Al含量对E级钢性能的影响和断裂机理分析

发布时间：2020-08-02 19:28

【摘要】：本文通过金相组织观察、力学性能测试来研究Al含量对E级钢组织和力学性能的影响,通过扫描电镜、透射电镜等设备对形貌和第二相分析,研究高Al含量E级钢中Al元素对断口形态和基体组织形貌的影响以及引起断裂的机理。Al含量低于0.04%时,由于Al的脱氧效果和少量Al元素对钢的晶粒细化作用,E级钢强度增加,低温冲击性能提高;当Al含量高于0.04%时,Al含量的变化对E级钢强度影响不大。伸长率、断面收缩率均表现为随着Al含量的增加整体呈先升高后下降的趋势。当Al元素含量超过0.09%时,宏观断口开始出现平滑面,冲击功随Al含量的增加快速下降,不满足E级钢性能要求,过高的Al含量使组织不均匀性增加。断裂韧度值随Al含量的增加逐渐减小,高Al含量的作用使E级钢对裂纹更加敏感,抵抗裂纹扩展能力逐渐减弱。随着Al含量的增加,微观断口呈现韧性断裂特征向脆性断裂特征转变,Al含量较低时断口可见大量韧窝,当Al含量达到0.09%时断口韧窝明显减少,当Al含量达到0.13%时开始出现塑性和脆性的混合断口,随着Al含量的继续增加,断口呈现典型解理断裂特征。实际生产检测中可通过冲断方式获得宏观断口,通过宏观断口形态与相应Al含量的对应关系,快速判断Al含量是否超标。Al含量过高是形成冰糖状脆性断口的主要原因,过量的Al元素一部分与N形成Al N,在晶界析出;还有一部分Al元素与Fe形成脆性金属间化合物,起钉扎作用,存在于高Al含量E级钢的长直界面上,割裂基体。这些因素使伸长率、断面收缩率、冲击功下降。最终导致E级钢的断裂类型发生改变。综合E级钢材料性能标准要求和实际断口特征分析,建议E级钢生产过程中Al含量的控制范围为0.03%-0.08%。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1
【图文】：

图 2-2 试验所造梅花试样砂型Fig. 2-2 Plum flower sample配料、熔炼及浇注过程．合金配料 每个梅花试样重量为 22 kg。根据表 2-2 中的化学成料的配比，通过添加工业纯 Al 来调整不同铸件中的 Al 含量。由熔炼过程中易烧损，根据试验经验所得，Si 元素的烧损率约为素的烧损率约为 10 %，其它元素均按无烧损进行计算。利用 M所用各原料的质量进行计算，之后进行配料。. 熔炼及浇铸 本试验的熔炼采用 160 kW 中频感应炉(型号为 GW炼，加料顺序为 45#钢→纯铁→钼铁→高碳铬铁→镍→铜→氮化铁→铝，浇包在使用前需要在 560 ℃的电阻炉内进行预热，钢水 1600 ℃，由于钢液熔点高，出炉后温度降低快，出炉后需快速的梅花砂型中，为防止冒口散热过快，用石棉盖在模型上方进行冷却至室温后，取出铸件，并对铸件进行喷丸清理。浇注的梅花 所示。试验所用试样采用锯床切割，切割后的试样进行热处理，

图 2-3 浇铸的梅花试样Tab.2-3 Plum flower sample图 2-4 梅花试样取下钢棒Fig.2-4 Samples cutting from Plum flower

-12-图 2-4 梅花试样取下钢棒Fig.2-4 Samples cutting from Plum flower处理过程验的热处理方案是对车钩用 E 级钢进行调质处理。RJM-1.8- 920 ℃炉保温 2 小时后水淬，冷却 1 小时后放入电阻炉火处理，保温时间为 3 小时，保温结束后从炉中取出，在热处理工艺曲线，如图 2-5 所示。

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本文编号：2778959