轴承钢中钛夹杂的析出与固溶行为研究

摘要

轴承钢中的钛夹杂是一种有尖锐棱角硬且脆的夹杂物，其棱角极易划伤钢的基体成为裂纹源，对轴承钢的疲劳寿命有极大影响。为提高轴承钢的质量，对轴承钢中钛夹杂进行深入细致的研究，弄清轴承钢中钛夹杂的形成条件及原因，通过有效手段减小钛夹杂的尺寸及数量十分必要。
　　通过对钢中元素偏析的计算证明了轴承钢在凝固过程中析出钛夹杂的可能性;通过对轴承钢中钛夹杂的析出、固溶的热力学及长大过程的动力学的理论计算，分析了轴承钢中钛夹杂的析出原因及析出规律;通过高温处理实验研究分析了钢中钛夹杂在加热过程前后及不同高温处理条件下钛夹杂的尺寸的变化，反应了钛夹杂的分解和固溶规律;同时通过光学显微镜检测及电子扫描显微镜观测分析了轴承钢中钛夹杂的形貌及其成分。
　　研究结果表明:(1)由于钢中的元素在凝固过程中存在偏析行为，即使将钢中的氮和钛的含量控制在较低水平，钛夹杂仍然会在凝固末端析出。(2)计算表明冷却速率的变化对元素的偏析影响不大但是对钛夹杂的最终尺寸有一定影响。(3)钢中氮含量的增加会使钛夹杂的析出时间提前且钛夹杂的尺寸会变大;钛含量的增加只对钛夹杂的析出时间有影响，但对钛夹杂最终尺寸影响不大。(4)氮和钛含量的增加会使Ti(CxN1-x)夹杂的析出温度下降，氮含量的增加会减小x值。(5)铸坯加热温度和保温时间对钛夹杂的固溶行为有较大影响，适当升高固溶处理的温度，延长保温时间可以减少钢中钛夹杂的数量。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 轴承钢的分类

1．2 国内外轴承钢的发展

1．3 轴承钢生产流程的发展

1．4 轴承钢质量的影响因素

1．4．1 钢中夹杂物对轴承钢质量的影响

1．4．2 钢中钛夹杂对其质量的影响

1．5 轴承钢中钛夹杂的研究现状

第二章 轴承钢中溶质元素的偏析计算

2．1 偏析模型的选用

2．1．1 偏析模型概述

2．1．2 偏析模型的对比及选用

2．2 二次枝晶间距公式的选取

2．3 轴承钢中相关元素的偏析

2．4 本章小结

第三章 轴承钢中TiN夹杂析出的热力学及动力学

3．1．1 氮化钛析出的热力学条件

3．1．2 热力学计算结果与分析

3．2 氮化钛析出的动力学分析

3．2．1 钛夹杂析出动力学

3．2．2 凝固过程中TiN夹杂的析出及长大

3．2．3 轴承钢中初始氮和钛含量对TiN夹杂尺寸的影响

3．3 本章小结

第四章 轴承钢中碳氮化钛夹杂的析出与固溶

4．1．2 轴承钢中不同初始N、Ti含量对析出Ti(CxN1-x)的影响

4．1．3 不同氮钛积对钛夹杂析出的影响

4．1．4 软件模拟氮和钛的变化对钛夹杂的影响

4．2 轴承钢中Ti(CxN1-x)夹杂的固溶

4．2．1 轴承钢加热时Ti(CxN1-x)夹杂固溶热力学

4．2．2 轴承钢中钛夹杂的固溶特征

4．3 本章小结

第五章 轴承钢中钛夹杂析出及固溶实验研究

5．1 轴承钢凝固时钛夹杂的析出实验

5．1．1 实验材料及其制备

5．1．2 金相显微镜下钛夹杂的形貌

5．1．3 扫描电镜下钛夹杂的形貌

5．1．4 钛夹杂非水溶液电解萃取及检测

5．2 钛夹杂的固溶实验

5．2．1 固溶实验温度及时间的选取

5．2．2 固溶实验结果

5．3 本章小结

第六章 全文总结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文