Fe-1.55C-1.14Cr-1.15Al超高碳钢正火和球化工艺研究文献综述

 2021-10-06 13:54:53

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文 献 综 述

1.1 超高碳钢简介

超高碳钢（Ultra High Carbon Steel,英文简称UHCS）是含碳量为1.0～2.1% (wt)的铁基合金材料[1]。过去称作过共析钢，但是碳含量并不能完全决定是否生成过共析组织，后改称为超高碳钢[2]。传统的观点认为，高碳钢可以获得高的硬度，适于用作对韧性要求不高的工具钢，同时因其脆性大而不能用于结构材料。通过O D Sherby[3]等人的开创性工作，采用组织细化技术实现了微观复合组织的超细化，使得超高碳钢不仅具有高的室温强度和良好的塑性，而且具有良好的中温超塑性，通过热处理还可以使其获得极高的硬度。超高碳钢组织超细化工艺包括：形变热处理、普通热处理、粉末冶金、喷射成型4大类[4]。 淬火加高温回火热处理球化工艺最初是由日本学者Tsuzaki提出的，是在超高碳钢奥氏体化后空冷， 获得完全的珠光体组织和先共析渗碳体，然后在共析温度以上保温使先共析碳化物球化，随后淬火获得马氏体，再在共析温度以下高温回火或者在第一次奥氏体化后直接淬火，然后在共，析温度下高温回火，获得超细晶铁素体和超细球状碳化物组织。实验采用后者，即把1.41%C(质量分数)超高碳钢经锻造以及球化预处理后加热至奥氏体化后直接淬火，再进行高温回火处理。研究球化工艺对球化组织形态的影响，找出最佳的球化工艺参数，以达到拓宽普通热处理工艺制备超细晶超高碳钢的应用范围的目的。

1.2 超高碳钢的化学成分的特点。

单纯的超高碳钢很难获得稳定的细晶组织，也很难在高温下获得超塑性。最初是在超高碳钢中加入元素镍和钒，用来细化奥氏体晶粒。但是，却发现这两种元素降低了碳化物的稳定性，因而又加入元素铬来改善这一情况[5]。现在超高碳钢成分设计的原则是：①抑制网状碳化物的形成；②提高共析转变温度，改善超塑性的应用温度范围；③抑制石墨化倾向，稳定碳化物；④保持低合金超高碳钢原料价格低廉的特点。应用比较多的是在超高碳钢中主要添加的合金元素：硅、铝、铬、锰[6]等。

碳是超高碳钢中的主要元素，含量在1.3%~1.9%之间。但当其含量高于1.8%时，无论采取何种方式都难以消除网状渗碳体，且材料的室温塑性也很差，本次试验的含碳量为1.4%，为超高碳钢含碳量范围的中下限。

铝强化铁素体，提高A1温度，是超高碳钢中主要的合金元素之一。超高碳钢中加入铝后采用普通的热处理工艺就可以消除网状碳化物。其最佳含量约为1.5%。

硅与铝有同样的作用，但硅有明显的石墨化作用并影响后加工质量及室温塑韧性，因而对于超高碳钢的普通热处理工艺，应控制硅的含量。

铬在超高碳钢中加入铬可阻止石墨化并稳定碳化物，提高淬透性，据资料推荐加入量为1.5%左右。

锰可以减少钢内杂质硫、磷的有害作用。

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