金屬材料的高溫氧化鐵皮圖書目錄

目錄

《博士后文庫》序言

前言

專有名詞表

第1章 緒論 1

1.1 金屬材料氧化鐵皮 1

1.2 研究方法 2

1.3 本書提要 2

第2章 金屬材料高溫氧化的理論基礎(chǔ) 4

2.1 高溫氧化的熱動力學(xué)基礎(chǔ) 4

2.1.1 Ellingham 圖 4

2.1.2 高溫氧化的擴散機制 6

2.1.3 氧化物生長引起的內(nèi)應(yīng)力 8

2.1.4 氧化鐵皮的生長動力學(xué) 9

2.2 熱加工中的氧化鐵皮 10

2.2.1 鐵的氧化物 10

2.2.2 瞬時高溫氧化 13

2.2.3 氧化鐵皮內(nèi)的相變 17

2.3 熱軋后氧化鐵皮的相變行為 19

2.3.1 熱軋中形成的氧化鐵皮 19

2.3.2 四氧化三鐵的析出過程 20

2.3.3 三次氧化鐵皮的分類 24

2.3.4 熱軋帶鋼卷取后的氧化鐵皮結(jié)構(gòu) 26

2.4 氧化鐵皮的力學(xué)性能 28

2.4.1 熱軋中氧化鐵皮的力學(xué)性能需求 28

2.4.2 氧化鐵皮的力學(xué)實驗研究 29

2.4.3 FeO 氧化鐵皮的塑性行為 30

2.5 氧化鐵皮的分析方法 31

2.5.1 氧化實驗檢測分析方法 32

2.5.2 數(shù)值模擬技術(shù) 33

2.6 小結(jié) 35

第3章 實驗檢測設(shè)備與表征分析 36

3.1 實驗檢測設(shè)備 36

3.1.1 原位共聚焦高溫氧化實驗平臺 36

3.1.2 可調(diào)氣氛的熱力學(xué)實驗系統(tǒng) 37

3.1.3 快速冷卻的熱軋實驗軋機 38

3.1.4 通用力學(xué)測試——摩擦計 39

3.2 氧化鐵皮的分析表征技術(shù) 40

3.2.1 光學(xué)顯微鏡 40

3.2.2 掃描電子顯微鏡 40

3.2.3 原子力顯微鏡 40

3.2.4 聚焦離子束顯微鏡 41

3.2.5 三離子束切割制樣系統(tǒng) 41

3.2.6 電子背散射衍射 41

3.2.7 X 射線衍射儀 42

3.3 小結(jié) 42

第4章 氧化鐵皮的顯微結(jié)構(gòu) 43

4.1 等溫氧化實驗 43

4.1.1 實驗材料與合金鋼樣本制備 43

4.1.2 原位共聚焦高溫氧化操作流程 44

4.1.3 氧化鐵皮樣本的制備 45

4.2 氧化鐵皮的顯微結(jié)構(gòu)分析 45

4.2.1 微合金鋼原初材料的表征 45

4.2.2 原位高溫氧化的實時檢測 47

4.2.3 氧化鐵皮的表面形貌 48

4.2.4 氧化鐵皮的斷面粘結(jié)行為 50

4.2.5 氧化鐵皮表面幾何形貌的特征分析 53

4.2.6 氧化鐵皮組分的 X 射線衍射分析 54

4.3 等溫氧化過程的實驗分析 55

4.3.1 初始氧化的機制 55

4.3.2 鋼基體的晶粒細化效應(yīng) 57

4.4 小結(jié) 61

第5章 參數(shù)對氧化鐵皮形成的影響 62

5.1 熱軋快速冷卻實驗 63

5.1.1 氧化材料與熱軋操作步驟 63

5.1.2 快速冷卻系統(tǒng) 64

5.2 工藝參數(shù)與氧化鐵皮的生成 66

5.2.1 快速冷卻速率的影響 66

5.2.2 軋制壓下量的影響 69

5.2.3 氧化鐵皮的表面粗糙度 71

5.2.4 氧化鐵皮內(nèi)的物相轉(zhuǎn)變 72

5.3 一氧化鐵分解反應(yīng)的影響因素 74

5.3.1 氧化鐵皮的共析反應(yīng)機制 74

5.3.2 四氧化三鐵接縫層的形成機制 75

5.4 小結(jié) 76

第6章 氧化鐵皮的晶粒與晶界特征 77

6.1 氧化實驗前后的微合金鋼基體 77

6.1.1 氧化實驗前 77

6.1.2 熱軋快速冷卻氧化實驗 78

6.1.3 電子背散射衍射技術(shù)的晶粒重構(gòu) 79

6.2 氧化鐵皮的物相鑒定 80

6.2.1 電子背散射衍射氧化物相掃描 80

6.2.2 氧化鐵皮的能譜分析 82

6.3 氧化鐵皮晶體學(xué)特征分析 84

6.3.1 氧化鐵皮的晶粒取向分析 84

6.3.2 氧化鐵皮的晶粒尺寸分布 86

6.3.3 不同晶粒尺寸時的取向分布 88

6.4 氧化物相的晶界特征 91

6.4.1 氧化鐵皮的晶界分布 92

6.4.2 重合位置點陣晶界類型 94

6.5 晶界在氧化鐵皮中的作用 96

6.5.1 氧化物晶界處的擴散控制氧化 96

6.5.2 氧化物晶界處的變形機制 99

6.6 小結(jié) 100

第7章 氧化鐵皮的織構(gòu)演變 102

7.1 極圖描繪的織構(gòu)變化 102

7.2 取向密度分布函數(shù)的分布 106

7.2.1 理想的纖維相關(guān)的織構(gòu)組分 107

7.2.2 取向密度分布函數(shù)截面分布 110

7.3 不同晶粒尺寸的織構(gòu)情況 116

7.3.1 不同晶粒尺寸時的極圖檢測 116

7.3.2 多種晶粒尺寸 Fe3O4 的最優(yōu)取向分布 118

7.4 基于織構(gòu)分析接縫層的形成 120

7.5 工業(yè)生產(chǎn)中的氧化鐵皮織構(gòu) 122

7.6 小結(jié) 124

第8章 氧化鐵皮的局部應(yīng)變分析 125

8.1 局部應(yīng)變分析方法 125

8.2 局部應(yīng)變分析區(qū)域的設(shè)定 126

8.2.1 氧化鐵皮的晶界和相界分布 127

8.2.2 Fe3O4 與-Fe2O3 的取向關(guān)系 128

8.3 氧化鐵皮界面層的局部應(yīng)變 129

8.3.1 表面層的局部應(yīng)變 129

8.3.2 中間層的局部應(yīng)變 131

8.3.3 氧化鐵皮/基體界面層的局部應(yīng)變 133

8.4 氧化物局部應(yīng)變與宏觀應(yīng)變的關(guān)系 134

8.5 施密特因子評估氧化鐵皮的非均勻性變形 137

8.6 小結(jié) 139

第9章 能動反應(yīng)機制和數(shù)值模擬 141

9.1 短時擴散氧化機制 141

9.1.1 熱軋輥縫處的帶鋼氧化 141

9.1.2 不同溫度下 Fe3O4 的形成 143

9.1.3 氧化鐵皮內(nèi)接縫層的形成 144

9.1.4 快速冷卻時氧化物間的分解轉(zhuǎn)化 145

9.2 氧化熱動力學(xué)分析 146

9.3 高溫氧化擴散過程的模擬 149

9.3.1 擴散模型的本構(gòu)方程 149

9.3.2 數(shù)值模擬的邊界條件 152

9.3.3 擴散過程的結(jié)果分析 153

9.4 高溫氧化的焓基數(shù)值模擬 155

9.4.1 焓基數(shù)值模擬的算法 155

9.4.2 數(shù)值模擬的限定條件 157

9.4.3 焓基數(shù)值模擬分析 157

9.5 小結(jié) 158

第10章 氧化鐵皮的摩擦學(xué)性能 160

10.1 氧化鐵皮的摩擦學(xué)實驗 160

10.1.1 熱力學(xué)氧化實驗的材料 160

10.1.2 可調(diào)氣氛的高溫氧化實驗 160

10.1.3 氧化鐵皮的摩擦學(xué)實驗 162

10.2 氧化鐵皮的摩擦性能結(jié)果分析 164

10.2.1 Fe3O4 的析出 164

10.2.2 氧化鐵皮中析出顆粒的摩擦學(xué)性能 168

10.2.3 氧化鐵皮析出顆粒的形成機制 171

10.3 晶界與織構(gòu)對摩擦學(xué)性能的影響 172

10.3.1 氧化鐵皮晶界對摩擦學(xué)性能的影響 172

10.3.2 氧化鐵皮的織構(gòu)與摩擦學(xué)性能 173

10.4 納米粒子潤滑中的氧化鐵皮 175

10.4.1 水基納米粒子潤滑的源起 175

10.4.2 納米粒子的潤滑機制 177

10.4.3 納米粒子與氧化鐵皮 179

10.5 小結(jié) 180

第11章 金屬材料 3D 打印中的氧化薄膜 182

11.1 3D 打印技術(shù)的起源與演進 182

11.2 金屬材料 3D 打印的范疇與分類 183

11.2.1 粉末激光選區(qū)燒結(jié) 184

11.2.2 粉末激光選區(qū)熔融 184

11.2.3 激光工程化凈成形技術(shù) 186

11.3 金屬熔融再固化中的氧化薄膜 188

11.3.1 影響打印構(gòu)件強度的工藝參數(shù) 188

11.3.2 氧化夾雜物的生成 192

11.3.3 選區(qū)熔融中的氧化薄膜的特征 194

11.3.4 合金元素對氧化物膜的影響 195

11.3.5 金屬快速熔融再固化中的氧化機制 196

11.4 金屬材料 3D 打印中高溫氧化的研究展望 197

第12章 金屬材料高溫氧化的總結(jié)與展望 200

12.1 研究成果小結(jié) 200

12.1.1 微合金鋼的初始氧化及其工藝參數(shù)的影響 200

12.1.2 基于織構(gòu)分析的氧化鐵皮特征 200

12.1.3 氧化鐵皮應(yīng)用與拓展：納米潤滑與 3D 打印 201

12.2 金屬材料高溫氧化鐵皮的研究展望 202

參考文獻 204

致謝 229

編后記 230

彩圖 2100433B

高溫氧化是金屬及合金塑性成形過程中普遍存在的現(xiàn)象。本書利用不同材料表征手段，研究分析在熱加工成形中所生成的金屬氧化鐵皮。從氧化鐵皮的微觀組織結(jié)構(gòu)、界面力學(xué)行為、晶界工程、織構(gòu)演變及摩擦學(xué)性能等多個角度，系統(tǒng)地概述了氧化鐵皮研究的最新進展。詳盡地論述氧化鐵皮的生成機理，金屬塑性加工時的變形行為和力學(xué)性能，輔以熱軋帶鋼中氧化鐵皮的特性為工業(yè)實例。提出了一種精簡可控的氧化鐵皮微觀結(jié)構(gòu)，可用于免酸洗鋼的生產(chǎn)，同時具有優(yōu)良的摩擦潤滑屬性。這些研究成果有助于深入理解形成在鋼基體表面上的氧化鐵皮特性，為金屬高溫塑性成形提供有力的科學(xué)指導(dǎo)。 　金屬材料的高溫氧化正契合于目前研究日益高漲的金屬材料3D打印技術(shù)，為此，論述了激光選區(qū)熔融技術(shù)中的金屬粉末材料高溫氧化問題。本書適用于金屬材料制造技術(shù)方面的研究人員和高等院校研究生等。

本書從應(yīng)用角度，介紹耐熱鋼和高溫合金的鋼種、力學(xué)性能、腐蝕性能、焊接技術(shù)、結(jié)構(gòu)強度設(shè)計及其工程應(yīng)用。全書共分五章。第一章概論，除對高溫工程和相關(guān)的耐熱材料進行簡單的介紹外，著重介紹了高溫工況對耐熱金屬材料的基本要求，各種耐熱金屬材料系統(tǒng)的高溫特性及其相互比較，它們的發(fā)展及其加工中的幾個問題；第二章介紹了各種耐熱鋼和高溫合金的牌號、化學(xué)成分、與設(shè)計使用關(guān)系密切的力學(xué)性能和高溫腐蝕行為；第三章介紹了耐熱鋼和高溫合金的焊接問題，所涉及的焊接方法以制造廠常用的熔化焊接方法為主，還介紹了高溫設(shè)備使用中常會遇到的修理性焊接問題；第四章介紹了高溫金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強度設(shè)計問題，金屬在高溫下的斷裂是一個與時間相關(guān)的過程，本章較詳細地討論了高溫下的彈性設(shè)計、蠕變設(shè)計和斷裂設(shè)計，并討論了相關(guān)的蠕變一斷裂試驗及實驗數(shù)據(jù)外推方法，對高溫構(gòu)件的熱疲勞和高溫疲勞設(shè)計也進行了探討，所提供的方法可供高溫構(gòu)件設(shè)計工作者參考；第五章專門介紹了耐熱鋼和高溫合金在各種工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用問題，通過本章讀者可了解高溫金屬材料在各工業(yè)領(lǐng)域的使用概況。

精軋氧化鐵皮坑俗稱硌坑,是輥面在一定范圍內(nèi)的凹陷變形,常在冷軋工作輥和熱軋精軋輥上出現(xiàn)。造成壓痕的原因多在軋制操作方面,軋輥表面經(jīng)受反復(fù)加熱和冷卻,產(chǎn)生細小的網(wǎng)狀裂紋,并被軋材的氧化鐵皮擠塞。

氧化鐵皮缺陷是影響熱軋帶鋼表面質(zhì)量的重要因素之一。利用電子探針探測了基體不含Cr的熱軋帶鋼在精軋區(qū)產(chǎn)生的表面氧化鐵皮缺陷處的化學(xué)成分,根據(jù)其中Cr含量的變化規(guī)律,分析了缺陷的成因。并結(jié)合寶鋼2050mm熱軋機組情況,提出了預(yù)防和減少熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷的措施。越來越多的熱軋產(chǎn)品正逐步代替同規(guī)格的冷軋產(chǎn)品,要求用熱軋產(chǎn)品來制作外觀結(jié)構(gòu)件的也不斷增多,因而用戶對熱軋帶鋼的表面質(zhì)量要求越來越高,從而使影響帶鋼表面質(zhì)量的氧化鐵皮缺陷問題愈加突出。