几种高强度紧固件用钢的氢致延迟断裂行为研究

作     者：韩舒展 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘荣佩;惠卫军

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高强度钢 氢致延迟断裂 回火处理 氢陷阱 

摘      要：延迟断裂是妨碍紧固件用钢进一步高强度化的主要因素之一。本文针对常用高强度紧固件用钢30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A,以及不同镍含量的42CrMoVNb钢,利用慢应变速率拉伸(SSRT)、恒载荷延迟断裂试验(CLT)、氢热分析(TDS)、扫描电镜(SEM)等实验方法,研究了其在不同回火温度下的氢致延迟断裂行为,着重探讨了回火温度、合金元素以及氢陷阱对高强度紧固件用钢氢致延迟断裂行为的影响。对30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A钢的研究结果表明,随着回火温度的提高,实验料的延迟断裂抗力逐渐提高,510℃回火时可获得良好的耐延迟断裂性能.其中在相同强度水平下,30CrMnSiNi2A钢的延迟断裂性能略优于30CrMnSiA钢,这种差异在高强度下比较明显。实验料在充氢前的断裂机制为准解理或者加少量韧窝断裂;实验料在充氢后加载时,250℃、350℃和400℃回火试样的断裂机制转变为氢致沿晶断裂,510℃回火试样的断裂机制则基本未发生变化。对42CrMoVNb钢的研究结果表明,400-600℃回火后,随着回火温度的提高,延迟断裂抗力增大,延迟断裂强度比增加;充氢之后的断口形貌由低温时的沿晶断裂向高温时的穿晶准解理断裂转变。对充氢后42CrMoVNb钢氢逸出曲线的测定结果表明,随着回火温度的逐渐升高,试样中的氢含量逐渐增加;当回火温度提高到500℃以上时,试样中的氢含量急剧增加,并在600℃左右达到峰值;继续提高回火温度,试样中的氢含量急剧降低。进一步的相分析结果表明,实验料600℃回火时析出了大量尺寸细小的(V,X)C颗粒,可作为氢陷阱将氢固定,从而提高了实验料的耐延迟断裂性能。通过改变充氢试样的升温速率,测得实验钢析出相(V,X)C的氢陷阱激活能为28.7 kJ/mmol。对不同镍含量的42CrMoVNb钢的研究结果表明,所添加的镍含量对钢的强塑性和韧性影响不明显,但对氢致延迟断裂性能有一定影响,即钢中添加0.5 %Ni即可使延迟断裂抗力提高8 %(CLT实验)或15%(SSRT实验),继续增加钢中镍含量,则延迟断裂抗力基本不再提高。