【摘 要】
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随着对节约能源和保护环境要求的提高,汽车等行业用钢朝着轻量化的方向迈进。本文基于传统Fe-C-Mn-Si系钢采用轻量元素Al替代部分Si以达到轻量化和提高表面质量的目的。建立了一个碳原子扩散控制连续加热奥氏体化的动力学模型,为研究实验钢的微观组织和力学性能提供理论基础。通过盐浴退火实验,设计两种热处理工艺—贝氏体等温工艺（Bainitic Isothermal,BI）和淬火配分工艺（Quenchi
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随着对节约能源和保护环境要求的提高,汽车等行业用钢朝着轻量化的方向迈进。本文基于传统Fe-C-Mn-Si系钢采用轻量元素Al替代部分Si以达到轻量化和提高表面质量的目的。建立了一个碳原子扩散控制连续加热奥氏体化的动力学模型,为研究实验钢的微观组织和力学性能提供理论基础。通过盐浴退火实验,设计两种热处理工艺—贝氏体等温工艺（Bainitic Isothermal,BI）和淬火配分工艺（Quenching＆Partitioning,Q＆P）。探讨不同工艺对微观组织和力学性能的影响。同时,通过加工硬化指数分析方程对拉伸过程中微观组织和力学性能的变化进行了研究,为力学性能的变化提供了理论依据。主要结论如下:（1）研究了碳原子扩散对奥氏体转变分数的影响。基于Fan提出的位置饱和形核、各向同性生长以及浓度梯度线性近似的等温溶质析出分析模型,引入了考虑碳原子、温度、合金元素的碳扩散系数方程和不同温度的奥氏体与铁素体含碳量的变量,建立了碳扩散控制连续加热奥氏体化模型。使用Matlab软件计算了退火温度850℃-退火时间120 s时,模拟奥氏体转变分数35.74%,退火温度880℃-退火时间120 s时,模拟奥氏体转变分数40.85%。（2）研究了贝氏体等温工艺对实验钢微观组织和力学性能的影响。实验结果表明,对BI工艺来说,随着退火温度和贝氏体等温温度的升高、贝氏体等温时间的延长,力学性能呈现塑性上升、强度下降的趋势。退火温度850℃-贝氏体等温温度400℃-贝氏体等温时间300 s,抗拉强度达到最大值968 MPa;退火温度880℃-贝氏体等温温度400℃-贝氏体等温时间600 s,延伸率达到最大值21.78%。对Q＆P工艺来说,随着保温温度、淬火温度配分温度的升高,力学性能呈现塑性上升、强度下降的趋势。保温温度880℃-淬火温度260℃-配分温度360℃时,抗拉强度达到最大值958 MPa;保温温度880℃-淬火温度280℃-配分温度400℃时,断后延伸率达到最大值21.2%。（3）根据Hollomon和C-J模型研究了单轴拉伸阶段微观组织和力学性能的影响。对BI工艺来说,拉伸过程中出现三个变化阶段均与微观结构的成分、数量和类型有关。第一阶段主要受到δ-铁素体的弹性变形导致,第二阶段受到马氏体对δ-铁素体的协同变形造成约束的影响,第三阶段受到δ-铁素体和马氏体同时发生复杂塑性变形的影响。对Q＆P工艺来说,在拉伸过程中也出现三个变化阶段。第一阶段受到δ-铁素体和贝氏体发生的塑性变形和马氏体的弹塑性变形的影响,第二阶段受到马氏体使δ-铁素体和粒状贝氏体的塑性变形困难的影响,第三阶段受到δ-铁素体和马氏体同时发生复杂的变形的影响。
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