论文部分内容阅读
本文用中间合金法和吹氩法分别将纳米TiN和SiC颗粒加入到高锰钢中，制备了纳米改性的高锰钢试样。通过测试铸态和固溶态样品的冲击韧性和布氏硬度，分析了不同纳米颗粒的加入方法和加入量对高锰钢力学性能的影响。运用扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了材料的微观组织及微区成分，研究了添加纳米TiN和SiC对高锰钢微观组织和形貌的影响。结果显示：当加入量为0.3wt‰时，综合效果较好；添加纳米TiN后，高锰钢的冲击韧性提高30%左右，晶粒显著细化，铸态晶界碳化物网状分布有明显隔断；添加纳米SiC后，高锰钢的冲击韧性提高15%左右，同时发现高锰钢基体中弥散分布着大量的第二相颗粒。通过材料的标准熵和标准生成焓等热力学参数，计算了不同温度下TiN和SiC的分解吉布斯自由能、氧化吉布斯自由能和碳化吉布斯自由能，以及曲率半径对纳米颗粒熔点的影响。分析可知：TiN的高温稳定很好，分解温度在3300K以上，在铝脱氧条件下，很难氧化，曲率半径小于5nm时TiN的熔点呈指数降低；SiC随着温度的升高，稳定迅速降低，氧化和碳化趋势增加。结合纳米颗粒的热力学性质和材料的微观组织形貌，分析了纳米TiN和SiC在高锰钢中的存在形式和作用机理。分析发现：纳米TiN存在于奥氏体中，其中(200)TiN//(111)奥氏体，并以错配度为0.5916%的半共格形式共存在于基体中，添加纳米TiN颗粒后，在纳米TiN颗粒周围有较高密度的位错，还存在有少量层错、孪晶，还发现有ε-马氏体；纳米SiC一部分分解为Si和C存在于基体中，另一部分与Fe、Cr、O等形成复杂化合物存在于基体中。用ML-100型磨料磨损实验机和MMU-5GA高温真空磨损试验机测试材料的耐磨性，并分析了磨损机理。结果显示：添加纳米TiN的高锰钢主要以微观犁皱为主，磨损量减少38%左右；添加纳米SiC的高锰钢主要以微观剥落为主，磨损量减少25%左右。