【文章內(nèi)容簡介】 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形成化合物，會降低這些元素的活度，增加溶解度，促進這些元素的利用率[2830]。 應用前景AerMet100合金是一種超高強度和抗疲勞的合金，特別是在含氯化物的環(huán)境中具有優(yōu)良的耐沖擊力和抗應力腐蝕斷裂的能力，因此在航空領(lǐng)域中有廣泛的應用前景[3134]。其用途包括：緊嗣件、受力構(gòu)件，裝甲板、傳動機構(gòu)、火炮、彈射器、制動器、瑣氣發(fā)動機軸、駕駛桿、直升飛機主軒和抑制環(huán)等航空零部件。美國海軍在航空母艦的F／A～18型戰(zhàn)斗機的起落架上，已采用AerMetl00臺金取代300M合金。美國陸軍也將在LH4輕型直升機用AerMet100臺金代替AISI4340合金。預計不久的將來AerMetl00合金會成為新一代高性能飛機的重要結(jié)構(gòu)材料。本課題主要研究稀土元素的含量以及不同的熱處理工藝對AerMet100馬氏體時效不銹鋼性能的影響，實驗主要研究內(nèi)容：1） 分析不同的Y元素含量對Aermet100不銹鋼的組織以及性能的影響規(guī)律；2） 分析不同的熱處理工藝對Aermet100不銹鋼中馬氏體以及殘余奧氏體含量的影響，確定最佳熱處理溫度；3） 合金微觀組織的觀察與分析；4） 合金力學性能以及強度的測試與分析。第二章 Y元素對Aermet100不銹鋼的組織的影響實驗過程：樣品制備→固溶處理→擠壓→固溶處理→深冷處理→時效處理→打磨→打硬度→打磨、拋光→XRD分析→腐蝕→SEM分析→超景深拍照分析→性能測試→觀察分析。本實驗所采用的基本材料為Aermet100不銹鋼，%、%、%、%%的Y元素。母合金采用真空感應爐熔煉。采用的原始合金為Aermet100合金，余量為Fe。母合金切割為約重為80g的小塊，加入WK2非自耗真空電弧爐中重熔。真空度為102Pa，反復翻轉(zhuǎn)3次。在充入氬氣保護氣體后，加入AlY中間合金，中間合金的含Y量約為81%。通過加入不同數(shù)量的AlY合金，得到不同含量的含Y合金，然后壓鑄形成了紐扣錠，經(jīng)線切割形成所需要的合金塊，合金塊作為實驗所需的樣品。合金進行熱處理的主要目的是改善合金的機械以及力學性能，得到良好的綜合性能。因此，在本實驗中，我們采用固溶加時效的熱處理工藝對Aermet100不銹鋼進行熱處理。固溶處理的主要作用是使合金中各種相充分溶解，強化固溶體，形成單一的奧氏體組織，并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。時效處理的主要目的是消除試樣內(nèi)部因機械加工產(chǎn)生的內(nèi)應力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能，最主要的目的是析出碳化物強化合金。本實驗中試樣分為三批，首先在1000℃下保溫一小時進行固溶處理，空冷。而后進行擠壓變形，變形量越為20%，以增加試樣位錯數(shù)量，而后在1000℃下保溫一小時進行固溶處理，進行油淬。然后置于液氮中放置一晚，進行深冷處理，然后試樣分三批在不同溫度下進行時效處理。原始材料中Y元素含量質(zhì)量分數(shù)分別為0%、%、%、%、%%。用SSX816箱式電阻爐進行時效處理，實驗方案如下：表21 熱處理工藝Table21 heat treatment process實驗材料時效溫度/℃保溫時間/h冷卻方式第一批4675空冷第二批4825空冷第三批5005空冷℃/T保溫時間（5h） 空冷Time/h圖21熱處理流程Figure 21 The heat treatment process首先用5001500號砂紙在水磨機上進行粗磨、細磨后在P2型金相試樣拋光機上進行粗拋和精拋，直至試樣表面在顯微鏡下觀察沒有明顯的劃痕為止。然后在島津XRD6000x射線衍射儀進行合金的相組成分析，掃描角度為7295176。，掃描速度1176。/min。然后再在拋光機上拋除沾染在試樣表面的雜質(zhì)，并用10%的硝酸酒精腐蝕劑進行腐蝕，腐蝕時間因試樣成分不同在15s30s之間變化，腐蝕完成后用水沖洗然后再用酒精清洗，清洗完成后用吹風機吹干，然后用日本電子JSM6480掃描電子顯微鏡(SEM)進行組織觀察。不同Y含量的Aermet100合金在經(jīng)過熱處理后顯微組織會有所不同。Y元素對合金微觀組織的改變作用是本實驗的重點研究對象。：ba cd e圖22 各Y元素含量合金的掃描電子顯微圖Figure22 SEM images of alloys with various Y contents,（a）%。（b）%。（c）%。（d）%。（e）0%.從圖中可以看出，%時，如圖a所示，合金的組織主要是板條狀馬氏體，并且有少量的MC型碳化物析出，%時，如圖b所示，組織中析出了細小的顆粒，板條狀馬氏體的大小亦有所變化，可以預見此時合金的力學性能是最佳的，%時，如圖c所示，可以明顯的看出在合金的晶界處有明顯的MC型碳化物析出，這樣的碳化物不是我們所希望看到的，這會降低材料的強度以及硬度，%時，如圖d所示，在合金組織晶界附近析出了更多的MC型碳化物，這使得合金的力學性能進一步下降。與原始組織相比較，從上圖中可以看出，%%的過程中，MC型碳化物的析出在增加，馬氏體晶粒大小有所下降，而當Y元素含量由01%%、%時，合金組織中析出了M2C型碳化物，馬氏體組織晶粒大小較小。ab圖23 （a）%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表22 %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 KCr KFe KCo KNi KY LMo L總量如上圖所示，%的Aermet100不銹鋼組織中的一處析出物，通過SEM以及EDS測試可以看出析出相中主要的組成成分，%，%。%，所以可以基本上確定析出物為MC型碳化物。 XRD分析%、%、%的Aermet100不銹鋼合金和不添加Y元素的原始的Aermet100合金進行XRD圖譜分析，實驗中使用的儀器是島津XDR6000x X射線衍射儀，主要分析合金中的主要物相。圖24 Aermet100原始組織的XRD圖譜Figure24 XRD pattern of original organization of Aermet100圖25 %的Aermet100合金XRD圖譜Figure25 XRD pattern of Aermet100 with % Y圖26 %的Aermet100合金XRD圖譜Figure 26 XRD pattern of Aermet100 with % Y圖27 %的Aermet100合金XRD圖譜Figure27 XRD pattern of Aermet100 with % Y通過分析可知在最高峰為馬氏體，其衍射角2θ為82176。，θ為41176。，其hkl為（211）。176。176。，176。176。時，Aermet100原始合金的組成相為殘余奧氏體γ，其hkl分別為（220）和（311）?？梢缘弥?，AerMet100合金中包含的物相有馬氏體和奧氏體。隨著Y元素含量的增加，合金的強度在不斷提高，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奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，從而導致合金的硬度得到提升。ba cd 圖28 467℃保溫5h時效處理后各Y元素含量組織金相圖片F(xiàn)igure 28 Microstructure of alloys aged 5 hour at 467℃ with various Y contents,（a）%Y。（b）%。（c）%。（d）%上圖（a）%的Aermet100合金在467℃下時效后產(chǎn)生的組織；圖（b）%的Aermet100合金在467℃下時效后產(chǎn)生的組織；圖（c）%的Aermet100合金在467℃下時效后產(chǎn)生的組織；圖（d）%的Aermet100合金在467℃下時效后產(chǎn)生的組織。從圖中可以看出，%%的過程中馬氏體的大小在逐漸減小，%時馬氏體大小明顯增大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于Y元素細化了滲碳體、細化了板條馬氏體亞結(jié)構(gòu)和位錯馬氏體結(jié)構(gòu)，改變鐵素體的含量和尺寸、抑制碳化物的聚集粗化等現(xiàn)象[3536]。 TEM分析ba c圖29透射電子顯微鏡下Aermet100合金組織的微觀圖像Figure 29 The microstructure of Aermet100 at the TEM上圖（a）%Y元素的Aermet100合金微觀組織圖像，圖（b）%元素的Aermet100合金微觀組織圖像，圖（c）為不添加Y元素的Aermet100合金微觀組織圖像。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，%的Y元素后，析出的碳化物大小減小。%時，組織中有MC型碳化物產(chǎn)生，對合金的強度產(chǎn)生了不利的影響。由圖可知，沒有加入Y元素的Aermet100原始合金組織與含有Y元素的合金組織相比較，在強度方面總體來說有了一定的提高，這可能是由于Y元素的加入使得γ含量下降，促進了馬氏體的轉(zhuǎn)化，對于M2C的產(chǎn)生有促進作用。%時AerMet100合金的硬度達到了最高值。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。本章主要研究了Y元素含量對合金的組成成分的影響，主要結(jié)論如下：（1）Aermet100合金微觀組織主要是由板條狀馬氏體，在基體上析出的MC型碳化物形成的強化相組成，并且隨著Y元素含量的增加，MC碳化物析出的量逐漸增加，馬氏體內(nèi)部有針狀的M2C碳化物形成。（2）在合金組織中碳化物的含量、大小和分布情況對合金的強度和硬度有著重要的影響，而合金的硬度隨著Y元素的增加而增加，%時達到最高值，而后又有所下降，這個結(jié)果符合衍射峰值所表現(xiàn)出來的結(jié)果大致相符合，原因是適量的Y元素能夠細化M2C碳化物，使其間距減小，從而使得合金的硬度提高。第三章 Y元素含量對Aermet100合金力學性能的影響材料的