混合稀土金属对9Cr2Mo钢组织和性能的影响
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响稀土的魔法：揭秘低碳微合金高强钢冷却过程中的组织演变嘿，你知道吗？在钢铁的世界里，稀土就像个魔法师，能让低碳微合金高强钢的冷却过程变得既神奇又有趣。
想象一下，你手里握着一块普通的铁，但加入一些稀土后，它就能变身成为超级英雄——超强韧、超轻量、还能抗腐蚀！这可不是开玩笑，是真的发生了！今天，我们就来聊聊稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响，让你也能感受到那种神奇的魔力！稀土就像是给低碳微合金高强钢穿上了一件隐形的战衣。
想象一下，在高温下，钢铁像小战士一样冲向战场，但如果没有合适的保护装备，它很容易就被敌人打败。
但是有了稀土，这些钢铁小战士们就能在战场上屹立不倒，甚至还能闪闪发光，让敌人都望尘莫及！这就是稀土给低碳微合金高强钢带来的“硬度提升”魔法！再来说说稀土给低碳微合金高强钢带来的“韧性增强”魔法。
你知道钢铁最怕什么吗？那就是被压扁或者折断！但是有了稀土，低碳微合金高强钢就像是吃了一颗定心丸，即使遇到再大的外力冲击，也能稳稳当当，不容易被压扁或折断。
这种神奇的力量，就是稀土给低碳微合金高强钢带来的“韧性提升”魔法！当然啦，稀土还让低碳微合金高强钢变得更加轻盈。
你知道吗？在钢铁的世界里，重量可是个大问题。
太重的钢铁不仅难以搬运，还容易生锈。
但是有了稀土，低碳微合金高强钢就像是穿上了隐形的翅膀，不仅重量轻，还不容易生锈，真是一举两得啊！这种神奇的力量，就是稀土给低碳微合金高强钢带来的“轻盈化”魔法！稀土还给低碳微合金高强钢带来了“耐腐蚀性”的提升。
你知道吗？钢铁虽然坚硬，但很容易受到腐蚀。
但是有了稀土，低碳微合金高强钢就像是穿上了一层隐形的保护膜，即使遇到酸雨、盐雾等恶劣环境，也能安然无恙，保持本色不变。
这种神奇的力量，就是稀土给低碳微合金高强钢带来的“耐腐蚀性”魔法！所以啊，稀土真的是一种神奇的魔法药水，能让低碳微合金高强钢在冷却过程中变得更加强大、坚韧、轻盈和耐腐蚀。
稀土氧化物对碳化物形态在堆焊高铬铸铁性能的影响
稀土氧化物对碳化物形态在堆焊高铬铸铁性能的影响摘要：在这项工作中对在高铬铸铁不同量稀土（RE）药芯焊丝堆焊氧化物的添加（硬齿面焊接的工件）进行了研究。
通过光学显微镜，扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）观察了堆焊金属碳化物的形态和类型等。
基于稀土碳化物形态的影响数据，细化碳化物的原因稀土氧化物与失配理论的探讨。
结果表明，堆焊金属的显微组织由马氏体、残余奥氏体和M7C3碳化物。
随着稀土氧化物添加量的增加，碳化物的体积分数和圆度增加，然而，碳化物面积和周长减少。
这表明添加稀土氧化物可以细化和球化堆焊金属碳化物。
关键词：高铬铸铁；药芯焊丝；碳化物；稀土氧化物引言含有大量的微结构M7C3碳化物的高铬铸铁工件的耐磨性能好，价格低廉，被广泛应用于矿山、冶金、机械等行业，具有常温高寿命、低应力磨料磨损条件。
经过一段时间后，高铬铸铁的工件表面因磨损而失效。
失败的工件通常是用修复堆焊（硬齿面焊接）方法即采用药芯焊丝来恢复他们的尺寸和性能【1】。
Fe-Cr-C基硬面合金堆焊通常选择失败的工件，由于其结构中含有一定量的碳化物，使堆焊金属工件表面表达高耐磨性[ 2 ]。
然而，研究表明，初生碳化物存在于大的块的形式在堆焊金属，导致连续性破坏碳化物本身和堆焊金属基体之间。
工件容易剥落表面，甚至在应用过程中的早期开裂，从而减少工件的使用寿命[ 3 ]。
因此如何提高碳化物形态在堆焊提高性能和耐磨高铬铸铁性能的关键。
独特的注意力已支付给稀土（稀土）元素，由于其优异的性能。
我们的研究小组的前期工作表明，通过在钢中添加稀土元素，可以细化晶粒，细化晶粒，改善碳化物形貌。
对堆焊金属的塑性和韧性可以通过添加在堆焊焊条[ 9 ] 6–稀土氧化物的改进。
因此，该药芯焊丝堆焊高铬铸铁中添加不同稀土氧化物的添加了自动堆焊方法分析了稀土氧化物对堆焊金属的显微组织中碳化物的使用效果，使堆焊金属的耐磨Fe-Cr-C系统能够大大地提高。
稀土元素对钢性能的影响分析
稀土元素对钢性能的影响分析摘要：稀土是许多高新产业重要的原料，也是冶金工业上重要的添加剂。
它既是提高钢质有效手段，又是发展钢材新品种的措施之一。
我国稀土储量丰富，是重要的战略资源。
利用这一优势，将稀土的利用进行更加深入的研究，利用稀土的特性，合成更加优质的钢种，具有广泛的战略意义。
关键词：稀土元素；钢；性能；影响随着科学技术的不断发展，人们越来越意识到材料对装备制造业的重要性，传统炼钢使用的Al、Si脱氧剂已经很难满足力学性能要求，而稀土作为一种新型的铸件材料被运用到炼钢领域。
常用的稀土炼钢剂主要有La、Ce两种元素，他们通常被制作成稀土合金或纯稀土加入到钢液中。
稀土具有良好的脱氧、脱硫效果，同时他们加入到钢液中可以起到对夹杂物MnS进行变性的作用，使其利于上浮到钢渣表面，但同时如果稀土元素没有被利用好，它将对炼钢生产起到一定的副作用，例如稀土加入不合理，利用率低，增加炼钢投入成本，或者是稀土加入后形成的稀土氧化物没有及时上浮，将对钢液质量形成一定的影响。
所以本文主要研究了稀土对铸钢的作用，以及炼钢过程中稀土的加入方式等。
一、稀土元素简介稀土是18世纪遗留下来的名称，意为“稀少的土”。
实际稀土元素在地壳中的含量并不稀少，这组元素更不是土，而是一组典型的金属元素，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属，可与多种元素化合，稀土金属的燃点很低，如铈165℃，钕270℃，极易与氧发生反应。
据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义：稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，以及与它们电子结构和化学性质都相近的钪和钇，共计17种元素。
二、稀土在钢中的作用机理1.净化作用稀土在钢中的净化作用主要表现在可深度降低氧和硫的含量，研究表明，钝与镣、锡、铅等彼此降低活度，增加溶解度，有利于减少低熔点元素的有害作用，形成熔点较高的化合物，提高锯、帆、铜、钛等合金元素的利用率，稀土还能抑制这些杂质在晶界上的偏析。
稀土对钢组织和性能的影响
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稀土元素对材料力学性能的影响研究
稀土元素对材料力学性能的影响研究咱先来说说啥是稀土元素哈。
稀土元素就像材料世界里的神秘魔法剂，它们能让各种材料变得更强大、更厉害！有一次，我去一家工厂参观，看到工人们正在为一种新型钢材发愁。
这钢材啊，硬度总是不够，容易变形，影响了产品的质量和使用效果。
这时候，专家们就想到了稀土元素。
稀土元素就像是材料的“大力水手菠菜”，能给材料带来很多神奇的变化。
比如说，加入稀土元素后，材料的强度会大幅提高。
就像一个原本瘦弱的人，吃了营养剂后变得强壮有力。
比如说钕这种稀土元素，加到铝合金里，能让铝合金的抗拉强度蹭蹭往上涨，变得特别结实，不容易被拉断。
再说说韧性，这可是材料的一个重要指标。
稀土元素能让材料在受到外力时，不容易一下子就断裂，而是能像橡皮筋一样有一定的伸缩性。
想象一下，一根没有加稀土元素的铁棒，稍微一用力就断成两截；而加了稀土元素的铁棒，怎么弯怎么扭都不容易断，这就是稀土元素的厉害之处。
还有疲劳性能。
材料在长期使用过程中，会因为反复受力而出现疲劳，就像我们人工作久了会累一样。
稀土元素能让材料更抗疲劳，延长使用寿命。
比如说汽车发动机里的零部件，如果用了含有稀土元素的材料，就能跑得更远、更久，不容易出故障。
稀土元素还能改善材料的耐磨性。
就像我们的鞋底，如果不耐磨，走不了多久就磨破了。
材料也是一样，加入稀土元素后，表面更耐磨，能经受住更多的摩擦和磨损。
不过，稀土元素也不是随便加加就行的。
加多少、怎么加，这都有讲究。
加得太多，可能会起到反作用；加得太少，又达不到理想的效果。
这就需要科学家们像大厨一样，精准地掌握“配方”，才能让稀土元素发挥出最大的作用。
在研究稀土元素对材料力学性能影响的过程中，科学家们可是费了不少心思。
他们要做各种各样的实验，反复测试、分析数据。
有时候一个实验要做上几十次甚至上百次，才能得出一个可靠的结论。
总之，稀土元素对材料力学性能的影响可真是不容小觑。
它们就像是材料世界里的超级英雄，能让各种材料变得更强大、更耐用。
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响一、引言随着全球经济的快速发展，能源消耗和环境污染问题日益严重。
为了降低碳排放，提高能源利用效率，钢铁行业正朝着低碳、节能、环保的方向发展。
稀土元素作为一种重要的冶金原料，具有独特的物理和化学性质，可以有效地改善钢铁的性能。
本文将从理论层面探讨稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响。
二、稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响机制1.1 稀土元素对奥氏体组织的调控作用在钢铁冷却过程中，奥氏体的形成和组织演变是一个关键环节。
稀土元素通过改变钢中各元素的固溶度、析出相的形成及其分布、晶界行为等，对奥氏体的组织演变产生重要影响。
例如，稀土元素镧(La)和铈(Ce)可以降低钢中铁素体的固溶度，促使奥氏体向珠光体转变；而钕(Nd)和铕(Eu)则可以提高钢中铁素体的固溶度，有利于形成细小的针状铁素体。
1.2 稀土元素对贝氏体组织的调控作用贝氏体是低碳钢中的一种重要组织，其形成和演化对于钢材的性能具有重要意义。
稀土元素可以通过改变钢中各元素的固溶度、析出相的形成及其分布、晶界行为等，对贝氏体的组织演变产生重要影响。
例如，稀土元素铥(Th)可以促进贝氏体的形核和长大，提高钢的强度；而铥(Th)和镱(Yb)则可以抑制贝氏体的形核和长大，降低钢的脆性。
三、稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响实例2.1 稀土对奥氏体组织的影响实例以含有稀土元素的低碳微合金高强钢为例，研究其冷却过程组织演变。
实验表明，随稀土元素含量的增加，钢中奥氏体的珠光体比例逐渐降低，针状铁素体比例逐渐升高，从而提高了钢的强度和硬度。
稀土元素还可以影响钢中各相的形貌和分布，进一步优化组织的性能。
2.2 稀土对贝氏体组织的影响实例研究含有稀土元素的低碳微合金高强钢冷却过程贝氏体组织演变。
实验结果显示，随稀土元素含量的增加，钢中贝氏体的尺寸减小，数量增多，从而提高了钢的韧性和塑性。
稀土元素还可以影响贝氏体的形成条件，如促进贝氏体的形核和长大，或者抑制贝氏体的形核和长大。
稀土对高碳高速钢组织和性能的影响
第27卷 第1期2007年2月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV ol 27,N o 1F ebruary 2007稀土对高碳高速钢组织和性能的影响蒋志强1,冯锡兰1,符寒光2(1.郑州航空工业管理学院工业工程系,郑州450015;2.西安交通大学机械工程学院,西安710049)摘要:在成分为Fe -5%V-5%W-5%M o -5%C r -3%N b -2%Co -2%C 的高碳高速钢中添加稀土,研究了稀土对高碳高速钢铸态组织、热处理组织和力学性能的影响。
结果显示:稀土处理使高碳高速钢的奥氏体晶粒和共晶组织明显细化,共晶组织中片层状碳化物变短、变细。
热处理后,共晶碳化物大部分变成团球状且分布均匀。
稀土处理高碳高速钢的硬度和红硬性略有增加,冲击韧性提高37.81%,达到10.17J /cm 2,分析了稀土在高碳高速钢中的作用机理及改善合金性能的机制。
关键词:稀土;高碳高速钢;共晶碳化物;团球化;冲击韧性中图分类号:TG142 45 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)01-0006-05收稿日期:2005-05-12;修订日期:2006-10-28基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程(2006KYCX 022);河南省科技攻关计划(0624250005,0624260011)作者简介:蒋志强(1965 ),男,博士,教授。
铸造高碳高速钢是20世纪80年代末发展起来的一类抗高温磨损材料,用于制造热轧辊获得了良好的使用效果[1~3]。
用普通铸造方法制造高碳高速钢轧辊,共晶组织粗大,轧辊使用中易产生裂纹甚至发生剥落,影响轧钢正常生产[4]。
为解决这一难题,国外开发了带水冷结晶器的CPC 工艺制造高碳高速钢轧辊技术,获得了良好的效果[5]。
但是CPC 工艺和装备复杂,我国至今仍未开发成功,限制了高碳高速钢轧辊在我国的推广和应用。
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响稀土，那可是高科技领域的明星材料，它就像是钢铁的魔法棒，能让低碳微合金高强钢的冷却过程变得与众不同。
想象一下，在钢铁的世界里，稀土就像是一股清新的空气，让那些看似普通的钢材焕发出不一样的光彩。
稀土，这个名字听起来就让人感到神秘兮兮的。
它可不是随便哪个小东西都能比得上的。
稀土元素就像是一群调皮捣蛋的小精灵，它们在钢铁中跳来跳去，给低碳微合金高强钢带来了不一样的生命力。
这些小精灵们聚在一起，就像是一场盛大的派对，让钢铁变得更加坚韧、更加有韧性。
稀土的作用可不单单是增加钢铁的硬度那么简单。
它还能让低碳微合金高强钢在冷却过程中发生神奇的变化。
想象一下，当你把一块钢铁放进炉子里加热的时候，如果里面加入了稀土，那么这块钢铁在冷却过程中就会发生奇妙的变化。
它可能会变得更加光滑、更加明亮，就像被施了魔法一样。
稀土对低碳微合金高强钢的影响可不仅仅是冷却过程那么简单。
它还能让钢铁变得更加坚固、更加耐用。
想象一下，如果你手里握着一块经过稀土处理过的低碳微合金高强钢，那么无论你怎么摔打、怎么磨蹭，它都不会像普通钢材那样轻易地断裂。
这简直就是钢铁界的“铁汉柔情”，既坚如磐石又柔如水。
稀土也不是万能的。
虽然它能让低碳微合金高强钢变得更强大，但它也可能会带来一些副作用。
比如，稀土的加入可能会让钢铁的成本变得更高，而且有些稀土元素可能还对环境和人体有害。
所以，我们在使用稀土的时候可得小心谨慎，不能盲目跟风哦。
稀土就像是低碳微合金高强钢身上的一件华丽的外衣，让它变得更加引人注目。
有了稀土的加持，低碳微合金高强钢在冷却过程中会发生奇妙的变化，变得更加坚韧、更加有韧性。
虽然稀土也带来了一些副作用，但只要我们合理使用，就能让低碳微合金高强钢发挥出最大的潜力。
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响
稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响随着全球经济的发展，钢铁行业在国民经济中的地位日益重要。
传统的钢铁生产过程中存在着能源消耗大、环境污染严重等问题。
为了解决这些问题，科学家们开始研究新型的低碳微合金高强钢，以提高钢铁的性能并降低生产成本。
稀土元素作为一种重要的合金元素，被广泛应用于钢铁制造中。
本文将从理论和实验两个方面，探讨稀土对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响。
一、理论分析1.1 稀土元素对钢基体性能的影响稀土元素具有丰富的电子亲和能，可以与钢基体中的铁、铬等元素形成固溶体。
这些固溶体不仅提高了钢基体的强度和硬度，还降低了钢基体的脆性。
稀土元素还可以改善钢基体的塑性和韧性，使其具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。
1.2 稀土元素对冷却过程组织演变的影响在钢铁冷却过程中，钢基体会经历奥氏体化、珠光体生成和马氏体转变等过程。
这些过程受到冷却速度、冷却介质、合金元素等多种因素的影响。
研究表明，稀土元素可以通过调节相变温度、相变速率等参数，影响钢基体的组织演变过程。
例如，添加适量的稀土元素可以使钢的临界点升高，减缓奥氏体化速度，从而降低冷却过程中的过冷度，有利于形成均匀的珠光体组织。
二、实验研究2.1 稀土元素含量对组织演变的影响为了研究稀土元素含量对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响，我们选取了两种常见的低碳微合金高强钢：低合金高强度钢(HSLA)和微合金高强度钢板(MIMNS)。
在这两种钢材中，分别添加了不同浓度的稀土元素(如镧、铈等),然后进行冷却过程实验。
通过观察不同条件下形成的组织结构，我们发现：随着稀土元素含量的增加，钢基体的强度和硬度有所提高，但塑性和韧性则有所降低。
这说明稀土元素对钢基体的组织演变具有一定的影响，但其作用机制尚需进一步研究。
2.2 稀土元素种类对组织演变的影响为了探讨稀土元素种类对低碳微合金高强钢冷却过程组织演变的影响，我们选择了三种常见的稀土元素：镧系元素(如La)、铈系元素(如Ce)和钕系元素(如Nd)。
稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响
稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响作者：魏可媛来源：《中国集体经济》2011年第08期摘要：文章阐述了稀土在钢中的作用机理主要有净化作用、变质作用和合金化作用，总结了稀土对钢性能及组织的影响和稀土的加入方法，充分发挥稀土作用，提高钢材质量，把我国的稀土资源优势转化为经济优势。
关键词：稀土；作用机理；性能稀土在传统钢铁领域中的应用，自20世纪60年就已经成为一个活跃的课题，一直以来越来越受到人们的关注，也一直存在争议。
国内外的研究者都做了大量的理论研究、实验研究和应用研究。
我国是世界RE资源大国，RE贮量和产量都远远大于其他国家，如何在钢中更好地利用这部份资源显得尤为迫切。
一、稀土元素在钢中的作用（一）净化作用微量稀土在钢中的净化作用主要表现在：可深度降低氧和硫的含量，降低磷、氢、砷、锑、铋、铅、锡等低熔点元素的有害作用，主要是可以抑制这些元素在晶界上偏聚，有净化晶界的作用，或可以与这些杂质形成熔点较高的化合物而析出排除。
后者应在稀土脱氧、脱硫之后，稀土加入量较高的情况下发生。
当稀土加入量较高时，稀土在脱氧、脱硫之后，它将会与钢中的铅、锡、砷、锑、铋等低熔点金属元素交互作用，形成熔点较高的化合物，降低低熔点金属元素的有害作用，还有一部分形成稀土夹杂物从钢液中排除，从而净化钢液。
在低碳钢中，当（[RE]+[As]）/（[O]+[S]）≥6.7即出现脱砷产物；加稀土后消除了钢的Pb脆，观察到Ce2Pb球状夹杂物；在低氧硫工业纯铁中加入少量的稀土与锑反应，并使聚集在晶界的锑转移到晶内，减少锑在α-Fe晶界上的偏析。
（二）变质作用在含有少量锰、并用铝脱氧的镇静钢中，硫化物通常以对钢的性能危害最大的第Ⅱ类形式分布在晶界。
未加入RE前，钢中夹杂物主要是长条状的MnS和少量串状的Al2O3和铝酸盐，加入RE后，形成高熔点的在晶内任意分布的球形夹杂，取代了沿晶分布的第Ⅱ类硫化物和串状Al2O3。
这种变性了的夹杂物的成份和分布取决于RE/S值和钢中的[O]及其他合金元素的含量。
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混合稀土金属对9Cr2M o钢组织和性能的影响周青春,潘应君,吴新杰,陈大凯(武汉科技大学材料与冶金学院,湖北 武汉 430081) 摘 要:制备了稀土元素含量分别为0.1%和0%的9Cr2M o冷轧辊钢,进行了金相夹杂物形貌分析,并进行抗拉强度和抗回火性能检测,在M M-200型环/块磨损机上进行了环/块磨损试验,根据磨损试样磨损表面形貌进行了磨损机理分析。
讨论了稀土元素对9Cr2M o钢奥氏体晶粒长大过程的影响。
结果表明,9Cr2M o冷轧辊钢中含有0.1%的稀土元素时,其抗拉强度和抗回火性能及耐磨性明显高于不加稀土元素;其组织中M n的S、O化合物性能和形态发生改变,由质软的长条状转变为较硬的粒状;且显著细化奥氏体晶粒。
关键词:稀土元素;9Cr2M o;冷轧辊;耐磨性中图分类号:T G146.4;T G113.25 文献标识码:A 文章编号:1004-0277(2007)06-0066-05 冷轧辊是轧辊制造中要求最高的锻件。
在工作中轧辊的表面承受巨大的接触应力、交变应力和摩擦力,所以要求冷轧辊具有高的强度、表面硬度、耐磨性和足够的韧性[1]。
根据稀土元素在钢中能提高冷轧辊钢的热疲劳性能、低周疲劳性能、塑、韧性以及细化奥氏体晶粒、改善碳化物及石墨的形态和变质夹杂物的作用[2～6],通过添加适量稀土元素及钒等微合金元素来改善冷轧辊的性能,既保证冷轧辊具有足够的强度,又有合适的塑、韧性,降低锻造和淬火开裂倾向,从而设计出一种新的冷轧辊材料9Cr2M oRE,以获得最佳的综合性能。
本研究进一步探讨0.1%稀土元素对9Cr2Mo 的显微组织和机械性能的影响,并对其作用机理进行分析。
1 试验用材及方法1.1 试验用材9Cr2M o钢由真空炉熔炼,炉子容积为1.5吨,每个钢锭重一吨,浇注前测定试验钢的化学成分为(质量分数):0.85%C,2.26%Cr,0.27%M o,0.30% Si,0.44%Mn,0.10%V,0.03%S,0.03%P;其中一个钢锭稀土含量为0.1%(稀土为La+Ce>98%的混合稀土,稀土加入方法采用中间包喂丝法),另一个钢锭不含稀土。
材料经过650℃软化退火后进行锻造,锻造比为2.5～3,始锻温度1180℃～1200℃,终锻温度不低于900℃。
锻后经等温退火:790℃加热,650℃等温。
再经调质处理:830℃油冷淬火,600℃×3h空冷。
加工成各种试样后,最终热处理工艺为830℃淬火, 150℃回火。
1.2 试验方法夹杂物的观测在扫描电子显微镜(XL30T MP, Philips)及能谱附件上进行。
拉伸试棒经830℃淬火后150℃回火处理。
拉断后在扫描电子显微镜下观察断口形貌。
利用Formastor-F型全自动膨胀仪,将膨胀试样淬火后,从室温以0.05℃/s的速度缓慢加热至650℃,做出膨胀曲线,测试试验钢的抗回火性能。
根据国标GB12444.2-90金属磨损试验方法环/块型磨损试验,利用M M-200型磨损机采用固定转速(200转/min)进行磨损试验,通过减重法比较材料的耐磨性,摩擦副材料为T10(淬火+低温回火),试验载荷为30千克力,并用扫描电子显微镜及能谱附件观察磨损表面形貌及组成成分。
2 试验结果及讨论2.1 稀土元素对夹杂物的作用图1是9Cr2M o冷轧辊钢中未加入稀土元素和加入0.1%稀土元素夹杂物的形貌和能谱图。
其中, b、d能谱图分别是a、c中夹杂物的点分析。
第28卷第6期2007年12月 稀 土Chinese Rar e Eart hsVo l.28,N o.6D ecem ber2007收稿日期:2006-09-21作者简介:周青春(1981-),男,湖北红安人,硕士研究生,主要从事材料改性研究。
a、b—不含稀土;c、d—含0.1%稀土图1 9Cr2M o冷轧辊钢中夹杂物的形貌和能谱图Fig.1 Morphology and EDAX of inclusion in steel9Cr2Mo 稀土元素加入钢液中后,由于它们对氧、硫、磷等有害杂质有较强的亲和力,稀土元素可以脱氧、脱硫,去除有害杂质,从而起到净化钢液、净化晶界、改变夹杂物分布规律和夹杂物形态的作用,使长条状的M nS夹杂物转变为椭球状或球状的复合稀土夹杂物。
稀土元素不仅可以减少夹杂物尺寸,还可以减少夹杂物的体积分数,但体积分数存在一个最小值,当加入过多稀土元素时,反而使夹杂物体积分数增加[10]。
采用热力学方法对夹杂物生成的热力学规律进行分析,根据钢的成分,得出稀土夹杂物的自由能负值依次为:Ce2O2S>Ce2O3>Ce3S4>Ce2S3>CeS,而不能生成稀土碳化物[1]。
2.2 拉伸试验含0.1%稀土元素的试样断口有小量的塑性变形,断口成杯锥状,表现出一定塑性。
而不含稀土元素的试样断口几乎没有塑性变形且断口平齐,表现出脆性。
试验结果如表1所示,加稀土后钢的抗拉强度明显提高,这主要是由于稀土夹杂物的钉扎作用,阻止了位错滑移和晶界滑移,从而提高钢的抗拉强度。
图2是稀土含量为0.1%和0%的9Cr2M o钢的拉伸断口形貌。
由图2可以看出9Cr2M oRE钢断裂为韧性断裂,而9Cr2M o钢断裂为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂,可见稀土提高了9Cr2M o钢的塑韧性。
表1 拉伸试验结果Table1 Results of tensile test钢种抗拉强度b/M Pa屈服点s/M Pa伸长率/%断面收缩率/%加稀土143013101331未加稀土1280115011.4202.3 抗回火性能膨胀曲线如图3所示。
比较两条膨胀曲线可知,加稀土比未加稀土的钢推迟了回火各阶段的转变,使各阶段的回火温度提高10℃～20℃。
稀土推迟各个阶段的回火转变,必然要反映在硬度变化上,结果见表2。
每个试样测5点,去掉最低值和最高值后取其平均值。
加稀土比未加稀土的钢硬度高。
若使两者的硬度相等,加稀土的钢要提高回火温度10℃～20℃。
可见,9Cr2M o钢添加稀土后回火稳定性提高。
67第6期 周青春等:混合稀土金属对9Cr2M o钢组织和性能的影响a —含0.1%稀土;b —不含稀土图2 9Cr 2M o RE 钢拉伸断口形貌(SEM )Fig .2 Tensile fractography of steel 9C r 2MoRE图3 试验钢的膨胀曲线Fig .3 Dilatation curve of the samples 表2 不同回火温度下的硬度值/(HR C )Table 2 HRC of 9C r 2Mo tempered at diff erenttemperature回火温度/℃0150200250稀土含量0.1%62.862.358.456.0未加稀土63.060.757.454.02.4 耐磨性磨损试验结果如图4所示,图4表明含0.1%稀土元素后,钢的耐磨性有显著提高,而且磨损速度也比不含稀土元素的小。
随着磨损时间的延长,含0.1%稀土元素的钢的磨损速率有所降低,趋于稳定,而未加稀土元素的钢的磨损速率有加快的趋势。
图4 磨损量随时间的变化趋势Fig .4 Loss of weight vs wear time金属间滑动磨损过程的磨损机制比纯粹的磨粒磨损过程要复杂得多,可能包含着粘着磨损、磨粒磨损、疲劳剥落磨损、氧化磨损等各种磨损机制。
图5是磨损表面的典型SEM形貌。
a —不含稀土;b —含0.1%稀土图5 磨损表面形貌Fig .5 Surface morphology of worn samples 从图5(a )中可以看到在金属间滑动磨损过程中耐磨试样磨损表面有明显的“磨沟”并且磨沟周围有许多细小的裂纹。
在相互接触且相对运动的磨损试样表面间的重复(交变)应力作用下,可导致垂直68稀 土 第28卷于或平行于磨损试样表面的疲劳裂纹的形成与扩展,最终可以导致磨损试样基体剥落成为磨屑。
图5(b)没有明显的剥落块,而是细小弥散分布的小孔洞,这可能是由于基体上镶嵌分布的硬质小颗粒在磨损过程中剥落留下的剥落坑。
说明添加稀土元素后改变了9Cr2M o钢的磨损机理,由未加稀土元素时的疲劳剥落转变为磨粒磨损。
2.5 稀土细化奥氏体晶粒的讨论为进一步分析稀土对9Cr2M o钢性能的影响机理,本试验对钢中奥氏体晶粒尺寸进行测量。
将试样用过饱和苦味酸加上适量洗发膏热浸蚀,在读数光学显微镜下测量奥氏体晶粒平均截线长度。
试验结果发现含0.1%稀土的钢中奥氏体晶粒平均截线长度为14.44!m,而不含稀土时钢中奥氏体晶粒平均截线长度为20.91!m。
稀土对9Cr2M o钢奥氏体晶粒长大过程的影响。
一方面与初生奥氏体晶粒尺寸有关,另一方面与界面的物理化学过程有关。
根据试验结果分析如下:稀土是一种表面活性元素,具有强烈的晶界偏聚效应[8]。
一方面降低了界面能,另一方面对基体原子的晶界扩散起到阻碍作用。
文献[9]表明,加入稀士之后,晶粒长大的激活能增加。
激活能Q值是铁原子沿位错管、界面和体扩散三种生长机制激活能的综合。
铁原子沿位错管扩散的激活能通常为20kJ/mol 左右,它的体扩散激活能大约为240kJ/mol,而晶界扩散激活能介于两者之间。
试验结果表明,9Cr2Mo 钢晶粒长大激活能为125.2kJ/m ol,基本上受晶界扩散的控制;加入稀土之后,激活能逐渐增加,稀土含量为0.1%(质量分数)时,激活能增至202.8kJ/ mol,该值已接近基体原子的体扩散激活能。
这说明加入稀土后,晶粒长大由晶界扩散控制逐步转向由体扩散控制。
这种晶粒长大机制的转变是稀土在奥氏体晶界偏聚的直接结果。
文献[7]采用同位素Ce测定了800℃～1100℃范围内Ce在∀-Fe中的扩散系数,并指出Ce在∀-Fe中的扩散以晶界扩散为主。
在试验的温度范围内,稀土的扩散系数小于Fe的自扩散系数,而Fe在晶界的扩散系数远高于其自扩散系数。
因此,在晶界处,稀土原子的扩散速度远小于基体Fe原子在晶界的扩散速度。
这样,较大的稀土原子在晶界缓慢扩散,必将阻碍基体Fe原子的晶界扩散,可以说,这一过程受稀土原子的晶界扩散控制。
同时,稀土原子在晶界的偏聚,降低了界面能,也就降低了晶粒长大的驱动力,所以晶粒长大速度缓慢。
由于稀土加入量越多,稀土在晶界的偏聚量愈大,对Fe原子晶界扩散的阻碍作用愈强烈。
因此,Fe 原子的体扩散所起的作用就愈大,这是钢中加入稀土后,晶粒长大机制转变的主要原因。
3 结论1.9Cr2M o冷轧辊钢中含0.1%的稀土元素时,显著细化奥氏体晶粒。
2.0.1%的稀土元素提高9Cr2Mo冷轧辊钢的抗拉强度约150M Pa,同时其塑性也得到明显提高。
3.稀土元素可以变质钢中的M nS夹杂为稀土硫化物,夹杂物由质软的长条状转变为较硬的粒状。