高性能因瓦合金的研究

发布时间：2017-03-29 13:10

  本文关键词：高性能因瓦合金的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Fe-36Ni因瓦合金因具有极低的线膨胀系数被广泛用作天平摇臂、激光准直仪腔体、仪器仪表等零部件材料,但强度很低(Rel≤300MPa,Rm≤500MPa)大大限制了其工业化应用。近年来,随着远距离输电倍容量导线用殷钢芯材、液化天然气船用殷钢薄板和航空复合材料用殷钢模具等新产品需求量的大幅度增加,要求因瓦合金在具有低膨胀特性的同时,还必须具有高的强度。本研究在因瓦合金Fe-36Ni-0.3C的基础上,首先借助FactSage热力学软件计算了分别添加适量Ti、Nb、Mo、Cr四种合金元素的因瓦合金平衡态显微组织,发现缓慢冷却后,它们分别有初生碳化物TiC,NbC,Mo2C、Mo6C,Cr23C6生成,其溶解温度范围分别为:1200~1430℃,1390~1430℃,700~900℃、1020~1220℃,700~1080℃。在此基础上,炼制了相应成分的试验用钢,我们发现添加合金元素Ti、Nb、Mo、Cr后,材料中均有第二相生成,并且晶粒得到细化。其中,添加1.2%Ti的2#钢和添加1.2%Nb的3#钢中第二相析出比较集中,热轧后成带状组织,偏析比较严重。添加上述合金元素后,钢的轧态力学性能都有所提高,与此同时,材料的膨胀系数都有所增大,Ms都降低。其中,加入4.0%Mo的4#钢的力学性能提高最为明显,Rel=524.2MPa,Rm=689.1MPa,A=46%,而添加Cr元素的5#钢的膨胀系数增大最为明显(?(25~100℃)=3.43×10-6/℃)。Mo合金化的4#钢(Fe-33.72Ni-4.41Mo-0.26C)经1050℃×1h固溶处理后,第二相基本溶解,晶粒度较小(5.5级),但力学性能与膨胀性能均有所下降。再经过525℃时效处理后,其晶界及亚晶界处有Mo2C析出,且随着时效时间的延长,Mo2C的析出量增多(Mo2C尺寸在50nm左右),Tc缓慢提高。其中,经过1050℃×1h固溶处理以及525℃×3h时效处理后,该钢的综合性能最佳,?(25~100℃)=2.58×10-6/℃,Rel=558.2MPa,Rm=817.1MPa。与常规Fe-36Ni合金相比,?(25~100℃)只升高了72%左右,但强度却大幅度提升,Rel与Rm分别提高了86%和63%。Cr合金化的5#钢(Fe-33.73Ni-6.41Cr-0.19C)经1000℃×1h固溶处理后,第二相基本溶解,晶粒度也较小(6.7级),但力学性能有所下降。再经过425℃时效处理,只在晶界处观察到Cr的碳化物析出。该钢经1000℃×1h固溶处理+425℃×7h时效处理后综合性能最佳,Rm=644.4MPa,Rel=370.2MPa,A=47.8%,?(25~100℃)=3.26×10-6/℃。比较而言,Cr合金化后的5#钢综合性能低于Mo合金化后的4#钢。
【关键词】：因瓦合金 低膨胀材料 沉淀强化 合金化 时效
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG132.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 因瓦合金的研究现状及趋势10-13
• 1.3 因瓦效应及及其影响因素13-15
• 1.3.1 因瓦效应机理13-15
• 1.3.2 因瓦效应的影响因素15
• 1.4 因瓦合金的性能特点及强化机制15-17
• 1.4.1 因瓦合金的性能特点15-16
• 1.4.2 因瓦合金的强化机制16-17
• 1.5 本课题的研究目的和意义17-19
• 第二章 因瓦合金成分设计及优化19-30
• 2.1 合金元素在因瓦合金中的作用19-21
• 2.2 FactSage热力学计算及合金成分的优化21-28
• 2.2.1 热力学计算的必要性及原理21-22
• 2.2.2 热力学计算对合金成分的优化22-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 材料的制备及表征方法30-34
• 3.1 因瓦合金的制备30-31
• 3.2 试验表征方法31-34
• 3.2.1 显微组织观察及晶粒度测定31
• 3.2.2 力学性能的测定31-32
• 3.2.3 膨胀性能的测定32-33
• 3.2.4 磁性能的测定33-34
• 第四章 热轧态因瓦合金的显微组织和性能34-40
• 4.1 试验用钢的显微组织34-38
• 4.2 本章小结38-40
• 第五章 Mo对因瓦合金显微组织和性能的影响40-53
• 5.1 固溶处理对 4#因瓦合金显微组织及性能的影响40-44
• 5.2 时效处理对 4#因瓦合金显微组织及性能的影响44-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 Cr对因瓦合金显微组织和性能的影响53-63
• 6.1 固溶处理对 5#因瓦合金显微组织及性能的影响53-56
• 6.2 时效处理对 5#因瓦合金显微组织及性能的影响56-61
• 6.3 本章小结61-63
• 第七章 结论63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间发表的学术论文68-69

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