微量元素对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响

摘要

蒙乃尔(Monel)合金是以金属镍为主,金属铜为辅的镍基合金,该合金具有很好的抗腐蚀及良好的力学等性能。本文在真空熔炼条件下,通过添加硼和稀土铈元素,研究了B、Ce对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响。研究得出以下结论： 1.未添加微量元素制备的含Si蒙乃尔铸态合金的主要组织为：树枝状α基体、弥散分布于基体的β-Ni3Si相以及分布于晶界和枝晶间的蜂窝状(α+β-Ni3Si)共晶。 2.分别添加微量元素B、Ce后,在0.00～0.10wt％范围内,随着B、Ce含量的增加,合金枝晶组织开始细化,(α+β-Ni3Si)共晶组织形貌由网状向断网状演变；当B、Ce含量分别达到0.03wt％时,枝晶组织明显细化,共晶组织形貌呈断网状。 3.在0.00～0.10wt％B范围内,随着B含量的增加,合金的腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流亦逐渐减小；B含量达到0.03wt％时,合金的腐蚀电位最高,腐蚀电流最小,合金表面钝化膜致密；在0.00～0.10wt％Ce范围内,随着Ce含量的增加,合金的腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流逐渐减小；Ce含量达到0.03wt％时,合金的腐蚀电位较高,腐蚀电流较小,由于稀土铈参与成膜,合金表面钝化膜较致密；进一步增加Ce含量,合金的腐蚀电位正移趋势逐渐平缓,腐蚀电流下降趋势亦逐渐平缓。 4.在0.00～0.10wt％范围内,随着B、Ce含量的增加,合金的平均硬度先增大后降低；当B、Ce含量分别达到0.03wt％时,合金的平均硬度达到最高值分别为344HB和335HB。 5.B在含Si蒙乃尔合金中主要起到变质剂的作用,且最佳添加量0.03wt％；Ce在含Si蒙乃尔合金中主要起到净化剂的作用,且最佳添加量0.03wt％。 6.固溶温度在820℃～1120℃之间,含硼0.03wt％合金及含铈0.03wt％合金随着固溶温度的升高,其合金元素开始均匀化扩散,晶界处的β-Ni3Si相的数量明显减少；当固溶温度达到1020℃时,枝晶偏析得到完全消除,晶界处的β-Ni3Si相完全溶解；随着固溶温度的进一步升高,当温度达到1120℃时,晶界因熔化而出现了鱼骨状过烧组织。 7.固溶温度在820℃～1120℃之间,含硼0.03wt％合金及含铈0.03wt％合金随着固溶温度的升高,合金腐蚀电位逐渐增大,腐蚀电流急剧变小；当固溶温度为1020℃时,合金腐蚀电位最高,腐蚀电流最小。 8.时效温度在500℃～700℃之间,含硼0.03wt％合金及含铈0.03wt％合金随着时效温度的升高,合金中的β-Ni3Si强化相的数量逐渐增加,硬度也随之增大；在时效温度为600℃时,β-Ni3Si强化相析出的数量最多,合金硬度最高,其中含硼0.03wt％合金硬度最高值为361HB,含铈0.03wt％合金硬度最高值为357HB;时效温度为700℃时,合金中的部分β-Ni3Si相聚集长大,合金硬度降低。 9.初步认为含硼0.03wt％合金及含铈0.03wt％合金最佳热处理工艺是：1020℃固溶4h,油冷；然后600℃时效处理4h,空冷。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1蒙乃尔合金概述

1.1.1蒙乃尔合金的发展及应用

1.1.2合金元素作用简述

1.1.3蒙乃尔合金的分类

1.2蒙乃尔合金研究现状

1.3稀土、硼在有色合金中的应用

1.3.1稀土在有色合金中的应用

1.3.2硼在有色合金中的应用

1.4蒙乃尔合金的强韧化处理

1.4.1蒙乃尔合金的强化机制

1.4.2蒙乃尔合金的热处理强化

1.5本课题的研究目的及意义

1.6本课题的主要研究内容

2实验方法及内容

2.1材料制备

2.1.1实验材料

2.1.2实验设备

2.1.3配料成分

2.1.4中间合金的制备

2.2实验方案

2.2.1制备工艺

2.2.2工艺过程中的注意事项

2.3性能测试与组织分析

2.3.1硬度测试

2.3.2静态腐蚀实验

2.3.3电化学实验

2.3.4显微组织分析

3含Si蒙乃尔合金铸态组织特征

3.1含Si蒙乃尔合金组织中各相表征

3.2含Si蒙乃尔合金组织中各相构成

3.2.1 α基体

3.2.2 β相

3.3本章小结

4微量元素对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响

4.1硼对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响

4.1.1硼对含Si蒙乃尔合金组织的影响

4.1.2硼对含Si蒙乃尔合金耐蚀性能的影响

4.1.3硼对含Si蒙乃尔合金硬度的影响

4.1.4本节小结

4.2铈对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响

4.2.1铈对含Si蒙乃尔合金组织的影响

4.2.2铈对含Si蒙乃尔合金耐蚀性能的影响

4.2.3铈对含Si蒙乃尔合金硬度的影响

4.2.4本节小结

5热处理对新型Si蒙乃尔合金组织及性能的影响

5.1热处理工艺选择和试样制备

5.1.1热处理工艺确定

5.1.2试样制备

5.2固溶处理工艺的确定

5.2.1固溶处理对新型含Si蒙乃尔合金组织的影响

5.2.2固溶处理对新型含Si蒙乃尔合金耐蚀性能的影响

5.3时效处理工艺对新型含Si蒙乃尔合金组织及硬度的影响

5.4本章小结

6结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表论文