● 摘要
高碳耐磨钢是近年研究的热点，其中高碳合金钢中的纳米贝氏体组织和高碳锰钢中的奥氏体组织使用最多。本文对含碳量超过1%的高碳钢贝氏体转变进行研究，论证高碳钢贝氏体转变的可行性，并对其组织和性能进行表征，目的是获得高强高韧的性能。同时，对高碳锰钢进行高压凝固相变的研究，目的是获得精细化组织以及弥散分布的团球状碳化物，提高高碳锰钢性能。
本课题对于贝氏体相变的研究主要采用等温工艺、淬火-碳分配-回火（Q-P-T）以及正火回火工艺对高碳钢进行处理，用金相、扫描、透射手段观察材料的显微组织，用X射线计算残余奥氏体含量，并且进行了硬度、拉伸和冲击性能的测试。
首先，超高碳合金钢经不同温度下等温处理后获得了下贝氏体组织，金相组织是由强度很高的纳米贝氏体和富碳的残余奥氏体组成的。纳米级贝氏体组织板条厚度在60 nm~150 nm之间。随着等温温度的降低，贝氏体铁素体板条间距、残余奥氏体含量、硬度均减少，但屈服和抗拉强度升高，最高抗拉强度达2000 MPa以上。
超高碳合金钢经淬火-碳分配-回火处理后组织由透镜状马氏体、下贝氏体和残余奥氏体组成，残余奥氏体含量随碳分配时间的增加总体呈下降趋势，这主要是因为其析出ε-碳化物形成下贝氏体的缘故。硬度先增加后降低的现象是过饱和马氏体脱碳软化和形成下贝氏体硬化两者博弈的结果。为了得到贝氏体和细小的回火马氏体组织，本文还对等温+Q-P-T工艺进行了探索。
其次，试样正火态和水冷态初始硬度值较高，分别为742HV、685HV。回火后硬度值降低。在300 °C - 500 °C回火2h后硬度值随回火温度升高而下降，在650 °C时硬度最高，此时，析出相形态主要为球状颗粒，非常细小，尺寸大概在50-100nm之间。
另外，文章利用金相、扫描电镜、投射电镜金属研究高碳锰钢在不同压力下凝固时的熔化和凝固行为，阐明了压力对凝固组织、晶粒尺寸以及碳化物的析出的影响机制。研究发现，熔点随着压力的增加逐渐升高，但是高压下凝固的组织和熔化温度没有关系。高锰钢的高压凝固组织是由完整的等轴枝晶组成，与常压的组织相比，明显得到了细化。在3GPa、6GPa、10GPa下凝固后，显微组织中的二次枝晶间距分别为24μm, 18μm, 8μm，远小于常压下奥氏体晶粒尺寸170μm。同时透射结果表明，碳化物有常压下的针状结构变为高压下的团球状的结构，碳化物的尺寸在80nm-200nm之间，这主要是成分过冷、成分偏析有关。试样在10GPa下凝固后，枝晶间隙的显微硬度最高可以达到850HV以上。纳米划痕结果表明，试样在高压下凝固后的摩擦系数要小于常压下凝固的试样，强度和耐磨性都有了一定的提升。