新型轴承钢的微观结构与耐腐蚀性的关联性研究

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本文通过在传统轴承钢GCr15的基础上,添加了合金元素Si、Mo以及微合金元素V,设计出微合金化轴承钢GCr15Si1Mo V。对设计出的新型轴承钢分别在Ms温度附近进行等温处理,得到了等温马氏体与低温贝氏体组织,并在原热处理基础上提高奥氏体化温度至1100℃,以分析不同奥氏体化温度对实验钢性能的影响。利用扫描电镜(SEM)实验与X射线衍射(XRD)实验,对热处理后实验钢的微观组织进行表征,并结合硬度、冲击、拉伸等一系列力学性能实验,来分析微合金化轴承钢微观组织与力学性能之间的关系。本文在模拟海水溶液(3.5%Na Cl)中,对实验钢的耐腐蚀性能进行了对比分析。通过电化学实验得到不同热处理实验钢的极化曲线、电化学阻抗谱和Bode图。利用Tafel拟合与等效电路拟合,得到各工艺下实验钢的腐蚀电位、腐蚀电流密度与阻抗值等信息。结合微观组织实验结果来分析轴承钢中特定的相组成与耐腐蚀性能之间的关系,并进一步分析奥氏体化温度对材料耐腐蚀性能的影响。组织与力学性能实验结果表明,等温马氏体轴承钢在长时间等温下组织中出现了少量的贝氏体相,并存在部分残余奥氏体。而低温贝氏体轴承钢中残余奥氏体含量要明显高于等温马氏体轴承钢。SEM图像显示,两者表面都存在少量未溶球状碳化物,当奥氏体化温度升高后,实验钢表面未溶碳化物含量减少。相较于马氏体轴承钢,由于低温贝氏体轴承钢具有更高的残余奥氏体含量,并且贝氏体组织自身就具备良好的塑韧性,所以低温贝氏体轴承钢在保持高硬度的同时,还兼具高韧性与高强度。随着奥氏体化温度升高至1100℃,导致实验钢晶粒较为粗大,并且基体中碳含量增加,虽然实验钢硬度有所提升但是塑韧性较差。电化学实验结果表明,低温贝氏体轴承钢的腐蚀电流密度相较于马氏体轴承钢更低,并且其阻抗值要远大于马氏体轴承钢。这说明了低温贝氏体组织具备更好的耐腐蚀性能。当升高奥氏体化温度后,虽然表面碳化物减少,但是实验钢耐腐蚀性能并没有得到提升,其主要原因是由于奥氏体化温度升高,导致晶界处二次相析出物增加,加剧了实验钢的晶间腐蚀。
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