全文摘要
本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢及其制备方法，属于金属材料技术领域，包括以下步骤：将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。本发明对中碳钢进行高压热处理，高压力能引起中碳钢组织内高应变而产生较高密度的位错，这些位错为奥氏体晶粒的形核提供了更多的部位，使形成的奥氏体晶核数量增多；另外，在高压力下原子的扩散较困难，抑制了奥氏体晶核的长大，故本发明提供的技术方案可获得的奥氏体晶粒细小，且分布均匀。而且本发明提供的制备方法简单，工艺周期短，工艺参数易于操控。
主设计要求
1.一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。
设计方案
1.一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的 中碳钢；
所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中碳钢包括以下质量百分含量的 组分：C 0.35％～0.60％；Si 0.15％～0.40％；Mn 0.40％～0.80％；P 0～0.040％；S 0～ 0.040％；其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高压热处理的压力为1.5～ 2.5GPa，温度为950～980℃，时间为16～18min。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述高压热处理所用的装置为顶 压机。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述顶压机为六面顶压机。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷却的速率90～110℃\/s。
7.权利要求1～6任意一项所述的制备方法制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢。
8.根据权利要求7所述的奥氏体晶粒细化的中碳钢，其特征在于，所述奥氏体晶粒尺寸 为9～10μm，所述奥氏体晶粒分布均匀。
设计说明书
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种奥氏体晶粒细化的中碳钢及其制备 方法。
背景技术
中碳钢具有一定的塑性、韧性和强度，被广泛应用于制作泵的活塞、重型机械的 轴、蜗杆、齿轮等各种机械零件和工程结构件。随着现代工业的迅速发展，对中碳钢的力学 性能提出更高的要求。由于奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后钢的组织和性能。通常，粗 大的奥氏体晶粒往往导致冷却后获得粗大的组织，而粗大的组织又相应地具有较低的塑性 和韧性，反之，细小的组织具有较高的力学性能。因此，细化奥氏体晶粒引起相关研究者的 重视。目前，形变热处理是细化奥氏体晶粒的主要方法，该方法是将钢加热到Ac3以上温度， 保温一段时间完全奥氏体化后进行大变形，然后再保持一段时间使变形的奥氏体发生再结 晶，从而获得细小的奥氏体晶粒组织。但该方法是经高温形变和再结晶过程实现的，该工艺 参数(如：变形量、温度、保温时间和冷却速度等)控制较严格，工艺复杂且周期较长；且因为 该方法是采用单向压缩变形，样品的表层和心部变形不均匀，容易造成在再结晶过程中出 现奥氏体晶粒大小不均匀现象。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，本发明提 供的制备方法简单，工艺周期短，工艺参数易于操控，且制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳 钢中奥氏体晶粒均匀细小。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细 化的中碳钢；
所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。
优选地，所述中碳钢包括以下质量百分含量的组分：C 0.35％～0.60％；Si 0.15％～0.40％；Mn 0.40％～0.80％；P 0～0.040％；S 0～0.040％；其余为Fe。
优选地，所述高压热处理的压力为1.5～2.5GPa，温度为950～980℃，时间为16～ 18min。
优选地，所述高压热处理所用的装置为顶压机。
优选地，所述顶压机为六面顶压机。
优选地，所述冷却的速率90～110℃\/s。
本发明还提供了上述技术方案制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢。
优选地，所述奥氏体晶粒尺寸为9～10μm，所述奥氏体晶粒分布均匀。
有益技术效果：本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以 下步骤：将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化 的中碳钢；所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。本发 明对中碳钢进行高压热处理，一方面，高压力能引起中碳钢组织内高应变而产生较高密度 的位错，这些位错为奥氏体晶粒的形核提供了更多的部位，致使形成的奥氏体晶核数量增 多；另一方面，在高压力下原子的扩散较困难，这抑制了奥氏体晶核的长大，故本发明提供 的技术方案可获得较细的奥氏体晶粒，且分布均匀。而且本发明提供的制备方法简单，工艺 周期短，工艺参数易于操控。实施例实验数据表明，本发明提供的制备方法制备得到的中碳 钢中奥氏体细小且分布均匀，其尺寸为9～10μm。
附图说明
图1为在实施例1加压的条件下得到的中碳钢中奥氏体晶粒的金相图；
图2为在对比例1中常压条件下得到的中碳钢中奥氏体晶粒的金相图。
具体实施方式
本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细 化的中碳钢；
所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。
本发明将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体 晶粒细化的中碳钢。
在本发明中，所述中碳钢优选为退火态中碳钢。在本发明中，所述退火态中碳钢优 选为将普通中碳钢进行退火处理得到。本发明对退火处理的方法没有特殊限定，选用本领 域技术人员熟知的退火处理即可。
在本发明中，所述中碳钢优选包括以下质量百分含量的组分：C0.35％～0.60％； Si 0.15％～0.40％；Mn 0.40％～0.80％；P 0～0.040％；S 0～0.040％；其余为Fe。
在本发明中，所述高压热处理的压力为1～3GPa，优选为1.5～2.5GPa；所述高压热 处理的温度为900～1000℃，优选为950～980℃；所述高压热处理的时间为15～20min，优选 为16～18min。在本发明中，所述高压热处理所用的装置优选为顶压机。在本发明中，所述顶 压机优选为六面顶压机。本发明对中碳钢进行高压热处理，一方面，高压力能引起中碳钢组 织内高应变而产生较高密度的位错，这些位错为奥氏体晶粒的形核提供了更多的部位，致 使形成的奥氏体晶核数量增多；另一方面，在高压力下原子的扩散较困难，这抑制了奥氏体 晶核的长大，故本发明提供的技术方案可获得较细的奥氏体晶粒，且分布均匀。
在本发明中，所述冷却的速率优选为90～110℃\/s，更优选为100℃\/s。所述冷却后 的温度优选为室温。本发明通过保持高压热处理的压力进行冷却，其目的是阻止奥氏体晶 粒长大和避免发生奥氏体转变成珠光体和铁素体。
本发明还提供了上述技术方案制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢。
在本发明中，所述奥氏体晶粒尺寸优选为9～10μm，更优选为9～9.5μm；所述奥氏 体晶粒分布均匀。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
取退火态中碳钢，其化学成分(质量分数wt％)为：C 0.34、Si 0.28、Mn 0.62、P 0.027、S 0.024，其余为Fe。将其放在CS-ΙB型六面顶压机上进行高压热处理，压力为3GPa， 加热温度为1000℃，保温时间为15min，断电保压冷却至室温。其晶粒尺寸如表1所示。
实施例2
取退火态中碳钢，其化学成分(质量分数wt％)为：C 0.56、Si 0.32、Mn 0.61、P 0.024、S 0.026，其余为Fe。将其放在CS-ΙB型六面顶压机上进行高压热处理，压力为1GPa， 加热温度为1000℃，保温时间为20min，断电保压冷却至室温。其晶粒尺寸结果如表1所示。
实施例3
取退火态中碳钢，其化学成分(质量分数wt％)为：C 0.44、Si 0.38、Mn 0.71、P 0.024、S 0.022，其余为Fe。将其放在CS-ΙB型六面顶压机上进行高压热处理，压力为2GPa， 加热温度为900℃，保温时间为20min，断电保压冷却至室温。其晶粒尺寸如表1所示。
对比例1
不施加压力，其余与实施例1完全相同。其结果如表1所示。
图1和图2分别为在实施例1加压的条件下和对比例1中常压条件下得到的中碳钢 中奥氏体晶粒的金相图。由图1可知，实施例1中得到的中碳钢中的奥氏体晶粒细小且分布 均匀。
表1实施例1～3和对比例1中奥氏体晶粒尺寸平均值
申请码:申请号:CN201910171790.2 申请日:2019-03-07 公开号:CN109825691A 公开日:2019-05-31 国家:CN 国家/省市:13(河北) 授权编号:CN109825691B 授权时间:20200121 主分类号:C21D7/13 专利分类号:C21D7/13;C22C38/02;C22C38/04 范畴分类:25B; 申请人:燕山大学 第一申请人:燕山大学 申请人地址:066000 河北省秦皇岛市河北大街西段438号 发明人:谌岩;赵晓洁;王岳峰;杨猛;刘建华 第一发明人:谌岩 当前权利人:燕山大学 代理人:刘奇 代理机构:11569 代理机构编号:北京高沃律师事务所 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计
相关信息详情