稀土微合金鋼擴(kuò)散及相變行為研究.pdf

1、鋼中固溶的稀土含量只要稍微改變，就會(huì)使鋼的組織及性能發(fā)生顯著變化。稀土(RE)會(huì)影響鋼里微合金元素的相變及再結(jié)晶行為，也對(duì)其溶解與析出現(xiàn)象有影響。稀土的加入影響鋼的再結(jié)晶與相變的根本原因，是稀土影響了鐵原子擴(kuò)散的自由焓，以及影響了稀土元素在鋼中的擴(kuò)散。目前，有關(guān)稀土在鋼中的作用機(jī)理、RE在鋼中的擴(kuò)散行為還很少有報(bào)道，關(guān)于稀土相關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)等尚缺乏報(bào)道和研究。
　　本文以稀土-純鐵及稀土微合金鋼為研究對(duì)象，利用 L78型淬火熱膨脹儀

2、，研究了稀土加入后微合金鋼的等溫相轉(zhuǎn)變行為；采用密度泛函理論(DFT)研究了La元素在α-Fe中的存在方式；借助熱模擬實(shí)驗(yàn)完成擴(kuò)散焊接，結(jié)合金相顯微鏡及 SEM，研究了稀土La在純鐵中的擴(kuò)散行為。
　　利用L78淬火熱膨脹儀對(duì)RE微合金鋼進(jìn)行等溫相轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)，獲得稀土微合金鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT)，結(jié)合光學(xué)顯微鏡及OLS4000型激光共聚焦顯微鏡對(duì)等溫后的組織進(jìn)行觀察顯示，與未加稀土微合金鋼的顯微組織不同，實(shí)驗(yàn)鋼在725℃等溫后得

3、到形態(tài)呈不規(guī)則塊狀、晶界走向也不規(guī)則的塊狀組織；在650℃等溫時(shí)，得到沿奧氏體晶界處生成的外形不規(guī)則的珠光體；等溫溫度為625℃~525℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)獲得的顯微組織為條狀貝氏體與粒狀貝氏體。
　　計(jì)算了稀土La在晶內(nèi)、晶界和自由表面的偏聚能，結(jié)果顯示，La位于α-Fe晶界時(shí)，其偏聚能最小，La在晶界和自由表面的偏聚能之差為負(fù)值，La元素傾向于在α-Fe晶界偏聚。摻雜La原子后晶界上的原子成鍵區(qū)態(tài)密度左移，降低了體系的總能量，所以稀土元

4、素優(yōu)先于沿晶界擴(kuò)散。
　　借助Gleeble-1500D熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)完成了 Fe與 Fe-La系合金的擴(kuò)散連接，采用Axiovert25型金相顯微鏡與SEM，觀察了稀土在Fe基體的擴(kuò)散情況。利用相關(guān)公式計(jì)算了La原子在純鐵晶界的擴(kuò)散系數(shù)。顯微組織觀察顯示，稀土La在純鐵晶界存在著明顯的擴(kuò)散行為，擴(kuò)散向著純鐵方向發(fā)生，表現(xiàn)為沿晶界進(jìn)行，擴(kuò)散深度隨加熱溫度等因素的變化而不同。通過本次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合理論分析，計(jì)算了稀土鑭的晶界擴(kuò)散系數(shù)