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碳素钢显微结构的电磁响应机理及电磁无损表征研究

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碳素钢显微结构的电磁响应机理及电磁无损表征研究

作者：董春鑫桂林理工大学

学位级别：硕士

钢铁的显微结构决定着力学性能的优劣,是影响钢铁产品生产、加工和服役的关键因素。对钢铁显微结构的在线检测能够实时反馈结果并动态调整生产工艺参数,提高生产效率,降低生产成本。目前主流的显微结构检测方式主要以离线有损检测为主,... 详细信息

钢铁的显微结构决定着力学性能的优劣,是影响钢铁产品生产、加工和服役的关键因素。对钢铁显微结构的在线检测能够实时反馈结果并动态调整生产工艺参数,提高生产效率,降低生产成本。目前主流的显微结构检测方式主要以离线有损检测为主,即通过截取部分样品进行电子显微镜观察,其检测流程长、成本较高,无法表征整体产品的质量。无损检测在一定程度上可以间接表征材料的显微组织,但目前大部分的无损检测方式较为复杂,易受到检测环境影响,难以实现在线实时监测。多频电磁无损检测技术具有非接触性、检测速度快、其信号对钢铁显微结构变化灵敏度高的优点,能够满足钢铁生产实时在线测量的需求。为了探究钢铁显微组织与多频电磁无损检测信号之间的定量关系,论文以电磁无损检测原理为基础,制作了U型、圆柱形电磁传感器,组建多频电磁信号测量系统。选取某钢厂生产的多种牌号钢板作为研究对象,进行电磁信号测量并结合金相结果对比分析,讨论钢铁显微组织的电磁响应机理,为钢铁产品在线实时监测和动态调控提供理论支撑。论文主要工作总结如下:(1)基于电磁无损检测原理,采用信号处理技术(DSP)与同步测量策略,建立多频电磁无损检测系统。选用数字信号处理器、阻抗测量电路和传感器三大模块共同构成多频电磁无损检测系统,其中数字信号处理器、阻抗测量电路组成多频电磁测量仪,发生信号和处理感应信号,由高速串行链接发送给上位机。(2)利用组建的多频电磁测量仪连接U型和圆柱形电磁传感器,确定最佳的传感器线圈直径、线圈匝数和激励电流大小等参数。对Q235B,Q355B,45#,20Cr,T8,T10,ZGMn13,TA1,TA9钢板进行电磁信号测量,实验结果表明低频(1-100Hz)电感信号可作为特征值,有效区分不同钢铁显微组织相分数。(3)通过金相组织分析,确定不同钢种相组织体积分数,并与电磁无损信号一一对应。结果表明材料的电磁信号受到相组织,体积分数,晶粒度的多重影响,其中晶粒度以及磁性相的体积分数是影响材料相对磁导率的主要因素。(4)利用搭建的多频电磁无损检测系统,探究提离距离、边界效应以及材料厚度对电磁信号的影响。结果表明低频电磁信号会随材料厚度的增加而增大;1-10 mm的提离距离会使电磁信号的值下降90-99%;接近边缘少于40 mm会使低频值下降2%,随着距离减小到边缘位置,低频电感值会逐渐下降至最小值。

关键词：碳素钢电磁响应无损检测显微组织

纳米TiC-TiB2颗粒对碳素钢组织和性能的影响

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纳米TiC-TiB2颗粒对碳素钢组织和性能的影响

作者：张宇浙江理工大学

学位级别：硕士

在众多钢铁材料中,碳素钢因其具有优良的服役性能被广泛应用于汽车、航空航天、基础设施建设和各种机械制造业。随着经济与技术的快速发展,传统产业的升级与新兴产业的崛起对钢铁材料的性能有了更高的要求,但仅仅通过优化热处理工艺、... 详细信息

在众多钢铁材料中,碳素钢因其具有优良的服役性能被广泛应用于汽车、航空航天、基础设施建设和各种机械制造业。随着经济与技术的快速发展,传统产业的升级与新兴产业的崛起对钢铁材料的性能有了更高的要求,但仅仅通过优化热处理工艺、改变合金元素配比等传统强韧化手段提升碳素钢性能已经遇到了瓶颈,无法在短时间内取得突破性进展,因此亟需提出一种全新的、灵活实用的、低成本的并且能显著提高碳素钢服役性能的方法。论文以碳素钢为研究对象,通过铝基中间合金将纳米Ti C-Ti B颗粒引入进钢水中,成功制备出纳米颗粒增强碳素钢。利用E2EM晶体学模型分析纳米颗粒与碳素钢各组相间的形核效用,研究纳米Ti C-Ti B颗粒对碳素钢微观组织、力学性能和耐磨性的影响规律,揭示纳米颗粒对碳素钢组织和性能协同调控机理。主要结果如下:1.揭示纳米颗粒对碳素钢组织演变的影响规律和调控机制。加入0.01wt.%和0.02wt.%纳米颗粒后,铸态碳素钢的晶粒尺寸分别减小25.74%和26.60%,珠光体含量分别提升36.73%和39.27%;退火态碳素钢的晶粒尺寸分别减小20.37%和29.03%,珠光体含量分别提升23.24%和40.39%。液固相变过程中,部分纳米颗粒能够参与奥氏体的异质形核,提高其形核效率,而未参与形核的纳米颗粒被吸附在液固界面,阻碍界面推移,抑制奥氏体枝晶生长,细化晶粒,减少魏氏组织。在固态相变过程中,细小的初生奥氏体、增加的晶界和纳米颗粒能够为铁素体和渗碳体提供更多的形核点位,进一步细化铸态和退火态组织。2.揭示纳米颗粒对碳素钢力学性能的影响规律和强韧化机制。加入0.01wt.%和0.02wt.%纳米颗粒后。碳素钢的布氏硬度、铁素体和珠光体的维氏硬度分别提升7.74%、1.24%、13.43%和10.75%、1.54%、15.04%;室温(20℃)拉伸试验中,屈服强度、抗拉强度、伸长率分别提升8.21%、5.60%、22.64%和12.95%、10.47%、9.43%;高温(150℃)拉伸试验中,屈服强度、抗拉强度、伸长率分别提升6.97%、4.63%、12.31%和14.80%、8.65%、4.62%;室温(20℃)和低温(-20℃)冲击试验中,冲击韧性分别提升32.29%、21.48%和31.15%、18.63%。随着纳米颗粒的加入,碳素钢的拉伸和冲击断口内韧窝和撕裂棱增多。纳米颗粒对碳素钢力学性能的强韧化机制包括细晶强化、位错强化、载荷传递效应和裂纹辐散机制。3.揭示纳米颗粒对碳素钢耐磨性的影响规律和抗磨机理。不同载荷、转速和温度条件下,纳米颗粒的加入能够减轻磨损表面材料脱落,降低磨粒磨损程度,体积磨损率最多降低53.67%、65.54%和65.80%。纳米颗粒通过细化晶粒,增加位错密度,提升基体硬度和强度等方式提高碳素钢的耐磨性,同时分散在碳素钢表层和亚表层的纳米颗粒能够承担部分载荷并阻碍摩擦副接触,进一步减少磨粒磨损。

关键词：纳米颗粒碳素钢微观组织力学性能耐磨性

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碳素钢钝化的线性电位扫描法问题

物理化学学报 1991年第5期7卷 623-626页

作者：张一先苏州城建环保学院环保系苏州215008

电位扫描法是一种基本的电化学研究方法。前人对此作了大量的研究。对于具有表面转化步骤的复杂电极过程,尤其是阳极过程,Srinivasan等作了扫描电位—电流的理论分析,导出了峰值电流(I_(max)或i_p)与扫描速度的平方根(v^(1/2))成正比的... 详细信息

电位扫描法是一种基本的电化学研究方法。前人对此作了大量的研究。对于具有表面转化步骤的复杂电极过程,尤其是阳极过程,Srinivasan等作了扫描电位—电流的理论分析,导出了峰值电流(I_(max)或i_p)与扫描速度的平方根(v^(1/2))成正比的近似数学关系式,可较好地应用于有机物电化学吸附,以及H_2、O_2在某些金属表面的电化学吸附。

关键词：碳素钢钝化电位扫描法

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普通碳素钢在CSP连轧过程中的组织演变

钢铁 2003年第7期38卷 12-15页

作者：刘清友孙新军陈红桔梁小恺董瀚翁宇庆李德刚王雪莲包春林田荣彬钢铁研究总院包头钢铁集团公司

在 CSP机组上 ,通过普通碳素钢 (Q2 35 )的轧卡试验研究了该钢在连轧过程中的组织演变过程。结果表明 :高温区的两道次大变形使原始铸造树枝晶通过再结晶基本实现了奥氏体的等轴化和组织的均匀化 ;进一步变形可继续细化原始奥氏体并最... 详细信息

在 CSP机组上 ,通过普通碳素钢 (Q2 35 )的轧卡试验研究了该钢在连轧过程中的组织演变过程。结果表明 :高温区的两道次大变形使原始铸造树枝晶通过再结晶基本实现了奥氏体的等轴化和组织的均匀化 ;进一步变形可继续细化原始奥氏体并最终获得晶粒尺寸约为 30μm的、均匀的等轴晶组织。在 CSP工艺中 ,原始奥氏体组织细化可能与精轧总压下量高、单道次变形量大、应变速率高及钢中出现异常析出物等因素有关。

关键词：薄板坯连铸连轧 CSP 碳素钢轧卡试验组织演变连轧

碳含量对碳素钢磁场摩擦磨损性能的影响与作用机制研究

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摩擦学学报 2019年第1期39卷 99-108页

作者：谢瑜龙孙超张永振石红信宋晨飞杜三明河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室河南洛阳471023

基于自制的HY-100销-盘式磁场摩擦磨损试验机,对比研究了有无外加磁场条件下,低碳钢、中碳钢和高碳钢的滑动干摩擦行为和其磨损特性,并使用扫描电子显微镜、金相显微镜等分析了摩擦微观表面与次表面,探讨了碳含量对碳素钢磁场摩擦的影... 详细信息

基于自制的HY-100销-盘式磁场摩擦磨损试验机,对比研究了有无外加磁场条件下,低碳钢、中碳钢和高碳钢的滑动干摩擦行为和其磨损特性,并使用扫描电子显微镜、金相显微镜等分析了摩擦微观表面与次表面,探讨了碳含量对碳素钢磁场摩擦的影响规律和作用机理.试验结果显示:根据碳含量的不同,有无磁场条件下碳素钢摩擦系数的变化也不同,在外加磁场条件下,低碳钢摩擦系数降低,中碳、高碳钢摩擦系数升高;随着碳含量升高,磁场对其摩擦系数的影响越小.外加磁场可以有效改善碳素钢的磨损性能,随着碳含量升高,磁场对其磨损率的改善程度越大.分析其原因可能为铁碳竞争氧化,这既保证了铁氧化物的减磨效应,也减缓了铁氧化物积累后的剥落.EDS能谱分析结果表明高碳钢的氧铁比最低,和铁碳氧化竞争模型推论相一致.

关键词：磁场碳含量碳素钢摩擦磨损竞争氧化

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加载速率及温度对碳素钢脆性转化的影响

金属学报 1990年第3期26卷 A198-A203页

作者：柳永宁朱金华周惠久 A.KILDEGAARD J.A.KRISTENSEN 西安交通大学材料工程系西安710049 西安交通大学 Aalborg University Denmark

本文研究一种经正火处理的碳素钢在不同加载速率以及不同试验温度下的动态断裂韧性。发现材料存在一个由加载速率决定的韧脆转化。用热激活概念分析断裂过程:J_(Id)=J_a+J_t,J_a是非热激活部分,与温度和速度无关;而热激活部分J_t=(K/K_0... 详细信息

本文研究一种经正火处理的碳素钢在不同加载速率以及不同试验温度下的动态断裂韧性。发现材料存在一个由加载速率决定的韧脆转化。用热激活概念分析断裂过程:J_(Id)=J_a+J_t,J_a是非热激活部分,与温度和速度无关;而热激活部分J_t=(K/K_0)~nexp(Q_f/(nkT)),控制着断裂过程的温度和速度敏感性。加载速率引起的脆性转化和改变温度引起的脆性转化有相同机制,它们与原子的热运动过程有关。脆性转化的本质是J_t在降低温度以及增加形变速率的过程中不断减小,导致材料由韧向脆转变。

关键词：碳素钢加载速率温度脆性转化

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淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响

钢铁 2004年第1期39卷 44-46,71页

作者：侯豁然刘清友孙新军董瀚钢铁研究总院

在 Gleeble2 0 0 0热模拟实验机上对普通碳素钢 Q2 35进行了不同温度的单道次变形实验 ,对变形后的试样采用三种不同的介质以不同冷却速度进行淬火 ,分别为水、- 6 0℃的干冰酒精溶液和含 5 0 % Na Cl的冰盐水。实验结果表明 ,不同冷却... 详细信息

在 Gleeble2 0 0 0热模拟实验机上对普通碳素钢 Q2 35进行了不同温度的单道次变形实验 ,对变形后的试样采用三种不同的介质以不同冷却速度进行淬火 ,分别为水、- 6 0℃的干冰酒精溶液和含 5 0 % Na Cl的冰盐水。实验结果表明 ,不同冷却速度对淬火后的组织状态影响很大。在冰盐水中淬火 ,钢的淬透性较高 ,变形后原始奥氏体状态基本上得到保留。在干冰酒精中淬火钢的淬透性最差。

关键词：淬火冷却速度碳素钢显微组织变形诱导铁素体相变

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基于电磁扫频响应的碳素钢多相组织无损表征

物理测试 2023年第5期41卷 1-6页

作者：董春鑫申嘉龙肖帅帅侯艳萍刘光穆孟征兵桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心广西桂林541004 广西盛隆冶金有限公司广西防城港538029

利用多频电磁无损检测技术,采用U型电磁传感器和多频单通道电磁测量仪,研究了不同相组成和相分数碳素钢对电磁信号的响应机制,构建电磁信号过零频率与显微结构对应关系,表征了Q235B、Q355B、45#以及T8 4种碳素钢和NM400、NM500两种耐磨... 详细信息

利用多频电磁无损检测技术,采用U型电磁传感器和多频单通道电磁测量仪,研究了不同相组成和相分数碳素钢对电磁信号的响应机制,构建电磁信号过零频率与显微结构对应关系,表征了Q235B、Q355B、45#以及T8 4种碳素钢和NM400、NM500两种耐磨钢的相组成及相体积分数。结果表明,电磁信号过零频率可以表征碳素钢的相体积分数,为实现碳素钢相组成及相体积分数的在线实时监测和调控奠定了基础。

关键词：碳素钢电磁响应无损检测相体积分数

碳素钢强流脉冲电子束处理后的表面火山口状凹坑研究

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真空科学与技术学报 2004年第5期24卷 343-346页

作者：邹慧邹建新陈亚军吴爱民关庆丰张庆瑜董闯中国民航学院理学院吉林大学材料科学与工程学院长春130025 大连理工大学三束材料重点实验室大连116024 大连理工大学三束材料重点实验室吉林大学材料科学与工程学院

利用强流脉冲电子束 (HCPEB)技术对碳素钢进行了表面改性处理。利用扫描电镜 (SEM)和X射线衍射 (XRD)对改性试样的表面性质进行了分析 ,结果表明 :样品表面出现了“火山坑”状的凹坑 ,淬火态T8凹坑数量比 4 5 # 钢少 ,凹坑深度比4 5 # ... 详细信息

利用强流脉冲电子束 (HCPEB)技术对碳素钢进行了表面改性处理。利用扫描电镜 (SEM)和X射线衍射 (XRD)对改性试样的表面性质进行了分析 ,结果表明 :样品表面出现了“火山坑”状的凹坑 ,淬火态T8凹坑数量比 4 5 # 钢少 ,凹坑深度比4 5 # 钢深。凹坑的密度与输入的能量密度成正比关系 ;此外 ,凹坑的分布密度先随轰击次数 (n =1～ 5 )的增加而增加 ,随后 (n=6～ 10 )略有降低 ;分析表明凹坑的形成及分布与位错密度密切相关。

关键词：强流脉冲电子束碳素钢凹坑 45#钢表面淬火位错密度分布密度量比次数