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高强度传动轴用钢的氢脆敏感性

作　者: 武光宗
导　师: 甘国友；王毛球
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 马氏体钢氢脆氢扩散 TDS
分类号: TG142.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氢致延迟断裂一直是困扰高强度马氏体钢应用的一个问题。经淬火回火后使用的高强度马氏体钢通常有较高的氢脆敏感性,并且随强度水平的提高,钢的氢脆敏感性通常也增加。氢脆敏感性的发生与氢在钢中的扩散密切相关。本论文分别以淬火高温回火马氏体钢,和新开发的淬火低温回火马氏体钢25CrNi2MoVNb对比常用的18Cr2Ni4W钢为研究对象,通过电化学充氢、充氢试样升温脱氢分析TDS(Thermal Desorption Spectrometry)方法研究了氢在钢中的扩散行为,同时结合慢应变速率拉伸SSRT(Slow Stain Rate Tensile)试验研究了试验钢的氢脆敏感性。得出以下主要结论：(1)经电化学充氢后,淬火高温回火马氏体钢中进入一定量的可扩散的氢,对应TDS分析曲线上170℃左右的氢析出峰；氢在低Cr无A1的D1钢和高Cr低Al的D2钢中的扩散系数分别为1.52×10-7cm2/s和5.3×10-8cm2/s,这是由于D2钢中析出细小弥散的碳化物,能更好的阻碍氢在钢中的扩散,降低钢的扩散系数。在充氢条件相同的情况下,D2钢中析出细小弥散的碳化物,作为氢陷阱使得氢的分布相对变得均匀,D2钢较D1钢具有更低的氢脆敏感性。(2)25CrNi2MoVNb钢和18Cr2Ni4W钢经淬火低温回火后获得细小马氏体组织,抗拉强度分别高于1500 MPa和1300MPa,且二者均有较高的冲击韧性。经电化学充氢后,试验钢25CrNi2MoVNb和18Cr2Ni4W中进入一定量的可扩散氢,对应TDS分析曲线上180℃左右的氢析出峰。氢在18Cr2Ni4W钢和25CrNi2MoVNb钢中的扩散系数分别为3.99×10-7cm2/s和7.87×10-7cm2/s。在相同可扩散氢含量条件下,25CrNi2MoVNb钢的缺口拉伸强度低于18Cr2Ni4W钢。为改善回火马氏体钢的氢脆敏感性,在细化晶粒和提高洁净度的基础上,还需要考虑控制氢在钢中的扩散。(3)25CrNi2MoVNb钢中可扩散氢含量随着奥氏体化温度升高开始降低,在1050℃附近达到最低,之后随着奥氏体化温度升高又开始升高。经电化学充氢后,试验钢25CrNi2MoVNb中进入一定量的可扩散氢,对应TDS分析曲线上170℃左右的氢析出峰。氢在奥氏体化温度分别为880℃,1000℃,1100℃和1200℃的试验钢中的扩散系数分别为6.25×10-7cm2/s、6.12×10-7cm2/s、3.69×10-7cm2/s和4.88×10-7cm2/s。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-25
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 材料氢致延迟断裂的研究  10-18
    1.2.1 氢脆的类型  11-12
    1.2.2 氢脆机理  12-14
    1.2.3 高强度马氏体钢氢脆的影响因素  14-18
  1.3 氢的扩散  18-20
    1.3.1 氢的侵入  18-19
    1.3.2 氢的存在形式  19
    1.3.3 氢陷阱  19-20
  1.4 氢脆试验方法  20-22
    1.4.1 测氢试验  20
    1.4.2 延迟破坏试验  20-22
  1.5 改善材料氢脆敏感性的措施  22-23
    1.5.1 细化晶粒  22-23
    1.5.2 减少晶界偏析  23
    1.5.3 提高回火抗力  23
    1.5.4 提高缺口韧性  23
    1.5.5 使侵入的氢无害化  23
    1.5.6 减少钢表面侵入的氢量  23
  1.6 本研究工作的目的及内容  23-25
第二章试验材料与方法  25-35
  2.1 试验材料  25-27
  2.2 试验方法  27-35
    2.2.1 微观组织的观察  27-28
    2.2.2 常规力学性能  28
    2.2.3 慢应变速率缺口拉伸试验  28-29
    2.2.4 升温脱氢分析试验  29-35
第三章淬火高温回火传动轴用钢的氢脆敏感性  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 试验材料和方法  35-37
    3.2.1 试验材料  35-36
    3.2.2 试验方法  36-37
  3.3 试验结果与分析  37-44
    3.3.1 TDS分析曲线  37-41
    3.3.2 氢的扩散  41-42
    3.3.3 缺口拉伸实验  42-44
  3.4 小节  44-47
第四章淬火低温回火传动轴用钢的氢脆敏感性  47-59
  4.1 引言  47-48
  4.2 试验材料和方法  48-49
    4.2.1 试验材料  48-49
    4.2.2 试验方法  49
  4.3 试验结果与分析  49-57
    4.3.1 微观组织及力学性能  49-51
    4.3.2 TDS分析曲线  51-54
    4.3.3 氢的扩散  54-55
    4.3.4 氢脆敏感性  55-57
  4.4 小节  57-59
第五章奥氏体化温度对马氏体钢中氢行为的影响  59-75
  5.1 引言  59
  5.2 试验材料和方法  59-61
    5.2.1 试验材料  59-60
    5.2.2 试验方法  60-61
  5.3 试验结果  61-72
    5.3.1 微观组织  61-64
    5.3.2 TDS分析曲线  64-67
    5.3.3 陷阱激活能  67-70
    5.3.4 氢的扩散  70-72
  5.4 分析讨论  72-73
  5.5 小节  73-75
第六章结论  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-83
附录攻读学位期间所发表的论文  83

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