Ti含量对LF2气阀合金组织与性能的影响

发布时间：2017-06-18 12:02

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【摘要】：LF2合金是节镍的经济型Fe-Ni基时效强化型合金,其抗高温燃气腐蚀性能和耐高温性能优异。与国外广泛应用的镍基气阀合金Nimonic80A和Inconel751合金高温性能相当,由于Ni含量由70%下降至30%,成本大幅度降低,已大量应用于高负荷柴油机排气阀。为了深入研究Ti含量对合金微观组织及力学性能的影响,为实际生产提供理论基础,本文设计了Ti含量在1.67-2.59%范围内的六炉合金并对它们进行了深入的对比研究。首先采用Thermo-Calc软件计算平衡态下不同Ti含量合金中的析出相变化,为测试合金在上述非平衡态中析出相的演变作参考。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、微细相分析以及力学性能试验等,对不同Ti含量的LF2合金的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明：LF2合金中主要存在丫'相、MC相、Laves相和σ相。γ'相以近球形在晶内弥散析出,从析出相的析出量、析出颗粒数量和颗粒大小及形态综合分析,γ'相对合金的强化效果是占最大权重,是合金中最主要的强化相；Laves相在晶界以纤维状和块状析出,晶内有少量分布。随Ti含量增加,Y'相数量增加；Laves相的数量增多,由纤维状变为短棒状；合金的强度逐渐增加,塑性逐渐下降,高温强度逐渐增加。为了确定最佳的热处理工艺,固溶温度选取了(950℃、970℃、990℃、1020℃、1050℃(2和1070℃)×1h水冷,时效温度选取了(680℃、720℃、760℃和800℃)×10h空冷,时效时间分别选取5h、10h、15h和20h。并在室温下进行拉伸、冲击测试,以及微观组织的观察,分析不同热处理工艺对力学性能及组织的影响。结果表明,采用固溶温度990℃,时效温度760℃,时效时间10h的热处理制度,合金可以获得最佳的性能。本研究中700℃时效最长达到2000h,相当于汽车行驶20-25万公里。700℃长时时效过程中,随着Ti含量的增加,合金在长期时效过程中的强度逐渐升高,塑性逐渐下降；丫'相、Laves相和。相的含量都逐渐增加,MC相的质量分数变化不大,γ'相仍然是合金中最主要的强化相。时效时间在0-500h范围内时,合金屈服强度迅速提高,主要由于丫'相在数量上的大量析出,对合金起到非常明显的强化作用；500h-1500h范围内,合金的屈服强度缓慢升高是由于部分丫'相颗粒的长大,使其强化作用减弱；时效时间达到1500h时,不再有细小颗粒状的γ'相析出,丫'相颗粒进一步长大,再加上晶界碳化物的偏聚长大以及细长针状的σ相的大量析出,导致合金的强度开始下降。
【关键词】：LF2合金 Ti含量 热处理 长期时效 力学性能 微观组织
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TH134
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 研究背景12
• 1.2 国内外气阀钢发展概况12-13
• 1.3 国内外气阀钢的种类及应用13-18
• 1.3.1 低合金气阀钢13-14
• 1.3.2 马氏体气阀钢14-15
• 1.3.3 奥氏体气阀钢15-16
• 1.3.4 气阀合金16-17
• 1.3.5 气阀堆焊合金17-18
• 1.4 主要的析出相18-20
• 1.5 合金中主要元素的作用20-23
• 1.6 气阀合金的强化23-25
• 1.6.1 固溶强化24
• 1.6.2 第二相强化24-25
• 1.6.3 晶界强化25
• 1.7 气阀钢的热处理25-27
• 1.8 LF2气阀合金27-29
• 1.8.1 LF2气阀合金简介27-28
• 1.8.2 LF2气阀合金的研究及应用28-29
• 1.9 本文研究的意义及研究内容29-30
• 第二章 试验材料和试验方法30-40
• 2.1 试验材料30-31
• 2.1.1 化学成分30
• 2.1.2 原始态金相30-31
• 2.2 试验方法31-37
• 2.2.1 平衡态热力学计算与分析32
• 2.2.2 热处理试验32-33
• 2.2.3 力学性能的测定33-34
• 2.2.4 微观组织观察34-35
• 2.2.5 析出相分析35-37
• 2.3 实验设备37-40
• 第三章 LF2合金的平衡相的热力学计算与分析40-44
• 3.1 热力学计算简介40
• 3.2 Ti含量对LF2合金析出相的影响40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 Ti含量对LF2合金组织与性能的影响44-70
• 4.1 Ti含量对室温力学性能与组织的影响44-64
• 4.1.1 Ti含量和固溶温度对力学性能的影响49-52
• 4.1.2 固溶温度对组织的影响52-57
• 4.1.3 时效温度对力学性能的影响57-58
• 4.1.4 时效温度对组织的影响58-60
• 4.1.5 时效时间对力学性能的影响60-62
• 4.1.6 时效时间对组织的影响62-64
• 4.2 Ti含量对高温力学性能的影响64-68
• 4.2.1 Ti含量与固溶温度对合金高温力学性能的影响64-67
• 4.2.2 Ti含量与拉伸温度对合金高温力学性能的影响67-68
• 4.3 结论68-70
• 第五章 700℃长期时效后Ti含量对LF2合金组织与性能的影响70-86
• 5.1 时效时间与Ti含量对室温力学性能的影响70-72
• 5.1.1 时效时间与Ti含量对强度的影响70-71
• 5.1.2 时效时间与Ti含量对塑性的影响71-72
• 5.1.3 时效时间与Ti含量对硬度的影响72
• 5.2 时效时间与Ti含量对组织的影响72-83
• 5.2.1 时效500h与Ti含量对组织的影响72-74
• 5.2.2 时效1000h与Ti含量对组织的影响74-75
• 5.2.3 时效1500h与Ti含量对组织的影响75-76
• 5.2.4 时效2000h与Ti含量对组织的影响76-77
• 5.2.5 LF2合金在高温长时时效过程中的组织演变77-83
• 5.3 合金在时效过程中性能变化原因的分析讨论83-84
• 5.4 本章小结84-86
• 第六章 结论86-88
• 致谢88-90
• 参考文献90-96
• 附录 (攻读学位期间发表论文目录)96

【参考文献】

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