【正文】 結(jié)論 29致 謝 30參考文獻(xiàn) 31長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1 緒 論 本課題的來源及研究意義 本課題的來源現(xiàn)如今汽車工業(yè)高速發(fā)展及人類自身環(huán)保意識的不斷提高，對燃油效率和增強(qiáng)汽車安全性的能要求日益增強(qiáng)。為提高汽車安全性能，使得高強(qiáng)度汽車板的研究成為鋼鐵材料研究的熱點(diǎn)。在降低油耗、減少排放的同時，汽車重量的減少已越來越得到汽車行業(yè)的重視，資料表明，車重減輕10％，可節(jié)省燃油3％7％ ，圖11給出了車重和油耗之間的關(guān)系[2]。如今，鎂、鋁合金以及碳素纖維等輕量化材料越來越多的用于車身，這些材料本身具有一些目前無法克服的缺點(diǎn)，如焊接性能較差、沖壓成形性能不好、原材料成本和技術(shù)成本較高等因素，由于這些缺點(diǎn)的存在使目前乃至今后較時間內(nèi)鋁、鎂合金等材料不能完全替代鋼板在汽車中的應(yīng)用。在對先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的不斷開發(fā)中，我們探索出了一種新型的熱處理工藝——Qamp。與淬火—回火的傳統(tǒng)工藝不同Qamp。 Qamp。P工藝的背景及研究意義Qamp。大量富含碳的鋼中的殘余奧氏體通常是在低溫下轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致含有“無碳化物貝氏體”，包括貝氏體、鐵素體與殘余奧氏體的微觀結(jié)構(gòu)。最近，另一種處理方法，“淬火和分配”（或Qamp。Qamp。事實(shí)上，傳統(tǒng)的淬火回火鋼，并沒有充分利用好馬氏體組織和奧氏體組織的優(yōu)良性能，這是因為淬火產(chǎn)生的馬氏體和殘余奧氏體在回火過程中都會發(fā)生分解，結(jié)果因析出滲碳體而轉(zhuǎn)變成一般的珠光體組織。P工藝使淬火鋼中保持馬氏體基體以提高強(qiáng)度，同時保留適量的殘余奧氏體以保證足夠的塑性和韌性。 新型Qamp。P)熱處理工藝是2003年由Speer[6 ]提出的一種鋼的熱處理新工藝。碳之間分配馬氏體和殘余奧氏體的淬火鋼中通常被忽略，因為溫度通常太低大量淬火后的碳發(fā)生擴(kuò)散，并且因為不同的原理，消除的馬氏體中的碳過飽和。因此，盡管保留富含碳的奧氏體已確定存在一些馬氏體鋼，碳分區(qū)之間的熱力對馬氏體和殘余奧氏體已經(jīng)幾乎沒有影響。該模型預(yù)測的“端點(diǎn)”的分區(qū)是當(dāng)馬氏體（即鐵素體）與奧氏體保持亞穩(wěn)平衡。然而，我們必須承認(rèn)，平衡或準(zhǔn)平衡下發(fā)生的轉(zhuǎn)換必然涉及到界面的遷移，因此需要的鐵和置換原子的短距離運(yùn)動，即使在遠(yuǎn)程替代的擴(kuò)散中被排除在準(zhǔn)平衡的情況下，馬氏體或奧氏體界面的位置也會被有效地限制，因為我們認(rèn)為碳分區(qū)之間馬氏體和殘余奧氏體在相對低的溫度下，那么即使短程擴(kuò)散運(yùn)動的鐵和置換被排除，而這不可能是FeC系統(tǒng)（或準(zhǔn)平衡多元合金系統(tǒng)中）中的鐵素體或奧氏體的混合物，以達(dá)到平衡。準(zhǔn)平衡和CPE的生成從根本上相比，碳和其他鐵在固定性的置換。碳化物的形成是一個基本要素約束準(zhǔn)平衡模型，因為鐵素體和奧氏體的亞穩(wěn)態(tài)的存在之間的平衡被排除這樣可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的鐵素體加碳化鐵的均衡。因此，有必要了解和控制碳化物析出過程期間可能發(fā)生的Qamp。滲碳體的形成，可以消除或抑制通過添加硅[78]，并且，鋁和磷都可產(chǎn)生類似效果[ 9]。P過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在馬氏體組織，通常不認(rèn)為精細(xì)的過渡碳化物是有害的，而滲碳體值得關(guān)注的。然而，對于Qamp。組織內(nèi)殘余奧氏體與馬氏體回火過程中的過渡碳化物析出沒有被記錄在案。 α/γ界面也形成碳化物。P過程中，碳過飽和的馬氏體到分區(qū)之前過渡碳化物形成一個更大程度上將是可能的貝氏體的生長，在相同的溫度時，如果貝氏體鐵素體生長與一個碳含量很低的奧氏體比。在任何情況下，碳化物的形成與抑制的程度將是一個影響的微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，有必要使用Qamp。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀為節(jié)約能源和原材料及環(huán)境保護(hù)，急須提高鋼件強(qiáng)度、減輕鋼制品重量，降低鋼鐵產(chǎn)量[13 ]，針對Qamp。Pamp。P工藝，即在高強(qiáng)度鋼中加入碳化物形成元素Mo或Nb，使碳化物從馬氏體基體上析出，得到鋼的抗拉強(qiáng)度2100MPa，總斷后伸長率11%。Pamp。高強(qiáng)度來自于合金元素固溶強(qiáng)化和馬氏體的貢獻(xiàn)，而高塑性是馬氏體中的碳含量與殘余奧氏體的含量及其分布決定的。P鋼具有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，高的應(yīng)變硬化率與相對較高的高伸展率等特點(diǎn)。P處理后，不僅具有一定的塑性，其強(qiáng)度較一般處理的鋼有顯著的提高。P工藝特點(diǎn)Qamp。該工藝得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素在于鋼中含非碳化物形成元素，如Si，Al等，以阻礙Fe3C的析出，馬氏體只能通過碳原子向周圍奧氏體中的擴(kuò)散即“分配”來降低自身碳含量，使碳得以充分地從馬氏體分配到奧氏體，而馬氏體周圍的奧氏體則由于碳的富集而使得Ms點(diǎn)降低，從而使奧氏體在隨后冷卻至室溫的過程中不會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。P工藝最大的優(yōu)點(diǎn)是可以通過控制殘余奧氏體的含量而獲得所需的強(qiáng)塑性綜合性能。P熱處理工藝穩(wěn)定殘余奧氏體的時也會減弱碳原子對馬氏體基體的固溶強(qiáng)化作用，但是板條馬氏體內(nèi)碳含量的降低有利于提高它的塑性和韌性，因為基體內(nèi)固溶的間隙碳原子使晶格的結(jié)合力降低，同時裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展阻力減少，基體中析出的碳化物會變成裂紋萌生的核心。P鋼強(qiáng)化的重要原因。P鋼的加工硬化。P熱處理過程中析出的ζ碳化物同樣也能有效強(qiáng)化馬氏體基體，但是一方面過渡碳化物析出減少了可用于穩(wěn)定殘余奧氏體的碳，另外一方面ξ碳化物作為一種不穩(wěn)定過渡型碳化物，在250℃以上時會分解，令Qamp。最后，Qamp。要進(jìn)一步提高Qamp。 Qamp。P熱處理的工藝原理和特點(diǎn)決定了適用于Qamp。P工藝處理的鋼中含有阻止碳化物形成的物質(zhì)。P處理。P工藝的研究，而且應(yīng)用最廣泛。經(jīng)Qamp。另外，初步工作表明，中碳鋼內(nèi)含有較高Si等元素的鋼也可進(jìn)行Qamp。Qamp。低碳TRIP鋼經(jīng)Qamp。這種優(yōu)異的強(qiáng)韌性組合，再加上其低碳成分保證了可焊性，使得Qamp。 TRIP鋼的特點(diǎn)及研究狀況 TRIP鋼的研究現(xiàn)狀汽車的輕量化已為定局[1617]。研究表明[18]：在其他條件不變的情況下，汽車質(zhì)量每減輕10% ，則油耗可下降8%—10% ；而為了提高汽車安全性，又要增加主動與被動安全措施，這將增加汽車的質(zhì)量，解決這一矛盾的有效手段就是采用高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼?，F(xiàn)在的高強(qiáng)度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭?，?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)420N/mm，是普通低碳鋼板的2～3倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。中國奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試制樣車上使用的高強(qiáng)度鋼用量為262kg，占車身鋼板用量的46%，對減重和改進(jìn)車身性能起到了良好的作用。早期的TRIP鋼成本高，使用受到限制。TRIP鋼具有多相組織，既有軟相鐵素體，硬相貝氏體，還有亞穩(wěn)定的殘余奧氏體，在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。TRIP鋼與其他同級別的高強(qiáng)度鋼相比，最大特點(diǎn)是兼具高強(qiáng)度和高延伸性能，可沖制較復(fù)雜的零件；還具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，會通過自身形變來吸收能量，而不向外傳遞。文獻(xiàn)指出[ 2122]：基體為鐵素體，呈等軸晶狀分布；貝氏體呈粒狀或條狀分布于晶界處；殘余奧氏體的分布位置如下：(1)在鐵素體的晶間或晶粒內(nèi)以島狀的結(jié)構(gòu)分布；(2)在貝氏體與鐵素體之間的晶界處以島狀的形態(tài)分布； (3)在貝氏體中以針狀分布。 圖12 TRIP鋼顯微組織貝氏體作為TRIP鋼中的硬質(zhì)相。TRIP鋼板在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)做等溫處理時，奧氏體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，奧氏體對碳的溶解度大于貝氏體對碳的溶解度，隨著奧氏體的不斷轉(zhuǎn)變，大量的碳溶解到相鄰的奧氏體中，使其形成富碳奧氏體。鐵素體是TRIP鋼中的基體組織，硬度低，塑性較好，其含量由兩相區(qū)等溫轉(zhuǎn)變過程控制。T工藝傳統(tǒng)的熱處理工藝主要是針對淬火和回火進(jìn)行研究。近幾十年中，為了開發(fā)出性能更優(yōu)秀的高強(qiáng)度鋼，不斷試驗新型的材料及方法，采用碳量很低(或較低)、含合金元素較高的產(chǎn)品，在鋼中合金含量過高會導(dǎo)致其加工要求復(fù)雜、冶煉難度增大，使成本提高，不能夠大量生產(chǎn)和廣泛使用。利用奧氏體的熱穩(wěn)定化現(xiàn)象，提出工具鋼無變形淬火和高速鋼工件無變形回火熱處理工藝。還可用淬火來改善某些特殊鋼的物理或者化學(xué)性能，如增強(qiáng)磁鋼的鐵磁性，提高不銹鋼的耐蝕性等。淬冷介質(zhì)主要有水、鹽和礦物油等。經(jīng)過QT工藝處理，能夠有效的提高鋼材的力學(xué)性能，例如抗拉強(qiáng)度的提高，韌性和塑性的提高，也能夠使鋼材的耐磨性得到有效的改善。淬火工藝主要是對鋼材的淬火。然后馬上將鋼材放入油或者水中淬火，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體從而使鋼材的硬度提高。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火四類。由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。淬火是鋼鐵材料強(qiáng)化的基本手段之一。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力，因而不宜直接應(yīng)用，必須進(jìn)行回火。選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒梢员ＷC在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。這種淬火方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。缺點(diǎn)對大尺寸和或形狀復(fù)雜的工件，采用水淬變形開裂傾向大，而油淬冷卻速度小淬不硬。常用的有“水油”、“水空”雙介質(zhì)淬火。但操作時應(yīng)嚴(yán)格控制工件在水中的停留時間，要求操作工人必須具備豐富的經(jīng)驗和熟練的技術(shù)。這種淬火方法由于工件內(nèi)外溫度均勻并在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變，大大減小了淬火內(nèi)應(yīng)力(比雙介質(zhì)淬火小)，因而有效地減小鋼材的斷裂和變形。但對大截面零件難以達(dá)到其臨界淬火速度。 若取略低于Ms點(diǎn)的溫度，此時由于溫度較低，冷卻速度較快，等溫以后已有相當(dāng)一部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，當(dāng)工件取出空冷時，剩余奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（4）貝氏體等溫淬火 將奧氏體化后的鋼材淬入稍高于Ms點(diǎn)溫度的鹽浴中等溫保存足夠長時間，使奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w組織，然后再室溫下中冷卻，獲得綜合力學(xué)性能。同分級淬火一樣，等溫淬火也只能適用于尺寸較小的工件。 淬火的加熱溫度以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，加熱時要形成細(xì)小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織。圖15 碳素鋼淬火溫度范圍示意圖在圖15中可看出淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。從圖中看出，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區(qū)。這組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點(diǎn)下降，殘余奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。因此，淬火后的零件必須進(jìn)行回火才能使用。 回火對組織性能的影響淬火時鋼的組織轉(zhuǎn)變可分為四個階段：馬氏體的分解（200℃以下）→殘余奧氏體分解（200～300℃）→滲碳體的形成（250～400℃）→滲碳體聚集長大（400℃以上）。 圖16 回火力學(xué)性能變化 回火方法常用的回火方法（如表12）低溫回火（250℃）：低溫回火后得到回火馬氏體組織。因此，低溫回火特別適用于刀具、量具、滾動軸承、滲碳件及高頻表面淬火等工求高硬度和耐磨性的工件。使鋼具有高的彈性極限，較高的強(qiáng)度和硬度（一般為35~50HRC），良好的韌性和塑性。高溫回火（500℃）：高溫回火后得到回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)后，鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能（一般硬度為220~230HBS）。 ： 回火方法回火方法回火溫度/℃回火組織回火后硬度適用范圍低溫回火250M回5864HRC要求高硬度和耐磨的工具和零件。中溫回火250500T回3550HRC要求高屈服強(qiáng)度和一定韌性的彈性元件，熱做模具等?；鼗鸷蟮木嘟M織如圖111：圖111 回火后的