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普碳钢中添加ZrO₂纳米粒子对其组织和力学性能的影响

作　者: 安静
导　师: 李胜利
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: ZrO2纳米粒子晶粒细化组织力学性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

晶粒细化是提高钢铁材料强度和韧性的重要手段之一。按照二相粒子均匀弥散分布在钢液中增加形核质点的方式把晶粒细化方法分为内部析出法和外部加入法两种。本文以普碳钢为研究对象,通过外部添加ZrO₂纳米粉末来实现晶粒的细化。ZrO₂纳米粒子通过液相沉积法制备,尺寸为40nm⁵0nm,添加的质量分数分别为试验钢的0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,0.9%。试验钢在相同的条件下进行冶炼和轧制变形,通过采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸性能测试等分析技术对试验钢进行了系统的观察与分析,对其晶粒细化机制和力学性能进行了较详细的研究,得到以下主要结论:（1）采用将纳米颗粒预分散的方法可以将ZrO₂颗粒均匀地加入到钢液中。（2） ZrO₂颗粒在钢熔铸液凝固结晶过程和轧制变形过程中起到形核核心和再结晶核心的作用,晶粒细化效果显著;（3）添加ZrO₂粒子的质量分数为0.3%时,晶粒尺寸最细,轧制方向为7.46μm,垂直于轧制方向为7.75μm;力学性能显著提高,屈服强度和抗拉强度分别达到218.14Mpa和401.31Mpa。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1. 绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 钢铁材料晶粒细化的作用  11-13
    1.2.1 晶粒尺寸与屈服强度和硬度的关系  11-12
    1.2.2 晶粒尺寸与塑性、韧性的关系  12-13
  1.3 细化钢铁材料晶粒的方法  13-15
    1.3.1 内部析出法细化钢铁晶粒  13-14
    1.3.2 外部加入法细化钢铁晶粒  14-15
  1.4 制备纳米材料的方法  15-17
    1.4.1 严重塑性变形法  15-16
    1.4.2 粉末冶金  16
    1.4.3 非晶纳米晶化  16-17
  1.5 纳米材料的研究现状  17-19
    1.5.1 纳米陶瓷材料  17-18
    1.5.2 纳米材料在汽车涂料中的应用  18
    1.5.3 在焊接领域的应用  18-19
    1.5.4 细化金属材料晶粒的应用  19
  1.6 纳米颗粒的团聚与分散  19-20
    1.6.1 纳米颗粒团聚的原因  19-20
    1.6.2 纳米颗粒表面改性方法  20
  1.7 本课题研究的目的和内容  20-22
    1.7.1 研究目的  20-21
    1.7.2 研究内容  21-22
2. 实验方法和步骤  22-32
  2.1 实验材料及方法  22
  2.2 实验设备及实验过程  22-28
    2.2.1 冶炼过程  22-24
    2.2.2 带锯切割  24-25
    2.2.3 铸件锻造  25
    2.2.4 冷轧及退火  25-28
  2.3 分析测试方法  28-32
    2.3.1 硬度测试  28
    2.3.2 拉伸试样和断口扫描电镜分析  28-30
    2.3.3 金相实验  30-31
    2.3.4 扫描电镜观察  31-32
3. 晶粒细化结果及细化机理探讨  32-43
  3.1 铸造组织结构观察  32-37
    3.1.1 铸造组织整体结构观察  32
    3.1.2 铸造组织微观结构观察  32-34
    3.1.3 铸造组织扫描电镜观察  34-37
  3.2 冷轧板组织结构观察  37-40
  3.3 ZrO_2 粒子的添加量与铁素体晶粒尺寸的关系  40
  3.4 扫描电镜观察  40-42
  3.5 ZrO_2 颗粒对晶粒的细化作用分析  42-43
4.ZrO_2 颗粒对试验钢力学性能的影响  43-51
  4.1 冷变形金属的性能变化  43
  4.2 硬度测试结果  43-44
  4.3 拉伸实验后的数据处理  44-47
    4.3.1 确定应力-应变值  44-45
    4.3.2 绘制应力-应变曲线  45
    4.3.3 屈服应力  45-46
    4.3.4 抗拉强度  46
    4.3.5 屈强比  46
    4.3.6 延伸率  46-47
    4.3.7 断面收缩率  47
  4.4 力学性能结果分析  47-48
  4.5 试验钢的断口形貌分析  48-51
    4.5.1 断口宏观分析  48
    4.5.2 断口微观分析  48-51
结论  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-55

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