硅对Fe-Mn-C-Si系自润滑合金组织与耐磨性的影响

在高锰耐磨钢成分基础上引入石墨,通过熔炼法制备出新型高耐磨Fe-Mn-C-Si固体自润滑合金.研究了Si含量对凝固组织的影响;通过金相显微镜、SEM、XRD、EDS、以及干摩擦磨损试验主要分析了合金的组织形态、物相、干摩擦磨损特性.结果表明,合金由奥氏体、Fe2.7Mn0.3C及带分枝的片状石墨组成.随Si含量的增加,Fe2.7Mn0.3C不断减少并细化,而石墨不断增加.当Si含量达4%时,合金具有明显的石墨化效果.与QT500-7球墨铸铁相比,合金的摩擦系数μ和磨损率W均大大降低,当成分为79.5%Fe、13%Mn、3.5%C、4%Si时,合金的摩擦系数μ为球墨铸铁的1/2以下,而磨损率W仅约为球墨铸铁的1/19.

Fe-C-Mn-Si-Al双相钢两相区加热过程中的奥氏体相变行为研究

采用Dictra软件模拟与实验验证相结合,研究了不同加热条件下铁素体+渗碳体向奥氏体的相变过程,重点分析了渗碳体溶解规律及其对奥氏体相变动力学的影响规律,借助场发射电子探针对不同加热路径下的铁素体及马氏体组织形貌及元素分布进行观测,使用透射电镜对渗碳体和残余奥氏体进行了表征。结果表明,慢速加热至740℃长时间等温与加热至780℃较短时间等温对比发现,虽然渗碳体刚溶解完全时的奥氏体分数相差不大,但在渗碳体溶解的过程中,奥氏体相变的方式不尽相同。在慢速加热条件下,铁素体晶界处为奥氏体优先形核地点;快速加热条件下,由于形核驱动力提高,铁素体晶粒内部的渗碳体处同样可以形核。740℃等温结合快速加热,获得了马氏体与残余奥氏体的“壳-核”组织结构。

Si和Mn对钢中贝氏体形态和转变动力学的影响

分析了六种Fe-C-Si、Fe-C-Mn及Fe-C-Si-Mn合金的贝氏体(α_b)形态和微观亚结构,结果表明α_b的形态与Si,Mn类拖曳作用有密切关系,由计算得出的相变体积自由能差△G_v可粗略地估算出贝氏体相变的理论孕育时间τ,与TTT曲线上实测孕育时间比较,表明Fe-C-Mn及FE—C—Si—Mn的τ值基本上不取决于△G_v。的大小,用SIMS+EDS与二次离子谱仪(SIMS)测出F-C-Si-Mn中Mn在原奥氏体晶界上偏聚,从而抑制了β_b在该处形核,本文还讨论了Si,Mn共存时对相变动力学的复合作用。

Fe-C-Mn-Si系合金马氏体转变开始温度的热力学计算

基于马氏体相变热力学和亚点阵模型,建立了Fe-C-Mn-Si系合金马氏体相变自由能表达式,并利用Compaq VisualFortran 6软件对其进行编程;应用Thermo-Calc软件及TQ6接口模块并结合大量实验数据,对计算参数进行优化,获得马氏体相变临界驱动力与Fe-C-Mn-Si系合金成分的关系式。采用该方法可较为准确地预测Fe-C-Mn-Si系合金的马氏体转变开始(Ms)温度,并有望推广到更多元合金体系。

含碳Fe-Mn-Si记忆合金的记忆性能研究

研究了含碳Fe－Mn－Si记忆合金Fe－18．1Mn－5．5Si－0．32C（wt％）的记忆性能，并与典型的Fe－Mn－Si三元记忆合金比较．结果表明：碳原子显著提高Fe－Mn－Si合金的回复率和回复应力，增加可回复应变，使合金的可回复应变大于5％，还极大延缓Fe－Mn－Si记忆合金回复率的表减趋势．碳原子提高Fe－Mn－Si合金记忆性能的原因是碳原子通过固溶强化提高奥氏体的强度，抑制不可逆塑性变形，促进应力诱发γ→ε马氏体相变及其逆转变．同时，含碳Fe－Mn－Si合金中应力诱发马氏体位向较单一，减少了相互交截，有利于形状记忆效应。

Mn和Ce对Fe-Ni-Mn-C-Si-Ce系合金组织和性能的影响

采用熔炼法制备出新型高耐磨的Fe-20Ni-xMn-3.5C-2.5Si系固体自润滑材料,研究稀土元素Ce对Fe-20Ni-xMn-3.5C-2.5Si系合金中石墨的球化作用及Mn含量对力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着Mn含量的增加,合金凝固组织中奥氏体的硬度逐渐增大,特别是Fe-20Ni-xMn-3.5C-2.5Si-0.75Ce系合金在摩擦过程中的表面硬度大幅度提高,呈现出高锰钢特有的表面加工硬化性质,通过TEM可以观察到磨损表面生成孪晶型马氏体;添加0.75%(质量分数)的稀土Ce可以使结晶的石墨球化,使抗拉强度和抗弯强度大幅度提高,大约比未经球化处理的提高3～5.8倍;稀土Ce的加入可以促进Fe1.1Mn3.9C2型碳化物的生成,使材料的耐磨性进一步提高,其中Fe-20Ni-16Mn-3.5C-2.5Si-0.75Ce合金的磨损率最低,大约是QT500球墨铸铁的1/13。

Fe-C-Mn-Si-Cr-V系超级贝氏体钢CCT曲线研究

在Gleeble-1500热模拟机上利用热膨胀法测定Fe-C-Mn-Si-Cr-V系贝氏体钢在不同冷却速度下的连续冷却转变膨胀曲线,根据曲线上的拐点确定相变点。利用ZEISS显微镜观察了不同冷却速度下试样的金相组织,用硬度计测量各试样硬度。结合膨胀曲线和金相组织,利用Origin软件绘制了两种不同成分的Fe-C-Mn-Si-Cr-V系贝氏体钢连续冷却转变曲线(CCT曲线)。结果表明,碳含量的增加降低了贝氏体和马氏体转变温度,设计的两种Fe-C-Mn-Si-Cr-V系贝氏体钢具有良好淬透性。

C-Fe-X(X=Mn,Si,Cr,Ni)熔体中组元活度的解析

将过剩自由能表达为组元的多项式函数。以该体系液相区边界条条件为基础,用拟合法确定碳偏mole自由能表达式中的参数,然后,用“I—D”法给出组元X的活度系数,此法可以确定各C—Fe—X系整个液相区中任一组元的活度,解析结果与文献上的试验结果吻合得很好。

复合稀土对Fe-Mn-Si-Ni-C合金形状记忆效应的影响

通过弯曲法测量、热循环训练、扫描电镜、X射线衍射等方法,研究了复合稀土对Fe Mn Si Ni C合金形状记忆效应的影响。研究结果表明,Fe Mn Si Ni C合金中加入复合稀土,能够明显细化合金的金相组织,显著提高合金的形状记忆效应,并使合金表现出微弱的双程记忆效应。试验结果还表明,第一种训练途径以及加入微量复合稀土是降低应力诱发ε马氏体稳定化行之有效的方法,X射线衍射结果表明,该训练方法有助于提高合金中ε→γ转变的ε逆转变率,对提高合金的记忆性能起积极的作用。

Ni、Cr对Fe-Ni-Mn-C-Si系合金组织和摩擦磨损性能的影响

采用熔炼法制备出新型高耐磨Fe-xNi-10Mn-4C-4Si系固体自滑润材料,研究了元素Ni和Cr对合金凝固组织及摩擦磨损性能的影响。结果表明,几种合金的凝固组织均由奥氏体基体、石墨、碳化物组成;随着Ni含量的增加,合金中石墨面密度逐渐增大,碳化物形成数量逐渐减少,材料的摩擦系数有所下降;w(Ni)<12%时,3%的Cr加入量使凝固组织中碳化物的数量大幅度增加,合金的耐磨性能大幅度提高。其中Fe-8Ni-10Mn-3Cr-4C-4Si合金的摩擦系数最小(0.18),磨损率仅为QT500球墨铸铁的1/10。

Fe-C-Si-Mn系合金贝氏体相变动力学计算

采用规则溶液模型与超组元模型计算了7种Fe—C—Si—Mn系合金的等温相变驱动力在此基础上估算了合金等温转变的相对形核率与相对孕育期。计算结果表明,不含碳的二元与三元合金,孕育期主要由相变驱动力决定;而含碳合金,相变驱动力不是相变动力学的主要控制因素,从一个侧面支持了溶质类拖曳(SDLE)理论。

新型奥氏体不锈钢的耐磨性研究

为了解决传统奥氏体不锈钢耐磨性较差的问题,本文设计了一种新型的Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C奥氏体不锈钢,并研究了其耐磨性能和耐腐蚀性能.研究表明:Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C奥氏体不锈钢在干摩擦和油润滑条件下均具有比1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢更好的耐磨性,在NaCl中耐蚀性不如1Cr18Ni9Ti不锈钢,但在NaOH中优于1Cr18Ni9Ti不锈钢.Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C奥氏体不锈钢应力作用下发生的应力诱发γ→ε马氏体相变是其具有较高耐磨性的原因.

SELF—SReM4模型的新发展及其在C-Mn-Fe-Si四元系中的应用

在亚正规熔体模型SELF—SReM4.0的基础上,提出了可解决碳化物析出问题的SELF—SReM4.1模型.并以C—Mn—Fe—Si四元系为例介绍了用上述二种模型计算组元活度的结果，分析了Si—Mn。

Fe-C-Si-Mn合金中的网状组织及其强化效应

水轮机叶片用Fe-C-Si-Mn合金铸钢热处理后存在网状组织.金相及透射电镜分析表明,退火后的网状组织是层片间距极小的珠光体,正火后的网状组织是马氏体或贝氏体.实验结果并结合理论分析证明,这种网状组织的形成源于枝晶间碳及锰原子的偏聚,较高的热处理加热温度或较长的保温时间将导致网格尺寸的增大并最终消失.这种网状组织对合金强度有一定影响,网格尺寸越小,强化效应越大.

Fe-18Cr-18Mn-C-Mo(Si)-N系相图垂直截面的热力学计算

利用Thermo-Calc软件和相关数据库对Fe-18Cr-18Mn-C-Mo(Si)-N合金系在氮气压力为100kPa下随N含量变化的变温截面进行了计算.结果发现,随着C的质量分数从0增加到0.12%时,γ相区没有发生明显的变化,但对碳化物M23C6的析出产生了显著的影响,从而改变了高氮钢奥氏体化后的析出序列.当继续添加质量分数为2%的Mo时,γ/α+γ相边界向右侧移动,不但存在碳化物M23C6还有碳化物M6C.当添加不同含量的Si时,γ相区明显缩小,而且碳化物M23C6的析出温度与成分也发生了很大的变化.Fe-18Cr-18Mn-0.09C-0.8Si-0.5N钢的奥氏体化温度及Cr2N相析出温度与该合金系的热力学计算结果符合,表明这些计算结果可为Fe-18Cr-18Mn-C-Mo(Si)-N合金系的成分设计及热处理工艺提供依据.

新几何模型与SELF-SReM模型的关系

将新几何模型和SELF-SReM模型的优点相结合，提出了通过引入多元系中的某些特征点信息．提高模型对多元系过剩热力学性质预报精度的新方法．并用之于对Mn-Fe-C和Fe-Si-C两个三元合金熔体的过剩Gibbs自由能的计算。

不同预变形量对时效Fe13Mn6Si13Cr4Ni0.1C合金组织及形状记忆效应的影响

为了进一步提高Fe13Mn6Si13Cr4Ni0.1C合金的形状记忆效应,研究了不同预变形量对1 073K时效合金的组织及形状记忆效应的影响。研究结果表明,10%预变形后再时效的合金,形状回复率在时效300min时达到(86.1±1.0)%,比固溶态32%提高了169%;5%预变形后再时效的合金,在180min时达到最大值(82.9±1.0)%,比固溶态提高了159%,随后形状回复率随时效时间延长略有下降;直接时效合金(无预变形量),在180min时达到最大值(46.3±1.0)%,比固溶态提高了44.7%,随后形状回复率也随时效时间延长略有下降。经SEM和XRD分析,10%预变形后再时效合金所析出的定向Cr23C6颗粒最多,也最细小,这是此合金比5%预变形后再时效合金以及直接时效合金形状回复率提高幅度更大的原因。

Fe15Mn0.8C-Al-Si热轧轻质高强钢的组织与性能

对Fe15Mn0.8C-Al-Si热轧试验钢进行1 100℃固溶1 h油冷处理,然后通过金相显微镜、拉伸试验机、X射线衍射仪以及扫描电镜等研究了Fe15Mn0.8C-Al-Si热轧轻质高强钢的组织与性能。结果表明,经过固溶处理后,试验钢的组织由奥氏体(A)和铁素体(δ-F)组成,其中Fe15Mn0.8C8.5Al1.5Si试验钢的奥氏体体积分数最多达到78.9%。三种成分的试验钢在变形过程中均未发生相变,通过层错能的计算结果可推测其变形以位错滑移机制为主。Fe15Mn 0.8C8.5Al1.5Si试验钢的综合力学性能最佳,其断后伸长率达到62.39%,抗拉强度为870.25 MPa,强塑积达到54 294.90 MPa%。Fe15Mn0.8C9.5Al0.5Si、Fe15Mn0.8C8.5Al1.5Si试验钢的断裂方式为韧性断裂,Fe15Mn0.8C7Al3Si试验钢为韧脆混合断裂。

Fe-C-Mn-Si-Cr的马氏体开始转变点的热力学计算

在马氏体相变热力学与亚点阵模型基础上建立了Fe-C-Mn-Si-Cr系合金的马氏体相变自由能表达式,并采用Compaq Visual Fortran 6.5软件编写五元系计算程序;应用Thermo-Calc软件及TQ接口模块并结合大量实验数据,优化并计算Fe-C-Mn-Si-Cr系马氏体相变临界驱动力与合金成分的关系式,从而准确预测Fe-C-Mn-Si-Cr系合金的马氏体开始转变温度。

Fe-C-Si-Mn晶界多元偏聚研究与热力学分析

采用Auger谱仪、二次离子质谱仪(SIMS)对Fe-C-Si-Mn合金(475℃等温处理)原始奥氏体晶界C,Si,Mn元素偏聚进行了研究。根据C,Mn正偏聚,Si负偏聚的实验结果,对晶界碳偏聚偏克分子自由能及活度进行热力学计算,结果表明Si,Mn元素促进碳在晶界的偏聚,并降低了它在晶界上的活度。从而使Fe-C-Si-Mn合金上贝氏体等温C曲线右移的现象得到解释。