振动与异质形核耦合作用对铁素体不锈钢凝固组织的影响

发布时间：2020-09-12 11:21

　　铁素体不锈钢相比奥氏体不锈钢具有明显价格优势,其冷轧产品广泛应用于建筑内装修、家电厨卫设备等。但铁素体不锈钢在凝固过程中容易形成粗大的柱状晶,在后续轧制过程形成形变能力较低的织构,导致轧制产品表面出现起皱和裂纹缺陷。实施凝固过程的组织形态控制,抑制柱状晶的生长并促进细小等轴晶形成是改善铁素体不锈钢成形过程起皱和裂纹缺陷的技术关键之一。目前,在凝固组织形态控制过程促进等轴晶形核的方法主要包括施加物理场方法、浇铸过程控制方法、化学方法、温度场控制方法等。但对于高熔点的铁素体不锈钢大型铸锭,浇铸过程控制、化学方法及温度控制方法的作用则有限,单纯通过上述方法很难获得细小的等轴晶。目前针对铁素体不锈钢凝固组织控制要么单一采用物理场的方法促进等轴晶形成,要么通过添加形核剂方法细化晶粒。同时采用物理场和添加形核剂方法应用于铁素体不锈钢凝固组织的研究尚未见报道。如何将两种方法耦合应用并有效提高细小等轴晶率成为一个亟待研究的课题。本文以Cr17铁素体不锈钢为研究对象,分别采用机械振动、添加TiN异质形核剂、机械振动和异质形核耦合作用三种不同的处理方式对铁素体不锈钢的凝固过程实施控制,实验研究了不同参数对试样凝固组织、力学性能以及断口形貌的影响,并初步探讨了三种不同控制方式的作用机理。研究结果表明,三种不同处理方式对铁素体不锈钢凝固组织均具有一定的影响,其中机械振动和异质形核耦合作用的晶粒细化效果最为显著。在800Hz振动频率条件的耦合作用处理后,试样的凝固组织平均晶粒尺寸减小为109μm,等轴晶晶粒分布密度从8.9个/mm~2提高到104.7个/mm~2。施加振动不仅可以弹射晶核发生器表面的TiN颗粒弥散进入熔体成为非自发形核的有效基底,而且可以促进激冷晶核发射器表面的初生晶粒脱落游离,同时增加熔体扰动促进树枝晶折断,形成更多细小等轴晶。三种不同处理方式均有利于提高试样的力学性能。经过机械振动和异质形核耦合作用处理后试样的抗拉强度由410.7MPa(原始铸态)提升到828.1MPa,屈服强度由227.6MPa提高到359.4MPa,延伸率由2.5%增加到4.16%。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG142.71
【部分图文】：

示意图,电磁搅拌装置,布置位置,电磁搅拌

西安建筑科技大学硕士学位论文。与其他物理场作用相同，电磁搅拌也是以控制凝固过程中熔善铸坯的质量。相比其他作用方式电磁搅拌的特殊优异性触，完全不会给产品带入污染物，但是电磁作用的特性确专业性。电磁搅拌的作用根据位置不同而效果不同，一般结晶器电磁制动，二冷区电磁搅拌，末端搅拌等[47]。其布用电磁搅拌（HEMS）、结晶器电磁搅拌（MEMS）、冷却和凝固末端电磁搅拌（FEMS），布置位置[46]如图 1.1。

超声波振动,附加热量

图 1.2 超声波振动装置示意图g 1.2 Schematic diagram of ultrasonic vibration de[51]首次将脉冲电流作用于 Sn-15%Pb 合金变为细小的等轴晶，从而开启了凝固过的作用机制可分为以下两种：电导率的差异，电流将选择固相通路，对均匀的凝固，促使凝固组织均匀化。也会存在电位差，进而产生附加热量，弱小电流存在，产生力的作用，对熔体

示意图,振动激发,原位形核,金属液

图 1.3 振动激发金属液原位形核的实验装置示意图hematic diagram of liquid metal original position nucleation stirred在大量学者的研究下，对机械振动作用在金属凝固过铁材料中的应用有了较为可观的进展。]在振动激发金属液形核过程机理的研究中，发现振动于晶核发射器与液相的接触表面；振动和冷却可促进[58]在振动条件下晶体游离模型探讨及实验验证中指出中，振动频率影响最大，振幅次之，激冷温度和表面]在振动激发金属液形核对铁素体不锈钢凝固组织的影主要影响晶粒细化的程度，振幅则影响晶粒细化的范的生长范围。[60]在振动激发金属液形核技术在钢锭凝固过程中的应形核的作用原理，技术特点以及实施效果等，从理论

【参考文献】