亚温淬火400rNi2Mo钢低温性能分析教程文件.docx

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除此文档仅供学习和交流燃19删4删5b1Y，rl分类号：TGl421密级：公开U D C：3l编号：工学硕士学位论文亚温淬火40CrN i 2Mo钢低温性能研究硕士研究生： 张浩 指导教师：张伟强教授 学位级别： 工学硕士 学科、专业： 材料学所在单位： 材料科学与工程学院论文提交日期： 2010年12月27日 论文答辩日期： 201 1年3月9日学位授予单位： 沈阳理工大学嘻Classification Index：TGl421 UDC：3 1A Thesis for the Master Degree of EngineeringStudy on the Low Temperature Properties of Subcritically Quenched 40CrNi2Mo SteelCandidate：Zhang Hao Supervisor：ProfZhang Wei QiangAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Materialogy Date of Submission：December，20 1 0 Date of Examination：March，201 lUniversity：Shenyang Ligong University0沈阳理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：身p乡节日期：20J年弓月6日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：方艮希指导教师签名：易伊协日期：加lf弓f 6日期：bf。弓，-跚跚.沈阳理工大学硕士学位论文摘要本文通过对40CrNi2Mo钢进行亚温淬火，研究了临界区加热奥氏体形成过程以及 亚温淬火前的原始组织、亚温淬火后的回火温度对亚温淬火效果的影响。在前面的工作 基础上，选用退火态40CrNi2Mo钢亚温淬火后于60012回火，研究其低温力学性能，并 与常规调质40CrNi2Mo钢对比。研究结果表明：(1)不同原始组织40CrNi2Mo钢l临界区加热奥氏体形成过程不同。 退火态40CrNi2Mo钢在临界区加热时，奥氏体的形成过程可分为三个阶段。第一阶段： 奥氏体快速长进珠光体，直至珠光体全部转变为奥氏体为止；第二阶段：奥氏体缓慢向 铁素体长入和长大；第三阶段：铁素体和奥氏体之间的最后成分平衡。淬火态40CrNi2Mo 钢在临界区加热时，会在马氏体板条间形成针状奥氏体，还会在原奥氏体晶界、马氏体 板条束界及块界处形成颗粒状奥氏体晶粒；调质态40CrNi2Mo钢在临界区加热时，奥 氏体首先在铁素体晶粒边界上的渗碳体颗粒旁边形核，奥氏体核形成后，首先沿铁素体晶界长成长条状并相互连接成网状，然后向晶内推进长成颗粒状。(2)原始组织和回火 温度对亚温淬火效果有一定影响。原始平衡态组织的40CrNi2Mo钢亚温淬火后经高温回火，其综合力学性能优于非平衡态组织40CrNi2Mo钢，且低温回火无法发挥亚温淬火强韧化效果。(3)随着温度的降低，亚温淬火40CrNi2Mo钢和调质40CrNi2Mo钢的 强度增加，塑性降低，冲击韧性先降低后出现平台，屈服强度、抗拉强度的增长速率均 增加，且二者的屈服强度的增长速率均较抗拉强度的大，另外，亚温淬火40CrNi2Mo 钢和调质40CrNi2Mo钢的强度指标随温度的变化规律均可用指数公式来表示，且亚温 淬火40CrNi2Mo钢的系列低温综合力学性能优于调质40CrNi2Mo钢。(4)亚温淬火 40CrNi2Mo钢与调质40CrNi2Mo钢韧脆转变温度均为一55。但亚温淬火+高温回火工 艺在保证40CrNi2Mo钢良好的低温力学性能前提下，具有节能；减少工件畸变、开裂 等优点。关键词：40CrNi2Mo钢；亚温淬火；低温力学性能；韧脆转变温度。沈阳理工大学硕士学位论文Abstract-。、，。一The austenite formation process during heating at intercritical range and effect of!uV，霄-；original structure and tempering temperature on subcritical quenching effect have beenstudied by means of subcritical quenching of 40CrNi2Mo steelBased 011 the earlier work,thelow temperature mechanical properties of annealing 40CrNi2Mo steel underwent subcritieal坤，or崎一quenching and tempering at 600C treatment have been studied and compared with quenched；and tempered 40CrNi2Mo steelThe results show that：(1)the austenite formation process during hearing at intercritical range of different odginal structures WgTe differentThe austenite formation process during heating at intercritical range of annealed 40CrNi2Mo steel has three stagesThe first stage： very rapid growth of austenite into pearlite until pearlite dissolution completeThe second stage：slower growth of austenite into ferriteThe third stage：final equilibration of ferrite and austenite(2)original structure and tempering temperature had some influence on thesubcritical quenching effectAfter subcritical quenching and high temperature tempering themechanical properties of 40CrNi2Mo steel with original structure of equilibrium is better than that of nonequilibrium，and low temperature tempering Can not improve strenthening and toughening effect of subcritical quenchingWhen quenched state 40CrNi2Mo steel was heated at intercritical range,it formed needle austenitic between martensite lath，and granular austenitic grain in the original austenitic grain boundaries,martensite lath beam boundary andblock boundary；When tempered and quenched state 40CrNi2Mo steel Was heated atintercritical range，the austenitic firstly formed nuclear beside the cementite particles of fcrrite grain boundaryARer austenitic formed，it firstly grew along the fcrritc grain boundaries long strip and connected into reticulaion，then advancing to inner of grain，grew granular(3)with the decrease of temperature,the strength rises，the plasticity decreases and the impact toughness initially decreases then appears platform，and the growth rate of yield strength andtensile strength are identically increasedBut the growth rate of yield strength of沈阳理工大学硕士学位论文QT-40CrNi2Mo steel and SQT-40CrNi2Mo steel is faster than tensile strengthVariation in strength indexes of QT-40CrNi2Mo steel and SQT40CrNi2Mo steel、衍tll temperature call be expressed by index formulaThe low temperature mechanical properties of SQT-40CrNi2Mo steel is better than that of QT-40CrNi2Mo steel(4)The tough-brittle transition temperatur馏of 40CrNi2Mo steel under QT treatment and SQT treatment ale identically-5512But SQTtreatment ensures the lOW temperature mechanical properties of 40CrNi2Mo steel and there ale advantages ofrcd：uction in energy eomumption,distortion and cracking of the workpiec姻Key word：40CrNi2Mo steel；subcritical quenching；low temperature mechanical propertiea；ductile-to-brittle transition temperature目录目录第1章绪论111课题背景112钢的亚温淬火概述2121亚温淬火的强韧化效果3122影响亚温淬火强韧化效果的因素5123亚温淬火强韧化机理探讨7124亚温淬火的主要优缺点813钢的低温性能概述10131低温对钢材强度指标的影响10132低温对钢材冲击韧性的影响。ll14钢的韧脆转变温度1215钢的冷脆。14151冷脆现象14152低温脆性的本质14153低温冷脆的主要理论1516本课题研究的目的、意义和主要内容16161本课题研究的目的16162本课题研究的意义16163本课题研究的主要内容16第2章40CrNi2No钢临界区加热奥氏体形成过程17 21试验材料1 722试验方法。l 723试验结果及分析1 8231亚温淬火前的原始组织18232临界区加热奥氏体的形成19沈阳理工大学硕士学位论文24硬度2625小结27第3章40CrN i 2Mo钢亚温淬火工艺研究。28 31试验方法28311亚温淬火工艺29312亚温淬火前原始组织的制备29313亚温淬火及随后的回火工艺2932室温性能测试3033组织观察。3034断口形貌3035试验结果及分析30351原始组织对亚温淬火组织和性能的影响。30352回火温度对亚温淬火组织和性能的影响。36353断口形貌40J、结42亚温淬火40CrN i 2Mo钢低温性能研究44试验方法44411热处理工艺44412硬度试验44413显微组织44414低温拉伸试验44415系列冲击试验。45试验结果及分析45421硬度一45422显微组织。45423低温拉伸试验结果及分析。46424系列冲击试验结果及分析55小结61分析与讨论。62目录51调质钢与亚温淬火钢的力学性能对比6252调质钢与亚温淬火钢的韧脆转变温度6653，J、结67结论68参考文献69攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果。73致谢74第1章绪论第1章绪论11课题背景40CrNi2Mo钢美国牌号为AISl4340，AISl4340钢是典型的Cr-Ni系调质钢，其热 处理制度通常为调质处理(淬火+高温回火)，AISl4340钢淬透性好(油淬临界尺寸可达 80ram)，调质后具有较高的强度和良好的综合力学性能，它广泛应用于受冲击循环载荷 的泵轴、压气机轴、曲轴、连杆等大型重要零件n，也是制造大中型调质齿轮最为常用 的钢乜1，同时是良好的大锻件用材口1，商用超高强度低合金钢AISl4340钢常被用作飞机 和火箭部件嘲。传统上，该钢通过淬火工艺获得马氏体组织，随后进行高温回火获得回 火马氏体组织，通过位错亚结构强化和固溶强化机制实现强韧性良好匹配。随着高强度 结构钢的广泛应用，该钢需要满足的使用条件要求也越来越苛刻，尤其在低温条件下不 容许发生脆性断裂，故对钢的低温韧性提出了更高的要求。因而如何在满足强度要求的 前提下进一步提高钢的低温韧性，降低韧脆转变温度，对提高钢的使用安全性具有十分 重要的意义。内蒙古某露天煤矿位于我国北方地区，这里冬天气温可以降N-30v以下。对于长期在这种环境下工作的机械，部分机构使用性能会受到极大的危害。40CrNi2Mo钢挖掘 机环轨作为实现挖掘机回转的主要机构，还通过支承辊轮承受挖掘机的工作载荷。支承 辊轮与环轨上下表面接触，使环轨表面承受较高的接触应力。因此要求环轨应该具有一 定的承载能力、表面具有较高的耐磨性和较高的接触疲劳抗力。并且当环轨内部因磨损 形成较大间隙时，在工作期间容易产生一定的冲击载荷，特别是当挖掘机在冬季露天作 业时，容易引起脆性断裂。另外，在设计和选择露天作业机械所应用的材料时，往往不 考虑低温脆性问题，所选择的材料性能指标也都是常温下的性能指标，因此寒冷的气候 将给露天作业机械设备带来一定的损害。由此可见，研究40CrNi2Mo钢的低温力学性 能是非常必要的。对于钢铁材料来说，如果在成分确定的前提下，要想使相互矛盾的强度与韧性获得 最佳匹配，只能通过强韧化工艺技术来实现。钢的亚温淬火是将钢加热至奥氏体和铁素沈阳理工大学硕士学位论文体两相区进行淬火。亚温淬火在高强度钢的应用研究比较多，对改善其韧性，尤其是低 温韧性具有显著的效果。目前对于40CrNi2Mo钢的研究仅限于其常规调质处理后的力 学性能方面的研究，而其亚温淬火后的低温力学性能研究较少。所以，研究其亚温淬火 后的低温力学性能具有重要意义。12钢的亚温淬火概述所谓亚温淬火，亦即亚共析钢的不完全淬火，或称临界区淬火、两相区加热淬火， 是将钢加热至奥氏体和铁素体两相区进行淬火。亚温淬火和常规完全淬火的加热温度范 围示意图见图11。亚温淬火及随后回火是一种使钢强韧化的新工艺。此工艺对钢的原第1章绪论121亚温淬火的强韧化效果1211提高钢的冲击韧性 许多文献均报导了亚温淬火可以提高钢的室温和低温冲击韧性值。例如，可以提高30CrMnSiA钢n羽、35CrMo钢n朝、40Cr钢引、5NiCrMo钢n刀、9Ni钢n町等冲击韧性。 经调质的和经亚温淬火并回火的35FXC钢，在相同的情况下，后者的室温冲击韧性较前者约高1倍n引。30FXC钢经780C或800(2亚温淬火可使550(2回火后的室温冲 击韧性较920C常规淬火并55017回火后的约高23倍n们。对35CrMo钢、40Cr钢、42CrMo钢和45钢进行试验的结果见表11。由表11可 见，与一般调质工艺相比，在硬度(即强度)相同的情况下，亚温淬火使35CrMo钢于-60C的冲击韧性提高了83，使40Cr钢提高了17，而对42CrMo钢和45钢效果不 明显(指25C下的a|值)。由此看来，亚温悴火的强韧化效果与钢中含碳量有关王传雅啪1认为，由于含碳量 低时，亚温淬火后仍得到强韧性好的板条马氏体，因此强韧化效果显著；而含碳量高时， 亚温淬火后得到的组织中片状马氏体量增多，抵消了亚温淬火对晶粒细化及未溶铁素体 的一部分有利影响。此观点与IAE1Sesy船是一致的。综上所述，亚温淬火对许多结构钢的室温和低温冲击韧性有不同程度的提高。表11各种钢经最佳亚温处理与调质处理后的性能对比D鲫妻， TabII Properties comparison ofdifferent steels underwent subtemperature treatment and QT treatment沈阳理工大学硕士学位论文1212降低钢的韧脆转变温度 文献n引报导了35CrMo钢、42CrMo钢和45钢的韧脆转变温度。结果表明，亚温淬火可使35CrMo钢的韧脆转变温度降低约60C，使40Cr钢降低了17C，对42CrMo钢 和45钢未见明显效果。由于亚温淬火的温度较常规淬火的低，且存在未溶铁素体可阻 止晶粒长大，故亚温淬火后晶粒细小。而晶粒细化使钢材的韧脆转变温度奴明显降低啪1。t瓦=彳+去曰llld(式中A、B为常数，d为平均晶粒直径)。由此可见，亚温淬火能降低二多种钢材的韧脆转变温度。 1213抑制钢的可逆回火脆性某些合金结构钢淬火后，在450-一600C范围内长期回火或在该温度范围以上回火后 缓慢通过上述温度范围内冷却下来，均能引起脆化，在冲击韧性与回火温度的关系曲线 上对应450600t2出现低谷，称为第二类回火脆性，又称高温回火脆性或可逆回火脆性。第1章绪论综上所述，亚温淬火抑制可逆回火脆性的机制可视为亚温淬火既强化了晶界，又减 轻了硬钉扎。122影响亚温淬火强韧化效果的因素1221原始组织的影响 大多数工作均表明原始组织对亚温淬火的强韧化效果确实有影响。周子年等胁通过对30CrMnSi钢的研究表明，原始组织为马氏体或者贝氏体组织的钢经亚温淬火后的强 韧性能明显优于正火态钢。有人认为亚温淬火前的原始组织必须是像马氏体或贝氏体那 样与预处理时的奥氏体有一定位向关系的组织才有效。例如，文献19指出，原始组织 必须保证为有一定取向的细针状铁素体析出物时(如经等温淬火所得的贝氏体组织)， 亚温淬火方有效。若原始组织为粒状、片状等无一定取向的组织时就不能提高冲击韧性 值。此外，文献25指出，原始组织为平衡态时亚温淬火可得到颗粒状铁素体；原始组 织为非平衡态时亚温淬火可得到针状铁素体。茹综上所述，非平衡态(如马氏体，贝氏体)的原始组织经亚温淬火后的强韧性优于 平衡态(如正火态，退火态)原始组织。1222进入两相区方式的影响钢以哪种方式进入卿两相区(临界区)将影响铁素体的形态及分布，从而影响亚温淬火后的强韧化效果。进入两相区的方式有两种，一种是将钢先加热至Ac3以上奥氏体 化，然后冷待至两相区，即所谓“从上进入两相区；另一种是将钢从室温直接加热至 两相区，即所谓“从下进入两相区。一般认为“从下进入两相区的效果较佳。这是 因为“从下一进入两相区时，铁素体是未溶解完而残留的相，一般较细小且分布均匀， 而“从上进入两相区时，铁素体则沿原奥氏体晶界析出或在奥氏体晶内成堆析出，一 般较粗大且分布不均匀。这两种方式所得组织不同，故对韧性所起的作用也不同。 1223亚温淬火加热温度的影响双相区的加热温度对钢的力学性能有明显的影响陋嘲。一般，随双相区的加热温度 升高，钢中奥氏体相对量增加，铁素体量减少，即强度升高，韧性降低。其强度变化规 律基本上是符合显微组织等同应变的两相混合性能定律的，即：On=仃，0+(1一)(1一1)沈阳理工大学硕士学位论文式中：吒 一混合组织的强度； 盯， 一铁素体的强度； Om 一马氏体的强度；以 一尚未转变的铁素体量。由此可见，钢中马氏体相对量对强度的作用是主要的。随双相区加热温度提高，淬 火后强度提高是显而易见的。至于钢的韧性，周子年等n对30CrMnSi钢研究表明，其韧性主要取决于铁素体的 形态，与它的相对量几乎无关。此结论与文献26报导的结果基本一致。 1224亚温淬火加热保温时间的影响文献n们报导了亚温淬火加热时间对35CrMo钢冲击韧性的影响。结果认为亚温淬火 时在保证组织充分转变的情况下延长保温时间对钢的性能影响不大。表12贬温淬火加热的保温时间对35CrMo钢冲击韧性的影响口叮Tab12 The effect ofsoaking time ofheating ofsuberitieal quenching 011 impact toughn35CrMo steel热处理规范亚温淬火加热t洲minat(-60C)Jera2101446860C+570+201424780(2+55040146O1225亚温淬火次数的影响 RAGrange提出了往返循环加热可以达到很细的晶粒度。文献n们报导了多之火对低碳锰钢高温回火后性能的影响。研究结果表明，一次亚温淬火后在钢的i降低情况下提高了冲击韧性，降低了韧脆转变温度。二次亚温淬火后硬度不再5 一步提高了冲击韧性并降低了韧脆转变温度。据文献n伽报导，对5Ni钢进行二 处理(重复二次760-770*(2水淬+560C回火炉冷)，进一步细化了晶粒，改善了过 综上所述，增加亚温淬火的次数对钢的强韧化是有贡献的，但应根据对性自和工艺力求简单而予以综合考虑。6第1章绪论1226亚温淬火后回火温度的影响研究表明回火温度对亚温淬火效果有一定影响1。低于20012回火往往不能充分 发挥亚温淬火时两相组织的强韧化效果。随回火温度的升高，该组织的优越性才愈加明 显。在20012以上回火时，随回火温度的升高，钢的硬度逐渐下降，韧性明显上升。文 献19指出亚温淬火后低温回火时马氏体、铁素体二相强度差别大，易引起应力集中， 而高温回火时，二相强度差别减小，有利于改善应力分布。一般均认为亚温淬火时，由于有铁素体存在，钢的硬度下降。但因亚温淬火抑制了 可逆回火脆性，冲击韧性曲线不出现低谷，而是单调增高，故可采用比常规淬火后较低 的回火温度而不必回避回火脆化区，以获得与常规淬火并回火相当的硬度，且兼具更高 的韧性。123亚温淬火强韧化机理探讨如前所述，亚温淬火可以提高钢的冲击韧性，降低韧脆转变温度以及抑制可逆回火 脆性。目前对亚温淬火强韧化机理主要有以下几种看法，其中有的可用以解释冲击韧性 的提高，有的则用以阐明回火脆性的抑制。现分述如下。1231晶粒细化 由于亚温淬火加热温度低，且存在未溶铁素体可阻止晶粒长大，故淬火前的实际晶粒较细。众所周知，强度与晶粒尺寸之间存在HallPeteh关系，晶粒愈细，强度愈高。 文献n钔报导，冲击韧性的显著提高主要是由于亚温淬火钢具有细小的晶粒尺寸。由于晶 粒细化所提高的强度可以部分弥补由于保留少量铁素体而引起的强度下降。故经亚温淬 火后一般不会降低钢的强度，可保持与经常规完全淬火后相当的强度水平，有时甚至还 会使强度有所升高。同时，晶粒细化又对韧性有很大贡献。晶粒间界是位错在滑移面上运动的障碍，位 错塞积在障碍前面，形成位错塞积群。细化晶粒，可使位错塞积数目减少，故使裂纹不 易形成，且使形成后的裂纹亦不易扩展。因为在细晶组织中裂纹扩展时必须多次改变方 向，需要消耗更多能量口刀。综上所述，晶粒越细，材料的强韧性越高。故能使钢晶粒显著细化的亚温处理必然 能使其产生明显的强韧化效果。1232未溶铁素体阻碍裂纹扩展 亚温淬火的主要特点是保留一部分未溶铁素体。铁素体的存在对于抑制可逆回火脆7沈阳理工大学硕士学位论文性的作用还是比较肯定的(这一点将在下面讨论)，降低强度和硬度也是公认的，但对韧 性的影响较复杂。宋余久等研究表明，细小的铁素体存在于马氏体之间，能够吸收马 氏体的应变能，在一定程度上及可降低应力集中，抑制裂纹扩展，从而提高钢的韧性。 但文献u引指出，亚温淬火加热温度愈接近At3，未溶铁素体量愈少，回火后在强度与调 质时相同的情况下，冲击韧性愈高。若进一步提高淬火加热温度(略高于Ac3)，结果发 现冲击韧性并未因铁素体消失而下降。据此，文献n刚认为，韧性的提高主要是由于晶粒 细化而非因存在未溶铁素体所致。如果不考虑抑制可逆回火脆性的作用，铁素体的存在 对强度和韧性均无好处，这也说明了仅在亚温淬火加热温度接近Ac3未溶铁素体量很少、 其有害作用可忽略不计的情况下，亚温淬火的强韧化效果才能显示出来。此外，文献n钔 亦指出，当受到交变应力时，极易在强度低的铁素体处形成疲劳源。这些均表明铁素体第1章绪论全淬火的优点主要表现在以下几个方面。 (1)有效提高结构钢的强韧性。亚温淬火较好地解决了结构钢淬火后强度、硬度与塑性、韧性之间的矛盾，可在不降低或稍微降低强度、硬度的前提下，显著提高工件 的塑性和韧性，使结构钢获得优异的强韧性配合洲。(2)减小淬火应力、降低工件的变形和开裂倾向，阻止淬火裂纹的形成与扩展。 亚温淬火加热温度低，热应力和组织应力都较小，而工件淬火变形或开裂正是这两种应 力综合作用的结果汹1。(3)降低韧脆转变温度，扩大结构钢应用的温度范围，并能抑制可逆回火脆性。 钢中P、S、Sn、Sb等杂质元素在奥氏体晶界的偏聚造成了钢的可逆回火脆性。P是缩 小奥氏体区元素，有稳定铁素体的作用，故优先存在于铁素体中。P等元素在铁素体晶 粒内的集中，减少了杂质在奥氏体晶界的偏聚，提高了奥氏体晶界的断裂强度，从而减 弱了可逆回火脆性倾向汹3。另外，晶粒细化导致的晶界总面积增加，进一步减少了单位 晶界面积上杂质元素的偏聚。(4)较低的淬火加热温度，减轻了氧化脱碳倾向并降低能耗。氧化使工件尺寸减 小、表面粗糙度降低并影响淬火冷却速度。脱碳会降低工件的表面硬度、耐磨性及疲劳 强度。氧化脱碳与工件的加热温度有关，温度越高，氧化脱碳现象越严重。同时，亚温 淬火较低的加热温度也有利于节能降耗。与上述诸多优点相对应，皿温淬火工艺中，工 件的组织性能对淬火方法和工艺参数都较常规完全淬火敏感和复杂。淬火方式和工艺参 数选择不当将使工件的组织性能变差，甚至远低于常规完全淬火，满足不了工件的使用 要求。这是因为亚温淬火后的组织中含有铁素体，因此钢的加热和冷却转变规律都与常 规完全淬火不同，在淬火过程中会涉及到不同相的含量、形态、分布以及碳和合金元素 的再分配等问题。加热温度选择不当也会造成工件的不合格。文献刀报道了45、40X和60C2钢亚温 淬火的试验结果，表明亚温淬火加热温度以Ac3以下51012为最佳，愈接近Acl，则冲 击韧度愈低，钢呈脆性。文献M报道，将5Ni钢(AcI为630(2、Ac3为79012)加热 至760-。770C淬火，既能保持较高强度，又能获得高的塑性和低温韧性。若降低亚温淬 火加热温度，铁素体量将增加，回火索氏体量相应减少，导致钢的力学性能下降。沈阳理工大学硕士学位论文13钢的低温性能概述131低温对钢材强度指标的影响温度对结构钢材的力学性能有很大的影响。从常温(20C)起，随着温度的降低， 钢材的屈服强度(以)、极限强度(ob)、弹性模量(E)上升，同时，钢材的塑性下降， 伸长率(J)、截面收缩率(妒)等指标的数值下降。在温度降低至一定程度时，钢材的 韧性急剧下降，在很小的温度范围内，钢材的破坏形态由韧性破坏转向脆性破坏。如图 12所示。温 度和第1章绪论 极限强度对温度变化的敏感系数(删。通过对大量理论分析和试验研究结果进行汇总， 进一步表明，在通常的环境低温范围内，上述公式可以进一步简化为：吒=吒expq,(T-T)】(1_4)=吒expqb(T-T)】(15)式中，吼和吼是与温度无关的常数，反映材料本身的性质。对普通碳素钢和低合金 钢，在00035-00050C之间。13I2弹性模量f 在一定范围内，钢材的弹性模量按指数规律单调变化，随着温度的降低，钢材的弹性模量增大。对于常用的结构钢材，从常温至-50C的范围内，弹性模量的变化很小， 只有20Nram2左右，对于实际结构的受力影响很小。 1313伸长率万和断面收缩率矿钢材的伸长率6和断面收缩率jI，反映了材料的塑性性能，随着温度的降低，钢材的 塑性性能下降，这两个指标也随着温度的降低而减小。图13中是在前苏联黑色冶金学 院的金属热加工试验室进行了结构钢材在低温下机械性能的试验结果。试验中的几种钢 材为09F2C型钢、BCT3cn型钢和BCT3c_T2型钢。OO O的O们OO一毒一静翠璧铽静漂娶匿鞭 O DoD一803020-o温度(c 图13钢材的塑性指标随温度的变化规律【鸽1Fig13 Variation in plasticity indexes of steel with temperature132低温对钢材冲击韧性的影响结构钢材的冲击韧性爿h随温度降低而下降。曲线的形状呈S形，分为上平台、韧11沈阳理工大学硕士学位论文 脆转变区和下平台三个部分。在韧脆转变区，冲击韧性对温度的变化非常敏感，随温度 的降低急剧下降。而在温度高于和低于转变区域时，变化非常平缓，基本不随温度变化。学者通过大量试验研究，表明钢材的冲击韧性随温度的变化规律可以用下面的公式 表示叫：如喵300expH(等)2】(1击)上式中，秽是钢材在300K温度下的冲击韧性，B为与钢材本身特性相关的常数，r为当前温度(单位：K)，Ah为当前温度下的冲击韧性(单位：J)，曲线如图14所示。 文献中把转变温度及定义为对应于04 A秽时的温度，转变温度的计算公式为：&=3唧一半)(17)第1章绪论能力或截面尺寸。对于低温下服役的机件，依据材料的珏只可以直接或间接估算他们的 最低使用温度。很明显机件的最低使用温度必须高于及，两者相差愈大愈安全。为此， 选用的材料应该具有一定的韧性温度储备，为了保证可靠性，对于受冲击载荷作用的重 要机件，温度储备取20C。韧性是金属材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表 现，因而在特定条件下，能量、强度和塑性都可用来表示韧性。所以，依照试样断裂消 耗的冲击功及冲击试样断裂后塑性变形的大小均可以确定死。断口形貌反映断裂结果， 也可用来表示韧性，测出不同温度下的断口形貌也可以求得靠。目前尚无简单的判据求 韧脆转