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稀土可有效改善铸钢的韧性

来源:未知 佚名 2019-03-05 浏览
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  众所周知,在钢铁材料里添加适量的稀土元素对材料的组织和性能都会产生明显的影响。通常钢中稀土元素加入量为0.05%~0.20%。由于稀土与铁的原子半径之比远远超过15%,且稀土与铁的负电性差值很大,这些都不利于形成固溶体,因此稀土在钢铁中的溶解度很低。钢中的稀土元素绝大部分以稀土化合物的形式存在,主要是稀土氧化物、稀土硫化物等。西安航空职业技术学院开展了在铸钢中加入稀土元素对其组织与性能的影响的研究,他们以ZG35CrMnSi铸钢为试验材料,所用稀土添加剂为混合稀土,考虑到试验材料中含有一定量的硫及加入稀土元素时的流失,稀土加入范围取0.23%~0.38%,这个加入量是指熔炼时向钢液中加入稀土的总量。对比加有稀土元素与不加稀土元素两组试样的组织和性能。用中频感应炉铸钢熔炼,用熔模铸造方法制备铸件,之后再将试件加热到900°C+670°C空冷,然后加热到890°C油中淬火;再进行570~630°C回火。

  对比试验结果表明,稀土对铸钢强度的影响不大,而对铸钢的韧性影响十分明显,冲击韧性提高了43%,延伸率提高了13.3%。组织检测表明,未加入稀土元素的铸钢组织的回火索氏体,比较粗大,其晶粒度约为5级;其中灰色块状物为MnS夹杂物,其在整个受检面上分布不均,MnS的形态绝大多数有棱角。添加稀土元素的铸钢试样组织为均匀而细小的回火索氏体,晶粒度约为8~9级。说明加入稀土元素后可使铸钢组织细化。另外,加入稀土元素后对钢的脱硫效果不明显,但对MnS形态的影响较大。未加入稀土元素时,钢中的MnS为条状或带棱角的块状;加入稀土元素后,硫化物为近似的球状,且相对于未加稀土元素的试样分布比较分散,只是在个别地方能够看到条状或块状硫化物夹杂。在未加入稀土元素的试样断口上,MnS较集中,且呈枝晶状,MnS夹杂区断口以沿晶断裂为主,局部可见沿晶二次裂纹。在加入稀土元素的试样中,断口为韧性穿晶断裂,即使在硫化物较集中区,基体金属仍为韧性穿晶断裂。添加了稀土元素的铸钢消除了枝晶状硫化物,使其改变为球状或无棱角的棒、块状的稀土硫化物,从而有利于韧性的改善。

  研究指出,稀土元素细化组织的原理可能是以下几个原因:

  (1)稀土元素加入钢中所形成的硫化物及氧化物夹杂可成为钢的非自发晶核,而使等轴晶细化,并使柱状晶区缩短。

  (2)稀土元素在固相中的溶解度很小,一旦钢液凝固,稀土富集在正在生长的结晶前沿的液相,阻止晶体长大,因而使晶粒细化。

  (3)稀土元素易于在晶界聚集,降低合金界面张力,使晶粒长大的驱动力减少,从而抑制奥氏体晶粒长大,相应地淬火所形成的片状马氏体也较细小。

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