Fe-CR-B合金組織特征及斷裂機理研究.pdf

1、Fe-Cr-B合金是一種新型耐磨材料，其存在的主要問題是韌性儲備不足，而相關方面的研究工作至今也沒有能夠完全澄清其中的原由。對此，本論文選擇了Fe-12％Cr-1.1％B合金為研究對象系統(tǒng)地研究了奧氏體化溫度、冷卻速度和回火溫度的變化對合金組織、硬度和斷口組織形貌的影響。運用光學顯微鏡和掃描電鏡觀察了金相顯微組織;運用掃描電鏡觀察了斷口組織形貌，并分析了裂紋的萌生和擴展;采用X射線衍射對試驗合金中存在的物相以及在斷口上分布的物相分別進行

2、了檢測和分析。為了能夠準確分析析出相的類型和組成，采用王水腐蝕試樣、沉淀過濾腐蝕溶液的方法獲得了共晶硼化物和析出相顆粒的粉末試樣，并進行了XRD分析;在洛氏硬度計上測試了試樣的硬度。在總結組織觀察和分析的基礎上探索了Fe-Cr-B合金的斷裂機理，獲得了以下主要研究結果。
　　Fe-Cr-B合金鑄態(tài)經750℃/2h退火處理后得到初始態(tài)顯微組織主要由樹枝晶鐵素體基體和在樹枝晶之間呈連續(xù)的、粗大的和網狀分布的共晶體組成。共晶體又由共晶基

3、體和M2B硼化物組成。在鐵素體基體上分布著大量細小彌散的析出相顆粒。這些析出相顆粒主要是M23(C，B)6和M6(C，B)。
　　隨著奧氏體化溫度的升高，網狀結構的共晶硼化物斷開的趨勢明顯，析出相顆粒的數(shù)量逐漸減少;900℃和1050℃奧氏體化后，隨著冷卻速度的下降，析出相顆粒的數(shù)量逐漸增多，分布的不均勻性也逐漸加強。1050℃奧氏體化后空冷時基體上出現(xiàn)了細環(huán)狀組織，爐冷時細環(huán)擴大為條帶狀組織。這些環(huán)狀和條帶狀組織實際上都是由大量

4、的析出相顆粒組成;隨著回火溫度的升高，馬氏體基體逐漸發(fā)生分解，硬度逐漸下降，析出相顆粒數(shù)量逐漸增多，尺寸逐漸增大。
　　Fe-Cr-B合金的宏觀斷口具有脆性斷口特征。引發(fā)其脆性斷裂的組織為:共晶硼化物和分布在基體與共晶硼化物之間的相界面上的析出相M23(C，B)6和M6(C，B)。共晶硼化物在斷口上的形貌為巖石狀，相界面在斷口上的形貌為韌窩。降低奧氏體化溫度、降低奧氏體化后的冷卻速度和升高回火溫度都會使得在相界面處析出相顆粒數(shù)量增

5、多，加大對相界面的弱化作用，使得裂紋更傾向于沿著相界面進行擴展，斷口上的巖石狀組織減少，韌窩組織增多。
　　Fe-Cr-B合金斷裂機理分析認為:裂紋起源于片狀的共晶硼化物和相界面上高密度的析出相顆粒;由于硼化物難以發(fā)生塑性變形，微裂紋的裂尖應力大，容易擴展到Griffith長度，使得裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展。另外，相界面形成微裂紋后，附近的顯微空洞不斷長大，促使微裂紋長大及擴展。裂紋按其能量（強度）最低的部分擴展，主要表現(xiàn)在裂紋沿著共晶硼