低合金馬氏體鋼強韌性組織控制單元的研究.pdf

1、晶粒細化會使鋼的強度和韌性同時得到提高，是常用的鋼的強韌化方法之一。對于不同類型組織的鋼，晶粒尺寸的定義也有所差異。由于馬氏體組織具有復雜的多層次結構，對馬氏體鋼的強韌性起作用的晶粒尺寸至今無定論。本文以低合金板條馬氏體鋼為研究對象，采用多種試驗手段定量分析了板條馬氏體的組織亞結構，并研究組織亞結構與強度和韌性之間的關系，探討板條馬氏體鋼的強度和韌性的組織控制單元，即控制板條馬氏體鋼的強韌性的“有效晶粒尺寸”。主要研究內容如下：

2、　　 ⑴17CrNiM06鋼經(jīng)淬火低溫回火后為板條馬氏體組織，其微觀結構依次由原奧氏體晶粒、板條束( Packet)、板條塊(Block)和板條(Lath)組成。板條束為原奧氏體晶粒內具有相同慣習面的馬氏體板條晶區(qū)，板條塊為板條束內大角度晶界包圍的區(qū)域，具有相似晶體學取向。采用電子背散射衍射(EBSD)方法分析發(fā)現(xiàn)，一個板條束內通常由6種近K-S關系((111)γ//(011)α，[101]γ11[111]α，)的變體組成，相鄰變體組

3、成板條塊。隨原奧氏晶粒尺寸的減小，試驗鋼的板條束尺寸和板條塊寬度減小，而板條寬度變化不大：當原奧氏體晶粒尺寸從337μm變化到6μm，板條束尺寸從129μm減小到4μm，板條塊寬度從14.4μm減小到1.1μm，而馬氏體板條的寬度在0.3μm左右。
　　 ⑵經(jīng)淬火低溫回火后，17CrNiM06板條馬氏體鋼的強度隨組織的細化而有所增加，但增加幅度不大。進一步研究發(fā)現(xiàn)，17CrNiMo6鋼的屈服強度與原奧氏體晶粒尺寸、板條束尺寸和板

4、條塊寬度之間都符合Hall-Petch關系，即屈服強度與原奧氏體晶粒尺寸、板條束尺寸和板條塊寬度的-1/2次方之間都存在線性關系。由于板條塊寬度比板條束尺寸小很多，并且相鄰板條塊之間也是大角度界面，對位錯運動存在塞積作用，從而起到類似晶界強化的作用。因此，板條塊可作為板條馬氏體鋼對強度起作用的組織單元，即板條塊寬度為控制強度的“有效晶粒尺寸”。
　　 ⑶經(jīng)淬火低溫回火后，17CrNiMo6板條馬氏體鋼的韌性也隨組織的細化而提高：

5、當原奧氏體晶粒尺寸從337μm細化至6uμ(板條束尺寸從129μm減小到4μm，板條塊寬度從14.4μm減小到1.1μm)，韌脆轉變溫度從265K降低到174K，下平臺沖擊能量從5J提高到47J。試驗鋼準解理斷裂微裂紋的形核在MnS夾雜物周圍，而準解理裂紋傳播過程中在板條塊邊界和板條束邊界都發(fā)生轉折，但在板條束邊界轉折角度更大，說明裂紋傳播通過板條束邊界時需要消耗更多的能量。另外，對沖擊試樣斷口定量統(tǒng)計結果發(fā)現(xiàn)，準解理面的尺寸和板條束的

6、尺寸相近。因此，板條束可作為板條馬氏體鋼對韌性(準解理斷裂或解理斷裂)起作用的組織單元，即板條束尺寸為控制韌性的“有效晶粒尺寸”。
　　 ⑷對17CrNlMo6鋼拉伸試樣的變形和斷裂過程的原位觀察結果表明，試驗鋼出現(xiàn)了明顯的塑性變形后才產生斷裂，可觀察到呈波紋狀的滑移帶。三點彎曲試樣和板狀原位拉伸試樣斷口均為韌窩斷口，夾雜物或第二相粒子所在處是顯微空洞容易萌生的位置。在應力峰值前后主裂紋開始起裂，在裂紋開始擴展后載荷反而下降。主