种类多、含量高,如何实现碳化物的种类及特征参量的理想分布以充分挖掘模具钢服役过程中的性能潜力难度很大;同时,热作模具钢的服役工况往往是温度高、应力大且相互作用,导致钢的损伤因素复杂多变。故开展热作模具钢的组织性能调控及热-力耦合作用下的损伤机理研究意义重大。本文首先以4Cr5MoSiV1为研究对象,研究了热作模具钢4Cr5MoSiV1组织性能间的内在关联及其高温断裂机制,分析了碳化物类型、尺寸、形貌和分布等特征参量与裂纹萌生及扩展的关联关系,观察了裂纹附近显微组织的演变规律,为开发高强韧型热作模具钢提供一定的理论基础。在此基础上,制备了高强韧钛微合金化4Cr5MoSiV1Ti热作模具钢,通过改变合金成分和热处理工艺对4Cr5MoSiV1Ti热作模具钢进行组织性能调控;设计开发了热-力耦合条件下模具的动态损伤物理试验平台,开展了热挤压过程中4Cr5MoSiV1Ti模具钢的损伤行为研究,考察了钛微合金化4Cr5MoSiV1Ti热作模具钢在热-力耦合条件下的损伤机理,为高端模具钢的开发奠定理论基础。研究结果表明:4Cr5MoSiV1钢中第二相由主要含V的MC型碳化物和含Cr的M7C3和M23C6型碳化物构成;球状或椭球状的MC型碳化物析出于回火马氏体板条内或板条界处,其与基体具有半共格的界面关系,可增强钢的热稳定性和抗回火软化能力;形状不规则的M7C3和M23C6型碳化物主要析出于原奥氏体晶界或马氏体板条界处,与基体保持非共格的界面关系。随着回火温度的升高和时间的延长,4Cr5MoSiV1钢的硬度下降主要是由于高密度位错的回火马氏体经历了回复、局部再结晶,合金碳化物的析出和再结晶晶粒的生长所导致的。具有非共格界面关系且形状不规则的M7C3和M23C6碳化物的生长激活能较低,拉伸过程中更易生长且有形成应力集中的尖角存在,更易促进应力作用下裂纹的萌生。具有共格/半共格界面关系的MC型碳化物可抑制位错在晶界处富集,且在裂纹扩展过程中能有效传递载荷,对裂纹萌生及扩展有一定抑制作用。低温拉伸时4Cr5MoSiV1热作模具钢中回火马氏体上分布着大量纳米级的第二相颗粒及高密度位错,且位错滑移仅能在有限距离内进行,此时模具钢具有高强度低韧性;而升高拉伸温度后,回火马氏体的回复和局部再结晶、位错密度的下降引起基体的软化和滑移及交滑移的相互作用是获得较高的伸长率和断面收缩率的主要原因。在580℃、1 mm/min的单向拉伸条件下,4Cr5MoSiV1钢穿晶断裂时裂纹两侧形成了宽约100 nm的α相纳米晶形变带,这主要是由于高温变形过程中回火马氏体分解、局部再结晶和α相塑性变形的动态平衡所导致的。由于裂纹尖端受到强烈的应力作用和存在晶粒转动/滑动现象,发现了4Cr5MoSiV1热作模具钢中裂纹尖端形成的尺寸约为200 nm的“环形”位错组态。同4Cr5MoSiV1热作模具钢相比,添加0.13 wt%Ti的4Cr5MoSiV1Ti钢的室温强度和伸长率分别提高了13.5%和17.7%;同时,增加了二次硬化点的峰值硬度（提高3.9 HRC）,二次硬化峰值温度（提高20℃）和扩散激活能（增加23k J/mol）。即该合金具有更好的高温稳定性和抗回火软化能力,这可能与微量Ti元素的添加形成了尺寸约为50 nm富含Ti的MC型碳化物密切相关。回火过程中4Cr5MoSiV1Ti硬度下降主要是由于回火马氏体内高密度位错相互作用、抵消,形成位错墙或位错列,回火马氏体边界波浪状变化,第二相碳化物粗化以及局部再结晶亚晶粒的长大造成的。设计开发的热-力耦合条件下模具动态损伤物理试验平台主要包含液压控制系统、中频感应加热系统、压力位移获取系统、凸模表面温度测量系统和坯料转移系统等。基于该物理试验平台,研究了热-力耦合条件下4Cr5MoSiV1Ti热作模具反挤压1000℃的45#钢时凸模工作带圆角的宏观形貌、微观组织、元素分布及力学性能演变规律。热-力耦合作用下凸模的主要损伤形式为工作带圆角坍塌损伤,表面氧化和高温磨损。热挤压后凸模工作带圆角处的显微组织由表及里可分为表层细晶区、次表层塑性流变区和最内侧的类原始组织区三部分;且塑性流变区的宽度随挤压次数的增多逐渐增加。4Cr5MoSiV1Ti钢的表面软化主要是由热-力耦合下的过回火现象、碳化物与位错的交互作用和碳化物的粗化行为三方面造成的。发现了具有核壳结构的Ti-V复合MC型碳化物,其中芯部为四边形Ti C与外壳为球形VC具有完全共格的界面关系,该碳化物的形成可有效提升材料在服役过程中的高温性能稳定性。

贺晓龙^[10]（2020）在《TD盐浴渗铌层生长模型及性能研究》文中指出TD法制备的碳化铌覆层具有硬度高、结合性好、覆层均匀致密、耐磨性能卓着、所需设备要求低等特点。目前针对TD盐浴碳化铌覆层的研究大多集中在摩擦性能研究、覆层厚度的实验解研究、单一环境下的腐蚀性能研究,对于覆层厚度的理论解研究很少,特别是考虑基体成分影响的覆层厚度理论模型,以及覆层在酸、碱、中性环境下的综合耐腐蚀性能报道几乎没有。本文采用TD盐浴技术在850～950℃条件下在10种钢表面制备了碳化铌覆层。观测了覆层形貌和组织结构、测试了覆层的物相组成、硬度及厚度。建立了覆层厚度的经典动力学模型及基于规则溶液亚晶格理论并考虑基体成分影响的理论模型。对碳化铌覆层的形成进行了热力学分析。根据覆层不同时期的形貌及厚度模型,分析了覆层的形成过程和形成机理。测试了3种典型基体-NbC试样在酸碱盐条件下的Tafel曲线和EIS阻抗谱。主要结论有:（1）10种钢表面均形成了致密均匀的淡黄色碳化铌覆层。覆层与基体之间无过渡层。覆层均由单一相NbC组成,NbC晶粒在（111）和（200）方向上择优生长。（2）热力学计算表明,铝粉比碳化硼作为还原剂更容易在850～950℃在10种基体表面可以制备碳化铌覆层。（3）10个钢种根据覆层厚度的经典动力学模型得到的扩散激活能Q的范围为:142.08～179.32 kJ/mol,扩散常数K0的范围为:0.1987～0.9574 cm2/s。（4）覆层厚度的理论模型为:l2AaCγD C,TDefft。Q几乎为常数（233±4 kJ/mol）,而扩散系数因子D0的变化较大（9.85～36.2 cm2/s）。影响覆层厚度的主要因素为:TD处理时间、TD处理温度和基体成分。细化晶粒尺寸比延长处理时间,提高处理温度能更有效地增加覆层的厚度。（5）碳化铌覆层的生长分为形核和长大两个过程,碳化铌覆层由超细晶、柱状晶、等轴晶和胞状晶组成。覆层生长的机理为碳主导的从基体向外扩散,扩散机制以晶界扩散为主。覆层的生长速度在1 h之内受反应控制,之后受扩散控制。（6）覆层的硬度比基体高约3.5倍。在电化学耐腐蚀性方面,在酸、碱、中性环境下,其自腐蚀电位比基体更高,自腐蚀电流密度比基体更小,耐腐蚀性更好。（7）基体-覆层试样在不同的腐蚀环境下有较大差异,其主要变现为孔隙率的变化,最主要的原因是不同腐蚀环境下发生的腐蚀类型不同。综合来说,所有试样在酸性、碱性、中性环境下的腐蚀速率的排序为:酸性>中性>碱性。

二、Refinement of austenite grain using uniform experiment design for AISI H13（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Refinement of austenite grain using uniform experiment design for AISI H13（论文提纲范文）

（1）热作模具钢5CrNiMoV（Nb）热变形行为及组织性能研究（论文提纲范文）

（2）复合超重力场近终形电渣浇铸TBM刀圈工艺基础研究（论文提纲范文）

（3）等温淬火及回火40CrNiMo高强钢的微观组织与力学性能研究（论文提纲范文）

（4）形态、结构耦元及特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的研究（论文提纲范文）

（5）稀土Y对H13钢组织及性能的影响（论文提纲范文）

（6）盾构机滚刀刀具用钢研究现状及进展（论文提纲范文）

（7）稀土微合金化电渣重熔H13钢的强韧性调控方法及机制（论文提纲范文）

（8）H13钢硬态切削显微组织演变及力学性能评定（论文提纲范文）

（9）4Cr5MoSiV1（Ti）组织性能调控及损伤机理研究（论文提纲范文）

（10）TD盐浴渗铌层生长模型及性能研究（论文提纲范文）

四、Refinement of austenite grain using uniform experiment design for AISI H13（论文参考文献）

• [1]热作模具钢5CrNiMoV（Nb）热变形行为及组织性能研究[D]. 胡志强. 北京科技大学, 2021(08)
• [2]复合超重力场近终形电渣浇铸TBM刀圈工艺基础研究[D]. 李少英. 北京科技大学, 2021(08)
• [3]等温淬火及回火40CrNiMo高强钢的微观组织与力学性能研究[D]. 刘笑笑. 太原理工大学, 2021(01)
• [4]形态、结构耦元及特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的研究[D]. 李慧. 吉林大学, 2021
• [5]稀土Y对H13钢组织及性能的影响[D]. 陈荣春. 江西理工大学, 2021(01)
• [6]盾构机滚刀刀具用钢研究现状及进展[J]. 向源,胡锋,周雯,吴开明,周松波. 钢铁研究学报, 2021(02)
• [7]稀土微合金化电渣重熔H13钢的强韧性调控方法及机制[D]. 朱健. 北京科技大学, 2021(02)
• [8]H13钢硬态切削显微组织演变及力学性能评定[D]. 李斌训. 山东大学, 2020(04)
• [9]4Cr5MoSiV1（Ti）组织性能调控及损伤机理研究[D]. 王要利. 河南科技大学, 2020(06)
• [10]TD盐浴渗铌层生长模型及性能研究[D]. 贺晓龙. 武汉科技大学, 2020(01)