Nb對HP40合金抗氧化和高溫力學性能影響的研究.pdf

1、冶金工業(yè)大型輥底式加熱爐的爐底輥輥環(huán)長期工作在1100-1150℃條件下，并承受一定動態(tài)載荷，對材質要求比較苛刻。不僅要有良好的抗氧化性能，而且還要有一定的高溫強度，其材質傳統(tǒng)采用ZG0．5C48Ni28CrW5合金，基本可以滿足使用要求。但由于較高的鎳和鎢含量，使生產成本較高。本文以HP40合金（“H”heat-resisitant表示耐熱“P”與Ni含量有關，國內牌號ZG0．4C35Ni25Cr）為基礎，分別加入質量百分數為0．4、

2、0．8、1．2、1．6、2．1的Nb和0．3％的稀土元素Y，以鑄造和服役過程中析出的碳化物為強化相，并輔以微量強化元素Ti、Mo、B，做為上述輥環(huán)的替代材料，以降低生產成本。 本課題合金在真空感應熔煉爐中熔煉，利用金相顯微鏡和掃描電鏡對合金鑄態(tài)和固溶處理+時效后的顯微組織進行分析；利用透射電子顯微鏡的電子衍射花樣和X射線能譜分析技術分別對合金碳化物晶體結構和成分進行分析；利用SX10-b11箱式電阻爐和Gleeble1500熱模

3、擬實驗機對試驗合金分別進行1150℃條件下的高溫抗氧化和高溫拉伸實驗。研究Nb含量對HP40合金微觀組織、高溫抗氧化性能和高溫力學性能的影響。實驗主要結果如下： Nb含量對HP40合金的顯微組織有著顯著影響，可以改變晶界析出相類型、形貌、分布和數量，對晶界起到強化或弱化的作用。在1100℃固溶處理+1050℃時效120h后，晶界M7C3型碳化物向M23C6型碳化物轉變，骨架狀碳化物退化。晶內有大量MC型、M23C6型二次碳化物和

4、Laves相析出，有效地阻礙了位錯運動，顯著提高了HP40合金的熱強性。含Nb0．8％的HP40合金在1150℃條件下具有最佳的抗氧化性能和高溫力學性能，氧化增重速率為0．766g/㎡h，屬抗氧化級，抗拉強度和屈服強度分別為為51．98MPa和31．21MPa。加入的微量元素Y、Ti偏聚在奧氏體枝晶間，在合金鑄造凝固的過程中首先以高溫下穩(wěn)定的Y3C或TiC的形式析出，并成為Nb或Cr碳化物的形核地，減小了共晶碳化物M23C6形成連續(xù)網狀