镧铈细化钢液凝固初生相δ铁素体的作用及机理
发布时间：2022-10-15 16:32
稀土镧与铈对钢凝固组织影响的研究一直备受关注,以往的研究认为稀土细化凝固组织的作用机理是高熔点稀土夹杂物对初生相的异质形核作用或/和镧铈的溶质作用。但相关作用机理没有形成统一认识,缺乏确凿的研究数据来支撑己有观点。若凝固初生相为δ铁素体,因凝固后发生固态相变,难以将初生相保留到室温,造成实验研究的困难。为了避开凝固后发生固态相变对微观分析的干扰,本文选择能够将凝固初生相δ铁素体一直保留到室温的Fe-4%Si模型合金作为研究载体,通过设计不同的单一镧/铈加入量熔炼制备实验材料,研究镧/铈对钢液凝固初生相δ铁素体的细化及作用机理。以澄清以往研究的混乱报道,提出镧/柿相关作用机理的新见解。通过对比Fe-4%Si与Fe-4%Si-La/Ce合金的凝固组织,研究La/Ce对钢液凝固初生相δ铁素体的细化作用。采用材料微观表征技术,结合利用FactSage软件系统的热力学计算及利用边-边匹配（E2EM）模型的晶体学计算,研究各类高熔点镧/铈夹杂物作为钢液凝固初生相δ铁素体异质形核核心的可能性及效用。通过设计定向凝固实验,采用电子探针对定向凝固样品进行微区成分分析,结合对生长抑制参数β的理论计算,研究...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 钢中凝固细化的重要性
1.2 镧/铈对钢铸态组织的影响
1.2.1 镧/铈对奥氏体钢铸态组织的影响
1.2.2 镧/铈对铁素体钢铸态组织的影响
1.2.3 镧/铈对普碳钢铸态组织的影响
1.2.4 镧/铈对其他工业用钢铸态组织的影响
1.2.5 以往研究工作的分析总结
1.3 稀土在钢中的存在状态
1.4 高熔点稀土夹杂物的异质形核作用
1.4.1 钢液中镧/铈稀土夹杂物的形成规律
1.4.2 异质形核效用的评价理论
1.4.3 钢液中高熔点镧/铈夹杂物异质形核效用的研究
1.5 熔液中溶解的稀土原子对钢凝固组织的影响
1.5.1 镧/铈在钢中的固溶
1.5.2 铸态金属及合金中晶粒细化的溶质作用
1.5.3 钢液中溶解的镧/铈原子对凝固组织的影响
1.6 课题的提出及论文的主要研究内容
第二章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料
2.1.1 模型合金的选择
2.1.2 实验材料的熔炼制备
2.2 研究方法
2.2.1 凝固组织的观察与分析
2.2.2 凝固过程中La/Ce夹杂物行为的热力学计算
2.2.3 夹杂物的观察分析
2.2.4 异质形核效用的晶体学计算
2.2.5 晶体学位向关系的表征
2.2.6 定向凝固实验及固-液界面形态观察
2.2.7 微区成分分析
2.2.8 镧/铈溶质作用的理论计算
第三章 镧/铈对Fe-4 %Si合金凝固组织的影响
3.1 铈对Fe-4 %Si合金凝固组织的影响
3.2 镧对模型合金凝固组织的影响
3.3 本章小结
第四章 Fe-4%Si合金凝固过程中镧/铈夹杂物的形成规律
4.1 Fe-4%Si合金中铈夹杂物形成规律的热力学预测
4.1.1 液相线以上铈夹杂物形成规律的热力学预测
4.1.2 Fe-4 %Si合金凝固过程中铈夹杂物行为的热力学预测
4.2 Fe-4 %Si合金中铈夹杂物的表征
4.3 Fe-4 %Si合金中镧夹杂物形成规律的热力学预测
4.3.1 液相线以上镧夹杂物形成规律的热力学预测
4.3.2 Fe-4%Si合金凝固过程中镧夹杂物行为的热力学预测
4.4 Fe-4%Si合金中镧夹杂物的观察表征
4.5 本章小结
第五章 高熔点镧/铈夹杂物对δ铁素体异质形核效用的晶体学研究
5.1 异质形核效用的晶体学预测
5.2 晶体学预测的实验验证
5.2.1 Ce_2O_2S夹杂与δ铁素体之间位向关系的表征
5.2.2 La_2O_2S夹杂与δ铁素体之间位向关系的表征
5.3 本章小结
第六章 镧/铈对Fe-4%Si合金凝固细化的溶质作用
6.1 合金熔液中溶解态La/Ce量的测定
6.2 镧/铈对Fe-4 %Si合金凝固过程中溶质再分配的影响
6.2.1 La/Ce对Fe-4 %Si合金定向凝固过程中固-液界面形态的影响
6.2.2 溶质平衡分配系数的理论计算
6.2.3 定向凝固界面前沿微区成分分析
6.2.4 固-液界面处La/Ce富集的探索研究
6.3 Fe-4 %Si合金凝固过程中La/Ce的生长抑制作用
6.4 本章小结
第七章 镧/铈作用机理的探讨
7.1 镧/铈细化Fe-4%Si合金凝固组织的机理分析
7.2 镧/铈细化钢液凝固初生相δ铁素体机理的新见解
7.3 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
创新点
参考文献
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文
作者在攻读博士学位期间所作的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土铈对钢中溶质碳偏析影响的热力学研究[J]. 陈华标,龙木军,陈登福,黄云伟,桂林涛,马有光,段华美. 稀有金属材料与工程. 2018(07)
[2]Grain Refinement During Directionally Solidifying GCr18Mo Steel at Low Pulling Speeds Under an Axial Static Magnetic Field[J]. Yuan Hou,Zhen-Qiang Zhang,Wei-Dong Xuan,Jiang Wang,Jian-Bo Yu,Zhong-Ming Ren. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(07)
[3]高性能镁合金凝固组织控制研究现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 金属学报. 2018(05)
[4]稀土Ce改善钢铸态组织与均质性的研究进展[J]. 李根,陆民刚,兰鹏,唐海燕,智建国,张家泉. 钢铁研究学报. 2018(02)
[5]45钢凝固相变过程中溶质平衡分配系数的变化[J]. 陈华标,龙木军,陈登福,桂林涛,马有光,段华美. 钢铁研究学报. 2017(08)
[6]稀土对20MnCrNi2Mo耐磨铸钢过冷奥氏体转变的影响及机理[J]. 计云萍,任慧平,刘新华,侯敬超,金自力. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[7]稀土元素对高洁净度轴承钢中夹杂物的影响研究[J]. 杨超云,栾义坤,李殿中,李依依. 炼钢. 2016(04)
[8]定向凝固技术的研究进展与应用[J]. 问亚岗,崔春娟,田露露,杨猛,薛添. 材料导报. 2016(03)
[9]A Coupled Thermodynamic Model for Prediction of Inclusions Precipitation during Solidification of Heat-resistant Steel Containing Cerium[J]. Yan-dong LI,Cheng-jun LIU,Chun-long LI,Mao-fa JIANG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2015(06)
[10]脉冲磁场高温合金凝固细晶技术的工业应用分析[J]. 陈国军,张永杰,王恩刚,杨院生. 金属功能材料. 2014(06)
本文编号：3691650
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 钢中凝固细化的重要性
1.2 镧/铈对钢铸态组织的影响
1.2.1 镧/铈对奥氏体钢铸态组织的影响
1.2.2 镧/铈对铁素体钢铸态组织的影响
1.2.3 镧/铈对普碳钢铸态组织的影响
1.2.4 镧/铈对其他工业用钢铸态组织的影响
1.2.5 以往研究工作的分析总结
1.3 稀土在钢中的存在状态
1.4 高熔点稀土夹杂物的异质形核作用
1.4.1 钢液中镧/铈稀土夹杂物的形成规律
1.4.2 异质形核效用的评价理论
1.4.3 钢液中高熔点镧/铈夹杂物异质形核效用的研究
1.5 熔液中溶解的稀土原子对钢凝固组织的影响
1.5.1 镧/铈在钢中的固溶
1.5.2 铸态金属及合金中晶粒细化的溶质作用
1.5.3 钢液中溶解的镧/铈原子对凝固组织的影响
1.6 课题的提出及论文的主要研究内容
第二章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料
2.1.1 模型合金的选择
2.1.2 实验材料的熔炼制备
2.2 研究方法
2.2.1 凝固组织的观察与分析
2.2.2 凝固过程中La/Ce夹杂物行为的热力学计算
2.2.3 夹杂物的观察分析
2.2.4 异质形核效用的晶体学计算
2.2.5 晶体学位向关系的表征
2.2.6 定向凝固实验及固-液界面形态观察
2.2.7 微区成分分析
2.2.8 镧/铈溶质作用的理论计算
第三章 镧/铈对Fe-4 %Si合金凝固组织的影响
3.1 铈对Fe-4 %Si合金凝固组织的影响
3.2 镧对模型合金凝固组织的影响
3.3 本章小结
第四章 Fe-4%Si合金凝固过程中镧/铈夹杂物的形成规律
4.1 Fe-4%Si合金中铈夹杂物形成规律的热力学预测
4.1.1 液相线以上铈夹杂物形成规律的热力学预测
4.1.2 Fe-4 %Si合金凝固过程中铈夹杂物行为的热力学预测
4.2 Fe-4 %Si合金中铈夹杂物的表征
4.3 Fe-4 %Si合金中镧夹杂物形成规律的热力学预测
4.3.1 液相线以上镧夹杂物形成规律的热力学预测
4.3.2 Fe-4%Si合金凝固过程中镧夹杂物行为的热力学预测
4.4 Fe-4%Si合金中镧夹杂物的观察表征
4.5 本章小结
第五章 高熔点镧/铈夹杂物对δ铁素体异质形核效用的晶体学研究
5.1 异质形核效用的晶体学预测
5.2 晶体学预测的实验验证
5.2.1 Ce_2O_2S夹杂与δ铁素体之间位向关系的表征
5.2.2 La_2O_2S夹杂与δ铁素体之间位向关系的表征
5.3 本章小结
第六章 镧/铈对Fe-4%Si合金凝固细化的溶质作用
6.1 合金熔液中溶解态La/Ce量的测定
6.2 镧/铈对Fe-4 %Si合金凝固过程中溶质再分配的影响
6.2.1 La/Ce对Fe-4 %Si合金定向凝固过程中固-液界面形态的影响
6.2.2 溶质平衡分配系数的理论计算
6.2.3 定向凝固界面前沿微区成分分析
6.2.4 固-液界面处La/Ce富集的探索研究
6.3 Fe-4 %Si合金凝固过程中La/Ce的生长抑制作用
6.4 本章小结
第七章 镧/铈作用机理的探讨
7.1 镧/铈细化Fe-4%Si合金凝固组织的机理分析
7.2 镧/铈细化钢液凝固初生相δ铁素体机理的新见解
7.3 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
创新点
参考文献
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文
作者在攻读博士学位期间所作的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土铈对钢中溶质碳偏析影响的热力学研究[J]. 陈华标,龙木军,陈登福,黄云伟,桂林涛,马有光,段华美. 稀有金属材料与工程. 2018(07)
[2]Grain Refinement During Directionally Solidifying GCr18Mo Steel at Low Pulling Speeds Under an Axial Static Magnetic Field[J]. Yuan Hou,Zhen-Qiang Zhang,Wei-Dong Xuan,Jiang Wang,Jian-Bo Yu,Zhong-Ming Ren. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(07)
[3]高性能镁合金凝固组织控制研究现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 金属学报. 2018(05)
[4]稀土Ce改善钢铸态组织与均质性的研究进展[J]. 李根,陆民刚,兰鹏,唐海燕,智建国,张家泉. 钢铁研究学报. 2018(02)
[5]45钢凝固相变过程中溶质平衡分配系数的变化[J]. 陈华标,龙木军,陈登福,桂林涛,马有光,段华美. 钢铁研究学报. 2017(08)
[6]稀土对20MnCrNi2Mo耐磨铸钢过冷奥氏体转变的影响及机理[J]. 计云萍,任慧平,刘新华,侯敬超,金自力. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[7]稀土元素对高洁净度轴承钢中夹杂物的影响研究[J]. 杨超云,栾义坤,李殿中,李依依. 炼钢. 2016(04)
[8]定向凝固技术的研究进展与应用[J]. 问亚岗,崔春娟,田露露,杨猛,薛添. 材料导报. 2016(03)
[9]A Coupled Thermodynamic Model for Prediction of Inclusions Precipitation during Solidification of Heat-resistant Steel Containing Cerium[J]. Yan-dong LI,Cheng-jun LIU,Chun-long LI,Mao-fa JIANG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2015(06)
[10]脉冲磁场高温合金凝固细晶技术的工业应用分析[J]. 陈国军,张永杰,王恩刚,杨院生. 金属功能材料. 2014(06)
本文编号：3691650
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