熱疲勞試驗裝置研制及21-4N鋼熱疲勞試驗研究.pdf

1、在現(xiàn)有21-4N鋼的生產(chǎn)基礎上,采取添加稀土元素的微合金化技術研制開發(fā)了新型奧氏體氣閥鋼21-4NRE。熱循環(huán)條件是氣閥鋼的一種常見服役條件。為了研究氣閥鋼熱疲勞性能,本文自行設計研制了簡易的熱應交自約束型高溫熱疲勞實驗裝置,采用了臥式電爐,氣缸水平送樣,電磁閥控制水冷,數(shù)字電路中央控制系統(tǒng)等設計,可以在室溫至900℃范圍內(nèi)進行實驗。實驗證明研制的裝置結構簡單,工作可靠,基本滿足實驗要求。 分別在室溫(約25℃)至500℃、70

2、0℃和900℃的三組熱循環(huán)條件下對21-4N與21-4NRE鋼進行了熱疲勞實驗。結果表明：在熱疲勞的過程中,兩種樣品均表現(xiàn)為循環(huán)軟化特性,其硬度在循環(huán)初期均顯著下降,隨后趨于穩(wěn)定。上限溫度越高,在循環(huán)初期材料的硬度下降速率越快。研究結果還表明,隨著上限溫度的升高,21-4N鋼和21-4NRE鋼的裂紋萌生周期變短,其裂紋擴展速率顯著增大。裂紋主要萌生于夾雜物、大塊碳化物與基體界面處,而裂紋的擴展是以沿晶擴展為主、穿品擴展為輔的混合方式擴展

3、。 分析表明,在循環(huán)上限溫度為500℃時,大塊夾雜物和碳化物顆粒的形態(tài)與分布是影響材料熱疲勞性能的主要因素：在循環(huán)上限為700℃時,大塊夾雜物和碳化物顆粒的形態(tài)與分布和高溫氧化行為共同影響材料的熱疲勞性能；在循環(huán)上限為900℃時,高溫氧化是影響材料熱疲勞性能的主要因素,應力輔助作用下的晶界脆氧機制成為裂紋尖端的主要失效機制。 稀土元素的加入具有細化品粒、改善析出碳化物顆粒的形態(tài)與分布、變質夾雜物等良好效果,能顯著提高21