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解析現(xiàn)代工業(yè)中30CrMnSINIZA鋼的性能及應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，在各類工程、軍事和科學(xué)研究等領(lǐng)域，人們都會遇到各種各樣的爆炸、沖擊載荷問題，并可以發(fā)現(xiàn)，材料在爆炸、沖擊載荷下的力學(xué)響應(yīng)與靜荷載下的響應(yīng)有顯著的不同。很多工程實際問題的研究，例如彈體撞擊靶體，鳥撞飛機(jī)風(fēng)擋，核爆炸和化學(xué)爆炸的效應(yīng)及其防護(hù)，工業(yè)結(jié)構(gòu)建筑的動態(tài)響應(yīng)，徽隕石和雨雪冰沙對高速飛行器的撞擊等，都依靠對材料或結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學(xué)性能的了解，如動態(tài)屈服強(qiáng)度，動態(tài)本構(gòu)關(guān)系、動態(tài)塑性指標(biāo)、動態(tài)斷裂韌性等。材料在動態(tài)載荷作用下的力學(xué)行為及其數(shù)學(xué)模型材料動態(tài)本構(gòu)關(guān)系，是動態(tài)測試領(lǐng)域具有重要的意義，而動態(tài)實驗無疑是這方面研究量直接，最有效的方法。采用分離式壓桿技術(shù)，對經(jīng)過不同熱處理的低合金超高強(qiáng)度30CrMnSiN12A鋼的動態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行了分析。
1.  30CrMnSINIZA鋼的性能及應(yīng)用
30CrMnSlNi2A鋼是我國廣泛使用且不算是—種低合金超高強(qiáng)度鋼，是一種綜合性能優(yōu)良的航空結(jié)構(gòu)材料，主要用于萌造飛機(jī)起落架、機(jī)翼大梁等受力結(jié)構(gòu)件和各種導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體和高壓連接件、高扭短軸類零件等，我國研制生產(chǎn)30CrMnSlNi2A鋼已有幾十年的歷史，已經(jīng)達(dá)到較高的質(zhì)量水平，擁有自己獨立的生產(chǎn)工藝技術(shù)，該鋼是我國較早生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼之一。它是在高強(qiáng)度銅30CrMnSiA的基礎(chǔ)上加入1.4～1.8結(jié)構(gòu)鋼的Ni而得到的，由于Ni的加入，提高了鋼的強(qiáng)度、韌性和塑性，并大大提高鋼的淬透性，改善了鋼的韌性和抗回火穩(wěn)定性，經(jīng)熱處理后可獲得高的強(qiáng)度、好的塑性和韌性、良好的抗疲勞性能和斷裂韌性和低的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，適宜翻造高強(qiáng)度連接件和軸類零件等受力結(jié)構(gòu)部件。但由于銅中含有一定量的N和Al形成AIN質(zhì)點使之產(chǎn)生一定的彌散弱化作用，因而生產(chǎn)中主要的矛盾是韌性不足的向愿，近年來真空感應(yīng)加真空自耗重熔雙真空工藝冶煉的鋼，由于鋼中氮含量極低不能和Al形成足夠數(shù)量的AIN而進(jìn)行了有效的強(qiáng)化。又因為鋼的純度高，韌性較好，因而生產(chǎn)中主要解決的問題是如何在保證鋼的韌性的前提下提高鋼的強(qiáng)度．鋼的強(qiáng)化主要來自合金元素的固溶強(qiáng)化和鋼的相變強(qiáng)化等方面。固溶強(qiáng)化主要取決于合金成分設(shè)計和冶煉時碳和合金元素的加入量，而相變強(qiáng)化與鋼的熱處理工藝密切相關(guān)，因此要想提高鋼的強(qiáng)度，一方面控制鋼中強(qiáng)化元素的含量，另一方要控制熱處理工藝使之產(chǎn)生最佳的相交強(qiáng)化。過去30CrMnSiNiZA鋼的生產(chǎn)不考核屈服強(qiáng)度指標(biāo)，近年來隨著對鋼性能要求的不斷提高，人們對鋼的屈服強(qiáng)度提出了要求，而屈服強(qiáng)度與鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝密切相關(guān)，30CrMnSiN12A的主要力學(xué)性能。表格1
名稱 σ（MPa） σ（MPa） σ2（MPa） σ5（MPa） K（MPa） K（MPa）
30CrMnSiNi2A =1620 =1375 =9 45 47 =
30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度極高，但塑性較差、形變強(qiáng)化十分嚴(yán)重，難以進(jìn)行大變形量的鍛造加工。從合金鋼手冊可以查出30CrMnSiNi2A鋼的再結(jié)晶溫度為750℃—760℃其加熱溫度規(guī)范為950±10℃，保溫60min以上。30CrMnSiNi2A鋼的常規(guī)熱處理工藝是在油淬后低溫回火(200℃～250℃)獲得回火馬氏體組織，具有高強(qiáng)度、高硬度和一定塑、韌性特征，鋼在淬火后300℃—400℃區(qū)間回火出現(xiàn)第一類回火脆性，實際使用溫度—般不超過250℃。為拓寬其使用性能和使用范圍，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，由于Ni的加入，提高了鋼的強(qiáng)度、韌性和塑性，也提高了鋼的淬透性。30CrMnSiN12A的碳含量較高（O.465，CEIIW= 0.809)，淬硬傾向較大，易形成脆硬的馬氏體組織。
30CrMnSiNi2A鋼的等溫淬火性能進(jìn)行了分析，分析發(fā)現(xiàn)30CrMnSiN12A合金鋼缺點以上采用等沮淬火工藝，其強(qiáng)度指標(biāo)隨等溫度升高而降低，且低于淬火200℃回火的指標(biāo)值，而塑性、韌性指標(biāo)相對于淬火200℃回火有明顯提高，硬度稍有降低。在340℃等沮淬火獲得最佳性能組合，對30CrMnSiNi2A鋼超高溫淬火組織與性能進(jìn)行研究，表明：該鋼Ac3以上200℃回火可以獲得組織細(xì)小均勻的板條馬氏體和殘余奧氏體，控制超高溫淬火加熱保溫時間，既能保證奧氏體化又可以獲得細(xì)小奧氏體晶粒，從而顯著提高了該鋼的強(qiáng)韌性。
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