改性纳米SiC粉体强化铸造奥氏体不锈钢力学性能和耐蚀性能的研究

论文摘要

本文在生产条件下采用冲入法制备改性纳米SiC粉体强化奥氏体不锈钢材料,研究了纳米SiC粉体对不锈钢的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响及其作用机理。试验用的纳米SiC粉体预先经过表面改性处理,粒径为20-80nm。在细化晶粒方面,其作用机理与孕育剂相类似,但与常规孕育剂不同的是,该纳米SiC粉体与飞速发展的纳米技术相结合,相同质量的改性纳米SiC粉体,能够提供更多的结晶核心,从而以微量的纳米SiC粉体便能明显地细化铸造不锈钢的组织,提高其性能。对自然冷却后得到的不同纳米SiC粉体含量的不锈钢试样进行固溶处理。采用金相检验、布氏硬度检测、拉伸试验、冲击试验、化学浸泡试验、电化学分析等方法检测了不锈钢的晶粒组织、力学性能和耐腐蚀性能,并进一步讨论了不同纳米SiC粉体加入量对不锈钢的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。研究结果表明:经改性纳米SiC粉体强化处理后的不锈钢组织明显细化,力学性能、耐点蚀性能和耐晶间腐蚀性能均得到有效提高,当纳米SiC粉体加入量为0.1%时,不锈钢的延伸率和断面收缩率分别提高了10.69%和12.30%,硬度、抗拉强度和冲击韧性分别提高了6.33%、4.70%和19.97%,点蚀速率和晶间腐蚀速率分别降低了16.05%和42.39%;断口分析结果表明:经强韧化处理后,不锈钢的断裂方式为典型的韧性断裂;极化曲线表明:当纳米SiC粉体含量为0.1%时,不锈钢的电极电位提高了3倍;能谱分析结果表明,经强化处理后,不锈钢的铬成分偏析减轻,有效改善了晶界等易发生点蚀和晶间腐蚀部位的贫铬现象。该纳米粉体强韧化技术水平先进,设备工艺简单,操作方便,附加值高,能有效提高不锈钢的综合性能,降低能源消耗,可在铸件的生产中广泛应用,并能实现绿色生产和可持续发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 一、不锈钢的历史与发展
• 二、不锈钢的现在与未来
• 三、优化不锈钢性能方法的发展
• 四、奥氏体不锈钢
• 五、纳米 SiC 粉体
• 六、课题的背景、理论基础及研究意义
• 第一章 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 金相试样的制备过程及方法
• 1.2.2 拉伸试验
• 1.2.3 冲击试验
• 1.2.4 硬度检测
• 1.2.5 点腐蚀化学浸泡试验
• 1.2.6 点腐蚀电化学试验
• 1.2.7 晶间腐蚀试验
• 本章小结
• 第二章 试验结果与分析
• 2.1 金相组织
• 2.2 拉伸试验
• 2.2.1 拉伸试验结果及分析
• 2.2.2 拉伸断口形貌分析
• 2.2.3 拉伸断口能谱分析
• 2.3 冲击试验
• 2.3.1 冲击试验结果及分析
• 2.3.2 冲击断口形貌分析
• 2.4 硬度检测结果及分析
• 2.5 点腐蚀化学浸泡试验
• 2.5.1 点腐蚀结果及分析
• 2.5.2 点腐蚀表面形貌分析
• 2.6 点腐蚀电化学试验
• 2.6.1 点腐蚀电位及分析
• 2.6.2 点腐蚀坑形貌与能谱分析
• 2.7 晶间腐蚀试验
• 2.7.1 弯曲法评定晶间腐蚀结果
• 2.7.2 金相法评定晶间腐蚀结果
• 本章小结
• 第三章 讨论
• 3.1 纳米 SiC 粉体对不锈钢力学性能的影响
• 3.1.1 细晶强化
• 3.1.2 强化机理讨论
• 3.2 纳米 SiC 粉体对不锈钢局部腐蚀的影响
• 3.2.1 金属腐蚀的分类
• 3.2.2 局部腐蚀的类型及发生原因
• 3.2.3 点腐蚀
• 3.2.4 晶间腐蚀
• 3.3 孕育剂在金属中的应用
• 3.3.1 孕育剂概述及分类
• 3.3.2 纳米SiC 粉体
• 3.4 问题与展望
• 3.4.1 问题与不足
• 3.4.2 展望
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢