Fe-CR-B合金組織特征及斷裂機(jī)理研究.pdf

1、Fe-Cr-B合金是一種新型耐磨材料，其存在的主要問(wèn)題是韌性儲(chǔ)備不足，而相關(guān)方面的研究工作至今也沒(méi)有能夠完全澄清其中的原由。對(duì)此，本論文選擇了Fe-12％Cr-1.1％B合金為研究對(duì)象系統(tǒng)地研究了奧氏體化溫度、冷卻速度和回火溫度的變化對(duì)合金組織、硬度和斷口組織形貌的影響。運(yùn)用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察了金相顯微組織;運(yùn)用掃描電鏡觀察了斷口組織形貌，并分析了裂紋的萌生和擴(kuò)展;采用X射線衍射對(duì)試驗(yàn)合金中存在的物相以及在斷口上分布的物相分別進(jìn)行

2、了檢測(cè)和分析。為了能夠準(zhǔn)確分析析出相的類(lèi)型和組成，采用王水腐蝕試樣、沉淀過(guò)濾腐蝕溶液的方法獲得了共晶硼化物和析出相顆粒的粉末試樣，并進(jìn)行了XRD分析;在洛氏硬度計(jì)上測(cè)試了試樣的硬度。在總結(jié)組織觀察和分析的基礎(chǔ)上探索了Fe-Cr-B合金的斷裂機(jī)理，獲得了以下主要研究結(jié)果。
　　Fe-Cr-B合金鑄態(tài)經(jīng)750℃/2h退火處理后得到初始態(tài)顯微組織主要由樹(shù)枝晶鐵素體基體和在樹(shù)枝晶之間呈連續(xù)的、粗大的和網(wǎng)狀分布的共晶體組成。共晶體又由共晶基

3、體和M2B硼化物組成。在鐵素體基體上分布著大量細(xì)小彌散的析出相顆粒。這些析出相顆粒主要是M23(C，B)6和M6(C，B)。
　　隨著奧氏體化溫度的升高，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的共晶硼化物斷開(kāi)的趨勢(shì)明顯，析出相顆粒的數(shù)量逐漸減少;900℃和1050℃奧氏體化后，隨著冷卻速度的下降，析出相顆粒的數(shù)量逐漸增多，分布的不均勻性也逐漸加強(qiáng)。1050℃奧氏體化后空冷時(shí)基體上出現(xiàn)了細(xì)環(huán)狀組織，爐冷時(shí)細(xì)環(huán)擴(kuò)大為條帶狀組織。這些環(huán)狀和條帶狀組織實(shí)際上都是由大量

4、的析出相顆粒組成;隨著回火溫度的升高，馬氏體基體逐漸發(fā)生分解，硬度逐漸下降，析出相顆粒數(shù)量逐漸增多，尺寸逐漸增大。
　　Fe-Cr-B合金的宏觀斷口具有脆性斷口特征。引發(fā)其脆性斷裂的組織為:共晶硼化物和分布在基體與共晶硼化物之間的相界面上的析出相M23(C，B)6和M6(C，B)。共晶硼化物在斷口上的形貌為巖石狀，相界面在斷口上的形貌為韌窩。降低奧氏體化溫度、降低奧氏體化后的冷卻速度和升高回火溫度都會(huì)使得在相界面處析出相顆粒數(shù)量增

5、多，加大對(duì)相界面的弱化作用，使得裂紋更傾向于沿著相界面進(jìn)行擴(kuò)展，斷口上的巖石狀組織減少，韌窩組織增多。
　　Fe-Cr-B合金斷裂機(jī)理分析認(rèn)為:裂紋起源于片狀的共晶硼化物和相界面上高密度的析出相顆粒;由于硼化物難以發(fā)生塑性變形，微裂紋的裂尖應(yīng)力大，容易擴(kuò)展到Griffith長(zhǎng)度，使得裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。另外，相界面形成微裂紋后，附近的顯微空洞不斷長(zhǎng)大，促使微裂紋長(zhǎng)大及擴(kuò)展。裂紋按其能量（強(qiáng)度）最低的部分?jǐn)U展，主要表現(xiàn)在裂紋沿著共晶硼