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高锰Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C轻质钢的组织和力学性能研究

高锰Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C轻质钢的组织和力学性能研究

引用

作者：韩振生长春工业大学

学位级别：硕士

Fe-Mn-Al-C系轻质钢因其优异的力学性能和良好的加工性能而备受关注,在航空航天、汽车、能源等领域具有广泛的应用前景。随着全球对节能减排和环境保护的日益重视,轻量化材料的应用可以有效降低交通工具尾气的排放和减少燃油消耗,Fe-Mn-... 详细信息

Fe-Mn-Al-C系轻质钢因其优异的力学性能和良好的加工性能而备受关注,在航空航天、汽车、能源等领域具有广泛的应用前景。随着全球对节能减排和环境保护的日益重视,轻量化材料的应用可以有效降低交通工具尾气的排放和减少燃油消耗,Fe-Mn-Al-C系轻质钢是一种潜在的轻量化材料。本文设计并制备了一种高锰低碳的Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C双相轻质钢材料,利用Thermo-Calc热力学软件、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等方法与技术,研究了热处理工艺参数对Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C轻质钢的组织和室温力学性能的影响。主要研究成果如下:（1）热轧态Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C轻质钢在900～1100℃之间固溶处理之后的基体组织均由奥氏体和铁素体组成。在900℃和950℃固溶处理后,铁素体的相界处有富Cr碳化物析出,变形过程中易造成界面开裂,降低钢的力学性能,因此900～950℃区间是其敏感固溶温度。当固溶温度为1000℃,保温时间为2 h时,热轧态实验钢获得了较好的综合力学性能,屈服强度为880 MPa,抗拉强度为1142 MPa,延伸率可达12.5%。（2）对热轧态实验钢进行变形量为66.7%的冷轧变形及1000℃/1～60 min的退火处理,随着退火时间的增加,实验钢的抗拉强度降低,但延伸率先升高后下降。在退火30 min后获得优异的力学性能,屈服强度为619 MPa,抗拉强度为876 MPa,延伸率为27.5%,强塑积为24.1 GPa·%。在此基础上,进一步研究了应变速率对实验钢室温力学性能的影响。在10～0.5 s应变速率范围内,屈服强度和抗拉强度随应变速率降低而减小,但延伸率有所增大。同时,随着应变速率的降低,弹塑性转变点发生左移。当应变速率在10～10 s范围内,抗拉强度随应变速率减小而升高,但延伸率有所减小。当应变速率为10s时,弹塑性转变点较10s发生右移。（3）退火态实验钢经550℃和800℃不同保温时间的时效处理后,析出相的种类均为B2、MC和MC,与相图计算结果基本一致。析出相在铁素体晶界处形核,然后向晶内逐步扩散。析出相的尺寸随时效温度和时间的增加而增大,过大析出相会恶化轻质钢的性能。具有B2结构的Ni Al相提高了实验钢的强度和硬度,但MC和MC在铁素体内大量析出,在相界处大量富集,易造成相界开裂,成为裂纹扩展的路径,降低了实验钢的塑性。

关键词：双相轻质钢热处理显微组织析出相力学性能

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固溶和时效处理对Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C轻质钢组织和腐蚀行为的影响

固溶和时效处理对Fe-Mn-Al-Cr-Ni-C轻质钢组织和腐蚀行为的影响

引用

作者：曲丽娟长春工业大学

学位级别：硕士

Fe-Mn-Al-C轻质钢因其密度低、强度高及良好的抗疲劳性能等突出优势,被广泛应用于汽车、化工等领域。随着使用环境的越发严苛,因腐蚀导致材料失效的现象越来越多。然而,目前该类钢在耐腐蚀性能方面的研究仍主要集中于模拟海水环境,多样... 详细信息

Fe-Mn-Al-C轻质钢因其密度低、强度高及良好的抗疲劳性能等突出优势,被广泛应用于汽车、化工等领域。随着使用环境的越发严苛,因腐蚀导致材料失效的现象越来越多。然而,目前该类钢在耐腐蚀性能方面的研究仍主要集中于模拟海水环境,多样化环境介质中的研究还鲜有报道,对扩大Fe-Mn-Al-C轻质钢的应用范围缺少理论依据。因此,开展Fe-Mn-Al-C轻质钢在不同应用环境中的腐蚀行为研究是非常有必要的。本文对热轧态Fe-25.18Mn-7.81Al-6.1Cr-5.05Ni-0.23C轻质钢进行固溶处理和时效处理,采用扫描电镜、X射线衍射仪等表征手段,探究热处理后实验钢的组织演变及析出相的析出规律。对热处理后的实验钢在3.5%Na Cl（中性）、5%Na OH（碱性）和5%HCl（酸性）三种溶液介质中进行电化学腐蚀实验,并结合浸泡腐蚀实验,研究热处理和组织演化对实验钢耐腐蚀性能的影响。主要成果如下:（1）在900℃～1100℃固溶处理1 h后,随温度的升高,实验钢的耐腐蚀性能呈现先上升后下降的趋势。经900℃固溶处理后,由于碳化物析出,产生贫Cr区,导致钢的耐腐蚀性能下降;1000℃固溶处理后,两相比例均衡,无析出相析出,AlO、CrO等氧化产物的生成,提高了氧化产物膜的致密性,耐腐蚀性能最佳;1100℃时,两相比例失衡,腐蚀面积增加,性能再次下降。同时,在1000℃下,固溶处理时间增加至2 h、3 h后,铁素体含量大幅上升,钢的腐蚀面积和腐蚀速率进一步增加,导致耐腐蚀性能下降。（2）550℃时效时,增加时效时间导致碳化物逐渐析出且数量增多,1 h后尺寸增加至0.58μm,微电偶数量增加,耐腐蚀性能下降。在中性溶液中,实验钢的点蚀电位从-175.2 m V下降为-253.4 m V。750℃时效时,增加时效时间,实验钢的耐腐蚀性能先降低后升高。同时750℃高温时效使碳化物的热驱动力增强,析出相尺寸增大约4～5倍,耐蚀性下降约6.8%～11%。其中,30 min时效后,片层状析出相提供了有利的形核位点,促进腐蚀的进行,故耐腐蚀性能最差。（3）实验钢的耐腐蚀性能总体上在三种介质中有着相同的变化规律。Cl促进阴极析氢的同时,较高的H浓度也会增大腐蚀量,降低了耐腐蚀性能;在含有OH的溶液中,较高的Al含量能使实验钢形成修复力更强的钝化膜。腐蚀过程从析出相和基体界面处开始,沿晶界向内部扩散。实验钢的腐蚀产物主要由FeO、MnO、AlO等氧化物组成。

关键词：双相轻质钢固溶处理时效处理显微组织腐蚀性能

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