【正文】 leation and Coarsening 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 Kiic Behavior of the Secondary Hardening Carbide of Steel at Two ChromiuLevels,Using an Analytical and Modeling Approach:PartII,296Volume 6(3) June 1997 Journal of Materials Engineering and Performance. [32] P. Berthod,Y. Hamini, L. H180。在此，我向各位同學(xué)以及老師表示衷心的感謝！ 衷心的感謝 我的父母，幾十年如一日含辛茹苦的對(duì)我的培養(yǎng)和鼓勵(lì)，才使得我有這個(gè)機(jī)會(huì) 來 取的今天的成績(jī)。從課題的選擇到實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，知道最后的論文的設(shè)計(jì)與撰寫都有著周老師給予的諸多幫助與關(guān)懷，還有一些便利。 （ 4） 通過分析原始的 Aermet100合 金和加入不同含量 Y元素的 Aermet100合金可知， Y 元素的加入提高了合金的硬化速度，在固溶時(shí)效處理后，硬度有一定的提高。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 結(jié)論 本文通過研究 Y 元素含量對(duì) Aermet100 合金的組織與性能的影響，得出如下結(jié)論： （ 1） Y 元素能夠促進(jìn)固溶體中碳化物的析出，碳化物的尺寸會(huì)隨著 Y 元素含量的增加逐漸細(xì)小均勻化， 能夠減少合金中的殘余奧氏體含量，促進(jìn)奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)化。 在 1000℃ 固溶 1h后油淬后在液氮中處理，然后在 467℃ 下保溫 5h進(jìn)行時(shí)效處 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 理與在 1000℃ 固溶 1h后油淬后在液氮中處理，然后在 482℃ 下保溫 5h進(jìn)行時(shí)效處理以及在 1000℃ 固溶 1h后油淬后在液氮中處理，然后在 500℃ 下保溫 5h進(jìn)行時(shí)效處理這三者相比較，在 467℃ 時(shí)得到的試樣的總體硬度最高 ，這是由于針狀馬氏體基體上延遲形成的位錯(cuò)與延 100晶向整合析出的馬氏體相結(jié)合的原因。 （ 3） 由于 Y元素的原子分?jǐn)?shù)以及原子半徑比較大，故 Y元素與 C、 N等元素相比較在固溶體中的擴(kuò)散速度會(huì)小很多，在形成碳化物析出時(shí)所需的能量比較多，也就是說 Y元素會(huì)使形成 MC型碳化物的熱力學(xué)能升高，故在相同 Y元素含量下，溫度越高，形成的 MC型碳化物就越多，從而合金的硬度越小。 表 33 不同 Y元素含量下 Aermet100 合金的硬度 Table 33 Hardness of Aermet100 Me with different Y 含量 硬度 1 硬度 2 硬度 3 平均硬度 /HRC 0 45 43 41 40 43 47 44 44 44 44 44 38 40 39 39 0 .0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .539404142434445Y/ ?% ? 質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ? 圖 33 不同 Y元素含量下 Aermet100 合金的硬度曲線 Table 33 Hardness curve of Aermet100 Me with different Y 圖 3表 33說明了不用 Y元素含量對(duì)合金強(qiáng)度以及硬度的影響，從上圖以及表格可以看出，在 500℃ 下添加 Y元素時(shí)合金的硬度突然下降，而后在元素含量逐漸增加的過程中硬度不斷升高，在 Y含量達(dá)到約 %時(shí)達(dá)到最大值，而后開始下降，在 Y元素含量為 %時(shí)達(dá)到最低值， 此曲線與前面兩組相比可以看出在最大值 Y元素含量達(dá)到 %時(shí)硬度值達(dá)到最高值，產(chǎn)生這種情況的原因可能是由于加熱溫度較前有所提高的原因，但是大體的趨勢(shì)還是與前面兩種處理基本相同。這將有利于該合金在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。 力學(xué)性能的影響 （ 1）將原始試樣、還有 %Y、 %Y、 %Y、 %Y、 %Y的 Aermet100合金在 1000℃ 下固溶處理 1小時(shí)后進(jìn)行空冷，然后置于液氮中進(jìn)行進(jìn)一步奧氏體轉(zhuǎn)變，然后在 467℃ 下保溫 5小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，空冷后測(cè)試其硬度值，并描繪出氣硬度曲線[3738]。在本次實(shí)驗(yàn)過程中我們采用了三種不同的熱處理工藝參數(shù)，以此來比較在不同熱處理工藝下材料力學(xué)性能的差異，這將會(huì)給將來的進(jìn)一步研究以及生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。而后有所下降，這種現(xiàn)象的主要原因可能是由于 Y元素含量過高，產(chǎn)生了 MC型碳化物，降低了組織的硬度。通過圖像分析可以得知，在不添加 Y 元素的原始合金中 M2C碳化物組織比較粗大，當(dāng)加入 %的 Y 元素后，析出的碳化物大小減小。（ d） % 上圖（ a）所示為 Y元素含量為 %的 Aermet100合金在 467℃ 下時(shí)效后產(chǎn)生的組織；圖（ b）為 Y元素含量為 %的 Aermet100合金在 467℃ 下時(shí)效后產(chǎn)生的組織；圖（ c）為 Y元素含量為 %的 Aermet100合金在 467℃ 下時(shí)效后產(chǎn)生的組織；圖（ d）為Y元素含量為 %的 Aermet100合金在 467℃ 下時(shí)效后產(chǎn)生的組織。隨著 Y元素含量的增加，合金的強(qiáng)度在不斷提高，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于 Y元素的加入促使了殘余 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致合金的硬度得到提升。 θ為 176。 θ為 41176。 圖 23 （ a） Y元素含量為 %的 Aermet100合金 中 的 析出物 ，（ b）析出物的能譜圖 Figure 23 （ a） Precipitate in Aermet100 with % Y content, （ b） EDS of the precipitate a b 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 表 22 Y元素含量為 %Aermet100中析出物的成分 Table22 Composition of precipitate in Aermet100 of % Y content 元素 重量 原子 百分比 百分比 C K Cr K Fe K Co K Ni K Y L Mo L 總量 如上圖所示，取 Y元素含量為 %的 Aermet100不銹鋼組織中的一處析出物，通過 SEM以及 EDS測(cè)試可以看出析出相中主要的組成成分，其中包含 Y元素的 MC型碳化物 中 Y元素的 重量百分比為 %，原子百分比為 %。（ c） %。 組織觀察分析 不同 Y含量的 Aermet100合金在經(jīng)過熱處理后顯微組織會(huì)有所不同 。然后在 島津XRD6000x射線衍射儀進(jìn)行合金的相組成分析，掃描角度為 7295176。而后進(jìn)行擠壓變形，變形量越 為20%，以增加試樣位錯(cuò)數(shù)量，而后在 1000℃ 下保溫一小時(shí)進(jìn)行固溶處理，進(jìn)行油淬。因此，在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用固溶加時(shí)效的熱處理工藝對(duì) Aermet100 不銹鋼進(jìn)行熱處理。真空度為102Pa，反復(fù)翻轉(zhuǎn) 3 次。 本實(shí)驗(yàn)所采用的基本材料為 Aermet100不銹鋼，用于研究的的試樣中分別添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %、 %、 %、 %以及 %的 Y元素。美國陸軍也 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 將在 LH4輕型直升機(jī)用 AerMet100臺(tái)金代替 AISI4340合金。主要有增加固溶度以及固溶強(qiáng)化、抑制局部弱化提高韌性、改善和強(qiáng)化晶界、影響雜質(zhì)元素的溶解度，減少脫溶量、影響箱變和改善組織、與其他微量合金元素交互作用 ，王龍妹等人的研究中指出，稀土元素能夠通過與鈮、釩、銅、鈦等元素在鐵基液中相互作用，與這些微量元 素不會(huì)形成化合物，會(huì)降低這些元素的活度，增加溶解度，促進(jìn)這些元素的利用率 [2830]。稀土在鋼中形成較高熔點(diǎn)的化合物，在鋼液凝固前析出，呈細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)分布在鋼液中，作為非均質(zhì)形核中心，降低鋼液結(jié)晶的過冷度，因而可細(xì)化鋼的凝固組織，減少偏析，實(shí)現(xiàn)凝固 “ 組織控制 ” 。稀土元素在鋼中都是表面活性元素，容易吸附在固態(tài)晶核表面，阻礙了晶體生長所需的原子供應(yīng)，從而降低了晶核長大率。硼和稀土元素對(duì)氧、氮有很大的親和力，并能形成密度小容易上浮的難熔化合物。在碳鋼中錳的含量一般控制在 %之間，錳能溶于鐵素體中，形成含錳的鐵素體，起著強(qiáng)化鐵素體的作用；錳還能溶于 Fe3C中形成合金滲碳體，從而提高碳鋼的強(qiáng)度，錳是有益的雜質(zhì)元素，少量的錳對(duì)鋼的性能影響不顯著。它對(duì)硬 度的提高能夠持續(xù)到很高的溫度是由于固溶體硬化，但是在降低 Ac1和 Ms溫度上的作用很細(xì)微 [21]。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 鉻也明顯地提高鋼的強(qiáng)度，在相同的強(qiáng)度硬度條件下，鉻鋼有比碳鋼高的塑性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 鈦：鈦元素是有效的強(qiáng)化元素，在馬氏體時(shí)效鋼中主要是通過析出金屬間化合物來強(qiáng)化鋼的，在無鈷馬氏體時(shí)效鋼中，每添加 %Ti，強(qiáng)度會(huì)增加 54MPa。 硅： 硅元素可以提高低溫回火抗力，有利于鋼的抗氧化性，但促進(jìn)過時(shí)效工藝工程難以控制，所以加入量一般控制在 %以下 [1820]。AerYetl00鋼中添加的稀土元素以多元微量稀土元素進(jìn)一步提高 AerMetl00鋼韌性是一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。研究表明，稀土元素 La對(duì) AFl410鋼的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面，改變 S的夾雜物性質(zhì)和形態(tài)，將 CrS、 MnS等夾雜物變質(zhì)為稀土氧化物，同時(shí)改變空間分素以 Ce為主。相比而言，回火過程中形成的逆轉(zhuǎn)變奧氏體較殘余奧氏體位錯(cuò)密度低、應(yīng)力場(chǎng)小，因而更穩(wěn)定，而穩(wěn)定的在原奧氏體晶界或馬氏體板條間的逆轉(zhuǎn)變奧氏體對(duì)斷裂韌度的提高起到積極作用。文中得出結(jié)論，不同軋制溫度、不同冷卻條件下，隨著軋制溫度的下降鋼的強(qiáng)度有所增加，其延伸率有增加的趨勢(shì)，并且水冷 +空冷的方式效果比單一的水冷要好 [10]。并且 AerMet100 鋼在高溫下固溶處理后再經(jīng)過二次軋制，會(huì)是原始組織中未溶碳化物會(huì)全部的溶解，組織晶粒細(xì)化，對(duì)后續(xù)的處理提供 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 了很大的便利 [7]。 李志、趙振業(yè)在 AerMet100 鋼的研究與發(fā)展一文中研究了雜質(zhì)元素和微量元素對(duì)合金斷裂韌度的危害以 不同的熱處理工藝 形成的逆轉(zhuǎn)變奧氏體對(duì)斷裂韌度產(chǎn)生的影響。 在初期，國內(nèi)對(duì)超強(qiáng)鋼的研究主要是進(jìn)行對(duì)國外產(chǎn)品的仿制， 五六十年代主要以仿制前蘇聯(lián)的鋼種為主，如 30CrMnSiNi2A， 70 年代開始以仿制美國的鋼種為主，如 43 300M、 D6AC 等 。 瑞典的 Avesta 公司在耐熱鋼中加入了適量的混合稀土元素，成功的開發(fā)出了比0Cr25Ni20 鋼更加具有高溫持久強(qiáng)度的 253MA 鋼（含 12%Ni， 23%Cr），其高溫持久強(qiáng)度提高了 20%~40%。這種合金已被美國《研究與發(fā)展》雜志命名為1991 年的一百種最有效的發(fā)明之一 [34]。m。 關(guān)于微量雜質(zhì)元素及其有害作用的研究一直在進(jìn)行中，并且在研究過程中取的了不少的成果 [12]。但是 Co 元素的含量不能超過 %，同時(shí)其含量也不能低于 %，否則會(huì)合金組織性能將會(huì)有不良影響。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 國內(nèi)外對(duì) AerMetl00 鋼的研究以及應(yīng)用 國外對(duì) AerMetl00 鋼的研究以及應(yīng)用 AerMet100 鋼是 AerMet 系列目前最優(yōu)秀的代表之一。其具有特殊的性能，硬度，拉伸強(qiáng)度，斷裂韌性和延展性。典型鋼種 主要 有 05Cr17Ni4Cu4Nb、 07Cr17Ni7Al 以及OCr15Ni25Ti2MoVB等。高合金超強(qiáng)鋼是由 9Ni4Co 鋼發(fā)展而來。其特點(diǎn)是，馬氏體形成時(shí)不需要快冷，可變溫及等溫形成；具有體心立方結(jié)構(gòu)；硬度約為 HRC20，塑性很好；再加熱時(shí)不出現(xiàn)像 在低碳馬氏體中發(fā)生的回火現(xiàn)象，并有很大的逆轉(zhuǎn)變溫度遲滯，因而可以在較高溫度進(jìn)行馬氏體基體內(nèi)的時(shí)效硬化。它和低合金超高強(qiáng)度鋼有類似的缺點(diǎn)，就是抗腐蝕能力差和斷裂韌度低。 通常添加的元素有 V、 Nb 等 。到了 60 年代，研制成功了馬氏體時(shí)效鋼，并形成了 18Ni系列。 XRD分析發(fā)現(xiàn)在添加 Y元素的 AerMet100合金中馬氏體的含量相對(duì)較高， SEM分析過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng) Y 元素含量在 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下時(shí)碳化物析出以 M2C 為主，當(dāng) Y 含量超過 %時(shí)，主要以 MC 型碳化物為主。 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 學(xué) 院 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 金屬材料 學(xué)生姓名 何正統(tǒng) 班級(jí)學(xué)號(hào) 094002214 指導(dǎo)教師 周鵬杰 二零一三年六月 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Y 含量對(duì)一種時(shí)效不銹鋼組織的影響 The role of Y contents on the microstructure of stainless steel