本文關鍵詞：納米晶鋼的高溫熱穩(wěn)定性研究

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【摘要】：納米晶體材料因其細小的晶粒尺寸(100 nm)而展現(xiàn)出了獨特的物理和機械性質(zhì)。比如與傳統(tǒng)的多晶材料相比,納米晶材料擁有超高的強度/硬度,高的韌性,低的彈性模量和延展性。盡管如此,納米晶體材料通常表現(xiàn)出較差的熱穩(wěn)定性,大大限制了其的高溫應用。因此,納米晶晶粒長大及其控制問題一直是納米科學與技術領域研究的熱點問題。本文以廣泛應用的304奧氏體不銹鋼為研究對象,通過高能球磨法制備304納米晶不銹鋼以及添加1 at.%Y溶質(zhì)原子的304納米晶不銹鋼固溶體合金。接著在6 GPa不同溫度下對樣品做1 h等溫退火熱處理,探究熱處理過程中樣品微觀結(jié)構(gòu)及力學性能的變化,探究第二相溶質(zhì)原子對晶粒的穩(wěn)定化作用及熱穩(wěn)定性機制。研究發(fā)現(xiàn)僅添加1 at.%溶質(zhì)原子Y便可有效的抑制晶粒長大,穩(wěn)定納米晶晶粒尺寸至1000℃(0.71 Tm)高溫,而相同熱處理溫度下304樣品的平均晶粒尺寸已達到680 nm;在1200℃(0.85 Tm)熱處理后304+1 at.%Y樣品的平均晶粒尺寸僅為205 nm,而304樣品的晶粒尺寸已接近微米級。在較低溫度下(600℃),由于晶界的移動能力相對較弱,因此304和304+1 at.%Y樣品晶粒尺寸相對純鐵穩(wěn)定主要是由合金鋼中溶質(zhì)原子(Cr、Ni、Y等)的拖曳引起的;而在高溫下(600℃),304+1 at.%Y樣品優(yōu)異的熱穩(wěn)定性主要是Y溶質(zhì)原子晶界偏聚降低了晶界能,進而提供的熱力學穩(wěn)定引起的。由于Y溶質(zhì)原子的晶粒穩(wěn)定化作用,因此在高溫下304+1 at.%Y樣品的硬度值均高于相同熱處理溫度下304樣品的,且硬度隨熱處理溫度的下降也更為緩慢。在1000℃退火熱處理后,304+1 at.%Y樣品的屈服強度高達2649 MPa,較304樣品提高了近1倍,較粗晶304更是提高了近6倍;極限抗壓強度較304樣品也提高了近55%,展現(xiàn)出了良好的力學性能。通過以上研究,我們制備得到了具有高熱穩(wěn)定性、高強度的納米晶合金鋼。這就為新一代高熱穩(wěn)定性、高強度納米晶合金鋼的設計合成提供了新的途徑,因此具有重要的理論和實用意義。
【關鍵詞】：納米晶鋼 熱穩(wěn)定性 晶粒長大 晶界偏聚 高強度
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.1;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 納米材料的分類11-13
• 1.3 納米材料的結(jié)構(gòu)特征13-14
• 1.4 納米材料的制備方法14-18
• 1.4.1 惰性氣體冷凝法14-15
• 1.4.2 機械合金法15-16
• 1.4.3 電沉積技術16-17
• 1.4.4 非晶晶化法17
• 1.4.5 大塑性變形法17-18
• 1.5 金屬納米晶材料的熱穩(wěn)定性18-22
• 1.5.1 納米晶體材料的穩(wěn)定機制19-20
• 1.5.2 動力學穩(wěn)定納米晶晶粒尺寸20-21
• 1.5.3 熱力學穩(wěn)定納米晶晶粒尺寸21-22
• 1.6 選題意義及研究內(nèi)容22-24
• 第2章 實驗過程及分析方法24-32
• 2.1 實驗原料24
• 2.2 高能球磨法制備納米不銹鋼合金粉24-25
• 2.3 高溫高壓熱處理25-28
• 2.3.1 高溫高壓設備25-26
• 2.3.2 高壓實驗方法26-28
• 2.4 試樣分析檢測方法28-29
• 2.4.1 X射線衍射（XRD）分析28
• 2.4.2 透射電子顯微鏡（TEM）分析28-29
• 2.4.3 差示掃描熱分析（DSC）29
• 2.5 力學性能測試29-32
• 2.5.1 納米壓痕硬度分析29-31
• 2.5.2 維氏硬度分析31
• 2.5.3 壓縮實驗分析31-32
• 第3章 實驗結(jié)果與分析32-51
• 3.1 X射線衍射分析32-33
• 3.2 晶格常數(shù)及X射線晶粒尺寸分析33-38
• 3.3 退火后殘余應力分析38-43
• 3.4 DSC曲線分析43
• 3.5 透射電子顯微鏡分析43-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 力學性能分析51-62
• 4.1 納米壓痕硬度分析51-54
• 4.2 硬度的反Hall-Petch關系54-57
• 4.3 位錯密度與晶粒尺寸對硬度的影響57-58
• 4.4 壓縮力學性能分析58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-69
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果69

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本文編號：611397