奥氏体钢复合材料中γ+(Fe,Mn)_3C共晶的粒化机制研究

一、STUDY ON GRANULATION MECHANISMS OF γ+(Fe,Mn)_3C EUTECTICS IN AUSTENITE STEEL COMPOSITES（论文文献综述）

姚耔杉^[1]（2021）在《低合金高强度复相耐磨钢组织性能调控及耐磨机理研究》文中研究说明随着经济和社会的不断发展,市场对于低合金高强度耐磨钢的需求越来越广泛,同时,随着环境污染和资源损耗的压力与日俱增,低合金高强度耐磨钢的发展目标已不仅限于对性能的追求,研究综合性能优异,且兼具资源节约型及环境友好型的低合金高强度耐磨钢是科研人员关注的焦点之一。然而,目前国内针对耐磨钢的生产还存在较多问题,主要表现在产品合金成分相对较高、产品组织类型单一（基本以回火马氏体为主）、生产工艺及方式较为传统（基本以轧后离线淬火+回火方式）、产品厚度规格有限（20～40mm）、缺乏高牌号产品的生产技术和经验、产品容易出现翘曲和延迟开裂等问题。因此,优化低合金高强度耐磨钢成分体系、多元化丰富低合金高强度耐磨钢生产工艺、设计和分析不同组织类型低合金高强度耐磨钢的综合性能及适用环境、改善低合金高强度耐磨钢应内应力较大导致翘曲开裂等问题,对于提高国内低合金高强度耐磨钢品质、丰富和完善国内低合金高强度耐磨钢品种、提升国际市场竞争力等方面具有重要意义。本研究设计了不同成分的实验钢种,通过控制轧制及控制冷却获得目标组织类型,对轧后板材进行热处理工艺研究,并对轧后和热处理后的实验钢种进行组织、力学性能及磨损性能检验和分析,探索了合金元素Cr和Ni对低合金耐磨钢相变、力学性能和磨损性能的影响规律,以及强化机理;阐明了不同显微组织构成对低合金耐磨钢力学性能及磨损性能的影响规律;制备出以贝氏体组织为主的低合金耐磨钢,研究了热处理工艺对贝氏体耐磨钢力学性能和磨损性能的影响规律;同时设计了NM400级别低合金马氏体耐磨钢直接淬火+回火工艺。得到以下主要结论:（1）经轧制和冷却工艺处理后,合金元素Ni和Cr均可有效改善实验钢轧后屈服强度、抗拉强度、低温冲击韧性及布氏硬度;单独添加Ni元素,对屈服强度和低温冲击韧性改善效果更好,单独添加Cr元素对于抗拉强度和布氏硬度的提升效果更为明显,复合添加Ni和Cr元素,大幅提升实验钢的抗拉强度和布氏硬度,但屈服强度和低温冲击韧性低于单独添加Ni元素的效果。（2）相同等温淬火工艺处理下,单独添加Cr元素和复合添加Ni和Cr元素可以使贝氏体相变量增加,而单独添加Ni元素降低贝氏体相变量;合金元素Cr或Ni的添加会降低贝氏体相变速率,Ni元素对贝氏体相变速率的抑制作用大于Cr元素,而复合添加Ni和Cr元素则会进一步降低了贝氏体相变速率。（3）连续冷却处理对低温冲击韧性的改善效果较为明显,等温处理由于碳化物析出导致低温冲击韧性降低;连续冷却工艺下,Ni的添加有效改善了低温冲击韧性,复合添加Ni和Cr虽然提高了硬度,但却降低了低温冲击韧性;等温冷却工艺下,Ni的添加对低温冲击韧性的改善效果不明显,复合添加Ni和Cr有效提高了低温冲击韧性,同时提高了硬度。（4）不同低合金耐磨钢连续冷却后获得贝氏体和马氏体的体积分数分别为20.63%和79.37%、26.41%和73.59%、35.26%和64.74%;单独添加Ni元素减少了由于剥落磨损引起的磨损失重,从而改善实验钢的耐磨性能;复合添加Cr和Ni元素实验钢由于具备较高的硬度和强度,在磨损早期的重量损失较小,但由于恶化低温冲击韧性导致磨损后期磨损率增加。（5）含Ni低合金耐磨钢等温淬火200s和400s后,获得贝氏体体积分数分别为68.72%和82.06%;随着贝氏体/马氏体双相组织中贝氏体含量的增加,冲击韧性,断裂伸长率和屈强比增加,而硬度,抗拉强度,屈服强度以及强塑积降低;贝氏体体积分数小在低冲击载荷磨损条件下耐磨性更佳,而贝氏体体积分数高在较大冲击载荷磨损条件下展现出更好的耐磨性能以及相对稳定的磨损量。（6）通过轧制后先快冷后空冷工艺,成功制备出满足NM450级别要求,以贝氏体组织为主的低合金耐磨钢;不同回火和等温工艺研究表明,该钢种200℃回火30min后综合力学性能和磨损性能最佳,320℃等温淬火不同时间以及400℃等温3min、6min处理均能有效提升耐磨性,而360℃等温后耐磨性能均下降。（7）不同淬火工艺对低合金马氏体耐磨钢显微组织、硬度及残余应力影响规律研究表明,随淬火温度的升高,实验钢表面轧制方向的残余应力逐渐增大。淬火温度940℃以下,实验钢硬度随淬火温度的升高略微增加;当淬火温度升高到1150℃时,实验钢表面硬度明显下降。此外,随着淬火终点温度的降低,实验钢表面轧制方向上的残余应力以及硬度均逐渐增大。在此基础上,开发出满足性能要求的低合金马氏体耐磨钢在线直接淬火+回火工艺,并进行了工业试制。

李泰余^[2]（2020）在《微量纳米TiC/（TiC+TiB2）颗粒调控H13钢的微观组织和力学性能》文中研究说明钢铁材料作为结构材料广泛应用在大跨度桥梁、长距离油气管道、航空航天设备、大容量存容器、武器装备、精密仪器、超大型船舶和海上钻井平台等方面,对钢铁材料的性能的要求也越来越高,这就需要开发出使用寿命更长、力学性能更高的新型钢铁材料。传统产业的升级和新兴产业的发展使得对高性能钢的需求加大。在这种情况下,开发新型高性能钢和新的强化钢的方法至关重要。纳米颗粒可作为一种增强相加入到金属材料中从而提高金属材料的力学性能,是当前强化金属材料的一种创新性的方法。由于纳米颗粒和钢的比重相差较大,使得将纳米颗粒加入到钢中的难度极大,纳米颗粒容易团聚,在钢中分散不均,比重差大造成纳米颗粒偏聚和上浮等瓶颈难题。解决纳米颗粒强化钢在准备过程中的一系列难题,实现纳米颗粒对钢的组织和性能进行调控,高效强化钢的力学性能,为强化钢材提供一个新的方法和途径,具有显着的现实意义和实际应用价值。本论文通过中间合金作为纳米颗粒的载体制备了纳米颗粒增强H13钢。研究了不同含量单相Ti C纳米颗粒和双相Ti C+Ti B2纳米颗粒强化H13钢的组织演变规律,并揭示了纳米颗粒调控H13钢组织的机制。研究了不同含量单相Ti C纳米颗粒和双相Ti C+Ti B2纳米颗粒强化H13钢的拉伸性能和冲击性能,并揭示了纳米颗粒强化H13钢的机制。研究了纳米颗粒对H13钢的高温耐磨性的影响,分析了不同种类和含量纳米颗粒对钢的高温耐磨性影响的差异性,揭示了纳米颗粒对钢的高温耐磨性的提高机制。研究了纳米颗粒对H13钢的室温耐磨性的影响,分析了不同种类和含量纳米颗粒对钢的室温耐磨粒磨损影响的差异性,揭示了纳米颗粒对钢的室温耐磨粒磨损的提高机制。本论文主要有以下四条创新点:1.揭示了加入纳米颗粒对H13钢的组织影响规律及调控机制:（1）揭示了加入纳米颗粒对H13钢组织的影响规律。未加入纳米颗粒的H13钢组织主要为粗大的回火马氏体,呈现分布不均匀,伴随有很多的回火索氏体,以及少量点状的残留碳化物。加入了0.01wt.%Ti C的H13钢组织主要为回火索氏体,伴随有很多细小的条状回火马氏体以及少量碳化物。加入了0.02wt.%Ti C的H13钢,组织的回火马氏体更细小,呈均匀分布。加入了0.01 wt.%Ti C+Ti B2的H13钢组织主要为细小的回火马氏体,呈比较均匀分布,其方向性基本消失。加入了0.02wt.%Ti C+Ti B2的H13钢组织主要为回火马氏体,成分中的回火索氏体大幅减少。加入了0.03wt.%Ti C+Ti B2的H13钢组织中的马氏体占比进一步提高,一些回火马氏体更细长,呈均匀分布,方向性极强。（2）揭示了加入纳米颗粒对H13钢组织的调控机制。纳米颗粒可以有效提高奥氏体的形核效率,增加了形核核心数,而未参与形核的纳米颗粒可以抑制枝晶的生长,在形核和长大过程中均对奥氏体晶粒实现控制,更加细化的奥氏体晶粒对热处理之后的组织细化有利,并可以使马氏体组织有效细化。2.揭示了加入纳米颗粒对H13力学性能影响规律及强韧化机制:（1）揭示了纳米颗粒对H13钢的强化规律。单相Ti C纳米颗粒增强H13钢的屈服强度、最大拉伸强度、断裂应变以及强塑积均随着纳米颗粒含量的增加而增加,均匀延伸率随着纳米颗粒含量的增加而先增加后减小。双相Ti C+Ti B2纳米颗粒增强H13钢的屈服强度、最大拉伸强度以及强塑积随着纳米颗粒含量的增加而增加,断裂应变和均匀延伸率随着纳米颗粒含量的增加而减小。加入双相Ti C+Ti B2纳米颗粒对H13钢的综合拉伸性能提升效果更为明显,但是当加入双相Ti C+Ti B2纳米颗粒的含量达到0.02wt.%以上时,性能其提升效果不稳定,性能分散度大。（2）揭示了纳米颗粒对H13钢的强韧化机制。主要为细晶强化、位错强化和第二相强化。细晶强化:加入纳米颗粒后,组织细化,更加均匀致密,从而提高了材料的塑性。位错强化:高的热错配度导致在热处理之后基体中有许多的位错。位错运动后,位错与晶界之间,位错之间相互作用提高材料的强度。第二相强化:纳米颗粒阻碍位错滑移,对位错钉扎作用强化钢的强度。3.揭示了纳米颗粒对钢的高温耐磨性影响规律及提高机制:（1）揭示了不同磨损参数对纳米颗粒强化H13钢的高温耐磨性影响规律。温度为573K时材料表面的磨损形式为犁削磨损,而温度为723K时材料表面的磨损形式以粘着磨损形式为主。相比温度为573K时,在温度为723K的条件下双相纳米颗粒对H13钢的耐摩擦磨损性能提升更为明显。载荷较高时材料的粘着磨损程度更大,而低载荷的条件下更多为犁削磨损。加入双相纳米颗粒的H13钢耐磨性提升效果更好,并且纳米颗粒含量的提高使材料的耐磨性增强。相比转速为150r/min时,在转速较高的300r/min的条件下,其表面的粘着磨损程度增大,加入双相纳米颗粒可以使材料的磨损形式由粘着磨损转变为犁削磨损,降低材料表面的磨损程度。（2）揭示了纳米颗粒增强钢的高温耐磨性提高机制。573K时材料主要为犁削磨损,纳米颗粒尤其是双相纳米颗粒能够抵抗磨粒的压入,犁削程度降低,纳米颗粒含量的升高使传递载荷的能力增强,磨粒压入基体的深度和犁削程度降低。723K时纳米颗粒的存在使材料表面附近的塑性变形受到阻碍,并且加入双相纳米颗粒抵抗塑性变形的效果更为显着,因此,纳米颗粒的加入使材料表面剥离和粘着磨损程度降低。4.揭示了纳米颗粒对钢的室温耐磨粒磨损的影响规律及提高机制:（1）揭示了不同磨损参数对纳米颗粒强化H13钢的室温耐磨粒磨损的影响规律。材料在室温时磨损形式为犁削磨损,相比单相纳米粒子,双相纳米颗粒对材料耐磨性的提升效果更好,并且纳米颗粒含量的提高使材料的耐磨性增强。相比砂纸目数为360目的条件下,材料在砂纸目数为600目的条件下的犁沟深度更浅,并且耐磨性提升效果更明显。（2）揭示了纳米颗粒增强钢的室温耐磨粒磨损的提高机制。纳米颗粒强化钢的微观组织更细小,致密,钢基体能够抵抗磨粒的压入,使磨粒的压入深度降低。相比单相纳米颗粒,双相纳米颗粒的抵抗磨粒压入效果更好,使基体不容易被犁削出,因此能够有效降低犁沟的深度和宽度,同时纳米颗粒含量的提高使其传递载荷的能力也提高,耐磨粒磨损性能提高。

刘欢^[3]（2019）在《CeO2细化过共晶Fe-Cr-C堆焊合金中MC碳化物的理论计算与试验研究》文中研究说明本文采用Bramfitt二维晶格错配度理论计算了CeO2/NbC、CeAlO3/NbC和CeO2/TiC的错配度。运用第一性原理计算了CeO2（100）/NbC（111）、CeAlO3（110）/NbC（111）和CeO2（100）/TiC（111）的界面关系,并分析了CeO2和CeAlO3作为MC（TiC、NbC）异质形核核心的可能性。采用药芯焊丝堆焊制备了Fe-Cr-C-Nb堆焊合金、Fe-Cr-C-Nb-CeO2堆焊合金、过共晶Fe-Cr-C-Ti堆焊合金与Fe-Cr-C-Ti-CeO2堆焊合金四种合金,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜、金相显微镜以及CSM球盘摩擦磨损试验机对试样微观组织和磨损形貌进行了观察,并对其摩擦学性能进行了对比研究。计算结果表明:CeO2（100）/NbC（111）的错配度为7.85%,CeAlO3（110）/NbC（111）错配度为7.2%,CeO2（100）/TiC（111）的错配度为6.09%,均属于半共格界面,CeO2和CeAlO3作为MC异质形核核心中等有效。CeO2和NbC之间可搭建成Ce-C、Ce-Nb、O-C和O-Nb四种界面。其中O-Nb界面结构的结合功最大,界面能最小,此界面结构最稳定,界面结合处包含共价键、离子键和金属键。CeAlO3与NbC之间可搭建6种界面。其中界面-3的界面结构最稳定,界面结合处包含大量的离子键。CeO2和TiC之间可搭建成四种界面,其中以O-Ti结构界面能最小,界面结构最稳定,界面结合处包含共价键、离子键和金属键。由此证明CeO2和CeAlO3可以作为MC的异质形核核心。实验结果表明:在初生M7C3碳化物中存在MC,进一步观察发现,在MC中存在CeO2,证明CeO2可做为MC的异质形核核心,使MC细化。加入CeO2后,合金磨损率降低,即具有较高的耐磨性能。

任帅^[4]（2019）在《TiC对球墨铸铁组织和力学性能的影响研究》文中进行了进一步梳理球墨铸铁具有良好的力学性能、铸造性能、可加工性能和价格优势,已经广泛应用于国民经济的各个领域。据统计和预测,世界范围内球墨铸铁的产量将以每年2%-4%的速率增加。传统的球墨铸铁已经不能满足生产和经济发展的新要求,因此,亟需探索改善球墨铸铁组织与性能的新途径。具有高熔点、高硬度和高化学稳定性的TiC,与铁的润湿性、相容性较好。因此,对钢铁材料,TiC颗粒是非常合适的增强颗粒。目前,TiC在铸钢、铁基复合材料以及白口铸铁中的研究已经取得一定成果,但在铸态球墨铸铁领域中却没有相关报道。因此,开展TiC对铸态球墨铸铁影响研究的工作十分必要。本文以不添加合金强化元素的球墨铸铁为基体,探讨TiC颗粒的加入方式和加入量对其组织和力学性能的影响,揭示了TiC颗粒对球墨铸铁的强化规律和机理。主要结果如下:（1）以直接外加法将TiC颗粒添加至球墨铸铁中,TiC在基体内分布均匀。当TiC的添加量为0.020 wt.%时,球墨铸铁的组织中球化率、石墨数、石墨面积比和铁素体含量大幅提高,铁素体和珠光体晶粒得到细化,球墨铸铁在强度不降低的情况下,塑性和韧性得到极大提高。当TiC颗粒的添加量逐渐增多,球化率和石墨数基本不变,珠光体含量渐渐升高,使球墨铸铁的强度和硬度提高,塑性和韧性逐渐下降。（2）以中间合金方式加入0.041 wt.%的TiC颗粒,使球墨铸铁的球化率、石墨数显着升高,铁素体含量略有下降,铁素体和珠光体晶粒得到细化,球墨铸铁的塑性、韧性和强度同时提高。（3）采用反应铸造法研究内生TiC颗粒及其含量对铸态球墨铸铁的影响。TiC颗粒随奥氏体枝晶呈不均匀分布。内生TiC颗粒的含量为0.021 wt.%时,球化率、单位面积石墨数和石墨面积比升高,球墨铸铁的塑性提高最大,综合力学性能最好。TiC颗粒的含量在0.060 wt.%-0.083 wt.%时,会致使球墨畸变、石墨数目和石墨面积比有所降低,珠光体含量升高,此时,球墨铸铁的抗拉强度最高,塑性有所降低。当TiC的含量达到0.161 wt.%,球墨铸铁的硬度和屈服强度最高,而延伸率最低。（4）对比外加与内生TiC颗粒对球墨铸铁的影响:外加TiC颗粒改善石墨的效果显着,内生TiC颗粒对基体组织的作用重大。从分布上看,外加TiC颗粒在球墨铸铁中的分布更均匀,内生TiC颗粒随奥氏体枝晶呈不均匀分布。从效果上看,外加TiC颗粒提升球墨铸铁的塑韧性效果明显,内生TiC颗粒则主要增强球墨铸铁的强度。无论何种添加方式,当TiC含量在0.02 wt.%左右,球墨铸铁的综合性能都得到提高。

Zhou Jiyang, Professor, Dalian University of Technology, China Translated by Ph.D Liu Jincheng, Fellow of Institute of Cast Metal Engineers, UK^[5]（2010）在《Colour Metallography of Cast Iron Chapter 3 Spheroidal Graphite Cast Iron （Ⅳ）》文中提出*Note: This book consists of five sections: Chapter 1 Introduction, Chapter 2 Grey Iron, Chapter 3 Spheroidal Graphite Cast Iron, Chapter 4 Vermicular Cast Iron, and Chapter 5 White Cast Iron. CHINA FOUNDRY publishes this book in several parts serially, starting from the first issue of 2009.

G.F. Liang, Z.M. Xu, Q.C. Jiang and J.G. LiSchool of Materials Science and Technology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China;School of Materials Science, Jilin University, Changchun 130025, China^[6]（2003）在《STUDY ON GRANULATION MECHANISMS OF γ+（Fe,Mn）3C EUTECTICS IN AUSTENITE STEEL COMPOSITES》文中认为 Results presented in this paper contribute to investigation of the granulation mechanisms of γ+（Fe,Mn）3C eutectics in the austenite matrix composites （abbreviated EAMC）. The specimens corresponding to the nominal composition of eutectic with controlled RE（Ce）-Mg agent modifier additions have been unidirectional solidified with a constant growth rate of 2.18μm/s at a fixed temperature gradient of 800K/cm using vertical Bridgeman method. With the RE-Mg agent modifier, the transition of solid/liquid （S/L） interface from columnar to dendrite （CDT）, refinement and developed branching of γ and （Fe,Mn）3C phases in the eutectics, and the transition of growth style from faceted-nonfaceted （F/NF） to nonfaceted-nonfaceted （NF/NF） for γ and （Fe,Mn）3C phases in the eutectic have been observed and investigated theoretically. Those can explain the granulation of γ+（Fe,Mn）3C eutectics in the as cast because the roundness increases with the developed lateral branching of primary austenite dendrites, refinement of e

二、STUDY ON GRANULATION MECHANISMS OF γ+(Fe,Mn)_3C EUTECTICS IN AUSTENITE STEEL COMPOSITES（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、STUDY ON GRANULATION MECHANISMS OF γ+(Fe,Mn)_3C EUTECTICS IN AUSTENITE STEEL COMPOSITES（论文提纲范文）

（1）低合金高强度复相耐磨钢组织性能调控及耐磨机理研究（论文提纲范文）

（2）微量纳米TiC/（TiC+TiB2）颗粒调控H13钢的微观组织和力学性能（论文提纲范文）

（3）CeO2细化过共晶Fe-Cr-C堆焊合金中MC碳化物的理论计算与试验研究（论文提纲范文）

（4）TiC对球墨铸铁组织和力学性能的影响研究（论文提纲范文）

（5）Colour Metallography of Cast Iron Chapter 3 Spheroidal Graphite Cast Iron （Ⅳ）（论文提纲范文）

四、STUDY ON GRANULATION MECHANISMS OF γ+(Fe,Mn)_3C EUTECTICS IN AUSTENITE STEEL COMPOSITES（论文参考文献）

• [1]低合金高强度复相耐磨钢组织性能调控及耐磨机理研究[D]. 姚耔杉. 武汉科技大学, 2021(01)
• [2]微量纳米TiC/（TiC+TiB2）颗粒调控H13钢的微观组织和力学性能[D]. 李泰余. 吉林大学, 2020(08)
• [3]CeO2细化过共晶Fe-Cr-C堆焊合金中MC碳化物的理论计算与试验研究[D]. 刘欢. 燕山大学, 2019(03)
• [4]TiC对球墨铸铁组织和力学性能的影响研究[D]. 任帅. 吉林大学, 2019(11)
• [5]Colour Metallography of Cast Iron Chapter 3 Spheroidal Graphite Cast Iron （Ⅳ）[J]. Zhou Jiyang, Professor, Dalian University of Technology, China Translated by Ph.D Liu Jincheng, Fellow of Institute of Cast Metal Engineers, UK. China Foundry, 2010(04)
• [6]STUDY ON GRANULATION MECHANISMS OF γ+（Fe,Mn）3C EUTECTICS IN AUSTENITE STEEL COMPOSITES[J]. G.F. Liang, Z.M. Xu, Q.C. Jiang and J.G. LiSchool of Materials Science and Technology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China;School of Materials Science, Jilin University, Changchun 130025, China. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）, 2003(06)

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