微合金化
a.细化晶
制中唯一的能提高强度又
温度的方法,微合金元素通
炼凝固过程焊接加热冷却
成核和晶
b.析出强.微合金元
钛有析出强作用.铌的强
粒细化,而且0.o4%以
的强度增量
量很小.钛的用居中,特点
主要靠晶粒细
要作用.由晶粒细化能
度,而析出强提高脆性转折
的结果是,铌在0.03%,0.04%以下,钛在
0.08以下低脆性转折温
量多少都
c.组织强.微合金元
变可以通过种途径.如
体中处于固溶态,则如许
一
样会延迟奥
低,但作用大.例如硼所
奥氏体晶界上形核而延迟转
硼就足以使变由铁素体移
是如果微合元素形成质
出,则由于速形核而对奥
的作用.
降低转炉
a.主原料.采用铁水预
铁水中的[Si],[S],[P]
操作,有条的企业量选用
输罐进行纯脱硫的技术,
气比,以降低水渣量,喷溅
铁水倒
废钢清洁,
重,轻,重型
加入量,适搭配一定量的
皮.
b.副原料.采用活性石
效利用,以少炉渣量;萤
的加入要合理制,有利于转
以降低铁损.
镁脱硫用
金属镁作为
产生的渣量少,扒渣的铁损少,且脱硫渣无污
染等优点.气化室喷枪纯
硫是直接将粒镁脱硫剂喷
铁水脱硫,通喷枪潜入深度
衡颗粒镁在相铁水温度下的
颗粒镁快速化膨胀引起铁
研人员于2002年底就开始
喷枪纯颗粒铁水脱硫站进
枪破损机理研
?
64.
构的优化,喷耐火浇注料材
制造工艺的完,形成了纯喷
用无气化室喷长寿命制造技
枪头与锚固件,枪体热修材料
了喷枪长寿
喷枪枪芯结构
制作成本,短了喷枪的制
镁铁水脱硫用气化室喷枪长
使武钢三炼钢硫喷枪使用寿
提高到9o次以上.(本刊讯)
铝及其合金的强化机制
铝及其合金?的强
因为是纯铝?,不能进行?强化,就只能靠形?变强化(冷变形),强化原理?冷变形后位?错密增加?,且位错相互?缠绕并形成?胞状结构(亚晶),不但能够阻?碍位滑移?,而且是不能?滑移的位错?数
1、热处理,使纯铝发生?再结,这原理是?细晶强化,晶粒细小,属的强度?
2、锻造、挤压、拔等工艺?造成加工?化,原理是形变?强化,形变造成位?错密大?,金属强
3、采用喷丸、喷砂等艺?对铝的表面?进行加,使表面得?到强,即表面强化?,铝的强度提?,但是塑性降?低,
4、还有一类特?殊的强化,即制很?的铝晶须,铝晶须的强?化很,达到纯铝
5、其他强化手?段如固溶强?化、沉淀强化、颗粒强等?都改
铝合金的强?化式主要?有
1(固溶强化
纯铝中加入?合金元素,形成铝固?溶体,造成晶格畸?变,阻碍位错?的
的作用,可使其强度?提高。根合化?的一般规律?,形成无限?溶体或高
金时,不仅能获得?高的强,还获?得优良的塑?性与良好的?压力加工性?。Al,Cu、Al ,Mg、Al,Si、Al,Zn、Al,Mn等二元?合金一般都?能形成有限?溶体,并且均有较?大的极 限解度(见表9-2),因此具有较?大的固溶强?
2(时效强化
合金元素对?铝的另一?强作用是?通过热处理?实现的。由于铝?有同素异构?转,所以其 热处理相变?与钢不同。铝合金?处理强化,主要是由?合金元素在?铝合金中有?较大
度,且随温度的?降低而急剧?小。所以铝合金?经加热到某?一
铝基固溶体?。这种过饱和?铝固体?放置在室温?或加热到某?一温度时,
的延长而增?高,但塑性、韧性降?,这个过程称?为时效。在温下进?
时效过程中?使铝合金的?强、度增高的?现效,在加热条件?下进行的
象
称为时效强?化或效硬?化。其强化果?依靠时效?过程中所产?生的时效硬?现象来实?现
假如铝中加?入合金元素?的数超?了极限溶解?度,则在固溶
入固溶体的?第二相出现?,称过相?。在铝合金中?,这些过剩?通常是硬
物。它们在合金?中阻碍位错?动,使合金强化?,这称为过剩?强化。在
方式来强化?铸造铝合?和热铝合?金。过剩相数量?越多,分布越散?,则强化效果?越大。但 过剩相太多?,则会使强度?和都降?低。过剩相成分?结构越复杂?,熔点越高,则高温
性越好。
4(细化组织
许多铝合金?组织都是由?α固体?过剩相组成?的。若能细化?合金的组
就可使合金?得到化。 溶
由于铸造铝?合金组织比?较粗,以际?产中经常利?用变质处理?的方法来细?化合金组?。 质处理?在浇注前在?熔融的铝合?中加入占?合金重量2?,3%的变质剂(常用钠盐混?合物: 2/3NaF+1/3NaCl?),以增加结?核心,使组织细化?。经过变质处?理的铝合金?可得
的共晶体加?初生α固溶?体组,而显著地?提高铝合金?的强
合金元素加?入纯铝中,形成铝基固?溶体,起固强化?作用,使其强提?高。铝的合金 化一般都形?成有限固溶?体,
2、时效强化
铝合金的热?处理强化,主要是由于?金元在?铝中较大?固溶度且随?温度降低而?急减小,故铝合金经?加热到一?温度淬后?,可到过?饱和的铝基?固溶体,这种过和?的铝基固溶?体放置室?温或加热到?某一温度时?,其强度、硬随时间?的延提?高,塑性、韧性则降低?这一过程称?为时效(效强化)。 淬火+时效处理是?铝合金强化?的重要手段?。 、
当铝中加入?的合金元素?超过其限?溶度,淬火加热时?便有一部分?不溶入固?溶体的第二?相现,为过剩相?。这类过剩相?多为硬而脆?的属间化?合物,起阻碍移?和位错运动?的作用,使铝合金强?度、硬度,但塑、韧性下降,过剩相过多?时,合金脆,强度急剧下?降。对于铸造铝?合金,过剩相强化?是
4、细晶强化
在铝合金中?添加微量合?元细?组织是提高?机械性能的?另一种重要?手段。细组织包?括细化铝合?固溶体基?体和过剩相?组织。 铸造铝合金?常加入
铝及其合金的强化机制
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铝及其合金的
因为是纯铝,不能进行处理化,就只能靠形变强化(冷变形),强化理为冷变形后位错度增加,且位错相互缠绕并形成胞状结构(亚晶),不但能够阻碍错滑移,而且是不能滑移的位错数
1、热处理,使纯铝发生再结,个原理是细晶强化,晶粒细小,金属的强
2、锻造、挤压、拉拔等工艺造成加硬化,原理是形变强化,形变造成位错密增大,金属强
3、采用喷丸、喷砂工艺对铝的表面进行工,其表面得到强化,即表面强化,铝的强度提
4、还有一类特殊的强化,即备细的铝晶须,铝晶须的强化很,达到纯
5、其他强化手段如固溶强、沉淀强化、颗粒强等都改
铝合金的强化方式主要有
1(固溶强化
纯铝中加入合金元素,形成铝基固溶体,成晶畸,阻碍位错的运动,起到固溶强化 的作用,使其强度高。根据合金化的般规律,成无限固溶高浓度的固溶体型合 金时,不仅能获高的强度,而且还能获得优的塑性与良好的压力加工性能。Al,Cu、Al ,Mg、Al,Si、Al,Zn、Al,Mn等二元合金一般都能形成限固溶,并且均有较大的极 限溶解度(见表9-2),因此具有较大的
2(时效强化
合金元对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于没有同异构转,所以 热处理相变与不同。铝合金的热处理强,主要是由于金元素在铝合金有较大的固溶 度,且随温度降低而急剧减。所以铝合金经热某一温度淬火后,可以到过饱和的 铝基固溶体。这种饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温时,其强度和硬度随时间 的延长而增高,但塑性、韧性则降低,这个程称为时效。在室温下进的效称为自时 效,在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合的强度、硬增高的现象 为时效强化或时效硬化。其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现来实现
假如铝中加入合金元素的数量超过了极限溶度,在固处理热时,就有一部分不能溶 入溶体的第相出现,称过剩相。在铝合金,这些过相通常是硬脆金属间化合 物。它们在合金中阻碍位运动,使合金强化,这称为过相强化。在生产中经常采用这种 方式来强化铸造合金和耐热铝合。过剩相数量越多,分布越弥散,则强化效果越大。但 过相太多,会使强度和塑性都降低。过剩相成分结构越复杂,熔点越高,则高温热
4(细化组织
许多铝合金组织都由α固溶体和过剩相成的。若能细化铝合金的组织,包括细化α固 体或细化过剩
由于铸造铝合金组织比较粗大,所实生中经常利用变质处理的方法细化合金组织。 变处理是浇注在融的铝合金中加入占合金
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2/3NaF+1/3NaCl),以增加结晶核心,使组织化。经变质处理的铝合可得到细小均匀 的共晶体加初生α固溶织,从而显著地提高铝金的强度及塑性。 1.固溶
合金元素加入纯铝中,形成铝基固溶体,起溶强化用,使其强度提高。铝的合金 化一般都成有限固溶体,
2、时效强化
铝合金的热处理强化,主要是由于金素铝中较大固溶度且随温度降低而急剧小,故铝合金经加热到一温度淬后,可得过饱和的铝基固溶体,这种过和的铝基固溶体放置在温或加热到某一温度时,其强度、硬度随时间的延长提,塑性、韧性则降低这一过程称为时效(时
当铝中加入的合金元素超过其限解时,淬火加热时便有一部分不能入固溶体的第二相出,成过剩相。类过剩相多为硬而脆的金属化合物,起阻碍滑移和位错运动的作用,使铝合金强度、硬度提高,塑、韧性下降,过剩相过多时,合金脆,强度急剧下降。对于铸造铝合金,过剩相强化是
4、细晶强化
在铝合金中添加微量合金细组织是提高机械性能的另一种重要手。细化组包括细化铝合金固溶基体和过剩相组织。 铸造铝合金常加入微量变,进行变质处理。 常用
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稀土氧化镧掺杂钼合金的强化机制研究
第34卷2005年
第12期
12月
RARE
稀有金属材料与工程
MET札MATERIALSANDENGINEERING
D∞emb目2晰
、b1.34.No.12
稀土氧化镧掺杂钼合金
张国君1,一,孙院军1,一,牛荣梅1,孙军1,魏建
赵宝华3,杨刘晓3,马保平3
(1.西安交通大学金属材强度国家重点实验室,陕两西
(2.西安理工学,陕西西
,
(3金堆城钥业司,陕西华
摘要:使用粉末冶金工艺制备了不同体积分数稀土氧镧颗掺杂的合金。察了该合金显微组织并测试了其力性能a结果明,稀土氧化掺杂钊台金由于其细小的化制颗粒和小的晶粒的作而有较高的屈服强度。对稀土氧化镧掺杂钼台金强机制的分析结果表明,锢合金的屈服度主要来源于三个部分:变形前基体强度、细小稀土氧化镧颗贡献的强度和细小钳晶粒贡献的强度,并给出了稀土氧化镧掺杂钼台金屈服强度与稀土氧化颗粒寸、体积分数以及晶粒尺寸之间的定量解析关系。关键词:氧化镧颗粒;掺杂钼合;强化
1397
文献标识码:A
文章编号:1002一185x(2005)12.1926一04
1
引言
Orowan位错强化模型,定量解释了稀土氧化镧杂钼合
钼金属及其合金具有优异的高力性、低的热膨胀系数和高的导电导热系数,是非常应用景的难属材料之~。目前,钼金及其合金已经在宇航和核能、照明电器和电子器件、真空炉和保氛电炉等众多工业中得到了广泛应,并成为高温结构件的首选材料。因此.世界各国
2实验
采用粉末冶金工艺制各了6种不同体积分的土氧镧(La203)颗粒掺杂的钼合金(如表】示)。采用液固掺杂工艺,将化的硝酸溶液掺杂_化钼颗粒中,然后在流动的干燥氢气进行还原。得到的合金粉末冷等静压成直径为17mm的圆棒,将制各的合金棒先置于1200℃的氢气炉中进行预烧结,然后在l850℃的真感应炉
表1’hbIe1
实验中翩备材料的稀土氧
TheL8203
高韧性钼台金的研、开发和应
物掺杂钼合金的研制成功极大地提高r合的综力性能【l“。但迄今为止对掺杂稀土化物提高钼合金强韧性的微观理还没完全达成识。主要存在如下观点:细长而互锁的基体晶粒改善了钼合金低脆性【6】;稀土氧化物降低了氧、碳和氮间隙杂质在晶偏析程度从而提高了晶界结台强度[7】;以及稀氧化物粒对位错的钉扎增加了位错运动的阻力从而使钼合金强度得到
为了深入研究稀土氧化物颗粒量寸变对钼合金力学性能的影响,进一步揭示氧化物掺钼合金强化制。本实验通过室温拉伸试验试了不同稀土氧化镧含量的钼合金棒的力学性能,观察分析了合晶粒尺寸与稀土氧化镧颗粒含量的变
收到初稿日期:2004—09一03;收到修改稿
volumefractjoⅡ0fmnterl-lsstudied
Matefjalcod口
M】M2
047
0950?95
M3
1.43l?43
M4
2_392?39
M53203-20
M6
403
v01竺?8罡鼍,“oLa203/%
added
制各的钼合金棒在气炉中进行了去应力火。火工艺如下:退火温度:1200℃,时间:1距长
h。
按照GB228.87国家标准将试样
基金项目:国家高技术研究展计划(嘶3计划)(2003
作者简介:张国君,男,1974年生,博,西交通大学材料科学与工程学院,陕西西安710049,电
万方数据
12期张国君等:土氧化锎掺杂钼
?1927?
拉伸试验在Instronll95拉伸试验机上进行。伸温度为
mlTl,min。
钼台金中稀土氧化镧的形貌用射子显微镜观察。其试样的制方法是先从
‘薄片,用砂纸将薄片机械减
3:l的氢氧化钠溶液中进一步解光减薄至微量穿孔。电解抛光减过程的工作
15
v。将减薄完毕后的试在醇中漂洗2次,干燥,然后立即JEM一200cx透射电子微镜下进行观察。使用定量金相技术对所的铝合金的晶粒尺寸和士氧化镧颗粒的尺寸和体积分数进
3结果与讨论
3.1显微组织
在透射电子显微镜下可以观察到化颗具不同的形状和尺寸:棒状的微级粗大颗粒与椭球状或球的亚米和纳级小颗粒,如图l所示。细小化镧颗粒的体积分数和平均尺寸统计结果见表2。和表1比较可知微米级氧化镧颗粒的体积分数要远远小于细小化镧颗粒的体积分数,即稀七氧化镧掺杂钼合金中以细小氧
图l钼台金中稀七氧化镧颗
F嘻l
TheshapeandslzeoftheLa203partlclesintheMoalloy
通过透射电子显微镜还可以楚察钼合金的晶粒结构。图2是M3钼台金棒中横截和纵面的形貌。可以清楚看出钼基的晶粒为细小而狭长的形貌。晶粒平均尺寸的统计结果见表2。表2同时也列出了稀土氧化镧掺杂合金在室温拉伸试验中获得的屈服强度值。3.2
微观组织分析表明稀土氧化镧钼金有细小而狭长的晶粒结构,分布丁|铜合金基体的氧化颗粒大数也非常细小。这2种型的微观组织特征将有助于提高稀土氧化镧掺杂铜合金屈服强度。时也可以发现掺杂钼合金中的位错密很低,这可以说明位错对屈服强度的贡献很小。因
万
方数据图2
M3钼合金棒
Fig2
Thegmin
sh印e
andsizes
ofM3moIybdenumalloy
(a)mdialdirectiona11d(b)10ngitudinaldireo“
表2
Ml埘6材料的微结构参
1hbIe2
MicrostructurnIⅡarametersandmech■nic_‘
proper
m■terialsexamined
Matedal
GralnPParciclevolume
Yield
st坤ngtb
code
siz“Ⅲnsize,Ⅱm行actio“%,MPa
M11266350.37510M296882.608358IM36561031.16602M42.741371.96618M517217025l
627M6
1.38
206
2.88
63l
氧化镧掺杂钼合金的屈服度由以下三部分组成:纯钿基体变形前的度、细小土氧化镧颗粒(通过散强化机制)贡献的强度和细小的铝台金晶粒(变添加稀土氧化镧导致钼晶粒细化)贡献的强度。即可以通过如下的
仉2%+唧+&/D“2
(1)
式中:民表示材料
前的强度,卯表弥散颗粒贡献的强,“D“2为细化晶粒贡献的强度,々
钼合金的晶粒尺寸。
对拉伸试验中未发生变形的部分进微观,可以看到由轧制过程导致位错堆在微米级粗大颗粒周围所成的亚界(图3)。这些亚晶界的出现相当于进步细化了晶粒,因此可认为亚晶界增强了亚微米和纳米级细小氧化镧颗粒具够的强使其发生变形而切过。位错在稀土氧镧颗粒前发生以通过orowan位错强化模型进行定量计
坼”m
2面而盖彳两
,H曲
(2)
铝合金品粒细化对屈服
度,因此堆积在其周围的错使破裂。也不能弯曲,最终绕过颗粒并留下位环(图4示)。即位错通过0rowan位错强化机制绕过氧化镧颗粒。位错发生弯曲并通过粒需要附加应力,此附加应力可
?1928?
稀有金属材料与工程
34卷
图3位错在微米级稀十化镧颗粒周围堆
Dislocation
pIIe—up
alldformationof
sub口alnboundaries
afoundthemlcron-si2ed1anthanumoxidepanicles
妒为氧化镧颗粒尺,^为可以
目Ⅳs来估算的位错切面的间距,
唧:‰:——』生F—ln(要)
(3)
(118)2叫(J号。1)功
图4位错绕过稀土
F19.4
Thelanthanumoxidepanjclesnotto
besheared
by
dislocations:(a)sub—micron
sizedand
伯1nanometersized
对体心立方晶体而言,Taylor
GPa【14】,根据钼
nm)和侮错方向(1,2)町以确定柏氏矢
m。同时将表2中实验测量氧MPa,MPa?¨m。05,由此可
万
方数据合金的屈强度通过公
旷a"+岩坻n
㈤
表3稀土氧化镧掺杂钼金的omw彻强度值!兰!!!!Q!!!:!竺!!!!竺g!皇竺!!塑生!!!!!!璺!!璺丛生旦型!!韭
!!!
图5减除0rowan强度后材料
的Hall_Petch关系曲线
Fig.5
Hall—Petchr印resentationofyield
s订ess
anerremoving
Orowa兀sn℃n
vs
grainsize
根据公式(3)和公式(4)可对所研究的稀上氧化镧掺杂合金的强
旨先,钼基体变形前的强度为417MPa。此值和其它文献中去应力纯棒材的屈服
其次,实验所研究的
系的晶粒细化所贡的强度值范围仅
MPa,这是由于Hall.Petch线关系中
5的缘故。所研究材料具有
可能是由于稀土氧化镧颗粒造成晶屏蔽效应降低r晶界的强化作;另外一种
织构的存在造成平均的品界失配程低自由向晶粒,这将使位错容易通过晶界,导致Hall.Petch线最后,实验所研材料中的氧化镧颗粒对材料强度贡献范围为88MPa ̄124MPa。高于晶粒细化所高氧化镧颗粒对材料的贡献。但在本次实验研究中,氧化镧颗粒体分数增加的同时氧化镧颗粒的尺11稀土氧化镧掺杂钼合金中
而Ⅳs=Ⅳ∥,Ⅳ。为单位体积的颗数日,可以由细小氧化镧颗粒的积分数^确
(毋3/8)?Jvv。由此,公式(2)可以整理为F式:
MPa哪。0金的剪模量为140性
贡献的强度值。公式(3)还明,增加细小的氧化镧颗粒体积数或者少细小氧化镧颗粒寸都将明显提寸也在增加,因此导致稀土氧颗粒对材料强度的贡献有随氧化镧颗粒体积分数增加发生
(FO.314_量值为2.72×10。10镧颗的体分数和寸代入式可以计算稀土氧化镧掺杂钼合金Orowan强度(弥散颗贡献的强度)值,结果表3所示。析公式(1)知,铝合金的屈服强度掉0rowan强度后剩余强度值和晶粒尺寸值满足Hall.Patch关系(与晶粒尺寸的倒数的平方根成线性关系,并截距为钼基体强度)。图5中的数据点就是使用实验中测量的钳合金屈服强度减掉相应的Orowan度剩余的强度值,通过线性拟合结果可知,Hall.Patch线性关系式的
12期
张国君等:稀土化镧掺杂钼合
【5】EndoM
lII:BildsteinH,onnerH
?1929?
镧颗粒:棒状的微米粗大氧化镧颗粒与椭球或球的亚微米和纳米级细小氧化镧颗粒。细小氧颗粒体积分数远
2)稀土氧化镧掺杂钼金的报强度主要来源以下三部分:纯基体变形的强度、细小氧化颗粒(通过弥散强化机制)贡献的强度和细的铝合金晶粒(变形和添稀土氧化镧导致钼晶粒的细化)贡
3)粗人的氧化镧颗粒数少,自身对钊合金强度贡献较小,但有于形成亚晶,从而进一步细化粒,即通过细晶强化机制对钼合金强度有贡献。稀土氧化镧颗粒对强度的献显著,并高于细小的钼合金晶粒对强
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料与工程)【J1,1999,28(3):186
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【14]Macucha
KHIn:cahⅡRw
ed胁rP“d
B387—90,AsTM,
n。衄眇[c】,Newmk:weinheim,1996:518
[15】ⅣDn垂舢甜
1994:200
矿矗咖c细,y^如蛔b&
TheStrengthening
MechanismofRLareEarthLanthanum
oxideDoped
Guojunl’-,s呲Yuanjunl”,Niu
zhao
MoIybdeⅡumAIloys
Junl,wei
Jianfc“91,LanY0nggang
zhangR0ngmeil,sllIl
Baoh岫j,YangLiuxia03,Ma
Baopin93
(1.stateKeyLabofatoryforMechanicalBehaviorofMatenals,xi’anJiaotonguniversi饥xi’an710049,chlna)
(2
(3
xi’anuniversityofTechnoIogy,xi’an7I0048,china)
Jinduichc“g
M01ybdenumMini”gcorporation,H呻xi柚714102,China)
Abstract:The
rare
eanhianthaIlumoxjdedopedmolybdenumalIoyscontaini“g击f话rencvolume
preparedbypowdermetallurglcalprocessing.Themicrosnuctu砷andmechanicalpropeniesofthealloyhasLhe矗nelanthaⅡumoxidepaniclesand行negrain解weUanalyzeda九d
explajned
as
mealloyswereexamined.Itisfoundthat
highyields订e“gthThes打engtheni”gmechanismofIhea110yis
in|五f钾a8pec
to
paniclesstrgtheningaccordiog
tbe
Orow粕model
Thequant“anverelationshipsbetweentheyIeldstre“8【hsofthealloys
were
andthe
sizes,volume疳actionoflanthanumoxidepaniclcsandthograinsizesalsop∞seⅡted.
Keywords:lan£hanumoxjdepartlcJes;dopedmolybdenmna儿Dys;s打e“gtbenjng
me曲amsm
Biography:zha“g
Guojun,PhD,stateKeyLaboratoryforMechaⅡicalBehaviofofMaterlals,Ⅺ蛆Jiaoto“guniversi吼xi’an710049,P
R,Chjn乱1训:0086—29—823】2520
万方数据
稀土氧化镧掺杂钼合金
作者:
张国君, 孙院军, 牛荣梅, 孙, 魏建, 栾永刚, 赵宝华, 杨
张国君,Zhang Guojun(西安交通大学,金属材料强国家重实室,陕西,西,710049;西安理工大学,陕西,西安,710048), 孙院军,Sun Yuanjun(西安交通大学,金属材料强度家重点实验室,陕,西,710049;金堆钼业公司,陕西,华县,714102), 牛荣梅,孙军,魏建峰,栾永刚,Niu Rongmei,Sun Jun,Wei Jianfeng,Lan Yonggang(西安交大,金属材强度国家重点实验室,陕西,西安,710049), 赵宝华,杨刘晓,保平,Zhao Baohua,YangLiuxiao,Ma Baoping(金堆城钼业公司,陕西,华
RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING2005,34(12)2次
作者单位:
刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
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本文读者也读过(10条)
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VN微合金化钢筋的强化机制
钒氮微合金化钢筋
1 引言
钢筋是我消耗量最大的钢材种,为了尽快与国际接轨和节约钢材,中国正在加速建筑用的更新换代,HRB400钢筋的应成主流。采用合金化术是世界各国发展高强度钢筋的主要技路线之一,钢中的微合化元素均通过形成微合化碳、氮化物来起作用。由于钢中氮化物比碳具有更高的稳定性,析相更细弥,其强效果明提高。众所周知,钒是有效提高钢强度的微合金化元素之一,大量研究表明,氮是钒中十分有效的合金元素,含钒钢中每增加10ppm 的氮可高强度6MPa 以上,并且基本上与工艺条件无关。通过利用廉价的氮元素,可显著提高含钒钢的强化效,达到节约合金含量,降低生产成本目的。为此,北京钢研究总院率先在国内展开了钒氮微合金化技术生产高强度钢筋的研究工作,研究结果分说明了采用钒氮微金化技术产高强筋的技术、经济优,这为发展我国经济型HRB400筋开辟了新途径。本文根据近年来国内外在钒氮微合金化技术方面的研究成,详细地叙了
2 V(C、N) 在奥氏体
2.1 V(C、N) 在奥
研究表明,V(C、N) 奥氏体中的溶解度很大,在高温氏体中出量极少,在平衡件下,特别是在钢中钒、氮含量都较高时,中仅有一小部分钒在奥
度在1000℃以时,钒几乎全部固于奥体中,因此它对奥氏体再结晶不能产生
2.2 V(C、N)
能起有效作用的V(C、N) 是在奥氏体—铁素体相的最后段在素体中出的。在终轧度高于1000℃ 时,所有钒都可以铁素体内沉淀。V(C、N) 可以跟随奥氏体—铁体界面的移动铁素内随机析出,即普析出,也可以平行于奥氏体/素体界面,以一定间距形成片层状分布相间析出。大量研究表明,对于典型结构钢,普通析出产生于低温度区域,通常低于700℃,而相间析出在较高温度形成。电子显微镜的研究表明,V(C、N) 也可在光体的铁素中析出,由于珠光体的转变温度较低,这类析出物通常更细小,不仅生普
3 细晶强化
细晶强化是众多材料强化方法中唯一可以在提高强度的同时高材料塑性韧性的强方法。钒氮微金化的细晶强化机制主要现在两个方面:其一是相间析的VN 、V(C、N) 有地阻碍了铁体晶粒的长大;二是出的VN 、V(C、N) 质点作为铁素体的形核点,促进晶内铁素体的形成,铁素体的数随VN 、V(C、N) 等析出物的增加而增加,显然有利于细化素体晶粒。钢铁研究总杨福的研究明,钒钢的铁素体晶粒尺寸为7.16μm ,而钒氮钢的铁素体晶尺寸5.8μm 。西牙冶金研究中心的研究表明,氮化钒析出物上铁素体晶内形核导致晶粒尺大大缩
前面的理论分析与实践证了VN 微合金化对筋具有
4 沉淀强化
4.1 N对沉
对于V(C、N) 质点的沉淀强化为Orowan 制,在种情下,决定性参数是滑移面上的颗粒距,然而,粒间距由析相的密度决定,而析出的密度是形核率和形核数控制的,这种形过程一直到溶质过饱和状消失后才结束。控制形核变化的基参数是V(C、N) 析出的化学驱动力,而V(C、N) 析出的化学驱动烈地随氮含量的变化而变化,这是因为VN 比VC 的稳定性,或说有更低的自由能,因此与低氮钢相比,在高氮钢中具有较大的析出化学驱动力,
4.2 C对沉
由于VN 比VC 的溶解度低,在各种氮含的情下,形成V(C、N) 总是富氮的,而只有当钢中乎所有的N 被耗尽后,碳氮化物的C 含才开始增加。为有利于进一步产连续的沉淀强化,必须足够的固溶C 含量和化学驱动以便新的V(C、N) 形核,事实已经证明,若铁体中的C 浓度由氏体/铁素体相平衡控制的,而非由铁素体/渗碳体平衡所制,此时能具备新的V(C、N) 形核条件,因为在600℃,前者情况下C
许多人在研究VN 微合金化时,忽略了C 对氮化物的影响,也即忽略了C 对沉淀的贡献,他们
在正常情况下是受奥氏体/铁素体者素/碳体平衡控制的。然而,最近的究表明,钒微合金化钢的淀强化果随钢碳含量增加而明显增大,研究明,每增加0.01%C,沉淀强化量增加5.5MPa ,这是因为,钢中C 含量的增加延迟珠光体转变,从而使奥氏体/铁素体相平衡所决定的铁素体中较高的C 含量维持更长时
(1)钒并不能阻奥氏体再结晶即
(2)钒氮微合金化钢筋的化制分为细晶强化和沉淀强,其中
(3)钒微合金钢筋中,N 是一非常效提高沉淀强化效果的合金元素,同C 对提高
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