《高碳高合金鋼深冷處理微觀結構演化及相變機理研究》是依託上海大學，由吳曉春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高碳高合金鋼深冷處理微觀結構演化及相變機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳曉春
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
深冷處理能顯著改善材料的力學性能，是近年來為業界廣泛認可的材料改性及強化的工藝程式。目前針對材料深冷處理的研究僅停留在巨觀性能上的表現，提出的機理也只是對巨觀性能變化結果的猜測。由於深冷處理機理尚未澄清，工程上對深冷處理的套用十分有限。本項目擬通過對深冷處理過程中微觀結構分析、物性測試和相變驅動力討論，提出與深冷處理過程相對應的驅動力關係以及符合深冷條件下溫度-應力誘導耦合作用下的相變機理和析出機制，建立深冷條件下溫度-應力誘導耦合模型，揭示深冷處理過程中的微觀結構演化規律及相變機理。同時，藉助計算機模擬與仿真技術，建立計算模型，對高碳高合金鋼深冷處理工藝進行計算機仿真，掌握各種不同工藝參數和影響因素對深冷處理過程的影響規律，並對深冷處理工藝進行預測和組織性能進行評估，從而最佳化出深冷處理工藝方案，使工藝更加高效合理，以期對深冷處理的套用和工藝的制定提供理論指導。
結題摘要
深冷處理由於其清潔、高效而輔助套用於高碳高合金鋼的熱處理過程以增強材料的力學和機械性能，近年來已被業界所廣泛認可。但目前得到的深冷處理機制都是材料在室溫下巨觀表現的反推，存在一定缺陷，嚴重限制了深冷處理的套用。例如，深冷處理能否促使殘留奧氏體完全轉變為馬氏體；低溫下是否有等溫馬氏體形成；低溫下碳原子是否有擴散行為；深冷處理過程中溫度場、組織場和應力場的動態演變不能採用傳統的實驗方法檢測。本項目對高碳高合金鋼SDC99在-80℃至-196℃溫度範圍內，進行了不同溫度、不同保溫時間、不同回火與深冷次序的深冷處理，摸索出最佳深冷處理工藝參數；測試上述深冷處理工藝下的巨觀力學性能，包括硬度、衝擊韌性、摩擦磨損性能，採用SEM、XRD、TEM、高溫/低溫實時動態模量與內耗測試系統，結合3DAP研究了深冷處理對殘留奧氏體數量、形態、分布的影響，明確了低溫下的等溫馬氏體相變轉變時間，建立了巨觀性能與微觀組織演化的對應關係。力學實驗及摩擦磨損實驗結果表明：對於SDC99鋼而言，最優深冷處理溫度為-196℃，最優時間為12小時以上，最佳工藝順序是先回火再深冷處理。經1030℃淬火+210℃回火2小時+（-196℃深冷24小時）+ 210℃回火2小時的最優深冷處理工藝處理後，在300N的載荷下摩擦時試樣的耐磨性較常規熱處理試樣提高了43.8%。XRD結果表明，深冷處理可使SDC99馬氏體基體的正方度下降，降低馬氏體中C的過飽和度，其中淬火後直接深冷處理對於減輕晶格畸變最為有利。小角XRD衍射結果證實-130℃保溫時生成等溫馬氏體。SEM和TEM結果表明，常規熱處理後的殘留奧氏體呈塊狀分布在基體中，深冷處理後的殘留奧氏體呈薄膜狀分布於碳化物周圍，深冷處理不能使殘留奧氏體完全轉變，約有3%的殘留奧氏體保留在基體中，這與DEFORM軟體所模擬的結果良好吻合。3DAP結果表明，SDC99經1030℃淬火至室溫，碳原子大部分均勻分布，僅出現微弱偏聚；經-196℃×8 h深冷處理後，C原子偏聚於新生孿晶馬氏體晶界，在由深冷溫度恢復到室溫過程中，C原子進一步偏聚，形成5~10 nm厚的平行片狀偏聚區，但並未以碳化物形式析出；經210℃×2h回火後，深冷處理時偏聚於新生孿晶馬氏體晶界的C原子或進一步富集形成厚度約10 nm 的富C相，或與Cr和Mo等合金元素形成M23C6碳化物沉澱析出，該納米級碳化物
