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微合金非调质钢热变形行为与组织性能研究

赵阳  
【摘要】:非调质钢具有节省能源、降低生产成本、缩短生产周期、提高劳动生产率等优点,因而在汽车零部件制造和机械制造行业有广阔的应用前景。我国近年来对非调质钢的研究与应用非常重视,但国内生产的高强度非调质钢应用较少,需要开展进一步的研究工作。本文针对重型卡车前轴用高强度非调质钢的需求,从非调质钢的化学成分设计、冶炼及锻造加工入手,对微合金非调质钢的显微组织、常规力学性能以及疲劳性能进行了重点研究。为考察微合金元素在非调质钢中的作用以及为热加工工艺的制定提供理论基础,本文还深入研究了Nb+V和V微合金非调质钢的连续冷却转变行为以及热变形行为,对其中的动态再结晶、静态再结晶规律及其析出行为等做了详细研究;最后对微合金非调质钢生产的前轴进行了台架实验,为微合金非调质的工业应用做出评价。论文的主要内容如下: (1)以C-Mn-Si-Cr系钢为基础,通过添加适量的微合金元素Nb/V,设计了重型卡车前轴用非调质钢的化学成分。结果表明,所设计Nb+V和V微合金非调质钢的力学性能能够满足重型卡车前轴的性能指标。 (2)提出了采用三点弯曲疲劳实验来研究重型卡车前轴用Nb+V和V微合金非调质钢的疲劳性能,研究了试样尺寸以及Nb-V微合金化对三点弯曲疲劳行为的影响。结果表明,等比例小尺寸试样的三点弯曲疲劳极限高于大尺寸试样,在三点弯曲疲劳试样中存在应力梯度是造成这一现象的主要原因。与V微合金非调质钢相比,Nb+V微合金非调质钢的三点弯曲疲劳极限较高,Nb的加入使其组织细化是产生这种现象的原因。 (3)研究了Nb+V和V微合金非调质钢的连续冷却转变行为,分析了变形温度、冷却速率等因素的影响。随着冷却速率的增加,贝氏体相变温度降低,相变类型依次发生先共析铁素体→粒状贝氏体→板条贝氏体→马氏体转变;变形温度降低会使先共析铁素体和贝氏体相变温度升高,先共析铁素体和贝氏体存在的冷却速率范围扩大。 (4)通过单道次压缩实验结合金相和TEM分析,研究了Nb+V和V微合金非调质钢的动态再结晶与动态析出行为。基于热力学理论,将流变应力曲线进行多项式拟合并进行微分处理,确定了实验钢的动态再结晶临界应变,建立了动态再结晶临界应变模型。研究了低应变速率下V(C,N)析出物与动态再结晶之间的相互影响。研究结果表明,动态析出只能延迟动态再结晶的发生;一旦动态再结晶发生,动态析出就不能够阻止动态再结晶过程的进行。 (5)以Nb+V和V微合金非调质钢为研究对象,利用双道次压缩实验,研究了奥氏体的静态再结晶行为。确定了实验钢的静态再结晶临界温度,计算了实验钢在变形温度高于静态再结晶临界温度时的静态再结晶激活能。实验结果表明,当实验钢的变形温度低于静态再结晶临界温度时,由于应变诱导析出的发生抑制了静态再结晶的进行,静态再结晶激活能随着变形温度的降低而急剧增大;讨论了静态再结晶与应变诱导析出的交互作用。 (6)本文开发的V微合金非调质钢已经在工业生产中得到应用,用于制作重型卡车前轴。实测结果表明,由V微合金非调质钢生产的重型卡车前轴力学性能满足指标要求,疲劳寿命超过了15.4×104次的规定指标。台架试验发现:重型卡车前轴表面存在的加工缺陷是造成其疲劳断裂的原因,在工业生产中应避免或减少这类缺陷的产生。


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