微合金晶粒细化方法及原因
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不锈钢的晶粒细化工艺摘要:采用本恩提出的方法进行相应的微合金化理论设计,在Cr30Mo高碳铁素体不锈钢中加入适量的铌,由铸造凝固过程中沉淀析出的碳氮化铌有效阻止基体晶粒长大,可使基体晶粒尺寸由无铌时的100μm 左右细化至20μm 以下,使钢材脆性断裂倾向明显降低,从而使铸造生产成品率显著提高,生产成本明显下降,同时使其在磷化工生产条件下的使用寿命明显提高。
关键词:高碳铁素体不锈钢;铌微合金化;晶粒尺寸控制;脆性断裂;成产成品率1前言很多化工生产流程中所涉及的流体介质除具有较高的腐蚀性外,还存在大量的固体颗粒于其中而造成显著的腐蚀磨损,因而对相应的化工设备及零件的材料的性能要求除需保持适当的耐蚀性外,还要求具有很高的耐磨性。
磷化工设备关键零件如各种叶轮、泵阀所用材料对耐磨性的要求明显高于对耐蚀性的要求[1]。
Cr30Mo 高碳铁素体不锈钢是近年来研制开发的具有高耐磨性和适当耐蚀性的钢种[2],其碳含量一般为0.8-1.0%,其基体组织从凝固至室温均保持为铁素体,冷却过程中所形成的各种合金碳化物如Cr7C3、Cr23C6、Mo2C 等可使钢材明显硬化而具备较高的耐磨性,同时由于可采用高碳铬铁作为生产原料而使其生产成本明显降低。
由于碳含量较高且基体无固态相变,因而Cr30Mo 高碳铁素体不锈钢的脆性十分严重,目前国内引进法国技术的最高铸造生产成品率为35%。
为了提高Cr30Mo 高碳铁素体不锈钢的韧性和生产成品率,我们在钢中添加了适量的铌,利用碳氮化铌在高温下阻止晶粒长大的作用,明显细化了晶粒,降低了脆性断裂倾向,铸造生产成品率提高到80%以上。
本文将介绍相关的设计原理和应用情况。
2第二相阻止晶粒长大原理与高碳铁素体不锈钢铌含量的设计晶粒细化是钢铁材料中重要的韧化方式。
铁素体不锈钢的基体组织从凝固至室温均保持为铁素体,没有固态多形性相变发生,不可能通过固体多形性相变细化晶粒;而高碳铁素体不锈钢由于脆性很大,只能在铸造态使用,故也不能通过塑性变形后的再结晶相变来细化晶粒。
关于 6061铝合金圆铸棒晶粒细化问题探讨摘要:本文分别从6061铝合金铸棒的化学成分份,炉料组成,熔炼过程的温度控制,熔体在炉内的保温时间,人工播晶种,以及铸造过程工艺参数等方面阐述了对铸棒晶粒的影响,提出了晶粒细化的一些方法。
关键词:6061铝合金铝棒晶粒细化晶粒度在铝合金熔铸生产中,晶粒度一直是大家关注的热门话题。
尤其是变形铝合金中的圆铸棒晶粒度,它不仅关系到铸棒在铸造环节能否顺利进行,更关系到后续进一步压力加工,以及最终产品的力学性能,以至于使用性能。
影响6061铝合金圆铸棒晶粒有多方面因素,主要有1.化学成分因素合金元素对铝合金基体金属纯铝来说是外来质点。
他们的熔点、金晶结构与纯铝有一定差别,特别是形成金属化合物以后,对合金结晶有一定影响。
6061铝合金主要合金元素有Si、Mg、Cu,还有对合金工艺性能有一定影响的Fe、Mn、Cr、Ti等元素。
这些元素约占合金含量的2.5%(Wt)左右。
其形成的金属化合物有的熔点与基体金属有差别,有的结晶结构与基体金属有一定的相似性。
在合金结晶时,会产生先后期结晶,先期结晶对后序结晶形核有产生促进作用。
另外占合金总量的2.5%(Wt)的合金元素在合金铸造时,会产生成分过冷,对细化合金组织也有一定促进作用。
2.炉料组成因素铝合金铸棒生产企业,根据原料,特别是基体金属纯铝来源,以及废旧金属形状,多少都有各自的配料方案。
本文研究的配料方案是重熔原铝锭,以及本企业加工生产的厚度≥15mm边角废料和铸造后切除棒头、棒尾的工艺废料,作为回炉料配入炉料中。
在6061合金中炉料中还要加入相应合金元素的中间合金如Al-Fe、Al-Cu、Al-Cr等。
在炉料中,加或不加回炉料对合金晶粒度有一定影响。
产生上述晶粒度差异原因,据分析:相同重量的回炉料与相同重量的原铝锭比较,其表面积相差悬殊,前者是后者的数倍,甚至上百倍,也就是说前者的氧化物数量比后者大很多。
铝的氧化物在结晶体结构上与原铝相似,而其熔点近2050℃,这种高熔点质点能起到异质晶核作用,促进晶粒细化。
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢因其优良的力学性能和工艺性能,在工程领域得到了广泛应用。
Nb元素作为微合金化元素,其加入能够显著改善钢的强度、韧性及焊接性等性能。
其中,NbC的析出行为对钢的组织和硬度具有重要影响。
本文将重点探讨高Nb微合金钢中NbC的析出机制及其对组织与硬度的影响。
二、NbC的析出机制1. Nb在钢中的存在形式Nb元素在钢中主要以固溶体和化合物形式存在。
其中,化合物形式主要包括NbC、NbN等。
这些化合物的形成对钢的性能具有重要影响。
2. NbC的析出过程在高Nb微合金钢中,Nb与C元素结合形成NbC化合物。
随着钢的冷却过程,NbC逐渐从过饱和固溶体中析出。
析出过程受到钢的化学成分、冷却速度及温度制度等因素的影响。
三、NbC析出对组织的影响1. 晶粒细化NbC的析出可以有效细化钢的晶粒,这是由于NbC作为硬质相,能够在晶界处起到钉扎作用,阻碍晶粒长大。
晶粒细化有利于提高钢的强度和韧性。
2. 第二相粒子形成NbC的析出还会形成第二相粒子,这些粒子对钢的组织具有重要影响。
第二相粒子的存在可以阻碍位错运动,提高钢的塑性变形抗力。
四、NbC析出对硬度的影响1. 硬度的提高由于NbC具有较高的硬度,其析出使得钢的硬度得到提高。
硬度的提高主要表现在钢的表面层,使得钢具有更好的耐磨性和抗疲劳性能。
2. 硬度的分布特点随着NbC的析出,钢的硬度分布呈现出不均匀性。
在晶界处和第二相粒子附近,由于位错运动的阻碍,硬度较高。
而在远离这些区域的基体部分,硬度相对较低。
五、实验验证与分析为了进一步探讨高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响,我们进行了相关实验。
通过金相显微镜、扫描电镜及硬度计等手段,观察了钢的组织形态、第二相粒子的分布及硬度分布。
实验结果表明,高Nb微合金钢中NbC的析出能够有效细化晶粒,形成第二相粒子,并提高钢的硬度。
六、结论高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度具有重要影响。
细化奥氏体晶粒的措施奥氏体晶粒是钢材中的一种组织结构,其大小和分布对钢材的性能有着重要的影响。
因此,细化奥氏体晶粒是提高钢材性能的重要措施之一。
下面将介绍几种细化奥氏体晶粒的措施。
1. 控制钢材的冷却速率钢材的冷却速率是影响奥氏体晶粒大小的重要因素。
当钢材的冷却速率较快时,奥氏体晶粒会变小。
因此,可以通过控制钢材的冷却速率来细化奥氏体晶粒。
具体措施包括采用快速冷却的方法,如水淬、油淬等,或者采用控制冷却速率的方法,如温度控制冷却、加热后保温等。
2. 添加微合金元素微合金元素是指添加量较少的元素,如钒、钛、铌等。
这些元素可以在钢材中形成稳定的化合物,从而抑制奥氏体晶粒的长大。
此外,微合金元素还可以提高钢材的强度和韧性,改善其耐腐蚀性能。
3. 采用热处理方法热处理是指将钢材加热到一定温度,然后进行冷却的过程。
通过采用不同的热处理方法,可以实现细化奥氏体晶粒的目的。
常用的热处理方法包括正火、淬火、回火等。
其中,淬火可以快速冷却钢材,从而细化奥氏体晶粒;回火可以在保证钢材硬度的情况下,使奥氏体晶粒变得更加均匀。
4. 采用轧制方法轧制是指将钢材通过轧机进行加工,从而改变其组织结构和性能的过程。
通过采用不同的轧制方法,可以实现细化奥氏体晶粒的目的。
常用的轧制方法包括等温轧制、热轧制、冷轧制等。
其中,等温轧制可以在保证钢材硬度的情况下,使奥氏体晶粒变得更加均匀。
综上所述,细化奥氏体晶粒是提高钢材性能的重要措施之一。
通过控制钢材的冷却速率、添加微合金元素、采用热处理方法和轧制方法等措施,可以实现细化奥氏体晶粒的目的。
在实际生产中,应根据具体情况选择合适的措施,以达到最佳的效果。
钢的晶粒细化工艺钢的晶粒细化工艺是通过控制钢的冷却速度和加热温度来实现的。
晶粒细化可以提高钢材的力学性能、耐蚀性和耐磨性等方面的性能。
下面将详细介绍一种常用的钢的晶粒细化工艺。
一、冷却速度控制1. 快速冷却:通过快速冷却可以有效地减小钢材中的晶粒尺寸。
快速冷却可以采用水淬或油淬等方法,将加热至适宜温度的钢材迅速浸入冷却介质中,使其迅速降温。
这种方法适用于碳含量较低的低合金钢。
2. 慢速冷却:对于高碳合金钢或需要保持一定韧性的材料,可采用慢速冷却的方法。
慢速冷却可以通过将加热至适宜温度的钢材放置在空气中自然冷却或用炉内保温等方式实现。
二、加热温度控制1. 高温处理:在高温范围内进行处理可以促进晶粒的长大,适用于需要较大晶粒尺寸的钢材。
通常在1100℃以上进行高温处理,使晶粒迅速长大。
2. 低温处理:在低温范围内进行处理可以抑制晶粒的长大,适用于需要较小晶粒尺寸的钢材。
通常在800℃以下进行低温处理,使晶粒细化。
三、表面处理1. 酸洗:将钢材浸入酸性溶液中进行酸洗可以去除表面氧化层和锈蚀物,提高表面光洁度。
酸洗还能够改善钢材的耐蚀性能。
2. 抛光:通过机械或化学方法将钢材表面进行抛光可以提高表面平整度和光洁度。
四、热处理1. 固溶处理:将加热至固溶温度的钢材保温一段时间后迅速冷却可以实现固溶处理。
固溶处理可以改善钢材的强度和塑性。
2. 淬火处理:将加热至淬火温度的钢材迅速冷却可以实现淬火处理。
淬火处理可以增加钢材的硬度和耐磨性。
3. 回火处理:将淬火后的钢材加热至回火温度并保温一段时间后冷却,可以实现回火处理。
回火处理可以调节钢材的硬度和韧性。
五、细化剂添加1. 稀土元素:稀土元素在钢中具有良好的晶粒细化效果,可以通过添加稀土元素来实现晶粒细化。
稀土元素主要包括镧、铈、钕等。
2. 微合金化:通过添加微量的合金元素如铌、钛、锰等来实现晶粒细化。
这些合金元素能够形成碳化物或氮化物,抑制晶粒长大。
六、机械加工通过机械加工如冷轧、拉拔等可以进一步细化钢材中的晶粒尺寸。
课程名称:金属凝固指导老师:宋长江,翟启杰教授金属凝固组织的细化方法和机理摘要:金属组织细化细化是提高材料性能的一种有效手段。
在材料科学领域里,控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一,在已有的研究中,控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类:一是物理细化法,如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等,二是化学细化法,如添加形核剂和长大抑制剂等。
物理细化方法处理材料纯净度高,不会对金属熔体带来外来夹杂,细化效果好;化学添加剂法细化效果稳定、作用快、操作方便、适应性强,是目前最普遍的细化方法。
关键词:组织细化;细化方法;细化剂;变质剂Refinement methods and mechanism of solidification structure of metalsAbstract: Metal microstructure refinement is an effective means to improve the properties of materials.In the field of meterial science, To contol the metal solidification process to refine the metal solidification structure is an important way of improving the casting performance. There are two main ways in the previous study: the first one is Physical refining method,such as cast cold, electromagnetic stirring, mechanical vibration, ultrasonic Refining and so on. The other one is chemical method, like the addition of nucleating agents and growth inhibitors. Physical refining method can make the material more pure,and there is no inclusion along with. The chemical method is the most common method of refinement because it’s faster and more stable and easy to operate. Key words:structure refinement; refine method; refiners; modifier1前言金属的性能在很大程度上取决于其凝固组织,因此细化凝固组织一直是材料科学领域的重要研究内容,而控制金属凝固过程以细化金属凝固组织是改善铸件性能的重要手段之一。
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢是一种具有优异力学性能的金属材料,其独特的物理和化学性质使其在许多工程领域得到广泛应用。
其中,Nb(铌)元素的添加对钢的性能起到了关键作用。
本文将重点探讨高Nb微合金钢中NbC(碳化铌)的析出行为对组织与硬度的影响。
二、高Nb微合金钢的基本性质高Nb微合金钢主要由铁、碳和铌等元素组成。
铌元素的添加可以显著提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性。
在高温冶炼过程中,铌与碳元素结合形成NbC,这种碳化物的析出行为对钢的组织和性能有着重要影响。
三、NbC的析出过程及其机制1. 析出过程高Nb微合金钢在热处理过程中,NbC的析出主要发生在奥氏体区间的冷却过程中。
随着温度的降低,NbC逐渐从基体中析出,形成细小的颗粒状物质。
2. 析出机制NbC的析出机制主要受温度、时间和冷却速率等因素的影响。
当温度降低到一定值时,NbC的形核和生长速率加快,从而促进其从基体中析出。
此外,合适的冷却速率也有助于NbC的均匀析出。
四、NbC的析出对组织的影响1. 晶粒细化NbC的析出可以有效地细化晶粒,使钢的组织更加均匀。
这是因为NbC可以作为异质形核的核心,促进晶粒的形成和生长。
此外,NbC的析出还可以阻碍晶界的迁移,从而起到晶粒细化的作用。
2. 亚结构变化随着NbC的析出,钢中的亚结构也会发生变化。
析出的NbC 颗粒可以改变位错的运动轨迹,从而影响亚结构的形成和演化。
这有助于提高钢的力学性能和抗疲劳性能。
五、NbC的析出对硬度的影响1. 硬度的提高由于NbC具有较高的硬度,其从基体中析出后可以提高钢的整体硬度。
这是因为NbC颗粒可以阻碍位错的运动,从而提高钢的抗变形能力。
此外,晶粒细化和亚结构变化也有助于提高钢的硬度。
2. 硬度的分布特点在高Nb微合金钢中,由于NbC的分布不均匀,导致硬度的分布也呈现出一定的特点。
通常,在析出NbC颗粒较多的区域,硬度较高;而在析出较少的区域,硬度相对较低。
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢作为一种重要的工程材料,因其良好的力学性能和加工性能,在众多领域得到了广泛的应用。
Nb(铌)作为微合金元素,在钢中的添加能够有效改善钢的微观组织和力学性能。
本文将重点探讨高Nb微合金钢中NbC的析出行为对组织与硬度的影响。
二、NbC的析出过程及影响因素在高Nb微合金钢中,Nb元素主要通过与C(碳)元素结合形成NbC化合物,然后析出。
这一过程受到多种因素的影响,包括钢的化学成分、冷却速度、热处理工艺等。
NbC的析出是一个复杂的过程,其形貌、尺寸和分布都会对钢的组织和性能产生影响。
三、NbC析出对组织的影响1. 晶粒细化:NbC的析出能够有效细化钢的晶粒。
由于NbC 作为硬质相的存在,它能够阻碍钢在凝固和热处理过程中的晶粒长大,从而起到细化晶粒的作用。
2. 组织的均匀性:随着NbC的析出,钢的组织变得更加均匀。
这是因为NbC的析出能够消耗钢中的C元素,降低碳在基体中的偏聚程度,从而使得组织更加均匀。
3. 第二相的形成:NbC的析出还会形成第二相,这些第二相能够有效地提高钢的强度和韧性。
四、NbC析出对硬度的影响1. 硬度的提高:由于NbC具有较高的硬度,因此其析出会显著提高钢的硬度。
随着NbC的析出量和尺寸的增加,钢的硬度也会相应提高。
2. 硬度的均匀性:由于NbC的均匀析出,使得钢的硬度分布更加均匀。
这有利于提高钢的力学性能和加工性能。
五、实验研究及结果分析通过实验研究,我们发现高Nb微合金钢中NbC的析出对组织和硬度的影响是显著的。
随着Nb含量的增加,NbC的析出量也相应增加,钢的晶粒得到细化,组织更加均匀,硬度也有所提高。
此外,我们还发现适当的热处理工艺能够促进NbC的析出,进一步提高钢的性能。
六、结论高Nb微合金钢中NbC的析出对组织和硬度具有显著影响。
通过控制Nb的含量和热处理工艺,可以有效地调控NbC的析出行为,从而改善钢的微观组织和力学性能。
A356铝合金晶粒细化的研究介绍了A356铝合金几种常见晶粒细化的方法,包括物理晶粒细化法和化学晶粒细化法,分析了细化机理,着重介绍几种晶粒细化剂和变质剂对铝合金组织和性能的影响。
细化晶粒组织是提高铝合金材料力学性能的有效途径之一,对开发优质铝合金材料有重要的意义。
标签:铝合金;晶粒细化;细化机理1 前言A356为常用的铸造铝-硅-镁系合金,因其具有流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小等特点,经过晶粒细化和热处理后,抗拉强度、屈服强度、断后伸长率等各方面的性能得到相应的改善,被广泛于工业、交通、农业等部门,尤其是应用在汽车零配件中[1]。
铝合金的机械性能与其显微组织中的晶粒大小和共晶硅形态紧密相关[2]。
铝合金的晶粒尺寸和形态特征决定着铝合金的性能,细小、均匀的晶粒组织,可以有效地提高材料的强度和韧性,同时改善合金的机械加工性能,是获得良好的综合性能的保证。
在铸造A356铝合金的过程中,由于铸造温度高,α-Al基体晶粒显得粗大,硅的形态呈粗大的片状结构,容易生成粗大的针片状或板状共晶硅,铝合金基体容易被割裂,成分偏析且各相之间分布极不均匀,造成局部区域的应力集中,产生裂纹源,使铸造合金的力学性能和加工性能恶化[3]。
没有添加任何晶粒细化处理和变质剂的A356铝合金,基体组织晶粒比较粗大,整体力学性能较差。
因此,对铝合金进行晶粒细化,是获得优良的铝合金材料的重要保证。
2 铝合金晶粒细化的主要方法2.1 铝合金晶粒细化的本质晶粒细化的本质是抑制铝合金晶粒组织的长大过程。
在铸造过程中,细化晶粒方法有很多,大致可以分为两大类:通过物理方法细化、通过化学方法细化。
其中物理晶粒细化法是借助电磁搅拌或者快速凝固等技术来增加合金本身晶核的数量或抑制晶体长大;化学晶粒细化法是在铝合金熔炼过程中,往铝液中加入各种中间合金细化剂,在溶体中生成大量异质形核核心,可使铝合金具有细小等轴晶粒,各方向的力学性能差异小,可以改善其力学性能和加工性能,达到细化铝合金晶粒的作用,这种方法所需的生产设备和工艺比较简单,是工业上最为常用的细化方法[4]。
控制晶粒大小的方法控制晶粒大小是金属材料研究中的一个重要问题。
晶粒的大小对材料的性能有着重要的影响,能够控制晶粒大小可以使材料具有更好的力学、热学和电学性能等。
下面将介绍几种常见的控制晶粒大小的方法。
1. 热处理热处理是一种重要的控制晶粒大小的方法,通过改变材料的加热温度、保温时间和冷却速率等参数,可以对晶粒进行控制。
例如,快速冷却可以得到细小的晶粒,而慢速冷却则可以得到较大的晶粒。
此外,还可以通过回火、退火等不同的热处理工艺来改变晶粒的大小。
2. 稀土元素合金化添加稀土元素可以有效地控制晶粒的尺寸和形态。
稀土元素在晶界上与晶界能量结合,使晶界能量得到提高,从而限制晶界活动,抑制晶粒长大。
同时,稀土元素的添加还可以改变晶界的结构和特性,形成复杂的晶界,有效阻止晶粒的生长。
3. 机械加工机械加工是通过应变驱动晶界迁移来控制晶粒大小和形状的方法。
在材料的加工过程中,通过应变积累可以形成高密度的晶界位错和相互交错的晶粒,从而限制晶粒的生长。
同时,机械加工还可以引入高密度的位错,增加晶粒边界能,提高晶界的能量障碍,促使晶粒的突围和分裂,有效细化晶粒。
4. 界面工程界面工程是一种通过在材料之间引入界面来控制晶粒的方法。
界面具有较高的能量和活性,可以作为晶界迁移的位点,从而控制晶粒的生长。
常见的界面工程方法包括等离子喷涂、溅射沉积、机械合金化等。
通过界面工程可以获得具有定向、细小和均匀晶粒的材料。
5. 组织改性通过调控合金元素的含量和比例,可以改变材料的化学成分和相组成,从而控制晶粒的尺寸和分布。
例如,添加微量的合金元素可以作为晶核,促进晶粒的形成。
同时,合金元素还可以影响晶界的结构和能量,从而限制晶粒的生长。
综上所述,控制晶粒大小的方法主要包括热处理、稀土元素合金化、机械加工、界面工程和组织改性等。
这些方法可以单独应用,也可以组合使用,以达到期望的晶粒尺寸和形态。
在实际应用中,需要根据具体的材料和应用需求来选择合适的方法。
材料强化的主要方法材料强化是指通过添加其他材料或改变材料结构,以提高材料的性能和功能。
在材料科学领域,材料强化是一个非常重要的研究方向,通过对材料的强化可以大大提高材料的使用性能,延长材料的使用寿命,同时也可以拓展材料的应用范围。
本文将介绍材料强化的主要方法,包括晶粒细化、相变强化、位错强化和析出强化。
首先,晶粒细化是一种常见的材料强化方法。
通过控制材料的晶粒尺寸,可以有效地提高材料的强度和硬度。
晶粒细化的方法包括机械加工、热处理和添加微合金等。
机械加工可以通过变形加工,使材料的晶粒尺寸得到细化;热处理则可以通过控制材料的退火温度和时间,实现晶粒的再结晶和生长,从而达到晶粒细化的目的;添加微合金可以改变材料的晶粒生长行为,抑制晶粒长大,从而实现晶粒细化。
其次,相变强化是另一种常见的材料强化方法。
通过控制材料的相变结构,可以显著改善材料的性能。
相变强化的方法包括固溶强化、时效强化和沉淀强化等。
固溶强化是通过将合金元素溶解在基体中,形成固溶体,从而提高材料的强度和硬度;时效强化是在固溶处理后,通过时效处理形成沉淀相,从而提高材料的强度和耐热性能;沉淀强化是通过控制沉淀相的尺寸和分布,来提高材料的强度和塑性。
再次,位错强化是材料强化的重要方法之一。
位错是材料中的缺陷,可以有效地影响材料的力学性能。
位错强化的方法包括冷变形、固溶处理和时效处理等。
冷变形可以引入大量的位错,从而提高材料的强度和硬度;固溶处理可以通过位错与溶质原子的相互作用,改变位错的迁移和滑移行为,从而提高材料的强度和耐热性能;时效处理可以通过控制位错的运动和沉淀相的形成,来提高材料的强度和塑性。
最后,析出强化是一种常见的材料强化方法。
通过控制材料中的析出相,可以显著改善材料的性能。
析出强化的方法包括固溶处理、时效处理和沉淀硬化等。
固溶处理可以将溶质原子溶解在基体中,形成固溶体,从而提高材料的强度和硬度;时效处理可以通过析出相的形成和生长,来提高材料的强度和耐热性能;沉淀硬化是通过控制析出相的尺寸和分布,来提高材料的强度和塑性。
微合金晶粒细化方法及原因
(壹佰钢铁网推荐)一般的晶粒细化方法是在炼钢过程中向钢液添加微合金元素(Nb、 V、 Ti、 B、 N 等)进行变质处理 ,以提供大量的弥散质点促进非均质形核 ,从而使钢液凝固后获得更多的细晶粒。
这种微合金化(合金的总质量分数小于 0.1 %)是比较有效的细化钢铁材料晶粒的方法之一。
在一定范围内 ,随微合金元素含量的增加 ,铁素体晶粒越细小。
晶粒细化原因有两方面:一方面,某些固溶合金化元素(W ,Mo ,Mn 等)的加入提高了钢的再结晶温度,同时也可降低在一定温度下晶粒长大的速度;另一方面,某些强碳化物形成元素(如 Nb ,V , Ti等)与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级历史老照片不能说的秘密慈禧军阀明末清初文革晚清 (20~100 nm)的化合物,钉扎晶界 ,对晶粒增长有强烈的阻碍作用 ,并且当这种纳米级化合物所占体积分数为 2 %时 ,对组织的细化效果最好。
铌是钢中常加入的微合金元素 ,通常加入量小于 0.05 %,在钢中形成 NbC、 NbN 的化合物 ,在再结晶过程中 ,因 NbC、NbN 对位错的钉扎和阻止亚晶界迁移可大大延长再结晶时间 ,而且铌阻止奥氏体回复、再结晶的作用最强烈,当钢中 w (Nb) = 0.03 %时 ,即可将完全再结晶所需的最低温度提高到 950 ℃左右,钢中加入铌 ,并通过再结晶控轧技术可使铁素体晶粒尺寸细化到6μm。
钒与碳和氮有较强的亲和力 ,形成 V (C ,N)的弥散小颗粒 ,对奥氏体晶界有钉扎作用,可阻碍奥氏体晶界迁移 ,即阻止奥氏体晶粒长大,并提高钢的粗化温度;同时形成的 V(C ,N)在奥氏体向铁素体转变期间在相界面析出,有效阻止了铁素体晶粒长大,起到细化铁素体晶粒的作用。
通常,钢中钒加入量控制在 0.04 %~0.12 %范围。
高温下,钢中钛以 TiN、 TiC弥散析出,可以成为钢液凝固时的固体晶核,有利于结晶,细化钢的组织。
钛也是极活泼的金属元素 ,能与铁和碳生成难溶的碳化物质点 ,富集在晶界处 ,阻止晶粒粗化。
通常钛的加入量应大于 0.025 %。
合金元素一般是以复合形式加入钢中 ,而且复合合金化处理效果比单一合金化处理效果更好。
微合金化元素对形变诱导相变也有影响 ,铌可提高形变诱导相变温度 ,扩大形变诱导变形区 ,更易获得超细晶铁素体。
钢中碳含量降至超低碳范围时,也容易发生形变诱导相变 ,并获得超细晶粒。
但单纯的微合金化细化技术对钢铁材料组织细化有较大的局限性 ,因此应结合一定的热处理工艺进行综合细化 ,才能获得较好的效果。
(壹佰钢铁网推荐)。