纳米贝氏体/马氏体复相钢的磨损行为研究
近年来，纳米贝氏体钢因其优异的力学性能而被广泛研究。纳米贝氏体钢的磨损抗力被证明非常优异，但单一纳米贝氏体组织的热处理时间过长。因此纳米贝氏体/马氏体复相组织成为工业化的突破口。然而，该纳米贝氏体/马氏体复相组织在磨损条件下的失效机理尚不明确，例如纳米贝氏体的作用、纳米贝氏体数量的影响以及磨损与接触疲劳之间的相互竞争关系等。本课题通过制备不同数量纳米贝氏体/马氏体复相组织，重点研究组织特征对复相组织磨损性能的影响及失效机理。主要研究成果如下： （1）依据纳米贝氏体钢的成分设计准则，设计了“1.32C-0.49Si-1.46Al-1.31Cr”的超高C高Al型纳米贝氏体钢。按照“短时等温+淬火”的工艺，制备了不同纳米贝氏体数量的纳米贝氏体/马氏体复相组织。贝氏体铁素体的尺度在100nm以下，组织中同时混合了球状未溶碳化物和块状的残余奥氏体。随着纳米贝氏体数量的增加，复相组织硬度先降低后增加，冲击韧性则是先增加后降低。 （2）在25、50和75N正载荷作用力下，研究了复相组织的干滑动磨损行为。结果显示，在25N载荷下，纳米贝氏体数量对复相组织的耐磨抗力几乎没有影响；在50和75N载荷下，随着纳米贝氏体数量的增加，比磨损率先降低后增加其中等温45min所取得的试样具有最低的比磨损率，耐磨抗力最佳。磨损机制分析表明，复相组织干滑动磨损的主要失效方式为氧化磨损。 （3）研究了500N+10％滑差和1000N+3%滑差条件下，复相组织的滚滑动磨损行为。结果表明，复相组织的磨损抗力均优于对磨试样GCr15；其中等温30min和等温45min所取得的试样在两种条件下的磨损抗力均最佳，且载荷越大优势越明显。磨损机制分析表明，复相组织滚滑动磨损的主要失效方式主要是接触疲劳剥落，轻微氧化磨损次之。 （4）复相组织具有比单相组织更佳的干滑动和滚滑动磨损抗力，主要归因于纳米贝氏体和残余奥氏体能够提高复相组织的强韧性，同时复相组织中马氏体的存在能够提供足够的硬度。在滑动或滚滑动初期，马氏体可抵抗表面的早期磨损；随着磨损过程的进行，纳米贝氏体和残余奥氏体可减缓裂纹的萌生并阻碍其扩展。此外，纳米贝氏体铁素体在磨损过程中发生早期的纳米晶/超纳晶/非晶化过程，使得表面硬度快速增加，提高磨损抗力。
复相钢;纳米贝氏体;马氏体;滑动磨损;接触疲劳
河北工程大学
硕士
材料工程
刘宏基;郭凯
2022
中文
TG142.1
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）