81575519.173********Cr
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。