低碳马氏体的强化及其应用_孙建新(精)
低碳马氏体钢的用途是什么
低碳马氏体钢的用途是什么低碳马氏体钢是一种具有优异性能和广泛用途的金属材料。
它的用途包括但不限于以下几个方面。
首先，低碳马氏体钢在机械制造领域中广泛应用。
由于其优异的强度和韧性，低碳马氏体钢常用于制造高性能的机械零件，如汽车零件、航空发动机零件、机器工具、轴承、齿轮等。
与传统的碳素钢相比，低碳马氏体钢具有更高的强度和硬度，同时保持良好的可塑性和冲击韧性。
这使得它在机械制造中承受高负荷和复杂工况环境的能力更强，从而延长了机械设备的使用寿命。
其次，低碳马氏体钢在能源行业中有广泛的应用。
在电力发电设备和核能工业中，低碳马氏体钢常用于制造耐高温和耐腐蚀的核反应堆组件、锅炉、汽轮机叶片等。
由于低碳马氏体钢具有良好的高温强度和抗氧化性能，使得它能够在高温和恶劣的工作环境中保持稳定的性能，确保设备的安全可靠运行。
此外，低碳马氏体钢在船舶和海洋工程领域也得到了广泛应用。
作为一种耐海水腐蚀的金属材料，低碳马氏体钢常用于制造船体结构、海洋平台、海洋石油钻井设备等。
其优异的耐蚀性能使得船舶和海洋工程设备能够长时间在海水环境中使用而不受腐蚀影响，确保其结构的强度和稳定性。
此外，低碳马氏体钢还广泛应用于建筑和桥梁工程中。
由于其良好的韧性和强度，低碳马氏体钢被用于制造桥梁的主梁和支撑结构等承受重载的部件。
同时，低碳马氏体钢具有较高的焊接性能，可以方便地与其他金属材料进行焊接，提高了建筑和桥梁工程的施工效率和质量。
最后，低碳马氏体钢还在石油和化工工业中有广泛应用。
在石油和化工设备中，低碳马氏体钢常用于制造耐腐蚀和耐高压的容器、管道和阀门等。
其杰出的耐蚀性和高压性能使得它能够在恶劣的工作环境中承受高压和腐蚀介质的侵蚀，确保设备的正常运行和安全性。
综上所述，低碳马氏体钢具有优异的性能，在机械制造、能源、船舶和海洋工程、建筑和桥梁工程以及石油和化工工业等领域均有广泛的应用。
随着科学技术的不断发展和创新，相信低碳马氏体钢的应用范围还会进一步扩大。
低碳马氏体的强化及其应用_孙建新
60% , 如果将其中 15% 用来淬火强化, 每年就可节省数百万吨钢材, 价值数百亿元, 因此, 普及推广低碳马氏体强化的应用, 具有重大的现实意义。然而, 在我国低碳马氏体的应用
才开始, 有很多问题有待解决。如果其理论不断完善, 并在生产实践中得到验证, 低碳马 氏体强化技术就一定能越来越多的得到推广和应用。
第2期
孙建新等: 低碳马氏体的强化及其应用
167
表 5 ML38Cr 钢和 ML15MnVB 钢螺栓的性能对比
钢号
连杆螺 栓
缸盖螺栓
热处理
硬度 HBC 最大拉力/ kN 冲断消耗功/ J 硬度 HBC 最大拉力/ kN 冲断 消耗功/ J
800 加 热淬油 ML1SMnVB 200 回 火
41~ 42 41~ 42 38~ 41 38~ 41
第4 卷 第2期 2000 年 6 月
石河子大学学报( 自然科 学版) Journal of Shihezi University( Natural Science)
Vol. 4 No. 2 Jun. 2000
低碳马氏体的强化及其应用
孙建新 王卫兵 吴 杰 张立新
( 石 河子大学工学院机械电气工程系, 石河子 832003)
19. 5
63. 5
147
255
804
19. 5
61. 0
134
248
注: A 表示 880 加热淬 NaOH 水溶液; B 表示 850 加热 淬油 650 回 火; C 表示 880 加热淬 油 650 回火。
低碳马氏体的高强度主要来自溶解在铁素体中的碳原子与位错的弹性交互作用, 使 位错移动发生困难而造成固溶体强化。由于低碳马氏体有较高的 Ms 温度, 经淬火至室 温后, 马氏体的碳化物容易在位错区偏聚而产生时效强化[ 3] 。
低碳马氏体在气铲零件上的应用
间较短 ， 组织应力与热应力 同时 作用 下基 本上不发生涨
缩现象。随着零件壁厚的增 加，内外 层马氏体转变相差 时间增长 ，当外表层冷 到 点以下时 ，表层开始马 氏体
转变 ，体积膨胀 ，内表层受 到来 自外层 的拉应 力，产生
了塑性拉长 ，使 内孔涨大，壁厚越 厚组织应力越大 ，内 孔涨大量也越大 ，因阀柜壁 厚比缸套厚 ，所以 阀柜涨大
技 术 要 求
热 处 理 工 艺 ９ ０ 气 体 渗 碳 ２℃
渗 碳 ０ ２～０４ ． ． ｍｍ
二、改进 后工艺及试验分析
１ ．改进后工艺 （ 见表 ２ ）
表 ２ 改 进 后 工 艺
零 件
加热温度 保温时间 材 料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ／ ℃
硬度
金 相 组 织
ＨＲＣ
２ ．存在 问题分析
渗碳淬火后 回火温 度提高 至 ４ ０ １ ℃。此时零 件所处 的组 织状态为 回火索 氏体 ，呈两相组 织 ，耐磨性 较低 ，加之 零件薄 ，经过这样 一个复 杂 的热处 理工 艺后 变形较 大 ，
１０ ＭＰ ，具有好的 塑性 （ ６０ ａ Ａ≥１％ ，Ｚ≥４ ％ ） ０ ０ 、韧 性 （ ￣５ Ｊ ，良好 的冷 加工性 、焊接性 ，以及热处理 畸 Ａ ＞ ９） 变小等优点。 凡是 ＜０ ２ ％的非合 金钢 （ ．５ 碳素 钢 ）或低 碳低 合金 结 构 钢 ，经 强 烈 淬 火 后 ，获 得 ８ ％ 以 上 甚 至 ０ １０ ０ ％的低碳马 氏组 织 ，这类 钢 统称 为 低碳 马 氏体 钢 。
一
磨加工后无法保证零件渗层 的均 匀性 ，硬度也不 能保 证
在 ４ ４ ＨＲ 。在实际工作 中垫圈常被 阀冲击 打出一个 ０～ ５ Ｃ
低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢是一类特殊的钢材，它们通过特定的热处理工艺（如淬火和回火）形成低碳马氏体组织，从而获得良好的力学性能。
这类钢材通常具有高强度、良好的塑性和韧性，以及较低的碳当量，使得它们在焊接性能和冷加工性能方面表现出色。
以下是低碳马氏体结构钢的一些特点和用途。
1.低碳含量：低碳马氏体结构钢的碳含量较低，通常小于0.25%，这有助于减少焊接过程中的碳沉积，提高焊接接头的性能。
2.高强度：通过淬火处理，低碳马氏体结构钢可以获得很高的强度，通常比传统的中碳结构钢强度更高。
3.良好的塑性和韧性：低碳马氏体结构钢在获得高强度的同时，仍然保持良好的塑性和韧性，这使得它们适用于承受较大载荷和动态载荷的结构件。
4.较低的冷脆倾向：由于低碳含量，这类钢材在低温下使用时具有较低的冷脆倾向，适用于寒冷环境。
5.优异的焊接性能：低碳马氏体结构钢的焊接性能良好，焊接接头易于处理，且焊接后的接头强度较高。
6.良好的冷加工性能：这类钢材具有良好的冷加工性能，适用于需要冷变形加工的场合。
7.应用领域：低碳马氏体结构钢广泛应用于建筑结构、桥梁、船舶、车辆、机械制造等领域，特别是在要求高强度和良好焊接性能的结构件中。
8.热处理工艺：低碳马氏体结构钢的热处理工艺通常包括淬火和回火。
淬火温度通常在Ac3以上，以形成马氏体组织，然后通过回火处理以改善塑性和韧性。
在选择和使用低碳马氏体结构钢时，需要根据具体的应用场景和性能要求来选择合适的钢种和热处理工艺，以确保结构的安全和可靠性。
低碳马氏体强化工艺在汽车板簧上的应用
。
、
也 就是 说
、
型
、
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6
少 日 A
。
板 黄
;
。
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交劳寿 命
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炯的 淬 透 性
均 达 到美 闪
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含碳 量
J ,
奥 氏 体化温 度及 淬火 介质 因 素
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尸, 、尸 沁、 解 护
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训 场比
、、产
户
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由 于 支 重 轮尺 寸 较 大
必 然 更大 些
。
所 以拉 延 模具
,
热拉 延 大 型 件模 具 采 用普通 灰铸 铁 制
,
仪如 用 合金 钢 材制造
, ,
不但
,
造是 经 济 和 可 靠 的途 径 寿命 长 好
。
热 耐磨 性很 好
,
,
制造 困难 理想
。
,
费用 昂贵
及 用 性能 也并 不很
既经济 实 用 又 尤
,
,
制造容 易
,
造价 低
,
经 济效果
因此选 用灰 铸 铁
, ,
容 易 制造
,
是 最 佳 的热 拉 延 凹 模 材 料 对磨 性 好 模垫 等 ,
。
由 于 采 用热 压工艺
,
我 们 制造 的支 重
口
其适 用 于 大型 件
强
由 子 灰铸铁 承 压 能 力
; ,
轮质 量 远 远 超过 过去 由国外进
低碳马氏体
低碳马氏体显微组织性能及处理工艺锻轧后空冷：贝氏体+马氏体+铁素体性能:σ=828MPa;σ=1049MPa -室温冲击功96J制造汽车时的轮托架锻轧后直接淬火并回火：低碳回火马氏体σ=935MPa;σ=1197MPa室温冲击功50J，－40℃的冲击功32J,制造汽车操作杆具有高强度,高韧性和高的疲劳强度,适用于工程机械运动的部件和低温下适用部件2，低碳马氏体的合金化低碳加入Mo Nb V B等与合理的Mn、Cr配合提高淬透性,Nb还细化晶粒BHS系列：Mn-Mo-Nb 成分：c：0.1%，Mn1.8%，Mo0.45%，Nb0.05%Mn-Si-Mo-V-Nb系列铁素体-马氏体双相钢特征：显微组织：铁素体+岛状马氏体+少量残奥性能特点：1，低的屈服强度一般不超过350Mpa2, ε曲线是光滑的,没有屈服平台,更没有锯齿形屈服现象3，高的均匀加延伸率和总延伸率,在24%上4，高的加工硬化指数,你>0.245，高的塑性变化双相组织或得方法1热处理双相处理刚在Ac1与Ac3双相区加热,组织为α﹢γ,随加热温度升高,钢种---相增加,在冷却过程中，保证转变产物α﹢M而不是α﹢P双相钢的力学性能与组织有密切的关系,钢的化学成分,亚临界区加热温度,最终冷却速度,将起决定性作用热轧双相钢热轧后从A状态冷却时,先形成70—80%的多边形铁素体,使未转变的A有足够稳定性，避免发生珠光体和贝氏体相变,在以后冷却转变变成M工艺要求：合理设计合金成分和实现控轧与控冷双相钢优异性能的原因屈服强度和高应变硬化率的原因存在三种可能首先在马氏体区域存在残余应力,这些应力来源于快速冷却时马氏体相变的体积和形状变化其次，由于这些体积和形状变化效应,使周围铁素体经受塑性变形,导致铁素体中存在高密度的可动位错。
再次,伴随着马氏体的残余奥氏体，在成形操作时,发生应变诱发马氏体相变。
双相钢的典型成分和用途化学成分：W（c）0.04-0.1.% W﹙Mn﹚0.8-1.8% W﹙Si﹚0.9-1.5% W﹙Mo﹚0.3-0.4% W﹙Cr﹚0.4-0.6%用途：强度成形性的综合性能好,满足汽车冲压成形件的要求。
超低碳马氏体钢的强化机理
超低碳马氏体钢的强化机理
超低碳马氏体钢的强化机理主要有以下几种：
固溶强化：在制造过程中，在超低碳基体中加入合适量的镍、钴等元素，使得固溶相含量升高，达到了固溶强化的效果。
马氏体转变强化：通过调整钢的冷却速率来实现马氏体的形成和转变，进而实现强化的效果。
超低碳马氏体钢的马氏体形成时不需要快冷，可变温及等温形成。
沉淀强化：沉淀强化是将合适的合金元素加入超低碳钢中，在适当的温度和时间下，使之析出成细小的沉淀物，从而增加材料的硬度和强度。
第二相强化：在超低碳基体中加入一些第二相组织（比如铌、钒、钛等），以提高材料的抗拉强度和硬度。
低碳马氏体在模具中的应用
低碳马氏体在模具中的应用通常模具用钢都采用合金工具钢、碳素工具钢和高速工具钢，其淬火后的组织主要是孪晶的亚结构，有显微裂纹的高碳针状、片状马氏体。
由于含碳量较高，碳化物形成元素较多，钢中不可避免的会存在网状、带状和链状碳化物，往往造成模具在使用中脆性断裂。
由于低碳马氏体亚结构是位错，具有较高的强度(硬度为45HRC～50HRC，屈服强度为1000MPa～1300MPa)、良好的塑性(δ5≥10%，ψ≥40%)和韧性(AKV≥59J)以及良好的冷加工性、可焊性和热处理畸变小等优点。
因此，如何使模具钢的淬火组织中得到更多的、甚至全部低碳马氏体，是提高模具强韧性、延长模具使用寿命的关键。
目前发展方向是低碳结构钢的淬火组织希望得到全部板条马氏体，以保证高的强韧性；对高碳钢倾向于降低碳含量或尽量降低淬火温度来减少孪晶马氏体数量，以保证材料的韧性；对中碳合金钢则倾向于采用高温淬火，得到较多或全部低碳马氏体组织，来提高断裂韧性。
低碳马氏体在塑料模具中的应用1低碳马氏体渗碳型塑料模具钢低碳钢、低碳合金钢模具在成形后进行渗碳、淬火和低温回火，使模具表面得到高碳细针状回火马氏体+颗粒状碳化物+少量残留奥氏体，心部组织主要为低碳马氏体。
从而保证了模具表面具有高硬度(58HRC～62HRC)、高耐磨性，而心部具有较高的强韧性(30HRC～45HRC)，用于制造各种要求耐磨性良好、形状复杂、承受载荷较高的塑料成形模具。
2超低碳冷挤压成型塑料模具钢国外广泛应用超低碳钢冷挤压成型工艺方法制造塑料模具。
由于需要冷挤压成型，除碳含量较低外，经软化退火后，硬度较低(≤160HBS，挤压复杂型腔时≤130HBS)，特别适合于冷塑性变形。
这类钢在冷挤压成型后进行渗碳、淬火、回火。
因此具有生产效率高、制造周期短、模具精度高等优点。
典型的钢种有美国P系列低碳模具钢、德国X6CrMo4钢(≤0.07%C，质量分数，下同)和国产LJ-08Cr3NiMoV钢(≤0.08%C)。
低碳马氏体在Y27工作台上的应用
的导磁效果 ， 在加热 圈上安装导磁体 以提 高加热效果 。 加热导
体 兼 作 喷水 圈用 ， 相 对 工 件 面 的下 方 并 排 钻 ｑ２ 孔 。南于 在 ｂ通 １ 作 台 平 面 大 ． 要 经 过 多 次 并 排 重 复 淬 火 ， 防 止第 二 轮 淬 ＿ 需 为
火 时对 第一 条 淬 火带 造成 回火 ，在 感 应 器 的 两边 上也 钻 孑 喷 Ｌ
求。
２ 结 果分析
在￣１线平 面连续淬火感应 圈中，由于双 回线导体 的高 ｉ ｉ ｌ 频 电流方向相反 ， 平面上的感应 电流也是相反的 ， 以两个导 所 体的间距不能太 近， 太近 了会使两导体 产生 的涡流相互削弱 ， 也不能太大 ，大 了预热的效果会 降低 。按资料介绍一般间距
值理论上可达到 ３ Ｈ Ｃ左右 。由于低碳钢淬透性较差 ． ５Ｒ 端淬 试验表 明 ， 临界直径在 １ ～ ５ ｍ， 其 ０ １ｒ 如果进行 表面处 理其淬 ａ
硬层深度一般不超 过 ５ ｍｍ，正常处理 时表 面硬度应在 ２ ０ ７—
３０ ０ ＨＢ之 间 。 ２５ 的 Ａ ３ ８５ ８０Ｃ 右 ， 常 淬 火 温度 Ｑ ３Ａ ｃ 在 ５ ～ ６ ￣左 正
水 溶 液 或 １％的 Ｎ Ｃ 水 溶 液 ，而 对 表 面 淬 火 因采 用 的 是 喷 ０ ａ１ 射 冷却 ， 此 选 用普 通 淬 火用 水 也 能 达 到 一 样 的 效 果 。 因 低 碳 钢 经 过 淬 火 和 低 温 回火 后 可 以得 到 的低 碳 板 条 状 马
改进建议 ： 据低 碳马氏体 具有 强韧 性的原理 ， 根 我们在淬 火后未进行专 门的回火处理 ， 而是采 用的 自回火 的办法 。 由 但 于低碳马 氏体淬火 后仍存在 内应力 ．其第 二类 应力 可达 ５ ～ ０ ６ ＭＰ ， ０ ａ 会产生组 织不 良， 当Ｔ件形状 不佳 时 ， 应力仍 可导 其
一种低碳低合金马氏体钢的奥氏体化过程研究
一种低碳低合金马氏体钢的奥氏体化过程研究低碳低合金马氏体钢通常用于制造需要高强度和良好可焊性的部件。
这种钢的奥氏体化过程对于获得所需的力学性能至关重要。
在奥氏体化过程中，钢的微观组织从原始的珠光体逐渐变成奥氏体。
钢的奥氏体化过程通常分为三个步骤：加热、保温和冷却。
首先，将钢加热到一定温度，使钢中的珠光体转变成奥氏体。
然后，在保持一定温度的条件下，等待奥氏体化反应的完成。
最后，通过快速冷却，将钢固定在奥氏体状态。
对于低碳低合金马氏体钢，缩短奥氏体化过程的时间可以获得高硬度和优异的力学性能。
通过增加加热温度和缩短保温时间，可以加快奥氏体化反应速度。
然而，由于钢中碳含量较低，过高的加热温度和过短的保温时间可能导致过度生长的奥氏体晶粒，从而降低钢的强度和韧性。
因此，在设计低碳低合金马氏体钢的奥氏体化过程时，需要根据具体材料的化学成分和力学性能优化加热、保温和冷却参数。
同时，还需要进行一系列的物理性能测试和微观组织分析，以确保钢的力学性能和组织结构满足要求。
高强度超低碳马氏体钢的强化机理
【 ｂｔ ｃ】 Ｔｎｉ ｒ ｅ ｉ ｆｈ ｏ ｒｌ ａ ｌａｏ ｒ ｎｍ ｒ ｎｉ ｅｌ ｔｏｍ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｅｓｅ ｏ ｒｅ ｏ ｔ ｈｔｏｅ ｓ ｔ ｕｒ ｌ ｃ ｂ ａ ｅｓｉ ｓ ｅ ａｒ ｌ ｐ ｐ ｔｓ ｅ ｌ ｄ ｔｅ ｔ ｗ ａ ｏ ｔ ｔ ｔ ｏ ｃ
度 ， 算得 到 的位错 强化增量 为 ５ ０ＭＰ ， 计 ３ ａ 晶粒 细化增 量为 ２ ５ Ｍ ａ 固溶 强化增量 为 ８ ａ ７ Ｐ ， ６ＭＰ 。
【 关键词】 超低碳马氏体钢
强化机理
位错 强化 固溶强化
细晶强化
Ｓ ＴＲＥＮＧＴＨＥＮＩ ＮＧ ＥＣＨＡＮＩ Ｍ Ｍ Ｓ ｏＦ ＧＨ ＴＲＥＮＧＴＨ ＥＮ ＨＩ Ｓ ＵＬＴＲＡ ＬｏＷ ＣＡＲＢｏＮ ＡＲＴＥＮＳ ＴＩ Ｓ Ｍ Ｉ Ｃ ＴＥＥＬ
【 摘要】 研究了热轧态超低碳马氏体钢 的室温拉伸性能， 利用金相显微镜观察 了其微观
组 织 ， Ｂ Ｄ及 Ｘ射线衍 射仪 测量 了晶粒尺 寸 和位 错 密度 ， 讨 了超 低碳 马 氏体 钢 高强化 的 内 ＥＳ 探
在机 理 并对 各 强化 项进 行 了具体 计 算 。结果 表 明 ： 试验 钢 终轧 温 度 为 ７０ｏ ５ Ｃ时得 到 最 高的 强
ｅ ｉ ｇ ｗａ ６ ＭＰａ ｎ ｎ ｓ８ ．
【 ｅ Ｗｏｄ 】 Ｕｔ ｏ ａ ｏ ａｅｓｉ Ｓ ｅ， ｔｎ ｈｎ ｇＭ ｃａｉ Ｄｓ ｃｔｎ Ｋｙ ｒｓ ｌａＬｗ Ｃｒ ｎＭ ｒ ｎｉ ｔ ｌ Ｓቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅｇ ｅｉ ｅｈｎ ｍ， ｉｏａｏ ｒ ｂ ｔ ｔ ｅ ｃ ｒｔ ｎ ｓ ｌ ｉ
ｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｈ ｉｈ ｓ ｙｅｄ ｓｒｎ ｈ，ｉ ｅ ，ｔ ｅ ｙｅ ｄ ｓｒ ｎ ｔ ｎ ｒ ｍｅ ｔｐ ｏ ｕ ｅ ｙ ｄ ｓｏ ａｉｎ ｅ ａ ｕ ｅ ｈ ｄ ｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ｔ ｉ ｌ ｔ ｇ ｅｔ ． ． ｈ ｉ ｌ ｔ ｇｈ ｉ ｃｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｉｌｃ ｔ ｅ ｏ ｓ ｅ ｇ ｈ ｎ ｎ ｓ５ ０ ＭＰ ，ｂ ｒ ｉ ｅ ｎ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｈ ｎ ｎ ｓ２ ５ ＭＰ ｎ ｙ ｓ ｌ ｔ ｎ ｓ ｅ ｇ ｈ ｔ ｎ ｅ ｉ ｇ ｗａ ３ ａ ｙ ｇ ａｎ ｒｆ ｅ ｎ ｒ ｇ ｅ ｉ ｇ ｗａ ７ ａ ａ ｄ ｂ ｏｕ ｉ ｔ ｎ － ｒ ｔ ｉ ｓ ｅｔ ｏ ｒ ｔ
低碳马氏体的性能及其在低压电器中的应用
低碳马氏体的性能及其在低压电器中的应用
郭洪起
【期刊名称】《防爆电器》
【年(卷),期】1990(000)005
【总页数】2页(P24-25)
【作者】郭洪起
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM241
【相关文献】
1.低碳马氏体型非调质钢在汽车工业中的应用 [J], 戎咏华;徐祖耀;张梅;毛乾和
2.浅谈低碳马氏体钢在石油机械行业中的应用 [J], 次建格
3.低碳马氏体强韧化在钻杆接头制造中的应用研究 [J], 鲍清华;韩国筠
4.低碳马氏体在塑料模具中的应用 [J], 无
5.低碳马氏体在模具中的应用 [J], 张垣
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B 89578019.563.514725545Mn2
C
890
19.561.0134
248
注:A表示880加热淬NaOH水溶液;B表示850加热淬油650回火;C表示880加热淬油650回火。
低碳马氏体的高强度主要来自溶解在铁素体中的碳原子与位错的弹性交互作用,使位错移动发生困难而造成固溶体强化。由于低碳马氏体有较高的Ms温度,经淬火至室温后,马氏体的碳化物容易在位错区偏聚而产生时效强化
条状马氏体的立方形态似板条,条的长度为几微米,横截面接近扁的椭圆形,由于不同的切面呈现出薄片或薄条,平均直径(即条宽约在0.1~0.2 m。板条的一个方向较长,其余两个方向较短,三个方向的尺寸比例大约是1 7 30[1]。
3低碳马氏体的力学性能
人们常把马氏体的力学性能归结为硬而脆,这种观念是片面的。低碳马氏体钢淬火回火后表现出高强度和良好韧性的配合,其综合力学性能可以达到中碳合金钢调质处理后的水平。表2列出20Cr钢淬火后不同温度回火与中碳钢调质处理后的性能对比数据。从表2中可以看出,20Cr钢淬火后,其常规的力学性能优于调质钢。
4低碳马氏体的应用
4.1石油钻机用的吊环、吊卡
吊环是石油钻机提升系统的重要工具之一,主要用于钻井过程的起、下钻,要求安全可靠。用35钢正火处理,其强度低,产品笨重,装卸运输时工人的劳动强度大。用20Si2MoVA钢淬火强化得到的低碳马氏体钢,强度大幅度提高,吊环的重量减少很多。新、旧吊环所用的材料、性能及重量的对比见表3。
低碳马氏体的强化及其应用
孙建新王卫兵吴杰张立新
(石河子大学工学院机械电气工程系,石河子832003
提要概述了低碳钢或低碳合金钢淬火低温回火工艺获得低碳马氏体的强化,通过实验验证了低碳马氏体的性能和应用价值。
关键词低碳马氏体强化淬火强度
中图分类号TU445文献标识码A文章编号1007 7883(200002 0168 04
[3]
。
低碳马氏体良好的韧性主要来自于:1低碳钢含碳量毕竟很少,固溶强化后铁素体晶
165
第2期孙建新等:低碳马氏体的强化及其应用
格畸变小,脆性低,韧性好;2位错亚结构有良好的韧性;3马氏体领域内相互排列的马氏体条在冲击力的作用下,不仅没有相互撞击,还可以吸收一部分冲击能量;4低碳马氏体较高的Ms温度,不仅产生有较好韧性的位错亚结构,而且还出现自回火现象,消除了淬火中所产生的一部分残余应力。
表2 20Cr钢淬火后不同温度回火与调质钢性能对比数据
钢号
热处理工艺力学性能b /MPa s /MPa s /% /% k /J cm -2
H B正火57035030.874--A 158011458.4286944120Cr
100回火157011758.83265433200回火149012458.43671425300回火137512458.24557397400回火1215113010.0531********回火98596014.763186302600回火
低碳钢在应用中取得的突破,得益于正确的强化工艺、独特的组织形态和优良的力学性能。
1低碳马氏体的强化
低碳马氏体强化就是用低碳钢或低碳合金钢淬火低温回火。
通过薄膜透射电镜的研究揭示出,低碳马氏体条束由高密度位错胞所构成,它有别于高碳马氏体的微孪晶结构,具有较好的韧性,促进了低碳马氏体的应用。对于超低碳马氏体时效钢,适当添加置换型的合金元素(如Ni、Mo等代替碳、氮间隙原子,形成板条状位错马氏体和细小的金属间化合物的析出强化相,既可提高强度,又有较好的韧性。表1列举了碳化物析出强化钢和超低碳马氏体钢的综合力学性能,其中:为马氏体钢,为二次硬化钢,为超低碳马氏体时效钢。
表3新、旧吊环材料的力学性能及重量数据
吊环类别30t吊环的质量/t钢号热处理
力学性能
b /MPa s /MPa s /% /% k /J
c m -2
国产新型吊环
18.6
20Si MnVA 900淬油250回火
第4卷第2期2000年6月石河子大学学报(自然科学版Journal o f Shihezi University(Natural Science Vol.4 No.2Jun.2000
收稿日期:1999 10 29
低碳马氏体固溶的过饱和碳含量较低,其晶格扭曲较中、高碳马氏体的小,而且马氏体开始转变和转变终了的温度都较高,淬火时最先产生的马氏体在随后的冷却过程中会发生自行回火。
过去人们普遍认为低碳马氏体钢只有塑性和韧性的优势,而无强度和硬度的使用价值,即使淬火后也是如此。然而经过多年的研究,发现低碳钢经过淬火,不仅仍能保持塑性和韧性的优势,而且在强度和硬度上也有很高的使用价值,使过去只能在退火、正火状态下使用的低碳钢,扩展到淬火、回火状态下使用,发挥出低碳马氏体钢的强韧性优势,取代了一些优质中碳钢、渗碳钢、调质钢,使价格低廉、容易冶练的低碳钢被用作重要的工业原材料,展现了广阔的应用前景。
2低碳马氏体的组织形态
钢中马氏体的组织、形态随含碳量、合金元素量而异。其形态主要决定于含碳量
[1]
。
低碳钢淬火不存在残余奥氏体,只有完全板条状马氏体[2]。一个原始的奥氏体晶粒由许多马氏体领域A、B、C、组成,各领域间有较大的位向差。在每个领域中又有若干L 1、L 2、L 3、板条马氏体细条。相邻马氏体条大致平行,并作为组成马氏体的最小单元。一个马氏体领域可由一种同向区组成,也可以由两种同向区以不同的交替排列方式组成[2]。高倍透射电镜的观察表明,在板条马氏体内有大量位错缠结的亚结构[1]。
表1碳化物析出强化钢和超低碳马氏体时效钢的力学性能
钢种抗拉强度/MPa 0.2%屈服强度
/MPa缺口抗拉强度
/MPa断面收缩率
/%延伸率/% bc /b * 14701264148039.012.5 1.00
1754
1686
2372
53.0
10.5
1.35
注:1*为缺口抗拉强度与抗拉强度的比值;2 :WC 0.4%;WNi 1.8%,WCr 0.8%;WMo 0.25%; WC 0.4%,WCr 5%,WMo 1.4%,WV 0.5%; :WNi 18%马氏体钢。