链篦机用钢的热疲劳行为研究及氧化行为分析

论文摘要

随着社会的发展,人们对于材料的使用要求日益增加,要求材料能够在各种实际应用环境中能有较好的性能。在实际应用中,断裂是机械零件和工程构件的三种主要失效形式之一,造成的事故往往使生命和财产受到巨大的损失,而绝大多数断裂由疲劳引起。链篦机用钢的工作环境比较恶劣,多为高温操作,因此热疲劳性能是检测链篦机用钢的一种重要手段。本文选用带预制裂纹的热疲劳试样,以预制裂纹尖端为起始点,裂纹出现至长度达到0.1mm为热疲劳裂纹萌生阶段;裂纹长度大于0.1mm以后为热疲劳裂纹扩展阶段。以热疲劳裂纹长度达到0.1mm所需冷热循环次数,即热疲劳裂纹萌生寿命为标准评定不同耐热钢的热疲劳性能;以相同循环次数下热疲劳裂纹的长度为标准评定不同试样对热疲劳裂纹扩展的抗力。随后对试样进行固溶和固溶时效处理,探究了热处理后各个试样的热疲劳性能。以及各试样的抗氧化性能。在本研究条件下,得出以下主要结论:裂纹首先都是在试样缺口附近的缺陷处产生,然后逐渐扩展到应力集中区域,也就是缺口处。30Cr24Ni12Mn2Si2RE的热疲劳性能好于Cr25Ni20、30Cr24Ni7Mn3NRE和30Cr21Mn8Ni4Si2NRE,并且在疲劳过程中发生了γ→α相变。经过固溶时效处理的试样抗疲劳性能有所提高,其原因在于热处理后得到合金化程度高的奥氏体组织;容易产生球化现象,提高了基体的塑性;以及细化了的碳化物能延缓热疲劳裂纹的扩展。四种试样在600℃下是完全抗氧化的;在800℃,热处理后各个试样的抗氧化性比铸态状态下的好;900℃下各个试样都是弱抗氧化的。加入合金元素RE,对合金的抗氧化能力以及热疲劳性能均有不同程度的提高。合金热疲劳裂纹的扩展方式为混合扩展,裂纹在晶界处萌生并沿晶扩展,有穿晶扩展趋势的裂纹迅速止裂或穿晶扩展到一定程度后转变为沿晶扩展.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题意义
• 1.2 疲劳分类及热疲劳简介
• 1.3 热疲劳研究的历史与现状
• 1.4 影响材料热疲劳性能的因素
• 1.5 耐热钢的热疲劳裂纹形成及扩展原理
• 1.5.1 疲劳裂纹扩展研究的简要回顾
• 1.5.2 疲劳裂纹扩展的一般规律
• 1.5.3 影响裂纹扩展的因素
• 1.5.4 裂纹扩展机制
• 1.6 耐热钢中各种元素对其热疲劳裂纹形成或扩展的影响
• 1.6.1 耐热钢的合金元素不同合金元素对耐热钢热疲劳性能的影响
• 1.6.2 稀土对热疲劳裂纹萌生和扩展的影响
• 1.7 可能的生成物对其热疲劳裂纹形成或扩展的影响
• 1.8 本文研究的主要内容
• 第二章 试验方案设计及试验过程
• 2.1 合金的成份
• 2.1.2 试样制取
• 2.2 分析与测试方法
• 2.2.1 微观分析
• 2.2.2 热疲劳试样
• 第三章 不同合金热疲劳抗力的比较与分析
• 3.1 不同合金的热疲劳裂纹萌生与扩展
• 3.2 合金热疲劳实验微观组织及物相结构变化
• 3.2.1 组织变化
• 3.2.2 物相结构变化
• 3.3 试验结果分析
• 3.4 裂纹的扩展方式
• 3.5 本章小节
• 第四章 热处理后的疲劳抗力比较与分析
• 4.1 热处理工艺
• 4.1.1 热处理工艺制定
• 4.1.2 热处理前后的疲劳行为比较
• 4.2 热处理后的组织形貌变化
• 4.3 试验结果分析
• 4.4 耐热钢高温时效中的耗散结构
• 4.4.1 关于自组织和耗散结构理论
• 4.4.2 时效过程中发生自组织行为的客观条件分析
• 4.4.3 高温长时时效中的耗散结构
• 4.5 本章小结
• 第五章 不同合金的高温氧化行为研究
• 5.1 理论依据及实验方法
• 5.2 抗氧化性试验结果及分析
• 5.3 稀土元素对热疲劳抗力的影响
• 5.3.1 稀土元素对合金氧化膜生长的影响
• 5.3.2 稀土元素对合金氧化膜抗剥落性的影响
• 5.4 本章小节
• 第六章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 在读学位期间发表的论文