热处理及脉冲电流对30CrMnSi钢组织和性能的影响

作     者：李佳伟 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于彦东

授予年度：2023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：30CrMnSi合金钢 热处理 脉冲电流 微观组织 力学性能 

摘      要：30CrMnSi钢具有高强度高韧性的特点,常用来制造高速、高负载的重要零件,普遍应用于航空航天和汽车等行业。随着产业化的不断升级,汽车设计与生产企业也逐步提高了车用钢材的轻量化、成本和性能标准。然而,高强度钢在成形后通常具有较大的残余应力,容易造成回弹甚至开裂,急需探索一种成形方式解决此问题。电辅助成形作为一种新型成形方式,可以在材料的成形过程中通过电致塑性等效应来改善其力学性能。基于此,本研究以30CrMnSi钢作为研究对象,探究了热处理温度及电辅助成形对其力学性能和显微组织的影响规律,探讨了脉冲电流在30CrMnSi钢拉伸成形中的作用机理。主要研究内容和结果如下:研究了淬火温度和回火温度对30CrMnSi钢组织和力学性能的影响。结果表明:在800℃～880℃范围内,30CrMnSi钢中马氏体数量和尺寸均随着淬火温度的升高而增加,抗拉强度和硬度均呈上升趋势,在880℃淬火时抗拉强度和硬度均达到了峰值,分别为1773 MPa和49 HRC。产生此现象的原因是钢材经过高温淬火后其内部产生了具有较高强度和高硬度的γ-CrFe相。经低温回火后,30CrMnSi钢的磨损量最低,耐磨性最好。此状态下钢材内部部分碳原子析出,与合金元素Cr形成了(Fe,Cr)C碳化物,而钢材在较高温度回火后,碳化物转变成了(Fe,Cr)C。基于脉冲电流辅助拉伸实验,分析了电流密度、占空比及拉伸速率对30CrMnSi钢组织和力学性能的影响规律,探讨了脉冲电流的强韧化机理。结果表明:随着电流密度和占空比的增加,30CrMnSi钢的抗拉强度以及延伸率都呈先上升后下降的趋势。当电流密度为10 A/mm、占空比为1%时,30CrMnSi钢的强塑积达到了33.3 GPa%。施加10 A/mm和20 A/mm强度等级的脉冲电流后,30CrMnSi钢的标距段金相出现了稠密的马氏体区,且断口形貌出现了较多韧窝。电流密度和占空比过大时,深色马氏体数量减少,浅色区域增加,韧窝数量减少。30CrMnSi钢的强度受电流的焦耳热效应和裂纹止裂效应的影响,电流增加了位错可动性,改善了钢材的塑性。