稀土微合金钢扩散及相变行为研究

发布时间：2017-07-20 07:00

  本文关键词：稀土微合金钢扩散及相变行为研究

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【摘要】：钢中固溶的稀土含量只要稍微改变，就会使钢的组织及性能发生显著变化。稀土(RE)会影响钢里微合金元素的相变及再结晶行为，也对其溶解与析出现象有影响。稀土的加入影响钢的再结晶与相变的根本原因，是稀土影响了铁原子扩散的自由焓，以及影响了稀土元素在钢中的扩散。目前，有关稀土在钢中的作用机理、RE在钢中的扩散行为还很少有报道，关于稀土相关的扩散系数等尚缺乏报道和研究。 本文以稀土-纯铁及稀土微合金钢为研究对象，利用L78型淬火热膨胀仪，研究了稀土加入后微合金钢的等温相转变行为；采用密度泛函理论(DFT)研究了La元素在α-Fe中的存在方式；借助热模拟实验完成扩散焊接，结合金相显微镜及SEM，研究了稀土La在纯铁中的扩散行为。 利用L78淬火热膨胀仪对RE微合金钢进行等温相转变实验，，获得稀土微合金钢的等温转变曲线(TTT)，结合光学显微镜及OLS4000型激光共聚焦显微镜对等温后的组织进行观察显示，与未加稀土微合金钢的显微组织不同，实验钢在725℃等温后得到形态呈不规则块状、晶界走向也不规则的块状组织；在650℃等温时，得到沿奥氏体晶界处生成的外形不规则的珠光体；等温温度为625℃~525℃时，实验获得的显微组织为条状贝氏体与粒状贝氏体。 计算了稀土La在晶内、晶界和自由表面的偏聚能，结果显示，La位于α-Fe晶界时，其偏聚能最小，La在晶界和自由表面的偏聚能之差为负值，La元素倾向于在α-Fe晶界偏聚。掺杂La原子后晶界上的原子成键区态密度左移，降低了体系的总能量，所以稀土元素优先于沿晶界扩散。 借助Gleeble-1500D热模拟实验机完成了Fe与Fe-La系合金的扩散连接，采用Axiovert25型金相显微镜与SEM，观察了稀土在Fe基体的扩散情况。利用相关公式计算了La原子在纯铁晶界的扩散系数。显微组织观察显示，稀土La在纯铁晶界存在着明显的扩散行为，扩散向着纯铁方向发生，表现为沿晶界进行，扩散深度随加热温度等因素的变化而不同。通过本次的实验数据并结合理论分析，计算了稀土镧的晶界扩散系数，为D_b=1.59×10~（-17）m~2/s。
【关键词】：稀土 微合金钢 扩散 相变
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-25
• 1.1 稀土钢概述9-14
• 1.1.1 稀土钢的发展9-10
• 1.1.2 稀土在钢中的作用10-13
• 1.1.3 稀土在钢中的应用13-14
• 1.2 RE 对钢相变行为影响14-15
• 1.3 密度泛函理论在材料研究中的应用15-18
• 1.3.1 密度泛函理论的发展15-17
• 1.3.2 密度泛函理论的应用17-18
• 1.4 扩散连接18-21
• 1.4.1 扩散连接技术18
• 1.4.2 固相扩散连接基本原理18-21
• 1.5 固体中的扩散理论21-23
• 1.5.1 扩散定理22
• 1.5.2 扩散机理22-23
• 1.5.3 反应扩散23
• 1.6 课题研究的目的23-25
• 2 实验材料及方法25-29
• 2.1 实验材料25
• 2.2 实验设备25
• 2.3 实验工艺25-27
• 2.3.1 合金熔炼与制备25-26
• 2.3.2 扩散焊接工艺26
• 2.3.3 TTT 曲线测定26
• 2.3.4 金相试样制备26-27
• 2.3.5 扫描电镜观察27
• 2.4 理论计算27-29
• 3 稀土微合金钢转变研究29-38
• 3.1 相变点测定29-30
• 3.2 稀土微合金钢的 TTT 曲线测定30-31
• 3.3 稀土微合金钢扩散型相变组织形貌31-33
• 3.4 稀土微合金钢半扩散相变组织形貌33-36
• 3.5 稀土微合金钢非扩散转变组织形貌36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 稀土Fe-La系钢扩散行为的研究38-53
• 4.1 稀土 La 在α-Fe 中存在形式的研究38-41
• 4.2 组织观察与分析41-45
• 4.2.1 金相组织观察与分析42-44
• 4.2.2 扫描电镜观察与分析44-45
• 4.3 扩散系数的计算45-52
• 4.3.1 互扩散系数的计算45-46
• 4.3.2 扩散的推动力46-47
• 4.3.3 扩散系数的计算方法47-48
• 4.3.4 稀土镧在铁素体中的扩散系数48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-60
• 在学研究成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：566711