nb对hp40合金抗氧化和高温力学性能影响的研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要冶金工业大型辊底式加热炉的炉底辊辊环长期工作在1100．1150℃条件下，并承受一定动态载荷，对材质要求比较苛刻。不仅要有良好的抗氧化性能，而且还要有一定的高温强度，其材质传统采用ZG0．5C48Ni28CrW5合金，基本可以满足使用要求。但由于较高的镍和钨含量，使生产成本较高。本文以HP40合金(“H”heat．resisitaat表示耐热‘‘P”与Ni含量有关，国内牌号ZG0．4C35Ni25Cr)为基础，分别加入质量百分数为0．4、0．8、1．2、1．6、2．1的Nb和0．3％的稀土元素Y，以铸造和服役过程中析出的碳化物为强化相，并辅以

2、微量强化元素Ti、Mo、B，做为上述辊环的替代材料，以降低生产成本。本课题合金在真空感应熔炼炉中熔炼，利用金相显微镜和扫描电镜对合金铸态和固溶处理+时效后的显微组织进行分析；利用透射电子显微镜的电子衍射花样和X射线能谱分析技术分别对合金碳化物晶体结构和成分进行分析；利用SXl0．bll箱式电阻炉和Gleeblel500热模拟实验机对试验合金分别进行1150℃条件下的高温抗氧化和高温拉伸实验。研究Nb含量对HP40合金微观组织、高温抗氧化性能和高温力学性能的影响。实验主要结果如下：Nb含量对HP40合金的显微组织有着显著影响，可以改变晶界析出相类型、形貌、分布和数量，对晶界

3、起到强化或弱化的作用。在1100℃固溶处理+1050℃时效120h后，晶界M7C3型碳化物向M23C6型碳化物转变，骨架状碳化物退化。晶内有大量MC型、M23C6型二次碳化物和Laves相析出，有效地阻碍了位错运动，显著提高了HP40合金的热强性。含Nb0．8％的HP40合金在1150℃条件下具有最佳的抗氧化性能和高温力学性能，氧化增重速率为0．7669／m2h，属抗氧化级，抗拉强度和屈服强度分别为为51．98MPa和31．21MPa。加入的微量元素Y、Ti偏聚在奥氏体枝晶问，在合金铸造凝固的过程中首先以高温下稳定的Y3C或TiC的形式析出，并成为Nb或Cr碳化物的形核地

4、，减小了共晶碳化物M23C6形成连续网状的可能性，提高了合金高温下的力学性能。与离心铸造成型的辊环材料(ZG0．5C48Ni28CrW5，1150℃时抗拉强度：56．26MPa，屈服强度：34．45MPa)相比，添加Nb、Y的HP40合金的高温力学性能略低于前者，若改变HP40合金的成型工艺为离心铸造成型，其屈服强度可提高约10％，所以作为替代辊环材料是可行的。关键词：Nb，HP40合金，显微组织，抗氧化性能，高温力学性能内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractTherollringofthelargerollerhearthtypeheatingfurnaceshou

5、ldpossessesexcellentpropertiesincludinghightemperaturestrengthandhightemperatureoxidationresistancetoadapttohightemperatureenvironment(1100—1150℃)．ThesuitablematerialinpresentisZG0．5C48Ni28CrW5，inwhichthemorenickelandtungstencontentresultsinhighercost．Inordertoreducethenickelandtungstenco

6、ntent，aHP(Ni—COtypesuperalloywasdesignedonthebasisofHP40alloy．TheNbandYelementsarepresentandtungstenabsentinthenovelsuperalloy，inwhichNbcontentis0．4，0．8，1．2，1．6，2．1％respectivelyand0．3％Y，theelsetinyelementsincludingTi，Mo，B．ThealloyWasmeltedinthevacuuminductionmeltingfurnace，andthemicrostru

7、ctureintheas—castandagedconditionWasobservedbymicroscopeandscanningelectronmicroscopy．ThroughelectrondiffractionpatternandX—rayofthetransmissionelectronmicroscope，thecrystalstructureandcompositionofthecarbideswereconfirmed．BymeansoftheheatfurnaceandtheGleeble-1500th