高压电脉冲放电加热对钢的组织与性能的影响
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摘要
电脉冲技术是在改善金属材料的机械性能，提高能源利用率的环境下提出的一种新兴技术，正逐渐在材料的各个领域中应用开来，并已取得了显著的效果。本论文将脉冲技术应用于固态金属材料的组织细化，利用电脉冲快速加热的特点，有效提高奥氏体的形核率并配以快速喷水冷却方式抑制晶粒长大。系统研究了电工纯铁DT4、20钢、25Cr2MoV、07号钢(自编)及GCr15钢经电脉冲处理后的组织和性能。结果表明，实验材料得到了显著的细化效果，其中07号钢的细化效果最为显著，经透射电镜观察，试样中马氏体板条宽度在80～100nm之间，铁素体晶粒尺寸在200nm左右，试样的综合力学性能提高。
Electroplusing is a novel technology aiming at the improvement of both metal mechanical properties and the energy efficiency, and some remarkable progress has been achieved by this promising technique in various research fields. In this paper, the electropulsing was employed in refining the grain size of solid materials. Advantage of ultra-speed of electropulsing healing augmented the ratio of nucleation, and quick-spray of cooling controlled the growth of grains. DT4, 20, 25Cr2MoV, 07 and GCr15 steel were processed under electropulsing, and the mechanical properties and micrbstructure of these materials were studied. The results showed that the grain size of these materials could be greatly refined by the treatment The martensite grain size of 07 steel was between 80nm and 100nm, and the ferrite grain size was about 200nm by Transmission Electron Microscopy (TEM) observatioa The experiment also showed that the mechanical properties of 07 steel has been improved.
Electroplusing is a novel technology aiming at the improvement of both metal mechanical properties and the energy efficiency, and some remarkable progress has been achieved by this promising technique in various research fields. In this paper, the electropulsing was employed in refining the grain size of solid materials. Advantage of ultra-speed of electropulsing healing augmented the ratio of nucleation, and quick-spray of cooling controlled the growth of grains. DT4, 20, 25Cr2MoV, 07 and GCr15 steel were processed under electropulsing, and the mechanical properties and micrbstructure of these materials were studied. The results showed that the grain size of these materials could be greatly refined by the treatment The martensite grain size of 07 steel was between 80nm and 100nm, and the ferrite grain size was about 200nm by Transmission Electron Microscopy (TEM) observatioa The experiment also showed that the mechanical properties of 07 steel has been improved.
引文
1．沈以赴等．脉冲电流对金属材料的作用及其研究进展．材料科学与工程．1998，16(3)：4～7
2．鄢红春等．脉沖电流对Sn-Pb合金凝固组织的影响．金属学报．1997(33)：352～356
3．何树先等．高脉冲电流对过共晶Al-Si合金凝固组织的影响．中国有色金属学报．2002，12(4)：275～278
4．唐勇等．电脉冲对高碳钢凝固组织的影响[J]．钢铁研究学报。1999，11(4)：44～47
5. Jianming L, Sheng Li, Jin L. Modification of solidification structure by pulse electric discharging [J]. Scripta Metal. 1994 (31): 1691～1694
6．赵昱祥等．脉冲电压对GCr15轴承钢凝固组织的影响．北京科技大学学报．2002，24(1)：22～24
7．高明等，强脉冲电流对铸造ZA27合金陸能的影响，材料研究学报，2002，16(1)，74～76
8．刘志义等．脉冲电流对2091铝锂合金动态再结晶的影响，材料研究学报．2001，15(3)：358～365
9．刘志义等．脉冲电流对2091Al-Li合金超塑性变形机理的影响．金属学报．2000，36(9)：944～951
10．冯端，金国钧．凝固态物理学新论[M]．上海：上海科学技术出版社。1992．2
11．王建中．电脉冲孕育处理技术研究与液态金属团簇结构假设[D]：[博士学位论文]．
12．周亦胃等．脉冲电流对低碳微合金钢力学性能的影响。材料研究学报．2002，16(13)：243～246
13．张伟，隋曼玲等．脉冲电流处理后H62黄铜中的局部纳米结构．材料研究学报．2002，14(8)：239～243
14．张伟，隋曼玲等．电脉冲下黄铜粗晶合金发生纳米相变的TEM观察．电子显微学报．2000，19(4)：429～430
15．郭晓楠，沈以赴等．高密度单脉冲电流对H62铜带力学性能的影响．材料研究学报．1999，13(1)：73～75
16．肖素红，郭敬东等．电脉冲处理下疲劳铜单晶的再结晶．金属学报．2002，38(2)：161～165
17．刘阳春，周柏森．45钢脉冲放电超快速加热淬火．金属热处理．2001，26(12)：36～38
18．滕功清等．Fe_(78)B_(13)Si_9纳米晶合金的晶体结构．东北大学学报(自然科学版)．1998，19(3)：247～250
19．滕功清，奇利．电脉冲作用下非晶Fe_(78)B_(13)Si_9的晶化及演变．北京机械工业学院学报．2000，15(1)：22～25
20. Z. H. Lai, H. Conrad, G.Q. Teng, Y.S. Chao. Nanocrytallization of amorphous Fe-Si-B alloys using high current density electroplsing. Material Science and Engineering A287.2000:238～247
21．滕功清，奇利。Fe_(78)B_(13)Si_9纳米晶合金的穆斯堡尔谱研究。北京机械工业学院学报．2000，15(2)：5～9
22．秦荣山，鄢红春等．直接晶化法制备块状纳米材料的探索Ⅰ脉冲电流作用下无序金属介质的成核理论．材料研究学报．1995，9(3)：219～221
23．秦荣山，周本濂．直接晶化法制备块状纳米材料的探索Ⅱ脉冲电流作用下金属熔体结晶晶粒尺寸的理论估算．材料研究学报．1997，1l(1)：69～72
24．周亦冑，肖素红等．脉冲电流作用下碳钢淬火裂纹的愈合．金属学报．2000，36(1)：43～45
25．白象忠，胡宇达．脉冲电流作用下导电薄板中裂尖附近的温度场．燕山大学学报．2000，24(1)：1～3，23
26．沈以赴，周本濂，何冠虎等．材料疲劳恢复新途径的探索Ⅰ——低碳钢疲劳寿命的延长．材料研究学报．1996，10：165～166
27. S.T.S. Al-Hassani. Response of Powders to High Transien Electrical Discharge.. Int. J. Sci. Pergamon. Press. 1974(15):5～8
28. S. Clyens and S.T.S. Al-Hassani. The Compaction of Powder Metallurgy Bars UsingHighVoltageElectrical Discharges. Int. J. Sci. Pergamon. Press. 1976(18):37～44
29. M. Shskery, S.T.S. Al-Hassani and T.J. Davies. Electrical Discharge Powder Compaction. Powder Metallurgy International. 1979,11(3):120～124
30. S.T.S. il-Hassani. Consolidation of Powders by Direct Electrical Discharge..Int. J. Sci. Pergamon. Press. 1975(16):205～210
31．周本濂．材料制备中的非平衡过程．材料研究学报．1997，11(6)：576～585
32．滕功清，奇利．直流高密度电脉冲处理试样的温度测量．北京工业学院学报．2001，16(4)：1～5
33．奇利，滕功清．电脉冲处理过程中试样温度的理论计算．北京机械工业学院学报．2001，16(3)：54～63
34．陆文林，王勇，冯泽丹，海锦涛．采用沙漏挤压工艺制备超细晶材料．Hot Working Technology．2001(2)：10～13
35．唐志定，黄伯云，周料朝，李志友，刘咏．超细晶材料制备新工艺——等径角挤压．材
料导报．2001，15(8)：16～19
36．攀钢研制超细晶粒钢
37. Ibraheem, A.K..Novel processing routes to ultrafine grained steel.Ironmaking and Steelmaking. 2001,28(2): 203～208
38．李善有等．65Mn弹簧钢丝超细晶粒的研究．金属热处理．1981(11)：28～32
39．李善有等．弹簧钢丝的超细晶粒处理．金属热处理．1987(8)：7～11
40．大连工学院《金属学及热处理》编写小组．金属热处理．第一版．北京：科学出版社．1975
41．冶金工业部钢铁研究院．合金钢手册．第一版．北京：冶金工业出版社．1974
42．《合金钢》编写组．合金钢．第一版．北京：机械工业出版社．1978
43．赵家萍，李保成．高能率热处理．第一版．北京：兵器工业出版社．1992
44．安运铮．热处理工艺学．第二版．北京：机械工业出版社．1988
45．《热处理手册》编委会．热处理手册．第二版．北京：机械工业出版社．1992
46．王国成等．材料分析测试方法．第一版．上海：上海交通大学出版社．1994
47．顾百揆．微型计算机在热处理中的应用．第一版．北京：机械工业出版社．1994
48．郭预权．温度测量技术．第一版．南京：华东工学院．1987
49．雍岐龙，马鸣图等．微合金钢—物理和力学冶金．第一版．北京：机械工业出版社．1989
50．俞德刚，谈育煦．钢的组织强度学—组织与强韧性．第一版。上海：上海科学技术出版社．1983
51．陈蕴博等．钢铁材料组织超细化处理工艺研究进展．中国工程科学．2003，5(11)：74～81
52．孙建新等．低碳马氏体的强化及其应用．石河子大学学报．2000，4(2)：164～167
53．文九巴等．GCr15钢组织超细化及其力学性能的研究．热加工工艺．1989(3)：31～33
54．王春荣等．20钢晶粒的细化及其静态长大．金属热处理．1992(2)：20～22，37
2．鄢红春等．脉沖电流对Sn-Pb合金凝固组织的影响．金属学报．1997(33)：352～356
3．何树先等．高脉冲电流对过共晶Al-Si合金凝固组织的影响．中国有色金属学报．2002，12(4)：275～278
4．唐勇等．电脉冲对高碳钢凝固组织的影响[J]．钢铁研究学报。1999，11(4)：44～47
5. Jianming L, Sheng Li, Jin L. Modification of solidification structure by pulse electric discharging [J]. Scripta Metal. 1994 (31): 1691～1694
6．赵昱祥等．脉冲电压对GCr15轴承钢凝固组织的影响．北京科技大学学报．2002，24(1)：22～24
7．高明等，强脉冲电流对铸造ZA27合金陸能的影响，材料研究学报，2002，16(1)，74～76
8．刘志义等．脉冲电流对2091铝锂合金动态再结晶的影响，材料研究学报．2001，15(3)：358～365
9．刘志义等．脉冲电流对2091Al-Li合金超塑性变形机理的影响．金属学报．2000，36(9)：944～951
10．冯端，金国钧．凝固态物理学新论[M]．上海：上海科学技术出版社。1992．2
11．王建中．电脉冲孕育处理技术研究与液态金属团簇结构假设[D]：[博士学位论文]．
12．周亦胃等．脉冲电流对低碳微合金钢力学性能的影响。材料研究学报．2002，16(13)：243～246
13．张伟，隋曼玲等．脉冲电流处理后H62黄铜中的局部纳米结构．材料研究学报．2002，14(8)：239～243
14．张伟，隋曼玲等．电脉冲下黄铜粗晶合金发生纳米相变的TEM观察．电子显微学报．2000，19(4)：429～430
15．郭晓楠，沈以赴等．高密度单脉冲电流对H62铜带力学性能的影响．材料研究学报．1999，13(1)：73～75
16．肖素红，郭敬东等．电脉冲处理下疲劳铜单晶的再结晶．金属学报．2002，38(2)：161～165
17．刘阳春，周柏森．45钢脉冲放电超快速加热淬火．金属热处理．2001，26(12)：36～38
18．滕功清等．Fe_(78)B_(13)Si_9纳米晶合金的晶体结构．东北大学学报(自然科学版)．1998，19(3)：247～250
19．滕功清，奇利．电脉冲作用下非晶Fe_(78)B_(13)Si_9的晶化及演变．北京机械工业学院学报．2000，15(1)：22～25
20. Z. H. Lai, H. Conrad, G.Q. Teng, Y.S. Chao. Nanocrytallization of amorphous Fe-Si-B alloys using high current density electroplsing. Material Science and Engineering A287.2000:238～247
21．滕功清，奇利。Fe_(78)B_(13)Si_9纳米晶合金的穆斯堡尔谱研究。北京机械工业学院学报．2000，15(2)：5～9
22．秦荣山，鄢红春等．直接晶化法制备块状纳米材料的探索Ⅰ脉冲电流作用下无序金属介质的成核理论．材料研究学报．1995，9(3)：219～221
23．秦荣山，周本濂．直接晶化法制备块状纳米材料的探索Ⅱ脉冲电流作用下金属熔体结晶晶粒尺寸的理论估算．材料研究学报．1997，1l(1)：69～72
24．周亦冑，肖素红等．脉冲电流作用下碳钢淬火裂纹的愈合．金属学报．2000，36(1)：43～45
25．白象忠，胡宇达．脉冲电流作用下导电薄板中裂尖附近的温度场．燕山大学学报．2000，24(1)：1～3，23
26．沈以赴，周本濂，何冠虎等．材料疲劳恢复新途径的探索Ⅰ——低碳钢疲劳寿命的延长．材料研究学报．1996，10：165～166
27. S.T.S. Al-Hassani. Response of Powders to High Transien Electrical Discharge.. Int. J. Sci. Pergamon. Press. 1974(15):5～8
28. S. Clyens and S.T.S. Al-Hassani. The Compaction of Powder Metallurgy Bars UsingHighVoltageElectrical Discharges. Int. J. Sci. Pergamon. Press. 1976(18):37～44
29. M. Shskery, S.T.S. Al-Hassani and T.J. Davies. Electrical Discharge Powder Compaction. Powder Metallurgy International. 1979,11(3):120～124
30. S.T.S. il-Hassani. Consolidation of Powders by Direct Electrical Discharge..Int. J. Sci. Pergamon. Press. 1975(16):205～210
31．周本濂．材料制备中的非平衡过程．材料研究学报．1997，11(6)：576～585
32．滕功清，奇利．直流高密度电脉冲处理试样的温度测量．北京工业学院学报．2001，16(4)：1～5
33．奇利，滕功清．电脉冲处理过程中试样温度的理论计算．北京机械工业学院学报．2001，16(3)：54～63
34．陆文林，王勇，冯泽丹，海锦涛．采用沙漏挤压工艺制备超细晶材料．Hot Working Technology．2001(2)：10～13
35．唐志定，黄伯云，周料朝，李志友，刘咏．超细晶材料制备新工艺——等径角挤压．材
料导报．2001，15(8)：16～19
36．攀钢研制超细晶粒钢
37. Ibraheem, A.K..Novel processing routes to ultrafine grained steel.Ironmaking and Steelmaking. 2001,28(2): 203～208
38．李善有等．65Mn弹簧钢丝超细晶粒的研究．金属热处理．1981(11)：28～32
39．李善有等．弹簧钢丝的超细晶粒处理．金属热处理．1987(8)：7～11
40．大连工学院《金属学及热处理》编写小组．金属热处理．第一版．北京：科学出版社．1975
41．冶金工业部钢铁研究院．合金钢手册．第一版．北京：冶金工业出版社．1974
42．《合金钢》编写组．合金钢．第一版．北京：机械工业出版社．1978
43．赵家萍，李保成．高能率热处理．第一版．北京：兵器工业出版社．1992
44．安运铮．热处理工艺学．第二版．北京：机械工业出版社．1988
45．《热处理手册》编委会．热处理手册．第二版．北京：机械工业出版社．1992
46．王国成等．材料分析测试方法．第一版．上海：上海交通大学出版社．1994
47．顾百揆．微型计算机在热处理中的应用．第一版．北京：机械工业出版社．1994
48．郭预权．温度测量技术．第一版．南京：华东工学院．1987
49．雍岐龙，马鸣图等．微合金钢—物理和力学冶金．第一版．北京：机械工业出版社．1989
50．俞德刚，谈育煦．钢的组织强度学—组织与强韧性．第一版。上海：上海科学技术出版社．1983
51．陈蕴博等．钢铁材料组织超细化处理工艺研究进展．中国工程科学．2003，5(11)：74～81
52．孙建新等．低碳马氏体的强化及其应用．石河子大学学报．2000，4(2)：164～167
53．文九巴等．GCr15钢组织超细化及其力学性能的研究．热加工工艺．1989(3)：31～33
54．王春荣等．20钢晶粒的细化及其静态长大．金属热处理．1992(2)：20～22，37