PDF《N 对汽车发动机用新型奥氏体耐热铸钢 1000 ℃ 蠕变性能的影...》

25 mm, 标距直径

5 mm 的标准圆棒蠕变试 样, 并使用DDL-

50 电子式蠕变持久试验机在1000 ℃,

50 MPa条件下进行实验. 为了提高铸态合 金蠕变性能的可靠性, 降低实验误差, 每种合金取3 根试样进行蠕变性能测试, 取其平均值. 合金1000 ℃ 蠕变前后奥氏体基体的显微硬度采用Wolpert-401MVD型Vickers硬度计进行测量, 载荷为

10 g, 压头驻留时间为

10 s. 测试时, 压痕位置选择 枝晶干处的奥氏体基体, 且严格避开析出相, 其数 值取5个测试点的平均值. 分别采用Axio Imager A2m型光学显微镜(OM) 和SUPRA 55型场发射扫描电镜(FE-SEM)的背散射 模式(BSE), 二次电子模式(SE)及能谱(EDS)进行低 倍和高倍组织观察. 采用AURIGA型聚焦离子束场 发射扫描双束电镜(FIB)的电子背散射衍射(EBSD) 模式进行合金的晶粒取向成像. 采用 JXA-8530F 型 场发射电子探针(FE-EPMA)分析合金析出相与奥氏 体基体的成分, 该FE-EPMA配备五道波谱仪(WDS) 和专门用于测量轻元素 C 的分光晶体 LDE6H 与测 量N的分光晶体LDE1H. OM和SEM试样按照标准 金相制样程序磨抛后, 使用 15%HNO3 +40%HCl+ 45%CH3OH (体积分数)的混合溶液, 在2V电压下 电解侵蚀 5~20 s. EBSD 试样按照标准金相制样程 序磨抛后, 使用 90%硅胶悬浊液+10%氨水(体积分 数)的混合溶液振动抛光20 min. EPMA试样按照标 准金相制样程序磨抛即可, 不做侵蚀处理. 合金的热力学平衡相图计算采用 JMatPro (版本5.0)热力学计算软件. 相图计算时选择软件提供 的Stainless Steel 数据库和 Thermodynamic Proper- ties 模块的step temperature 模式. 温度区间定为600~1600 ℃, 步长为1 ℃.

2 实验结果 2.1

1000 ℃,

50 MPa条件下的蠕变性能 图1所示为

3 种不同 N 含量合金在

1000 ℃,

50 MPa条件下的典型蠕变应变-时间曲线和蠕变应 变速率-时间曲线, 其平均蠕变性能列于表 2. 图1a 和表2显示合金4C0N蠕变寿命最长, 合金4C3N次之, 合金4C5N最差. 图1b表明, 3种合金在1000 ℃,

50 MPa条件下最小蠕变速率相差接近一个数量级. 其中, 合金 4C0N 具有界限分明的

3 个典型蠕变阶 段, 蠕变第二阶段占比高达33%. 合金4C3N的第二 蠕变阶段明显比合金 4C0N 短, 其占比下降至约 表1 3种不同N含量合金的实测化学成分 Table

1 Measured chemical compositions of the experimental alloys (mass fraction / %) Alloy 4C0N 4C3N 4C5N Cr 18.42 20.35 20.86 Ni 9.16 9.86 9.93 Si 0.49 0.60 0.68 Mn 0.86 1.01 0.84 Nb 2.00 2.08 2.28 C 0.40 0.43 0.40 N 0.01 0.29 0.52 Fe Bal. Bal. Bal. 图1

3 种不同 N 含量合金在

1000 ℃,

50 MPa 条件下的 典型蠕变应变-时间曲线和蠕变应变速率-时间 曲线 Fig.1 Creep strain curve (a) and creep strain rate curve (b) of the experimental alloys under

1000 ℃ and

50 MPa 张银辉等: N对汽车发动机用新型奥氏体耐热铸钢1000 ℃蠕变性能的影响

663 金属学报第52 卷23%. 合金 4C5N 不存在蠕变第二阶段, 蠕变速率达 最小值后快速上升, 直至试样断裂. 2.2 铸态微观组织 2.2.1 不同析出相的形貌、 分布和含量 图2所示为 3种不同N含量合金的典型铸态组织的 OM 像. 铸态组织中各析出相的面积分数和晶界上 Nb (C, N)的线密度列于表3. 可见, 合金4C0N在铸造过 程中形成了鲜明的二次枝晶结构, 灰色衬度、 具有 共晶特征的碳化物强烈偏聚在枝晶间;

相对地, 奥 氏体枝晶干鲜有碳化物析出;