含銅鋼由于其自身具有的優(yōu)良的綜合性能,使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,被廣泛應(yīng)用于建筑用材、高壓容器及輸送管道、汽車(chē)、船舶、航空航天等各種行業(yè)。含銅鋼在成分設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了改善鋼的強(qiáng)度過(guò)渡依賴(lài)碳含量的多少,從而大幅度減少碳的含量,主要依靠合金化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化與析出強(qiáng)化來(lái)提高鋼材的性能,例如高強(qiáng)度、高韌性,以及優(yōu)良的焊接性能和機(jī)械加工性能。本文選用添加Ni、Al元素的Fe-Cu合金為材料,在900℃固溶淬火后時(shí)效不同時(shí)間,通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試、光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）表征等手段,研究了Ni、Al元素對(duì)Fe-Cu合金時(shí)效過(guò)程組織演變的影響,并探討了其對(duì)Fe-Cu合金強(qiáng)化的作用機(jī)理,得到以下結(jié)論:時(shí)效過(guò)程中,Fe-Cu合金組織始終為多邊形鐵素體;加入Ni、Al后變?yōu)榘鍡l馬氏體組織,Ni、Al元素提高了鋼的淬透性,細(xì)化板條馬氏體的板條束尺寸。隨著時(shí)效時(shí)間的增加,馬氏體的板條結(jié)構(gòu)開(kāi)始分解,逐漸向多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變。Ni、Al元素的添加,使得合金的硬度明顯提高,在時(shí)效過(guò)程中,材料的顯微硬度隨著時(shí)效時(shí)間有明顯變化,具體呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì),均在32min達(dá)到硬... 

【文章來(lái)源】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Cu含量與強(qiáng)度之間的關(guān)系

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文—8—相析出并沿著奧氏體晶界擴(kuò)散，削弱了鋼中晶粒與晶粒之間的聯(lián)系，在熱加工的過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象，常見(jiàn)的銅脆缺陷是龜裂狀或者麻點(diǎn)狀成片分布[44,45]。如今，國(guó)內(nèi)外解決銅脆現(xiàn)象是通過(guò)添加鎳元素使得鋼種在晶界處產(chǎn)生高熔點(diǎn)的銅鎳化合物，防止富銅相的形成，從而解決銅脆問(wèn)題[46,47]。黃緒傳等人[48]通過(guò)研究不同的熱軋溫度和變形量對(duì)含銅鋼表面熱裂紋的影響，得出在1050℃~1210℃的溫度區(qū)間內(nèi)都不可避免的產(chǎn)生了熱裂紋，而變形量對(duì)其的影響存在臨界值，低于該臨界值，熱裂紋形成并不明顯，高于該臨界值，熱裂紋顯著增多。1.3.2合金元素的作用（1）Ni在鋼中的作用Ni是高強(qiáng)度合金鋼的重要元素，主要用于改善基體剛度和金屬韌性，提高鋼的韌性尤其是鋼的低溫韌性。Ni可以作為置換型固溶元素，通過(guò)自身產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化作用可以增強(qiáng)機(jī)械性能并且改善金屬的屈服強(qiáng)度。從圖1.2可以看出，隨著Ni含量的増加，鋼的屈服強(qiáng)度增加（圖1.2），屈服強(qiáng)度的增量約為15MPa/wt%，總的來(lái)看，Ni對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)非常有限的[49]。圖1.2Ni含量對(duì)鋼屈服強(qiáng)度的影響Ni元素既可以提高鋼的強(qiáng)度，也可以保證鋼的塑韌性[50]。當(dāng)鋼材中Ni%＜5%時(shí)，不僅可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，還可以提高塑韌性，因此，為了保證鋼材的良好性能，需要控制合金元素在一定合理范圍內(nèi)。Ni元素在α-Fe中的溶解度為10%，可成連續(xù)固溶體，因此可以在不破壞鋼的塑韌性的同時(shí)大幅度提高鋼的強(qiáng)度。Ni元素在鋼中的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）Ni元素可以擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，使共析溫度降低，增加基體組織中珠光體的數(shù)量，使

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文—13—1.4含銅鋼的析出理論1.4.1含銅鋼中Cu的析出貫序含銅鋼基體力學(xué)性能的提高主要是利用納米級(jí)富Cu相的析出強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)。在熱處理過(guò)程中，由于Cu元素在鐵素體中的溶解度低，Cu在等溫時(shí)效過(guò)程中析出形成與-Fe具有共格關(guān)系G.P.原子富集區(qū)，呈BCC結(jié)構(gòu)，然后逐漸形核并長(zhǎng)大，固溶處理后的Cu富集區(qū)的有序疇為Cu的析出沉淀創(chuàng)造了有利條件[75,76]。徐剛等人[77]通過(guò)原子探針層析方法研究了RPV模擬鋼中納米富Cu相的析出過(guò)程和晶體結(jié)構(gòu)演變，結(jié)果表明，富Cu析出相和-Fe基體保持共格的BCC結(jié)構(gòu)，Ni位于富Cu析出相與基體的界面處，隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，偏聚區(qū)隨之增加，內(nèi)應(yīng)力也相對(duì)增加。隨著時(shí)效的進(jìn)行，Cu原子不斷擴(kuò)散富集，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃u顆粒，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，Cu顆粒發(fā)生長(zhǎng)大。bcc結(jié)構(gòu)的富Cu偏聚區(qū)逐漸長(zhǎng)大，富Cu析出相的應(yīng)變能升高，此時(shí)析出相結(jié)構(gòu)由bcc結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?R結(jié)構(gòu)的中間亞穩(wěn)過(guò)渡相。有研究發(fā)現(xiàn)，等溫時(shí)效到達(dá)一定時(shí)間會(huì)形成類(lèi)似“魚(yú)骨”狀的9R堆垛層錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，利用HREM觀察表明，析出相具有典型的孿晶或者層錯(cuò)結(jié)構(gòu)特征，BCC結(jié)構(gòu)的Cu析出相與9RCu析出相具有相同的“魚(yú)骨”結(jié)構(gòu)[78]。圖1.3堆垛層錯(cuò)結(jié)構(gòu)的9RCu析出相9R結(jié)構(gòu)中原子的密排方式為ABC/BCA/CAB/ABC/……，與基體失去共格關(guān)系，但保持K-S取向關(guān)系：(011)bcc//(114)9R（式1.1）[111]bcc//[110]9R（式1.2）

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3218079