Cr-Mo-V系高铁制动盘用钢的热力学研究

采用Thermo-Calc热力学计算软件,对高铁制动盘用钢在400~1600℃存在的平衡析出相进行了热力学计算,并研究了合金元素对析出相和A3点温度的影响。结果表明,制动盘用钢中主要析出相为MX、MC、M23C6和M7C3,其中M为Cr、Fe、Mn、Mo、V等,X为C、N和空位Va。C、Mn、Cr、Ni元素会降低A3点温度,而Si、Mo、V能提高A3点温度。综合考虑,适当降低C、Mn、Ni和Cr的含量,提高V、Mo的含量,以增加MX、MC的含量和提高钢的A3点温度,从而提高制动盘用钢的力学性能。     

合金元素对8407钢析出相影响的Thermo-calc研究

8407钢是目前广泛应用的一种热作模具钢。利用Thermo-calc软件和TCFE3数据库研究了主要强化元素Cr、Mo和V对退火态8407钢析出相的影响规律。结果表明,随Cr、Mo含量增加,这两种合金元素对实验钢种的MC型碳化物的析出有抑制作用,但不影响其溶解温度。随V含量由0.83%增加到1.03%,MC型碳化物的溶解温度从1120℃提高到1140℃,提高了MC型碳化物的稳定性。经SEM组织观察和EDS分析发现,合金元素的偏析造成实验钢横/纵向性能出现差异。退火状态下析出相主要以富Cr的M23C6碳化物为主,同时有少量细小VC存在。Thermo-calc软件计算结果和实验数据有良好的一致性。     

不同Cr、Ni含量下TP347H钢的热力学平衡相

利用Thermo-Calc软件模拟计算了不同含量Cr、Ni的TP347H钢的平衡相组成。结果表明,原始TP347H钢随着温度升高,析出相M23C6、MX相和σ相的含量逐渐减少,700 ℃时析出相中主要为MX相和σ相。不同Cr、Ni含量TP347H钢中,随着Cr含量的升高,相图中主要生成相有向右移动的趋势,Cr是促进σ相析出的元素,Ni是抑制σ相析出的元素。     

0Cr15Ni70Ti3AlNb合金平衡析出相热力学计算

采用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟计算了0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的平衡析出相和凝固过程。结果表明:0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的平衡析出相主要包括γ、γ′、MC、M23C6;合金凝固过程中Ti和Nb属于正偏析,Cr、Fe、Si等属于负偏析。Al和Ti是影响0Cr15Ni70Ti3AlNb合金中γ′相析出温度和最大析出含量的主要因素。MC相的析出温度和最大析出含量主要由C元素决定。M23C6相的析出温度主要由Cr元素决定,M23C6相的析出量主要由C元素控制。0Cr15Ni70Ti3AlNb优化合金成分(质量分数)为C(0.03%~0.05%)-Al(0.7%~0.9%)-Ti(2%~2.25%)-Nb(0.75%~0.95%)-Cr(13.5%~15.5%)。研究结果可为合金的成分设计和热处理工艺制定提供理论指导。     

基于计算机仿真的合金元素对工具钢碳化物析出行为的影响

使用Thermo-Calc软件热力学平衡计算的方法,研究了Cr、W、Mo、V合金元素对高碳合金工具钢中碳化物析出形为的影响规律。结果表明,钢基体中析出的碳化物类型主要为M23C6、M6C、M7C3和MC,四种碳化物析出温度高低顺序为:MCM6CM7C3M23C6。随Cr含量增加,M23C6、M7C3析出温度升高,M6C、MC析出温度基本不变,各温度下碳化物含量则呈线性增多的趋势。随W含量增加,M23C6、MC析出温度基本不变,M6C、M7C3析出温度升高;W对M23C6、MC含量影响很小,而M6C、M7C3含量则呈线性增多。随Mo含量增加,M23C6、MC、M7C3析出温度基本不变,M6C析出温度升高;各温度下M23C6、MC含量略有减少,M6C含量则线性增加,M7C3析出含量则明显减少。随V含量增加,M23C6、M7C3析出温度降低,M6C析出温度基本不变,MC析出温度升高;在各温度下,M23C6、M7C3碳化物析出量线性降低,而M6C、MC含量则线性增加。     

合金元素对SKD61钢中析出相热力学的影响

采用Thermo-calc热力学计算软件,对SKD61钢在400～1600℃存在的平衡相进行了热力学计算,探讨了不同合金元素含量对回火析出相析出行为的影响,在此基础上设计出热处理工艺,并对热处理试样中的析出相经电解腐蚀后进行扫描电镜(SEM)和EDS研究。计算结果表明:SKD61钢中平衡析出相主要为MC、M7C3、M6C和M23C6,试样回火后的稳定析出相为MC和M23C6,合金元素V、C对MC相和M23C6相影响最大。SKD61钢热处理后的结果显示,该模具钢较合适的淬火温度区间为(1040±20)℃,回火温度的确定应以不出现粗大的M23C6碳化物相为宜。     

无磁钻铤用Cr-Mn-Ni-N系高氮钢平衡凝固相变与析出行为

借助Thermo-Calc软件对无磁钻铤用Fe-(15~25)Cr-(15~25)Mn-(0~5)Ni-(0~1)Mo-(0~1)N-(0~0.8)C多元系高氮钢在凝固和冷却过程中的相变及析出行为进行研究。使用Thermo-Calc软件中的TCFE9数据库对该钢相图的垂直截面图进行计算,分析了Cr、Mn、Ni、Mo、N及C元素对无磁钻铤用高氮钢凝固及冷却过程中相变的影响,并得到了平衡凝固相变路径图。结果表明,增加Cr、Mn含量可显著提高合金中氮的溶解度,Mo元素可以微弱提高氮的溶解度,Ni、C元素显著降低氮的溶解度。Ni、C和N含量提高可扩大单相奥氏体相区,具有稳定奥氏体的作用,Cr、Mo与Mn元素缩小单相奥氏体相区,具有稳定铁素体的作用。N元素可以促进M₂(C,N)相析出,使M₂₃C₆相析出受到抑制。Cr、Mn元素可以促进Sigma相析出,C、N元素抑制Sigma相析出。M₂₃C₆相的析出主要受C含量的影响,随着C含量的升高,M₂₃C₆相的析出温度显著升高。     

低Re镍基单晶高温合金平衡相析出行为的热力学模拟计算

基于Pandat热力学计算软件及Pan Ni数据库,采用热力学相平衡计算方法,研究了合金成分对低铼DD6合金平衡相析出行为的影响。结果表明:DD6合金平衡相主要为γ相、γ'相、μ相及碳化物MC和M23C6,计算结果与实验结果吻合。γ'相析出量主要由Al、Ta和Nb含量控制,随Al、Ta和Nb含量增加,γ'相析出量显著增加,固溶温度明显升高,液相初凝与终凝温度逐渐降低。C含量决定MC和M23C6的析出量,MC和M23C6析出量随C含量增加而增大。μ相析出主要受Re、W、Mo和Cr的影响,随Re、W、Mo和Cr含量增加,μ相开始析出温度显著升高,析出温度范围明显变宽,最大析出量明显增大。     

铬钼系列抗腐蚀钢管的组织及析出相分析

主要研究了铬钼系列抗腐蚀钢连铸圆坯成分偏析,以及调质态钢管的微观组织和物相组成。研究结果表明,连铸圆坯芯部成分偏析较严重,晶界偏聚块状硫化物,而碳氮化物在偏析区沿晶分布,成分偏析区硬度大于基体部位。铸坯芯部成分偏析区的Mo、Cr、Mn、C、V含量明显高于基体部位。调质态钢管析出相X射线衍射分析表明,析出相主要包括M3C、Mo2C、M7C3、MC以及少量的M23C6。透射电镜分析显示,钢管基体部位析出相除M3C相外,还可能含有M7C3,内壁带状偏析区层片状析出相为Cr15.58Fe7.42C6,六边形相是Mo2C。     

904L超级奥氏体不锈钢中σ相析出的热力学研究

利用热力学计算软件Fact Sage及相应的钢铁材料数据库对904L超级奥氏体不锈钢热轧板中的平衡相进行计算,分析了元素含量在允许范围内变化对主要析出相σ析出行为的影响,并对904L钢的显微组织进行分析。结果表明:904L钢中析出的平衡相有FCC#2、BCC、M_(23)C_6、σ和LAVES相。Cr、Mo和Si含量的增加会提高σ相的完全溶解温度和析出量;C和Ni含量的增加使σ相的完全溶解温度和析出量略有降低;Mn和Cu含量的变化对σ相的完全溶解温度和析出量没有影响。试验结果证实了时效条件下的主要析出相为σ相,与热力学计算结果基本一致。     

回火温度对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强钢碳化物及其力学性能的影响

利用TEM和三维原子探针(3DAP)研究了一种Fe-Cr-Ni-Mo高强钢中碳化物随回火温度的变化及其对力学性能的影响.结果显示,回火温度较低(400℃)时,钢中析出M3C合金渗碳体及M7C3合金碳化物,M为Fe,Cr和Mn的组合,其中M3C长度约为1μm,而M7C3尺寸较小,小于200 nm;回火温度较高时(500和600℃),碳化物析出数量增加,但M3C合金渗碳体尺寸变小,数量减少甚至不出现,同时析出尺寸较小的M2C和M6C(小于200 nm);继续提高回火温度(650℃),除M2C外还出现MC型碳化物,其尺寸小于100 nm,析出数量减少.合金碳化物M2C,M6C和MC的合金元素主要以V,Cr和Mo为主.高强钢的强度随回火温度的升高而下降,但在500~600℃回火温度区间,由于V碳化物析出会引起二次硬化效果,强度下降不明显,因此实验钢在530~600℃内回火后可获得较好的强韧性配合.     

SAVE12钢蠕变前后的微观组织分析

借助光学显微镜和透射电镜,研究了SAVE12钢的微观组织。结果表明,蠕变前后SAVE12钢组织主要为马氏体,也有少量δ-铁素体。蠕变前SAVE12钢中主要存在3种析出相,分别为富Nb的MX相,富Cr的M23C6相和富Fe的M5C2相。蠕变后部分MX相发生三点变化:Nb元素少量下降,其它金属元素少量增加;Nb元素较大下降,而Ta和W元素较大增加,变成富Ta的MX相;Nb元素较大下降,而Cr和V元素较大增加。蠕变后M23C6相化学成分基本没有变化,但析出量增加,且颗粒尺寸长大的不明显。蠕变后在δ-铁素体中有Laves相析出。     

ELEMENTAL PARTITIONING CHARACTERISTICS AND STABILITY OF EQUILIBRIUM PHASES DURING 450-1200℃ IN T/P91 HEAT-RESISTANT STEEL

利用Thermo-Calc软件计算了高Cr铁素体耐热钢T/P91在450-1200 ℃区间的 平衡相成分及其含量. 引入合金相元素分配量的概念, 研究了钢中Cr, Mo, Fe, V, Nb, C和N等主要元素随着温度变化在各平衡相中的分配特征、相稳定性、化 学组成及其演化规律. 结果表明, 利用相元素分配量随温度变化的特征, 便于揭 示不同温度区间M23C6及MX相的稳定性, 合理确定不同MX相的亚类型及 M和X的构成及演化规律. 此外, 有助于了解基体相含碳量的变化对 M23C6和MX相的影响.     

T／P91钢在450—1200℃区间各相元素的分配特征及相稳定性

利用 Thermo-Calc软件计算了高Cr铁索体耐热钢T/P91在450-1200℃区间的平衡相成分及其含量.引入合金相元素分配量的概念,研究了钢中Cr,Mo,Fe,V,Nb,C和N等主要元素随着温度变化在各平衡相中的分配特征、相稳定性、化学组成及其演化规律.结果表明,利用相元素分配量随温度变化的特征,便于揭示不同温度区间M23C6及MX相的稳定性,合理确定不同MX相的亚类型及M和X的构成及演化规律.此外,有助于了解基体相含碳量的变化对M23C6和MX相的影响.     

镍基耐蚀Hastelloy G3合金的组织特征及热力学计算

利用Thermo-Calc软件对镍基耐蚀Hastelloy G3合金进行了热力学计算,系统研究了成分对平衡相析出的影响规律,并通过SEM和TEM对合金时效处理后的析出相进行了观察。结果表明,合金析出的平衡相主要为σ相、μ相、M6C和M23C6;Cr、Mo含量主要影响σ相和μ相析出量及开始析出温度;而C元素显著影响碳化物M6C和M23C6的析出行为;进一步通过试验研究了时效过程中析出相的析出规律。     

难变形高温合金GH720Li平衡析出相的热力学计算

为了给热处理制度和热加工工艺提供理论依据,采用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH720Li合金平衡析出相和非平衡凝固进行模拟计算分析.结果表明,合金凝固过程中Mo、Ti偏析比较严重,并给出Ti、Al含量对γ'相析出温度和析出量的定量计算结果.C含量的增加可以显著提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度无影响;Cr对M23C6的析出量没有影响,但显著提高其析出温度.进一步对一次碳化物MC的析出温度与合金初熔点的关系进行定量计算.     

镍基耐蚀合金028平衡相的析出行为

为了给冶炼成分设计、热加工工艺和热处理制度提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)和热力学计算软件Thermo-Calc对028合金中析出相的特征进行观察和元素含量变化对其影响进行计算分析,并给出主要元素的合理控制范围。结果表明:不同状态的028合金晶内和晶界会析出σ相,720℃时效1 000 h后会析出大量针状σ相;028合金的主要平衡相为γ、M23C6、σ和α-Cr相;碳含量的增加可以显著地提高M23C6的析出量和析出温度,碳含量应控制在0.02%(质量分数)以内;随着Cr和Mo含量的增加,σ相的析出量增多,析出温度升高,由于σ相是有害相,Cr和Mo的含量需分别控制在26.5%和3.5%以内;初始Cr和Mo含量增加,基体γ相固溶的Cr和Mo含量也增加,初始Cr和Mo含量应分别控制在26.5%~27.5%和3.0%~4.0%之间。     

4335V钢中碳化物的研究

实验表明,4335V钢淬火回火后析出三种碳化物:(1)M_3C,在200至700℃回火时析出,其中溶有Cr,Mn,Mo,V,随回火温度升高,Cr含量从2.6％增至19.5％;(2)M_7C_3,在400℃以上回火时析出,其中含Cr20—30％,还溶有Mn和Mo;(3)M_4C_3,在高于500℃回火时析出,其中M为V,Mo,Cr,其原子比为V:Mo:Cr≈7:1:1。 本文还研究了碳化物的形貌和分布特征,以及与淬火亚结构的关系,初步分析了它们对钢的低温冲击韧性的影响。     

含Nb高钼H13钢凝固过程中合金元素的微观偏析

利用Thermo-calc热力学计算软件中的Scheil模块和Ploy-3模块,对含Nb高钼H13钢的凝固过程及平衡析出相与温度的关系进行了模拟与热力学研究,同时讨论了钢中合金元素的偏析行为.结合Scheil-Gulliver方程和Origin8.0软件对合金元素偏析结果进行了线性回归,得到了合金元素的平衡分配系数.模拟结果表明,凝固过程中,当固相率达到90％时由于MC型碳化物的析出,导致合金元素中C、Nb、V的质量分数急剧下降;元素C、Si、Mn、Cr、Mo、V和Nb的平衡分配系数k0均小于1,模拟结果与文献数据有较好的一致性.提出在1 250～1 270℃保温4～6 h高温均匀化处理并辅以大变形量的锻造,可以减轻偏析,从而提高H13钢的综合力学性能.     

Nb微合金化高Mo热作模具钢的热力学研究

利用Thermo-calc热力学计算软件和TCFE-3数据库,对含Nb高Mo热作模具钢成分进行了优化.探讨了Cr、Mo元素含量对富Cr的M23C6型碳化物固溶温度的影响,得到元素Cr、Mo合适的质量分数分别为4.0％和2.5％.此外,还讨论了元素Nb对(V、Nb)C型碳化物的固溶温度的影响趋势,当添加0.03％Nb时可将固溶温度由1150℃提高至1240℃.热力学计算显示钢中有大量的Mo2C型碳化物生成,计算结果同文献有良好的一致性.提出了质量分数为0.39C-0.6Si-0.4Mn-4.0Cr-2.5Mo-0.9V的热作模具钢具有高热疲劳寿命和抗回火软化能力及高温强度的潜力.