Ni、Al对Fe-Cu合金纳米富Cu相析出行为的影响
发布时间：2021-10-17 19:25
Cu在钢中作为强化元素,不需要依赖碳、氮元素即可引起强化,对于先进高强钢的发展具有极好的潜能,因此,其在高强低合金钢的应用受到了广泛关注。由于含铜高强低合金钢具有高强韧性、良好的可焊性和耐蚀性,被广泛应用于造船业、海洋工程设备、汽车工业、建筑钢、重型工程结构、高压运输管道、以及桥梁,高压容器和石油工业。含铜钢在时效过程中的纳米富Cu相沉淀是引起强化效果的主要因素,其中,合金元素的添加对富Cu亚稳相的析出具有重要作用,因此,探究其对时效过程中的影响,对于含铜高强钢的开发与应用具有重要理论与实际意义。本文利用真空感应炉冶炼优选了两种成分的含铜钢,通过固溶和时效工艺,借助维氏硬度计完成了硬度测试,采用金相显微镜、场发射扫描电镜和高分辨透射电镜,对固溶与时效过程中实验钢的微观组织,析出物形貌、结构、分布等进行分析,探究了时效过程中显微组织和析出相演变过程。运用第一性原理计算了Cu与Ni、Al之间的结合能,结合富Cu相统计数据探究了Ni、Al共添加对析出动力学的影响机理。利用XRD Rietveld结构精修分析了时效过程中基体的晶格参数变化,结合WH方法计算了位错密度的演变规律,在此基础上,探究...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
普通碳素钢和HSLA钢的应力应变曲线示意图[4]
内蒙古科技大学硕士学位论文--7--去与基体的共格性。在这个转变过程中，由弹性应变能引起的沉淀颗粒形貌的变化是含铜钢研究的重点之一。图1.2bcc→9R→fcc的析出贯序机理示意图[23]1.4铜析出强化钢强化机制Cu在钢中因时效而弥散析出导致钢的强化效果，尤其当钢中的铜的质量分数高于1wt.%Cu时会造成明显的强化。钢中纳米富Cu析出相细小，一般在几纳米到几十纳米之间，而且在时效析出过程中，析出相的析出贯序比较复杂，除最开始形成的bcc结构的偏聚区和最终的平衡态ε-Cu相外，还会出现具有9R和3R结构的亚稳相，与时效强化相对应的析出相类型尚未形成统一的认识。研究表明，Cu析出相的形貌、尺寸、分布及与基体的共格程度对钢的力学性能有重要影响，不同类型的析出相对应着不同的强韧化作用[24~26]。目前，许多研究者利用场离子显微镜(FIM)，高分辨透射电镜(HRTEM)，X射线吸收技术如EXAFS和XANES，三维原子探针(3DAP)等对Fe-Cu系合金析出相类型展开了大量研究工作。一般认为，ε-Cu相的析出是造成强化的原因。Goodman等[27]研究认为，时效峰处的析出强化是由含铜50at.%的析出颗粒所致，其析出强化效果远高于ε-Cu相。Maruyama等[28]则认为析出过程的主要强化相并非-Cu，而是与Fe基体具有共格关系的Cu偏聚区。Mao等[29]的观察结果表明，Fe-Cu合金中Cu析出相在bcc结构转变为fcc稳定结构中间还会出现类B2结构。类B2结构的析出相的形貌随时效时间增长由等轴状变为椭球状，在较长时效时间范围内保
内蒙古科技大学硕士学位论文--17--将铸坯锻造并进行表面处理之后，在1200℃的氩气气氛保护下进行均匀化处理，随后钢锭进行锻造成尺寸为30mm厚，80mm宽的长方体锻坯，锻造工艺为：在1025℃保温3小时后进行锻造，终锻温度850℃，锻后空冷。根据Fe-Cu二元合金相图[55]，如图2.1所示，以此为依据进行了如下工艺设计。图2.1Fe-Cu二元合金相图[55]将锻后试样加热至900℃保温30分钟，以保证良好的固溶效果。然后在500℃进行时效处理，时效时间分别选择5、15、30、60、120、480分钟，以探究不同时效时间对铜析出反应的影响。固溶和时效工艺如图2.2所示。（2）硬度测试将轧制后水冷和时效后的试样在HVS-50数显维氏硬度计上进行硬度测试，每个样品至少测试9个点取平均值。实验载荷30kg，加载停留时间10s。（3）显微组织观察取10×10×10mm的试样，经砂纸磨制与抛光后，采用4%的硝酸酒精溶液浸蚀，在金相显微镜和场发射扫描电子显微镜下观察显微组织。（4）析出相观察
【参考文献】：
期刊论文
[1]高强度低合金钢（HSLA）的研究进展[J]. 张中武. 中国材料进展. 2016(02)
[2]低合金钢在中国的发展现状与趋势[J]. 翁宇庆,杨才福,尚成嘉. 钢铁. 2011(09)
[3]含铜高纯净钢时效过程中铜偏聚区的演变[J]. 王海燕,安治国,任慧平,刘宗昌,王玉峰. 材料热处理学报. 2007(06)
[4]微合金钢的研究现状及发展趋势[J]. 侯晶,王飞,赵国英,牛建平. 材料导报. 2007(06)
[5]结构钢中含铜析出相的时效强化作用[J]. 毛卫民,任慧平,余永宁. 材料热处理学报. 2004(02)
[6]微观应变测定原理及应用[J]. 何荔,丛秋滋. 分析测试技术与仪器. 1998(01)
[7]X射线粉末衍射的新起点—Rietveld全谱拟合[J]. 马礼敦. 物理学进展. 1996(02)
硕士论文
[1]1:3型镓基稀土过渡族化合物的制备及其磁性能的研究[D]. 梅简.华北电力大学 2013
本文编号：3442295
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
普通碳素钢和HSLA钢的应力应变曲线示意图[4]
内蒙古科技大学硕士学位论文--7--去与基体的共格性。在这个转变过程中，由弹性应变能引起的沉淀颗粒形貌的变化是含铜钢研究的重点之一。图1.2bcc→9R→fcc的析出贯序机理示意图[23]1.4铜析出强化钢强化机制Cu在钢中因时效而弥散析出导致钢的强化效果，尤其当钢中的铜的质量分数高于1wt.%Cu时会造成明显的强化。钢中纳米富Cu析出相细小，一般在几纳米到几十纳米之间，而且在时效析出过程中，析出相的析出贯序比较复杂，除最开始形成的bcc结构的偏聚区和最终的平衡态ε-Cu相外，还会出现具有9R和3R结构的亚稳相，与时效强化相对应的析出相类型尚未形成统一的认识。研究表明，Cu析出相的形貌、尺寸、分布及与基体的共格程度对钢的力学性能有重要影响，不同类型的析出相对应着不同的强韧化作用[24~26]。目前，许多研究者利用场离子显微镜(FIM)，高分辨透射电镜(HRTEM)，X射线吸收技术如EXAFS和XANES，三维原子探针(3DAP)等对Fe-Cu系合金析出相类型展开了大量研究工作。一般认为，ε-Cu相的析出是造成强化的原因。Goodman等[27]研究认为，时效峰处的析出强化是由含铜50at.%的析出颗粒所致，其析出强化效果远高于ε-Cu相。Maruyama等[28]则认为析出过程的主要强化相并非-Cu，而是与Fe基体具有共格关系的Cu偏聚区。Mao等[29]的观察结果表明，Fe-Cu合金中Cu析出相在bcc结构转变为fcc稳定结构中间还会出现类B2结构。类B2结构的析出相的形貌随时效时间增长由等轴状变为椭球状，在较长时效时间范围内保
内蒙古科技大学硕士学位论文--17--将铸坯锻造并进行表面处理之后，在1200℃的氩气气氛保护下进行均匀化处理，随后钢锭进行锻造成尺寸为30mm厚，80mm宽的长方体锻坯，锻造工艺为：在1025℃保温3小时后进行锻造，终锻温度850℃，锻后空冷。根据Fe-Cu二元合金相图[55]，如图2.1所示，以此为依据进行了如下工艺设计。图2.1Fe-Cu二元合金相图[55]将锻后试样加热至900℃保温30分钟，以保证良好的固溶效果。然后在500℃进行时效处理，时效时间分别选择5、15、30、60、120、480分钟，以探究不同时效时间对铜析出反应的影响。固溶和时效工艺如图2.2所示。（2）硬度测试将轧制后水冷和时效后的试样在HVS-50数显维氏硬度计上进行硬度测试，每个样品至少测试9个点取平均值。实验载荷30kg，加载停留时间10s。（3）显微组织观察取10×10×10mm的试样，经砂纸磨制与抛光后，采用4%的硝酸酒精溶液浸蚀，在金相显微镜和场发射扫描电子显微镜下观察显微组织。（4）析出相观察
【参考文献】：
期刊论文
[1]高强度低合金钢（HSLA）的研究进展[J]. 张中武. 中国材料进展. 2016(02)
[2]低合金钢在中国的发展现状与趋势[J]. 翁宇庆,杨才福,尚成嘉. 钢铁. 2011(09)
[3]含铜高纯净钢时效过程中铜偏聚区的演变[J]. 王海燕,安治国,任慧平,刘宗昌,王玉峰. 材料热处理学报. 2007(06)
[4]微合金钢的研究现状及发展趋势[J]. 侯晶,王飞,赵国英,牛建平. 材料导报. 2007(06)
[5]结构钢中含铜析出相的时效强化作用[J]. 毛卫民,任慧平,余永宁. 材料热处理学报. 2004(02)
[6]微观应变测定原理及应用[J]. 何荔,丛秋滋. 分析测试技术与仪器. 1998(01)
[7]X射线粉末衍射的新起点—Rietveld全谱拟合[J]. 马礼敦. 物理学进展. 1996(02)
硕士论文
[1]1:3型镓基稀土过渡族化合物的制备及其磁性能的研究[D]. 梅简.华北电力大学 2013
本文编号：3442295
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