【摘要】：FeCrAl不銹鋼具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和低的熱膨脹系數(shù),是金屬蜂窩型汽車(chē)尾氣凈化器載體的理想材料。然而目前對(duì)FeCrAl不銹鋼的凝固特性的把握嚴(yán)重不足,造成汽車(chē)尾氣凈化器載體用FeCrAl不銹鋼箔材的生產(chǎn)成本居高不下,嚴(yán)重制約了我國(guó)金屬蜂窩型汽車(chē)尾氣凈化器的推廣應(yīng)用。鑒于此種情況,本文主要從以下四個(gè)方面對(duì)FeCrAl不銹鋼凝固特性的基本面進(jìn)行系統(tǒng)研究：1)液固相線的確定；2)液固界面形貌的轉(zhuǎn)變與偏析；3)FeCrAl不銹鋼所屬多元系的相圖與相變；4)Ti對(duì)FeCrAl不銹鋼鑄錠的凝固組織與高溫力學(xué)性能的影響。1)液固相線的確定采用高溫差示掃描量熱法(DSC)測(cè)定不同成分FeCrAl不銹鋼的液相線和固相線,并分別采用Thermo-calc軟件和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算液相線,分析不同計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的DSC實(shí)測(cè)液相線的偏差確定了適合FeCrAl不銹鋼的液相線計(jì)算公式,計(jì)算偏差小于6℃。DSC曲線和Thermo-calc凝固計(jì)算都表明FeCrAl不銹鋼的凝固路徑為：L→L+δ→δ。對(duì)Thermo-calc計(jì)算的fs-T(固相分率-溫度)曲線和DSC實(shí)測(cè)固相線進(jìn)行綜合分析,發(fā)現(xiàn)fs=0.99可以作為FeCrAl不銹鋼的凝固終點(diǎn),相應(yīng)的溫度可以作為固相線。采用該方法分別計(jì)算Fe-Cr-Al三元系和Fe-Cr-Al-X(X=C,Si,Mn)多元系的固相線,分析不同組元對(duì)Fe-Cr-Al三元系固相線的影響,最終得到了適合FeCrAl不銹鋼的固相線計(jì)算公式,計(jì)算偏差不大于6℃。2)液固界面形貌的轉(zhuǎn)變與偏析采用Bridgeman定向凝固和光學(xué)顯微鏡研究了FeCrAl不銹鋼在不同凝固條件下的液固界面形貌轉(zhuǎn)變規(guī)律和尺度特征。結(jié)果表明,隨著冷速v'的增大,液固界面形貌發(fā)生了如下轉(zhuǎn)變：平界面(v'=0.012℃/s)→樹(shù)枝晶界面(v'=0.3℃/s)→胞晶界面(v'=0.6℃/s)→六邊形胞晶界面(v'=1.8℃/s)。二次枝晶間距可以用現(xiàn)有的適用于二元合金的公式比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。采用電子探針?lè)治隽瞬煌缑嫘蚊蚕翧l的分布,并計(jì)算Al的分配系數(shù)。結(jié)果表明,Al在平界面兩側(cè)的分配系數(shù)kAl=0.95～0.97。其它界面形貌下的元素面掃描分析表明Al沒(méi)有發(fā)生明顯的偏析。3)多元系垂直截面圖的計(jì)算與分析采用Thermo-Calc熱力學(xué)軟件計(jì)算了FeCrAl不銹鋼所屬的Fe-(18～21)Cr-(3～5)Al-(0～0.03)C-(0～0.2)Si-(0～0.2)Mn多元系垂直截面圖,并結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)資料加以分析和研究,結(jié)果如下：FeCrAl不銹鋼的平衡相組成應(yīng)該為A1N,兩種碳化物Cr7C3和Cr23C6,兩種富Cr相σ和α'：Cr7C3是否析出主要取決于體系C含量,σ相是否析出主要取決于體系的Si含量。最終得到了FeCrAl不銹鋼平衡相變路徑圖,結(jié)果表明FeCrAl不銹鋼在常溫下的平衡相組成為aFe+AlN+Cr23C6+a'。4) FeCrAl不銹鋼Ti處理研究采用Thermo-Calc凝固計(jì)算Fe-Cr-Al-Ti-N體系中TiN在凝固前沿析出的條件。用真空感應(yīng)爐熔煉不同Ti含量的FeCrAl不銹鋼鑄錠并分析低倍組織,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ti含量為0.088%的鑄錠中心等軸晶率最高,為39.5%。隨著Ti含量的進(jìn)一步提高,中心等軸晶比例顯著降低。高溫抗拉強(qiáng)度分析和掃描電鏡下的斷口顯微分析結(jié)果表明,含Ti鑄錠中的TiN夾雜很容易誘發(fā)裂紋,不利于鑄錠高溫力學(xué)性能的改善。夾雜物的掃描電鏡分析表明,Ti主要以純TiN、 TiN-AIN復(fù)合夾雜、TiN-Al2O3復(fù)合夾雜、TiS夾雜和TiS-氧化物復(fù)合夾雜賦存于鑄錠中。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG142.71

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本文編號(hào)：2306582