QP工艺对Fe-0.45C-xB合金组织和性能的影响
发布时间：2021-08-12 05:28
作为一种极具发展前景的耐磨材料,高硼钢以其硬度高、耐磨性能好等优点受到了许多专家的关注。然而硼化物的B-B键沿[002]晶体方向较弱及其网状分布,从而使高硼钢表现出严重的脆性。本文在变质及高温处理改善硼化物形貌的基础上采用Q&P工艺,研究了配分工艺对高硼钢组织及性能的影响。随着硼含量的增加,铸态试样组织中网状硼化物逐渐增多,而枝晶则逐渐减少。分析元素发现Al,Si元素多存在于枝晶中,而Mn,B元素则广泛分布在硼化物中。铸态高硼钢的宏观硬度随着硼含量的增加逐渐增加,而冲击韧性则逐渐降低。高硼钢经1050℃奥氏体化2h后,显微组织中硼化物出现球化现象,随后配分热处理的淬火时间（tQ）对组织有影响,随着tQ的增加,三种高硼钢（1.6wt%B,1.9wt%B和2.2wt%B）中回火马氏体（TM）和残留奥氏体（RA）的体积分数增加,宏观硬度均降低,而冲击韧性则呈现先增加后降低的趋势。配分热处理中淬火温度（TQ）的增加使基体中TM和RA体积分数逐渐减少,宏观硬度越来越高,冲击韧性总体呈下降趋势。对配分时间（tp）研究发现:配...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硼化
武汉科技大学硕士学位论文13图2.1Fe-0.45C-B合金变温截面图图2.2为三种硼含量下的性质图，在1300℃-1365℃范围内初生奥氏体生成，从液相线到固相线的凝固温度范围较宽会导致较粗的奥氏体枝晶的形成。随着温度降低，在共晶处三者初生奥氏体摩尔分数分别为50%，42%和34%，此时开始发生二元共晶反应：L→γ+Fe2B；由于共晶Fe2B相不能溶解碳，随着温度继续降低，剩余液相中碳会增多，之后发生三元包晶反应L＋Fe2B→γ+Fe3(B,C)。温度的进一步降低导致Fe3(B,C)相的热力学不稳定，Fe23(C,B)6会在α-Fe/Fe3(B,C)界面形核，发生包析转变：Fe3(B,C)+α-Fe→Fe23(C,B)6，整个过程依赖于元素硼和碳的扩散，并且由于反应过程Fe3(B,C)相中硼的释放，当达到反应临界时，会发生Fe3(B,C)→Fe2B+Fe23(B,C)6转变，使硼化物中的Fe2B增加。最终的平衡组织为α+Fe2B+Fe23(C,B)6。(a)1.6wt%B(b)1.9wt%B
武汉科技大学硕士学位论文14(c)2.2wt%B图2.2不同硼含量下的性质图(2)Mn、Si和Al锰作为扩大奥氏体区元素，可以形成无限固溶体，显著提高合金的淬透性，使钢临界淬火速度降低。同时，在渗碳体中Mn也可作为置换原子取代铁。Mn具有降低Ms点的作用，Mn元素在铁素体中的化学势大于奥氏体，使其在双相区扩散到奥氏体中，以此来保留更多的奥氏体。含较多Mn元素的马氏体中可生成大量的残留奥氏体，具有出色的延展性。然而较高的Mn含量会使晶粒粗大，且增大在冶炼中出现白点的几率，降低合金的抗腐性及强塑性，使焊接性能较差。为了兼顾优缺点，设计Mn含量为4wt%。Si可抑制渗碳体的析出，从而使配分时碳得以充分的扩散进奥氏体中，保留更多的室温残留奥氏体。Si能使马氏体中碳化物转变为渗碳体的过程推迟，提高合金的抗回火性能。而且当合金中含有Mn和Si时，Mn原子的偏聚现象会因Si的加入而加剧，Mn对C原子的拖拽更加明显。但较高的Si含量会减少铁素体中的有效滑移系，产生冷脆现象，使合金的塑性和韧性降低，并且Si含量的增加也会发生枝晶偏析和晶粒不均匀现象，本实验选择Si含量为1.0wt%。对于高硼钢来说，需要考虑到B元素作为活泼元素在冶炼过程中易于和氮氧发生反应，为了提高B元素的收得率，需添加亲和力强于硼的Al来固氮除氧。适当的Al添加可以细化回火钢的组织，促进钢的析出硬化行为[59]。另外Al和Si一样也能阻止配分过程中碳化物的析出，并且Al元素的加入可以减轻Si元素产生的副作用。但Al元素的加入会使铁素体生成，降低合金硬度，当Al含量达到1.5%时即使经1050℃热处理后组织中的铁素体仍不能消除。Yi[60]等人分析了铝对铸态合金硼化物形成的影响，结果表明，由于铝在硼化物中不溶解，铝会阻碍硼化物
本文编号：3337681
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硼化
武汉科技大学硕士学位论文13图2.1Fe-0.45C-B合金变温截面图图2.2为三种硼含量下的性质图，在1300℃-1365℃范围内初生奥氏体生成，从液相线到固相线的凝固温度范围较宽会导致较粗的奥氏体枝晶的形成。随着温度降低，在共晶处三者初生奥氏体摩尔分数分别为50%，42%和34%，此时开始发生二元共晶反应：L→γ+Fe2B；由于共晶Fe2B相不能溶解碳，随着温度继续降低，剩余液相中碳会增多，之后发生三元包晶反应L＋Fe2B→γ+Fe3(B,C)。温度的进一步降低导致Fe3(B,C)相的热力学不稳定，Fe23(C,B)6会在α-Fe/Fe3(B,C)界面形核，发生包析转变：Fe3(B,C)+α-Fe→Fe23(C,B)6，整个过程依赖于元素硼和碳的扩散，并且由于反应过程Fe3(B,C)相中硼的释放，当达到反应临界时，会发生Fe3(B,C)→Fe2B+Fe23(B,C)6转变，使硼化物中的Fe2B增加。最终的平衡组织为α+Fe2B+Fe23(C,B)6。(a)1.6wt%B(b)1.9wt%B
武汉科技大学硕士学位论文14(c)2.2wt%B图2.2不同硼含量下的性质图(2)Mn、Si和Al锰作为扩大奥氏体区元素，可以形成无限固溶体，显著提高合金的淬透性，使钢临界淬火速度降低。同时，在渗碳体中Mn也可作为置换原子取代铁。Mn具有降低Ms点的作用，Mn元素在铁素体中的化学势大于奥氏体，使其在双相区扩散到奥氏体中，以此来保留更多的奥氏体。含较多Mn元素的马氏体中可生成大量的残留奥氏体，具有出色的延展性。然而较高的Mn含量会使晶粒粗大，且增大在冶炼中出现白点的几率，降低合金的抗腐性及强塑性，使焊接性能较差。为了兼顾优缺点，设计Mn含量为4wt%。Si可抑制渗碳体的析出，从而使配分时碳得以充分的扩散进奥氏体中，保留更多的室温残留奥氏体。Si能使马氏体中碳化物转变为渗碳体的过程推迟，提高合金的抗回火性能。而且当合金中含有Mn和Si时，Mn原子的偏聚现象会因Si的加入而加剧，Mn对C原子的拖拽更加明显。但较高的Si含量会减少铁素体中的有效滑移系，产生冷脆现象，使合金的塑性和韧性降低，并且Si含量的增加也会发生枝晶偏析和晶粒不均匀现象，本实验选择Si含量为1.0wt%。对于高硼钢来说，需要考虑到B元素作为活泼元素在冶炼过程中易于和氮氧发生反应，为了提高B元素的收得率，需添加亲和力强于硼的Al来固氮除氧。适当的Al添加可以细化回火钢的组织，促进钢的析出硬化行为[59]。另外Al和Si一样也能阻止配分过程中碳化物的析出，并且Al元素的加入可以减轻Si元素产生的副作用。但Al元素的加入会使铁素体生成，降低合金硬度，当Al含量达到1.5%时即使经1050℃热处理后组织中的铁素体仍不能消除。Yi[60]等人分析了铝对铸态合金硼化物形成的影响，结果表明，由于铝在硼化物中不溶解，铝会阻碍硼化物
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