發(fā)布時間：2018-11-02 18:18

【摘要】：FeCrAl不銹鋼具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和低的熱膨脹系數,是金屬蜂窩型汽車尾氣凈化器載體的理想材料。然而目前對FeCrAl不銹鋼的凝固特性的把握嚴重不足,造成汽車尾氣凈化器載體用FeCrAl不銹鋼箔材的生產成本居高不下,嚴重制約了我國金屬蜂窩型汽車尾氣凈化器的推廣應用。鑒于此種情況,本文主要從以下四個方面對FeCrAl不銹鋼凝固特性的基本面進行系統(tǒng)研究：1)液固相線的確定；2)液固界面形貌的轉變與偏析；3)FeCrAl不銹鋼所屬多元系的相圖與相變；4)Ti對FeCrAl不銹鋼鑄錠的凝固組織與高溫力學性能的影響。1)液固相線的確定采用高溫差示掃描量熱法(DSC)測定不同成分FeCrAl不銹鋼的液相線和固相線,并分別采用Thermo-calc軟件和經驗公式計算液相線,分析不同計算結果與相應的DSC實測液相線的偏差確定了適合FeCrAl不銹鋼的液相線計算公式,計算偏差小于6℃。DSC曲線和Thermo-calc凝固計算都表明FeCrAl不銹鋼的凝固路徑為：L→L+δ→δ。對Thermo-calc計算的fs-T(固相分率-溫度)曲線和DSC實測固相線進行綜合分析,發(fā)現fs=0.99可以作為FeCrAl不銹鋼的凝固終點,相應的溫度可以作為固相線。采用該方法分別計算Fe-Cr-Al三元系和Fe-Cr-Al-X(X=C,Si,Mn)多元系的固相線,分析不同組元對Fe-Cr-Al三元系固相線的影響,最終得到了適合FeCrAl不銹鋼的固相線計算公式,計算偏差不大于6℃。2)液固界面形貌的轉變與偏析采用Bridgeman定向凝固和光學顯微鏡研究了FeCrAl不銹鋼在不同凝固條件下的液固界面形貌轉變規(guī)律和尺度特征。結果表明,隨著冷速v'的增大,液固界面形貌發(fā)生了如下轉變：平界面(v'=0.012℃/s)→樹枝晶界面(v'=0.3℃/s)→胞晶界面(v'=0.6℃/s)→六邊形胞晶界面(v'=1.8℃/s)。二次枝晶間距可以用現有的適用于二元合金的公式比較準確的預測。采用電子探針分析了不同界面形貌下Al的分布,并計算Al的分配系數。結果表明,Al在平界面兩側的分配系數kAl=0.95～0.97。其它界面形貌下的元素面掃描分析表明Al沒有發(fā)生明顯的偏析。3)多元系垂直截面圖的計算與分析采用Thermo-Calc熱力學軟件計算了FeCrAl不銹鋼所屬的Fe-(18～21)Cr-(3～5)Al-(0～0.03)C-(0～0.2)Si-(0～0.2)Mn多元系垂直截面圖,并結合相關的文獻資料加以分析和研究,結果如下：FeCrAl不銹鋼的平衡相組成應該為A1N,兩種碳化物Cr7C3和Cr23C6,兩種富Cr相σ和α'：Cr7C3是否析出主要取決于體系C含量,σ相是否析出主要取決于體系的Si含量。最終得到了FeCrAl不銹鋼平衡相變路徑圖,結果表明FeCrAl不銹鋼在常溫下的平衡相組成為aFe+AlN+Cr23C6+a'。4) FeCrAl不銹鋼Ti處理研究采用Thermo-Calc凝固計算Fe-Cr-Al-Ti-N體系中TiN在凝固前沿析出的條件。用真空感應爐熔煉不同Ti含量的FeCrAl不銹鋼鑄錠并分析低倍組織,結果發(fā)現Ti含量為0.088%的鑄錠中心等軸晶率最高,為39.5%。隨著Ti含量的進一步提高,中心等軸晶比例顯著降低。高溫抗拉強度分析和掃描電鏡下的斷口顯微分析結果表明,含Ti鑄錠中的TiN夾雜很容易誘發(fā)裂紋,不利于鑄錠高溫力學性能的改善。夾雜物的掃描電鏡分析表明,Ti主要以純TiN、 TiN-AIN復合夾雜、TiN-Al2O3復合夾雜、TiS夾雜和TiS-氧化物復合夾雜賦存于鑄錠中。
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【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.71

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本文編號：2306582