回火马氏体中合金碳化物的3D原子探针表征Ⅰ.形核

Nb-V微合金钢在1200℃固溶0.5 h后淬火,在450℃回火不同时间,用三维原子探针(3DAP)研究了回火过程中合金碳化物的形核规律.结果显示,淬火态Nb-V微合金钢在450℃回火时合金碳化物处于形核阶段,合金元素可通过动态再分配,实现渗碳体到合金碳化物的原位转变,或者在位错等缺陷处直接与C结合,完成合金碳化物的单独成核长大,或者偏聚在残余奥氏体/基体和未溶的AlN粒子/基体界面处,实现合金碳化物的异质形核长大.     

两种多元合金耐磨钢的强韧化研究

探究了热处理工艺对多元低、中碳中合金耐磨铸钢组织和性能的影响,特别分析了它们的强韧化机理.结果表明,低碳合金钢经945℃淬火、280℃回火后硬度值为49 HRC以上,韧性值超过224 J/cm2;中碳合金钢经945℃淬火、370℃回火后硬度值达48.6 HRC,韧性值90J/cm2左右.两种材料具有较好的回火稳定性,基体组织主要是板条状马氏体,马氏体板条间少量薄膜状的残余奥氏体,以及界面上弥散的碳化物起到强韧化作用,材料综合性能表现良好.     

3D ATOM PROBE CHARACTERIZATION OF ALLOYING ELEMENTS PARTITIONING IN CEMENTITE OF A Nb-V MICROALLOYED STEEL

将Nb-V微合金钢在1200 ℃固溶0.5 h后淬火, 然后在450 ℃回火4 h, 结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM), 用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化. 结果显示, 淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚, 其它合金原子V,Nb, Si, Mn, Mo和Al等分布均匀. 450 ℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区, 在该区域内, Mn含量较高, Mo和V轻微偏聚, Si和Al很少, 对应渗碳体析出, Si富集在渗碳体/基体界面处; 另外, 观察到C和V明显偏聚的单原子面, 周围富集Si和Mn, 对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区, 成分主要为V4C3.     

回火马氏体中合金碳化物的3D原子探针表征Ⅱ.长大

Nb-V微合金钢在1200℃同溶0.5 h后淬火,存450-650℃回火不同时间,用显微硬度和TEM测试并观察析出强化和组织软化现象,用三维原了探针(3DAP)对产生二次硬化的合金碳化物的成分进行定量分析,研究其析出长大规律.结果显示,二次硬化主要是合金碳化物析出强化的作用.随着同火温度的升高或回火时间的延长,合金碳化物的成分动态变化,即强碳化物形成元素取代或部分取代较弱的碳化物形成元素.首先,V和Nb取代Mo,然后Nb部分取代V,最后形成具有一定原子比的合金碳化物.相对回火温度,回火时间对碳化物内合金元素的相对含量影响不大.在合金碳化物长大过程中,薄片状碳化物优先沿径向方向生长,然后沿厚度方向长大并开始粗化.     

Nb-V微合金钢中渗碳体周围元素分布的三维原子探针表征

将Nb-V微合金钢在1200℃同溶0.5 h后淬火,然后在450℃回火4 h,结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化.结果显示,淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚,其它合金原子V,Nb,Si,Mn,Mo和Al等分布均匀.450℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区,在该区域内,Mn含量较高,Mo和V轻微偏聚,Si和Al很少,对应渗碳体析出,Si富集在渗碳体/基体界面处;另外,观察到C和V明显偏聚的单原子面,周围富集Si和Mn,对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区,成分主要为V4C3.     

喷射成形新型热作模具钢的组织与力学性能研究

对比了喷射成形新型热作模具钢与商用H13钢的性能差异,利用SEM和TEM进行微观组织分析,研究了合金元素对组织性能的作用规律。结果表明:喷射成形新型热作钢在韧性与H13钢相当的情况下,具有更高的回火抗性和高温强度。新合金在650℃回火时,组织仍然保持马氏体形态,在板条内发现了大量弥散细小的针状Mo2C,钉扎位错,推迟了马氏体的回复;而H13钢650℃回火组织中马氏体已经失去板条形态,位错密度大大降低,碳化物也明显聚集长大。仅仅降低钢中的Cr就可以明显提高新合金钢的回火抗性与高温强度,进一步增加Mo含量对高温强度影响较小,V含量的增加极大地增加了淬火后未溶碳化物的数量与尺寸,降低了固溶到基体的合金元素含量,反而降低了冲击韧性、回火抗性以及高温强度。     

回火温度对Nb-Mo-V微合金钢中的析出物的影响

把Nb-Mo-V微合金钢在1200℃固溶0.5h后淬火,在450～650℃回火4h,用透射电镜(TEM)和三维原子探针(3DAP)分析回火组织演变和碳化物的析出特征.结果表明,随回火温度增加,高能马氏体向低能铁素体转变过程中伴随着数量和大小不同的碳化物析出,其中600℃回火样品中C-Nb-Mo-V团簇的数量密度最大,对应二次硬化的硬度峰值.在碳化物形成过程中,Nb和V比Mo优先形成碳化物.     

二次回火处理对中碳中铬合金钢组织及性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等研究了多次回火处理对经正火+淬火处理的中碳中铬合金钢组织及性能的影响。结果表明：980℃淬火后合金钢的组织为淬火马氏体，经550℃一次回火及二次回火处理后，组织转变为回火索氏体；回火过程中析出的碳化物主要为M₂₃C₆及M₃C型合金碳化物，分布于基体及界面处，起到了析出强化的作用；与一次回火处理相比，二次回火处理后合金钢的硬度与抗拉强度基本不变，但冲击吸收能量提高了15%,断后伸长率提高了12.5%,表现出较好的综合力学性能。     

回火对激光增材制造12CrNi2合金钢显微组织和力学性能的影响

以12CrNi2合金钢粉末为原料,采用激光熔化沉积技术制备了12CrNi2合金钢。采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和拉伸试验等研究了合金钢经不同热处理后的组织和性能。结果表明:制备的12CrNi2合金钢的组织主要由铁素体和少量奥氏体岛组成,经860℃淬火处理后转变为板条马氏体组织,合金的抗拉强度和屈服强度明显增加但伸长率显著降低。经200℃～500℃回火2 h后,随回火温度的升高,马氏体板条特征逐渐消失,不同类型碳化物不同程度析出,这导致合金钢抗拉强度和屈服强度连续降低而伸长率有所提高。     

低合金耐磨钢回火过程中的碳化物析出

将低合金耐磨钢淬火样品在200~600℃进行不同温度回火,采用透射电镜(TEM)和电子探针分析仪(EPMA)研究淬火与回火样品中碳的偏聚与碳化物析出特征。结果表明:碳的偏聚位置和碳化物形态、大小、类型及分布情况在不同样品中存在差异;淬火马氏体板条间存在宽为20~60 nm的残留奥氏体薄膜,250℃回火时开始在原位置分解成连续分布的碳化物;淬火样品中碳在非晶界位置发生轻微偏聚,回火温度升高后易向晶界及其它界面附近偏聚;200℃回火样品中发现细片状或条状ε碳化物,宽10~20 nm,长80~150 nm,在300℃回火后被θ渗碳体代替;350℃以上,碳化物逐渐粗化成为棒状或球状,500~600℃回火后球状碳化物逐步占主导地位。此外,马氏体板条局部存在少量相变孪晶。     

Nb-Mo-V微合金钢中回火硬度峰值时碳化物的研究

Nb-Mo-V微合金钢固溶后在450~650℃温度下回火不同时间,利用透射电镜(TEM)和三维原子探针(3DAP)对不同温度回火硬度峰值样品的显微组织及碳化物进行分析。结果表明:回火温度越高,样品硬度达到峰值所需的回火时间越短;析出强化效果最佳时合金碳化物的等效半径约1.0 nm,数量密度约2.0×10~(24)m~(-3);450℃样品中碳化物是以Nb_4C_3为核心,在渗碳体中原位形核而成,合金元素与碳原子配比接近4:3;500~650℃样品中碳化物的合金元素和碳原子形成团簇、偏聚分布在基体中,并未形成独立晶体结构和稳定元素化学计量配比。     

Ti-Nb-Mo微合金钢回火过程中纳米碳化物的析出行为及组织演变

通过SEM和TEM等方法对Ti-Nb-Mo微合金钢在两种不同冷却工艺下回火处理后的析出相分布、形貌和粒度进行了观察和分析,结合拉伸实验结果和硬度测试结果研究了回火过程中纳米析出颗粒的变化对试验钢强度变化的影响。结果表明,热轧淬火后试验钢基体组织为板条贝氏体,经650℃回火处理后并未形成纳米析出相,因此导致试验钢强度明显下降;而热轧空冷后试验钢基体组织主要为铁素体,部分铁素体中形成了大量的相间析出颗粒并具有良好的热稳定性,经650℃回火0.5 h后屈服强度提升明显,回火过程中铁素体基体和位错上形成了大量的纳米碳化物颗粒,这类碳化物的析出量大,尺度分布均匀,颗粒尺寸细小,是试验钢获得高强度最主要的原因。     

发动机用SCM435钢的组织与疲劳性能

采用SEM、TEM以及拉伸测试等研究SCM435钢在870℃淬火、350～650℃回火后的组织和力学性能。结果表明,回火温度为350℃时,其组织是板条马氏体及少量碳化物;随着回火温度的升高,马氏体的板条形态逐渐消失,碳化物沿板条方向析出长大,其中525℃回火后的组织尚有明显的马氏体板条形态并弥散分布着短棒状渗碳体。在试验回火温度范围内调控SCM435钢的力学性能,可以满足8.8～12.9级紧固件的力学性能要求。试验验证了870℃淬火+525℃回火钢的疲劳性能,中值疲劳极限σ_a50为425 MPa,具有较好的疲劳性能。     

铸造ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢的显微组织和力学性能

采用扫描电镜、透射电镜和X-射线衍射仪研究了ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢在不同热处理后的显微组织和力学性能。结果表明:铸态经580℃×2 h空冷回火后,显微组织由板条状回火马氏体和沿原奥氏体晶界分布的δ-铁素体组成,在δ-铁素体周围分布着连续网状的M_(23)C_6型碳化物,碳复型透射电镜分析发现在马氏体板条内分布有纳米尺寸M_6C-型碳化物;与铸态直接回火相比,经1050℃×1 h空冷淬火再经580℃×2 h空冷回火后,δ-铁素体含量减少且主要呈球状分布在回火马氏体基体上;1050℃×1 h空冷淬火处理对室温拉伸性能提高不大,但能显著提高室温冲击性能。     

Nb—V微合金钢中碳化物析出的三维原子探针表征

将Nb-V微合金钢在1200℃固溶0.5 h后淬火,在不同温度回火4 h,结合光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM),用三维原子探针(3DAP)研究了淬火与回火样品中碳化物的特征.结果显示,淬火样品中V,Nb分布均匀,C由于自回火出现轻微偏聚;450、500、550和600℃回火样品中存在大小和数量不同的V和Nb的碳化物,其中550℃回火样品中数量最高,对应着二次硬化的硬度峰值;650℃回火样品中数量明显减少,与硬度下降对应.     

热处理对超超临界汽轮发电机组用X22耐热钢组织与性能的影响

采用SEM、TEM、硬度测试、冲击性能测试等方法,研究了不同热处理工艺对X22耐热钢组织及性能的影响。结果表明:X22耐热钢经1070℃×1 h油冷淬火处理后组织为板条马氏体,板条间有针状碳化物析出。经不同温度的回火处理后,X22钢组织依然保持马氏体板条形貌。当回火温度超过650℃时,针状碳化物消失,在马氏体板条和原奥氏体晶界上析出大量条状碳化物M_(23)C_6。随回火温度升高,X22钢硬度呈先降低后升高再快速降低的变化趋势,500℃时,硬度达到最大值52 HRC;X22钢的冲击功在500℃和650℃时出现了两次低谷,冲击功分别为11.7 J和9.7 J。     

THREE DIMENSIONAL ATOM PROBE CHARACTERAZATION OF MICROSTRUCTURE EVOLUTION AND CARBIDES PRECIPITATION IN THE TEMPERED Nb-V MICROALLOYED STEEL

将Nb--V微合金钢在1200 ℃固溶0.5 h后淬火, 在不同温度回火4 h, 结合光学显微 镜(OM)和透射电子显微镜 (TEM), 用三维原子探针(3DAP)研究了淬火与回火样品中碳化物 的特征. 结果显示, 淬火样品中V、Nb分布均匀, C由于自回火出现轻微偏聚; 450、500、550和600 ℃回火样品中存在大小和数量不同的V和Nb的碳化物, 其中550 ℃回火样品中 数量最高, 对应着二次硬化的硬度峰值; 650 ℃回火样品中数量明显减少, 与硬度下降对应.     

P20塑料模具钢淬火及回火组织性能的研究

利用扫描电镜、金相显微镜、洛氏硬度计研究了P20塑料模具钢淬火及回火组织,并测定了硬度随淬火温度以及回火温度的变化.P20钢经830～920℃淬火得到板条马氏体.淬火后晶粒尺寸随淬火温度的升高有粗化的趋势但并不明显,直到890℃以后才明显粗化,因此,淬火温度应在830～890℃,以860℃为宜.P20钢硬度随回火温度升高而降低,碳化物析出增多并逐渐球化,马氏体板条边界逐渐变得模糊,有些板条合并变宽.P20钢经620℃×1 h回火后其硬度为32.8～35.8HRC,能满足预硬化硬度要求,而且经830～890℃淬火+620℃×1 h回火,硬度基本不随淬火温度变化,这将有利于工厂组织生产,因此最终选择预硬化工艺为860℃×30min淬火+620℃×1 h回火.     

工程机械用42CrMo钢环件热处理后的组织与性能

对砂型铸造和离心铸造42CrMo钢环件进行了不同进给速度的热辗扩,研究了淬火+回火热处理对钢环件微观组织演变和力学性能的影响。结果表明,砂型铸造42CrMo钢环件在580℃和520℃回火后的组织都为回火索氏体,进给速度更大的钢环件在相同回火温度下会有更多的碳化物从固溶体中析出,且沿径向方向的碳化物颗粒更加细小,分布逐渐从马氏体板条界面析出转变为板条界面和板条内同时析出;相较于砂型铸造钢环件,离心铸造的Ⅳ号钢环件在相同淬火与回火温度下的碳化物更加细小,外层、中层和内层的碳化物颗粒尺寸差异性较小。砂型铸造的钢环件在回火温度为520℃时的力学性能都满足标准要求;离心铸造的钢环件在回火温度为580℃时的力学性能也满足标准要求。     

高CoNi合金钢中二次碳化物的析出与转化

高CNi超高强度合金钢是典型的淬火回火马氏体钢,等温回火处理产生的针状合金碳化物沉淀即二次硬化反应使材料达到高的强韧性,针状合金碳化物M2C从马氏体基体α-Fe中以共格形态析出,该共格关系随过时效而失去回火温度较高时M2C转化为稳定的合金碳化物M23C6和M7C3。利用微衍射技术唯一地确定了可能的合金碳化物沉淀相的晶体结构。