Nb在钢中应用的物理冶金基础讲解.ppt

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Nb在钢中应用的物理冶金基础讲解

研究析出的主要方法 薄样品电镜观察法 萃取复型与电镜观察法 高温流变应力法 硬度法 电阻法 化学及电化学萃取法 应力弛豫法 硬度法 硬度法是被广泛使用的一种监测沉淀过程的方法。由于析出的第二相粒子对位错运动产生阻碍作用,因而当材料中发生沉淀析出过程时,材料的硬度会随这一过程而变化。一般来说,沉淀过程开始后,材料的硬度首先会上升并达到峰值,之后,材料的硬度会随着沉淀颗粒的粗化而下降。该方法特别适用于反映材料内部的时效析出过程和析出强化峰值、峰位的测定。 电阻法 在固溶体内加入合金元素将导致晶格畸变,会使电阻增高,因此脱溶沉淀导致电阻下降。这一现象可用来测量过饱和固溶体的脱溶过程。用此方法研究Nb从奥氏体中析出行为则须淬火保留高温时的状态,由于产生相变等原因使实验结果误差较大。 蠕变法 利用蠕变法可方便地测定析出的开始点Ps和结束点Pf两个参数。其基本原理是:蠕变速率对沉淀很敏感,沉淀的开始使得蠕变应变-对数时间曲线斜率明显下降,在沉淀完成后斜率又重新开始增大。因而可利用曲线上的平台的左端点和右端点来确定Ps和Pf值。 Nb-Cu钢520℃时的蠕变曲线 应力弛豫法 奥氏体变形后若维持恒定变形量和恒定温度,则应力的下降与时间对数成线性关系。当沉淀开始时,由于沉淀颗粒对位错运动的限制,在应力--对数时间曲线上会出现突变点,使应力随保持时间延长而下降的趋势受阻,由此可测得析出的开始时间Ps;当析出结束时,应力--时间对数曲线恢复到无沉淀发生时的趋势,产生第二个转折点,对应终止时间Pf。 含Nb钢与普碳钢的应力弛豫曲线 析出相的回溶 由于钢坯在轧前往往经过反复的冷热过程,如连铸和重新加热,往往有相当一部份Nb在轧前已处于析出状态,这些析出颗粒由于并非细小弥散、往往与奥氏体基体无共格关系、在变形增殖位错之前产生,对轧制过程后发生的回复、再结晶几乎没有作用,反而降低了钢中有效Nb的含量。因此,要使钢中的Nb在适当时机析出,首先要使其充分回溶。为此,需要了解Nb的溶解规律。 Nb微合金钢原始态试样中的两类析出物形貌 100nm 100nm Nb-Ti微合金钢原始试样中的第一类析出相形貌 100nm Nb-Ti微合金钢原始试样中的第二类析出相形貌 Nb:Ti=5:95 100nm 1300℃回溶48h时Nb-Ti微合金钢析出颗粒成分的能谱检测结果 Nb对变形奥氏体回复、再结晶的阻碍作用 微合金元素对Ts的影响 微合金元素交互作用对Ts的影响 微合金元素B、Nb、Ti对Fs和Bs的影响 微合金元素Nb、V、Ti在铁素体中产生析出强化 析出动力学模型及其面临的问题 对实际析出过程进行合理简化以便于从基本原理出发进行定量计算 析出体积分数随时间的变化 析出颗粒尺寸随时间的变化 温度、预应变量等的影响 临界形核半径: Dutta-Sellars模型 析出尺寸的变化率为: 粗化速率表达式为: 值得进一步关注的问题 Nb在不同碳含量钢中的应用 Nb与其他合金元素的相互作用 Nb对钢结构的使用寿命的影响 成分、工艺偏离最佳值的扰动对Nb钢的结构与性能的影响 谢谢大家! Nb在钢中应用的物理冶金基础 The Foundation of Physical Metallurgy for Application of Nb in Steels 北京科技大学 杨善武 贺信莱 以下内容反映个人观点,不代表Nb钢联合实验室的立场 内 容 热力学基础 Nb在钢中的基本作用 Nb在钢中的溶解析出规律 Nb对变形奥氏体回复、再结晶的阻碍作用 Nb(C,N) 在钢中应变诱导析出的动力学模型 热力学基础 1. 对于除压强外不受其他外力作用的体系 dU≤TdS-PdV 式中U为内能,T为绝对温度,S为熵,P为压强,V为体积 定义自由焓 G=U+PV-TS,则有 dG ≤VdP-SdT 体系一般处于恒温恒压(dT=0,dP=0)条件下,则有 dG ≤0,即平衡态为G取最小值的状态 定义自由能 F=U-TS,对于常压下的固、液体系,PV远小于G中的其他相,可略去,故可用F代替G,即认为恒温恒压下的平衡态为F取最小值的状态 热力学基础 2. 由F=U-TS可知, 为使F取最小值,高温时体系倾向于取S大的状态,而低温时体系倾向处于U低的状态。对于含铌微合金钢而言,这将使得铌在高温时倾向于溶解以增熵,低温时倾向于析出以降能。 对于已发生析出的体系,其自由能可视为体自由能F体,界面能F界,应变能F应之和,即F= F体+ F界+ F应。 一般有?F体0,为析出的驱动力,而F界0, F应0为析出阻力。由于小粒子的比界面积大,所以析出的形

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