逆变奥氏体对马氏体时效钢氢致开裂性能的影响

本申请以马氏体时效钢TM210为主要对象研究逆变奥氏体对氢致开裂性能的影响。以固溶态为基础，通过较低温度时效获得只含有析出相的欠时效态样品；通过改变时效温度和时间，获得同时含有析出相和逆变奥氏体的峰时效和过时效多种样品。用X射线衍射法(XRD)测定逆变奥氏体的体积分数；用透射电镜(TEM)或高分辨透射电镜(HRTEM)观察形貌和分析结构；用氢渗透法测定氢扩散系数；用慢应变速率拉伸测定氢脆敏感性；用恒位移法测定氢致开裂门槛应力强度因子。试图建立氢扩散和马氏体时效钢的氢脆敏感性之间的定量关系。在分清逆变奥氏体和析出相两类不同氢陷阱作用的基础上，重点研究不同数量和形态的逆变奥氏体对马氏体时效钢的氢扩散参数的影响以及与抗氢致开裂性能之间的关系。

按照项目计划书要求，全面开展了析出相对氢扩散和氢致开裂的影响、逆变奥氏体和析出相对氢扩散和氢致开裂性能的相关性、以及逆变奥氏体降低的氢扩散和氢致开裂的相关性等内容的研究。获得了以下主要成果： .TM210马氏体时效钢从欠时效到过时效温度即在465℃到560℃范围内，随着时效温度的升高，逆变奥氏体的含量增多，在510℃-530℃之间，增加最为迅速。各时效态中的逆变奥氏体与基体都符合K-S关系或N-W关系。研究还发现，逆变奥氏体在形成过程中存在Ni元素扩散，因此其形成并不属于完全切变机制。另外，随着时效温度的升高，棒状析出相Ni3Ti优先出现，而后球形颗粒Fe2Mo相形成。当时效温度达到560℃时Ni3Ti发生溶解；Fe2Mo相在560℃以下内随温度升高一直长大。.TEM观察发现，在465℃欠时效状态时，只有棒状Ni3Ti析出相出现。当时效时间分别为3h、60h和100h时，Ni3Ti的长度约分别为10nm、27nm和37nm。单位体积内数量减少，但析出相体积分数增加；并且析出相长度与时效时间符合关系式r3=375t。氢渗透结果表明，时效3h、60h和100h的氢扩散系数分别为3.34、5.68和6.52 (10-9cm2/s)。氢扩散系数与析出相单位体积内数量满足关系式D=1.8*10-6/(22+Nv)，该式表明随时效时间延长，析出相单位体积内数量减少，氢陷阱数量减少，马氏体基体作为氢扩散通道作用加强，扩散系数增大。.拉伸变形时，微裂纹会首先在马氏体板条界面处形核，然后穿过其间的板条块连接成主裂纹，断口呈典型的韧窝状。动态充氢时，裂纹形核于试样表面，起裂源在断口的边缘处，之后向内沿晶界或马氏体板条界扩展。而预存在氢试样，起裂源位于断口的中心处；对于经过时效的样品，起裂源区为沿晶断口，向外过渡为准解理区和浅韧窝区。.马氏体时效钢中的氢主要以可扩散氢形式存在。出现不可逆氢损伤的临界可扩散氢浓度约为14ppm。从465℃到560℃逐渐升高时效温度，氢扩散系数逐渐降低。在465℃到560℃范围内，随时效温度升高，材料中的可扩散氢浓度降低，强度损失减少，氢脆敏感性下降。强度剩余率与可扩散氢浓度的对数成线性关系。分析表明，氢脆敏感性下降主要归因于随时效温度增加材料中的逆变奥氏体含量增加。也就是说，逆变奥氏体可有效降低马氏体时效钢的氢脆敏感性。