15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼高溫抗氧化行為的研究.pdf

1、目前，馬氏體沉淀硬化型不銹鋼已被用作航空主體結(jié)構(gòu)材料，與國內(nèi)鋁合金和普通結(jié)構(gòu)鋼相比，15-5PH不銹鋼有著無法比擬的性能，由于其耐熱性好，高溫強(qiáng)度高，在較高溫度下可以有很好的使用壽命，而廣泛應(yīng)用于航空航天、飛機(jī)零件等部件的制造。但是15-5PH鋼在高溫氧化環(huán)境下會出現(xiàn)氧化層剝落和失穩(wěn)氧化現(xiàn)象，從而會引起相應(yīng)零件失效。因此本文主要對15-5PH鋼在高溫氧化環(huán)境中的氧化行為進(jìn)行了研究，希望研究結(jié)果能為該鋼在我國航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用提供有力的

2、理論數(shù)據(jù)支持，為其在我國推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　本文利用高溫氧化電阻爐裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用不連續(xù)稱重法對15-5PH鋼的高溫氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)研究，同時(shí)對該鋼氧化物組織結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理進(jìn)行了研究。然后運(yùn)用XL-30ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察氧化膜微觀形貌，用Kevex能譜儀分析氧化層上各處元素成分，用D8 Advance(Super speed)衍射儀分析氧化層的物相組成。氧化實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:15-5PH鋼在450℃、600

3、℃和700℃氧化溫度下的氧化動(dòng)力學(xué)方程遵循△m=ktz拋物線定律。在700℃及以下氧化溫度氧化過程中沒有出現(xiàn)氧化層剝落現(xiàn)象，具有良好的抗氧化性能。而在800℃下氧化至50h時(shí)，氧化層出現(xiàn)局部剝落的現(xiàn)象，出現(xiàn)失穩(wěn)氧化。15-5PH鋼的氧化膜（層）生長方式可總結(jié)為:在15-5PH鋼中，與鐵和鎳等氧化物反應(yīng)元素相比，鉻與氧的親和力更高，故氧化開始時(shí)，鉻優(yōu)先發(fā)生氧化。在氧化初始時(shí)期內(nèi)，反應(yīng)速度恒定，氧化膜厚度逐漸增加。在700℃及以下氧化環(huán)境中

4、，隨著反應(yīng)的進(jìn)行氧化膜中鉻的氧化物含量逐漸增加，當(dāng)完整的氧化膜緊密的全覆蓋在金屬基體表面時(shí)，由于具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鉻的氧化物具有良好的高溫抗氧化性能，阻止氧與金屬基體的進(jìn)一步接觸，故反應(yīng)逐漸減緩。在15-5PH氧化層中，與鉻離子比較，鐵離子更容易擴(kuò)散，特別是在800℃高溫氧化環(huán)境下。由于鐵元素快速向氧化膜外層擴(kuò)散，在內(nèi)部由于氧的直接侵入形成含鉻的多孔氧化膜;在外部由鐵沿氧化物晶界向外擴(kuò)散形成氧化膜，在該處的氧化膜表面上容易形成帶刺球團(tuán)狀大

5、顆粒氧化物，當(dāng)這些帶刺球團(tuán)狀大顆粒氧化物進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，逐漸聚集成大面積塊片狀氧化層，并因應(yīng)力產(chǎn)生微裂紋，極易破壞Cr2O3的完整性。此外，在800℃下金屬基體組織開始發(fā)生奧氏體化，鉻離子在馬氏體基體中的擴(kuò)散速度要大于其在奧氏體中的擴(kuò)散速度，故15-5PH鋼基體靠氧化層位置鉻元素含量因其擴(kuò)散而急速降低，氧化層內(nèi)因無足夠量的鉻擴(kuò)散與氧繼續(xù)形成足夠量的鉻的氧化物，所以無法形成具有完整的抗氧化性能良好的氧化膜。由于氧化膜破壞和再生交替發(fā)生，使得