【摘 要】
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作为汽车排气系统部件使用的耐热铸钢,由于部件长期服役在高温、高压及高温氧化的环境中,高温下的组织稳定性和抗氧化性将直接影响零件的寿命以及排气系统的服役安全性。本文以GX40Cr Ni Si25-12和GX40Cr Si17两种耐热钢作为研究对象,模拟计算了两种耐热钢成分-温度-相之间的热力学相变图,分析了温度与成分对析出相的类型及含量的影响;采用光学显微镜、扫描电镜、能谱和X衍射分析等手段表征分析
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作为汽车排气系统部件使用的耐热铸钢,由于部件长期服役在高温、高压及高温氧化的环境中,高温下的组织稳定性和抗氧化性将直接影响零件的寿命以及排气系统的服役安全性。本文以GX40Cr Ni Si25-12和GX40Cr Si17两种耐热钢作为研究对象,模拟计算了两种耐热钢成分-温度-相之间的热力学相变图,分析了温度与成分对析出相的类型及含量的影响;采用光学显微镜、扫描电镜、能谱和X衍射分析等手段表征分析了不同温度和时间对析出相的类型、位置及形态等微观组织和硬度的影响规律,并研究了两种试验用钢的高温抗氧化性,主要内容和结论如下:JMat Pro软件模拟结果显示GX40Cr Ni Si25-12在850～1050℃之间以奥氏体、σ相和M23C6型碳化物为主,850℃时σ相含量明显高于M23C6碳化物含量;随着温度升高,奥氏体和σ相含量显著下降,950℃时σ相不存在,M23C6含量明显下降;钢中Cr、Si元素含量的提升会促进σ相和M23C6的析出。GX40Cr Si17在850～1050℃之间的组织主要为铁素体和M23C6相,随温度升高,M23C6相含量逐渐下降,铁素体含量明显降低,奥氏体相量渐增,Cr、Si与C元素有助于M23C6相的形成。高温时效试验结果表明:GX40Cr Ni Si25-12钢850℃时效,大量细小颗粒状M23C6相在晶内析出,且晶内有细针状σ相,晶界处析出块状σ相,产生显著时效硬化,硬度升高;950℃时效,M23C6相主要偏聚在晶界附近析出,且随时间增加而略有长大,σ相基本消失,硬度降低;1050℃时,M23C6相基本回溶入奥氏体基体,仅晶界处可见少量断续分布的碳化物,无σ相,硬度进一步降低。GX40Cr Si17钢850℃时效,组织为铁素体基体上较均匀分布的大量细小颗粒状M23C6碳化物,硬度随时间延长而降低;950℃后时效,随时效温度升高和时间增长,M23C6相逐渐回溶,晶界逐渐趋向平直化发展,晶粒尺寸增大,铁素体相的转变使奥氏体量增多,硬度均呈显著下降趋势。高温氧化试验结果表明:两种试验用钢在850～1050℃之间的高温氧化动力学曲线均遵循抛物线规律,GX40Cr Ni Si25-12钢属于1级完全抗氧化性级别,试验温度区间具有较高的氧化激活能,950℃以下试验周期内生成的氧化膜平整致密,由均匀细小的多边形铬锰氧化物组成,且显示高Cr含量,氧化膜中高Cr元素含量保证了膜良好的致密性和高温抗氧化性能。GX40Cr Si17钢850℃试验周期内具有低且稳定的氧化速率,氧化膜平整,氧化物晶粒细小且分布均匀,且氧化膜中含Cr量较高,抗氧化性能较好;氧化温度升高950℃以上,氧化增重和平均氧化速率急剧增大,氧化物晶粒尺寸不均匀性凸显且粗化,局部氧化物呈尖锐的钟乳石状生长,膜中未检测到Cr元素,抗氧化性变差。
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