本文主要研究内容
作者姜岳峰（2019）在《微观结构对高强钢氢脆敏感性的影响及机理》一文中研究指出：高强钢在含氢环境的服役过程中极易发生氢脆,表现为毫无预兆的突然失效断裂,氢致裂纹特征一般呈沿晶或者准解理开裂。通过观察断口形貌能够揭示氢致开裂过程中的裂纹萌生处及扩展路径上的微观组织。高强钢根据强化方式的不同具有多种微观特征,氢致开裂的过程反应了微观结构与氢的相互作用,其本质是氢对微观结构中的薄弱环节进行破坏并诱发裂纹形成。因此,研究高强钢中导致氢致开裂的关键微观组织有助于揭示钢材发生氢脆的失效机制。本论文以不同强度级别的高强钢为主要研究对象。采用微观结构观察、物相分析和三维原子探针元素分析等方法观察了高强钢微观结构并分析了关键位置的氢分布。结合了氢渗透、氢的热脱附测试和氢含量测量三种测试手段分析了高强钢中的氢陷阱位置、氢的扩散系数和导致氢致开裂的临界氢浓度。采用预充氢和动态充氢拉伸的方法评估了高强钢的氢脆敏感性并观察了断口形貌。结果表明,AISI 4140钢调质处理后组织为回火索氏体。采用扫描电镜观察并用统计软件计算得出,析出碳化物平均直径为200 nm,约占视场总面积20.2%。晶内和晶界上均发现碳化物析出。三维原子探针结果表明,碳化物为M23C6或M3C型碳化物(M可能为Cr、Mn、Mo或者Fe)。碳化物在晶内析出时,碳化物/基体界面处没有发现明显的氢偏聚,平均氢浓度为2.3 at.%,略高于基体平均氢浓度;然而当碳化物在晶界上析出时,氢偏聚主要发生在碳化物/铁素体界面上,峰值浓度为3.5(左侧)和5.9(右侧)at.%,这两个峰值都要明显高于基体内的平均氢浓度1.8 at.%,说明晶界析出碳化物起到主要的氢陷阱作用。动态充氢拉伸结果表明,AISI 4140钢的氢脆敏感性高达58.1%,断口表现出沿晶和准解理混合开裂特征。因此,晶界上碳化物与基体界面上的氢偏聚是导致沿晶开裂的主要原因。直接观察到的氢偏聚证实了碳化物界面的氢陷阱作用,为更好的理解氢脆机制作出了贡献。AISI 4140钢供货态组织为铁素体和珠光体。直到现在,铁素体/珠光体钢发生氢致开裂的真实原因还没有完全清楚。对断口特征位置下方的微观组织进行观察能够揭示氢致裂纹的萌生和扩展过程。观察结果表明,珠光体相界、铁素体/珠光体相界和毗邻的铁素体基体是氢致裂纹萌生和扩展位置。随着应力强度因子的增大,断裂模式由沿晶和准解理混合特征转变为完全的准解理开裂特征(裂纹扩展路径变为仅沿着铁素体基体扩展)。由于铁素体/渗碳体界面为低能界面,因此没有发现该界面发生开裂。PHS1800钢作为薄板热冲压马氏体钢,强度高达2 GPa,微观组织主要为马氏体。动态充氢拉伸评估结果表明试样在弹性阶段发生了氢致断裂,最高抗拉强度为740 MPa,断口为沿晶开裂特征。二维原子探针结果表明,前奥氏体晶界上峰值浓度0 82 at.%的碳偏聚是导致氢浓度过高从而发生沿晶开裂的主要原因。18Ni 300钢作为马氏体时效钢,峰时效处理后强度接近2 GPa。扫描电镜结果表明其基体为马氏体,晶内弥散析出大量金属间化合物。三维原子探针结果表明,析出的金属间化合物为Ni3Mo、N13A1和Ni3Ti组成的机械混合物,析出相与基体保持共格关系。同时还发现前奥氏体晶界上同样存在峰值浓度为0.09 at.%的碳偏聚和峰值浓度为4 3 at.%的氢偏聚。临界预充氢拉伸评估结果表明试样在弹性阶段发生断裂,断口为沿晶开裂特征。这说明晶内的析出相不是氢陷阱,前奥氏体晶界上的碳偏聚同样是导致晶界上氢浓度过高最终发生沿晶开裂的原因。为了提高高强钢的抗氢脆能力,分别采用强流离子束表面辐照,表面机械滚动研磨两种表面处理技术对PHS 1800和18Ni 300这两种超高强钢进行表面处理。PHS 1800钢辐照后,由于辐照处理对表面的快速熔化凝固特性,在熔化区内形成了具有孪晶结构的高碳马氏体。高碳马氏体的形成一方面吸收了前奥氏体晶界上游离的碳,使其浓度降低到了0.45 at.%。另一方面由于固溶了过饱和的碳(高达15 at.%)起到了强氢陷阱作用,抑制了氢在晶界上富集。辐照后,动态充氢拉伸评估结果表明辐照样品断裂前最高抗拉强度高达1300 MPa,远高于未辐照样品。断口观察表明在辐照层内断口显示为准解理开裂特征。这说明辐照处理一定程度上抑制了沿晶开裂的发生。18Ni 300钢在表面纳米化处理后,晶粒呈梯度纳米分布,中间层晶粒尺寸由10 μm细化为1 μm。晶粒细化后,晶界上的碳浓度被稀释,从而削弱了晶界上碳加速氢偏聚的作用。去应力退火后,过时效处理促使析出相长大,相界面与基体不再保持共格关系,而是变为半共格或非共格关系,从而起到氢陷阱的作用能够捕获氢。临界预充氢拉伸评估结果表明,处理后,断口呈完全的准解理特征,不再发生沿晶开裂,抗氢脆能力得到提升。
Abstract
gao jiang gang zai han qing huan jing de fu yi guo cheng zhong ji yi fa sheng qing cui ,biao xian wei hao mo yu zhao de tu ran shi xiao duan lie ,qing zhi lie wen te zheng yi ban cheng yan jing huo zhe zhun jie li kai lie 。tong guo guan cha duan kou xing mao neng gou jie shi qing zhi kai lie guo cheng zhong de lie wen meng sheng chu ji kuo zhan lu jing shang de wei guan zu zhi 。gao jiang gang gen ju jiang hua fang shi de bu tong ju you duo chong wei guan te zheng ,qing zhi kai lie de guo cheng fan ying le wei guan jie gou yu qing de xiang hu zuo yong ,ji ben zhi shi qing dui wei guan jie gou zhong de bao ruo huan jie jin hang po huai bing you fa lie wen xing cheng 。yin ci ,yan jiu gao jiang gang zhong dao zhi qing zhi kai lie de guan jian wei guan zu zhi you zhu yu jie shi gang cai fa sheng qing cui de shi xiao ji zhi 。ben lun wen yi bu tong jiang du ji bie de gao jiang gang wei zhu yao yan jiu dui xiang 。cai yong wei guan jie gou guan cha 、wu xiang fen xi he san wei yuan zi tan zhen yuan su fen xi deng fang fa guan cha le gao jiang gang wei guan jie gou bing fen xi le guan jian wei zhi de qing fen bu 。jie ge le qing shen tou 、qing de re tuo fu ce shi he qing han liang ce liang san chong ce shi shou duan fen xi le gao jiang gang zhong de qing xian jing wei zhi 、qing de kuo san ji shu he dao zhi qing zhi kai lie de lin jie qing nong du 。cai yong yu chong qing he dong tai chong qing la shen de fang fa ping gu le gao jiang gang de qing cui min gan xing bing guan cha le duan kou xing mao 。jie guo biao ming ,AISI 4140gang diao zhi chu li hou zu zhi wei hui huo suo shi ti 。cai yong sao miao dian jing guan cha bing yong tong ji ruan jian ji suan de chu ,xi chu tan hua wu ping jun zhi jing wei 200 nm,yao zhan shi chang zong mian ji 20.2%。jing nei he jing jie shang jun fa xian tan hua wu xi chu 。san wei yuan zi tan zhen jie guo biao ming ,tan hua wu wei M23C6huo M3Cxing tan hua wu (Mke neng wei Cr、Mn、Mohuo zhe Fe)。tan hua wu zai jing nei xi chu shi ,tan hua wu /ji ti jie mian chu mei you fa xian ming xian de qing pian ju ,ping jun qing nong du wei 2.3 at.%,lve gao yu ji ti ping jun qing nong du ;ran er dang tan hua wu zai jing jie shang xi chu shi ,qing pian ju zhu yao fa sheng zai tan hua wu /tie su ti jie mian shang ,feng zhi nong du wei 3.5(zuo ce )he 5.9(you ce )at.%,zhe liang ge feng zhi dou yao ming xian gao yu ji ti nei de ping jun qing nong du 1.8 at.%,shui ming jing jie xi chu tan hua wu qi dao zhu yao de qing xian jing zuo yong 。dong tai chong qing la shen jie guo biao ming ,AISI 4140gang de qing cui min gan xing gao da 58.1%,duan kou biao xian chu yan jing he zhun jie li hun ge kai lie te zheng 。yin ci ,jing jie shang tan hua wu yu ji ti jie mian shang de qing pian ju shi dao zhi yan jing kai lie de zhu yao yuan yin 。zhi jie guan cha dao de qing pian ju zheng shi le tan hua wu jie mian de qing xian jing zuo yong ,wei geng hao de li jie qing cui ji zhi zuo chu le gong suo 。AISI 4140gang gong huo tai zu zhi wei tie su ti he zhu guang ti 。zhi dao xian zai ,tie su ti /zhu guang ti gang fa sheng qing zhi kai lie de zhen shi yuan yin hai mei you wan quan qing chu 。dui duan kou te zheng wei zhi xia fang de wei guan zu zhi jin hang guan cha neng gou jie shi qing zhi lie wen de meng sheng he kuo zhan guo cheng 。guan cha jie guo biao ming ,zhu guang ti xiang jie 、tie su ti /zhu guang ti xiang jie he pi lin de tie su ti ji ti shi qing zhi lie wen meng sheng he kuo zhan wei zhi 。sui zhao ying li jiang du yin zi de zeng da ,duan lie mo shi you yan jing he zhun jie li hun ge te zheng zhuai bian wei wan quan de zhun jie li kai lie te zheng (lie wen kuo zhan lu jing bian wei jin yan zhao tie su ti ji ti kuo zhan )。you yu tie su ti /shen tan ti jie mian wei di neng jie mian ,yin ci mei you fa xian gai jie mian fa sheng kai lie 。PHS1800gang zuo wei bao ban re chong ya ma shi ti gang ,jiang du gao da 2 GPa,wei guan zu zhi zhu yao wei ma shi ti 。dong tai chong qing la shen ping gu jie guo biao ming shi yang zai dan xing jie duan fa sheng le qing zhi duan lie ,zui gao kang la jiang du wei 740 MPa,duan kou wei yan jing kai lie te zheng 。er wei yuan zi tan zhen jie guo biao ming ,qian ao shi ti jing jie shang feng zhi nong du 0 82 at.%de tan pian ju shi dao zhi qing nong du guo gao cong er fa sheng yan jing kai lie de zhu yao yuan yin 。18Ni 300gang zuo wei ma shi ti shi xiao gang ,feng shi xiao chu li hou jiang du jie jin 2 GPa。sao miao dian jing jie guo biao ming ji ji ti wei ma shi ti ,jing nei mi san xi chu da liang jin shu jian hua ge wu 。san wei yuan zi tan zhen jie guo biao ming ,xi chu de jin shu jian hua ge wu wei Ni3Mo、N13A1he Ni3Tizu cheng de ji xie hun ge wu ,xi chu xiang yu ji ti bao chi gong ge guan ji 。tong shi hai fa xian qian ao shi ti jing jie shang tong yang cun zai feng zhi nong du wei 0.09 at.%de tan pian ju he feng zhi nong du wei 4 3 at.%de qing pian ju 。lin jie yu chong qing la shen ping gu jie guo biao ming shi yang zai dan xing jie duan fa sheng duan lie ,duan kou wei yan jing kai lie te zheng 。zhe shui ming jing nei de xi chu xiang bu shi qing xian jing ,qian ao shi ti jing jie shang de tan pian ju tong yang shi dao zhi jing jie shang qing nong du guo gao zui zhong fa sheng yan jing kai lie de yuan yin 。wei le di gao gao jiang gang de kang qing cui neng li ,fen bie cai yong jiang liu li zi shu biao mian fu zhao ,biao mian ji xie gun dong yan mo liang chong biao mian chu li ji shu dui PHS 1800he 18Ni 300zhe liang chong chao gao jiang gang jin hang biao mian chu li 。PHS 1800gang fu zhao hou ,you yu fu zhao chu li dui biao mian de kuai su rong hua ning gu te xing ,zai rong hua ou nei xing cheng le ju you luan jing jie gou de gao tan ma shi ti 。gao tan ma shi ti de xing cheng yi fang mian xi shou le qian ao shi ti jing jie shang you li de tan ,shi ji nong du jiang di dao le 0.45 at.%。ling yi fang mian you yu gu rong le guo bao he de tan (gao da 15 at.%)qi dao le jiang qing xian jing zuo yong ,yi zhi le qing zai jing jie shang fu ji 。fu zhao hou ,dong tai chong qing la shen ping gu jie guo biao ming fu zhao yang pin duan lie qian zui gao kang la jiang du gao da 1300 MPa,yuan gao yu wei fu zhao yang pin 。duan kou guan cha biao ming zai fu zhao ceng nei duan kou xian shi wei zhun jie li kai lie te zheng 。zhe shui ming fu zhao chu li yi ding cheng du shang yi zhi le yan jing kai lie de fa sheng 。18Ni 300gang zai biao mian na mi hua chu li hou ,jing li cheng ti du na mi fen bu ,zhong jian ceng jing li che cun you 10 μmxi hua wei 1 μm。jing li xi hua hou ,jing jie shang de tan nong du bei xi shi ,cong er xiao ruo le jing jie shang tan jia su qing pian ju de zuo yong 。qu ying li tui huo hou ,guo shi xiao chu li cu shi xi chu xiang chang da ,xiang jie mian yu ji ti bu zai bao chi gong ge guan ji ,er shi bian wei ban gong ge huo fei gong ge guan ji ,cong er qi dao qing xian jing de zuo yong neng gou bu huo qing 。lin jie yu chong qing la shen ping gu jie guo biao ming ,chu li hou ,duan kou cheng wan quan de zhun jie li te zheng ,bu zai fa sheng yan jing kai lie ,kang qing cui neng li de dao di sheng 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学技术大学的姜岳峰，发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文，是一篇关于高强钢论文,氢致开裂论文,微观结构论文,透射电子显微镜论文,三维原子探针论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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