TiC彌散強(qiáng)化沉淀硬化不銹鋼組織和性能研究.pdf

1、本文采用原位熔鑄合成工藝制備了TiC彌散強(qiáng)化PH15-7Mo(0Cr15Ni7Mo2Al)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼和17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)馬氏體沉淀硬化不銹鋼。利用OM、SEM、XRD等分析手段研究了強(qiáng)化鋼顯微組織以及TiC顆粒的形貌和分布，測試了強(qiáng)化鋼的常規(guī)力學(xué)性能和耐磨損性能，同時(shí)研究了熱加工、熱處理對(duì)材料性能和組織的影響。 對(duì)這兩種彌散強(qiáng)化鋼的制備及加工工藝的研究表明，利用原位合成熔鑄工藝制備 TiC彌散

2、強(qiáng)化PH15-7Mo和17-4PH鋼基材料是切實(shí)可行的。熔體中的Ti和C在高溫下發(fā)生原位合成反應(yīng)，在基體中生成穩(wěn)定的TiC顆粒。 對(duì)顯微組織的觀察表明，這兩種強(qiáng)化鋼中生成的TiC顆粒在基體中均勻分布，沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。TiC顆粒在強(qiáng)化鋼中呈不規(guī)則塊狀，其中PH15-7Mo強(qiáng)化鋼中TiC顆粒和基體結(jié)合良好、界面干凈。TiC顆粒尺寸在3～10μm左右；而17-4PH鋼中TiC與基體結(jié)合也較好，尺寸在3～5μm之間。TiC顆粒對(duì)

3、PH15-7Mo鋼的顯微組織有明顯的細(xì)化作用，且強(qiáng)化鋼鑄錠中沒有明顯的枝晶存在。在固溶條件下，PH15-7Mo基體鋼和TiC彌散強(qiáng)化鋼均為奧氏體基體+少量δ鐵素體組織；時(shí)效后為馬氏體+δ鐵素體組織，還有少量殘余奧氏體。隨著預(yù)制塊中Ti/C原子比的增大，顯微組織中δ鐵素體增多，且出現(xiàn)富Ti顆粒相。17-4PH鋼中引入TiC后，強(qiáng)化鋼鑄錠中看不到明顯的馬氏體組織。基體鋼和強(qiáng)化鋼經(jīng)鍛壓和軋制加工后基體組織為馬氏體+δ鐵素體組織和少量殘余奧氏體

4、；時(shí)效處理后，在馬氏體基體上還析出了富銅的沉淀硬化相。和基體鋼現(xiàn)比，強(qiáng)化鋼中的δ鐵素體均明顯增多。 對(duì)熱處理工藝的研究表明，本文的熱處理工藝是合適的。PH15-7JMo鋼在固溶時(shí)效后發(fā)生了馬氏體相變，材料的強(qiáng)度和硬度均達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，從而簡化了熱處理工藝；17-4PH鋼固溶后，材料發(fā)生馬氏體相交，在隨后的時(shí)效過程中析出沉淀硬化相，經(jīng)過2h時(shí)效后，材料硬度達(dá)到最大值，同時(shí)強(qiáng)度也明顯提高。 對(duì)材料的力學(xué)性能研究表明，PH15

5、-7Mo中TiC顆粒的引入使得強(qiáng)化鋼的室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較之基體鋼有了一定幅度的提高，其中預(yù)制塊中Ti、C原子比為3：2和2:1的彌散強(qiáng)化效果最明顯，而Ti、C原子比為1:1的強(qiáng)度沒有明顯的改善。此外，強(qiáng)化鋼的硬度隨之得到提高，其中預(yù)制塊中Ti、C原子比為3：2和2:1的硬度最高，但塑性有所下降。三種強(qiáng)化鋼的韌性較之基體鋼沒有降低。三種強(qiáng)化鋼中，所加預(yù)制塊中Ti、C原子為3：2的沖擊韌性最好。對(duì)17-4PH基體鋼和強(qiáng)化鋼的室溫拉伸結(jié)

6、果顯示，TiC顆粒的引入并沒有明顯改善17-4PH鋼的強(qiáng)度。同時(shí)，TiC的引入還降低了材料的沖擊韌性。本文對(duì)重熔后的17-4PH強(qiáng)化鋼的組織和性能分析表明，重熔對(duì)TiC彌散17-4PH鋼的顯微組織沒有明顯影響，對(duì)其室溫強(qiáng)度甚至有輕微的改善作用。 對(duì)耐磨損性能的研究表明，PH15-7Mo鋼和17-4PH鋼的磨損機(jī)制均以磨粒磨損為主。在載荷為5kg和10kg時(shí)，TiC顆粒的引入大幅度提高了PH15-7Mo鋼的磨損性能，在載荷增大到1