Le terre rare possono migliorare efficacemente la tenacità dell'acciaio fuso

Come tutti sappiamo, l'aggiunta di una quantità adeguata di elementi delle terre rare ai materiali in acciaio avrà un impatto significativo sulla struttura e sulle prestazioni del materiale. Di solito gli elementi delle terre rare nell'acciaio vengono aggiunti in 0.05% ~ 0.20%. Poiché il rapporto tra i raggi atomici di terre rare e ferro supera di gran lunga il 15% e la differenza di elettronegatività tra terre rare e ferro è molto grande, questi non favoriscono la formazione di soluzioni solide, quindi la solubilità delle terre rare nell'acciaio è molto basso. La maggior parte degli elementi delle terre rare nell'acciaio esiste sotto forma di composti di terre rare, principalmente ossidi di terre rare e solfuri di terre rare.

Xi'an Aeronautical Vocational and Technical College ha svolto ricerche sull'effetto dell'aggiunta di elementi di terre rare all'acciaio fuso sulla sua struttura e sulle sue prestazioni. Hanno usato l'acciaio fuso ZG35CrMnSi come materiale di prova e l'additivo per terre rare utilizzato era una terra rara mista. Considerando che il materiale di prova contiene una certa quantità di zolfo e la perdita quando si aggiungono elementi di terre rare, l'intervallo di aggiunta di terre rare è 0.23% ~ 0.38%, questa aggiunta si riferisce alla quantità totale di terre rare aggiunta all'acciaio fuso durante la fusione. Confronta la struttura e le prestazioni delle due serie di campioni con e senza elementi delle terre rare. La colata di acciaio viene fusa in un forno a induzione a frequenza intermedia e la colata viene preparata mediante microfusione. Quindi il provino viene riscaldato a 900°C+670°C per il raffreddamento ad aria, e quindi riscaldato a 890°C per la tempra in olio; poi fuoco a 570~630 °C.

I risultati dei test comparativi mostrano che le terre rare hanno scarso effetto sulla resistenza dell'acciaio fuso, ma hanno un effetto significativo sulla tenacità dell'acciaio fuso. La resistenza all'impatto è aumentata del 43% e il tasso di allungamento è aumentato del 13.3%. L'ispezione della microstruttura mostra che la sorbite temperata della struttura in acciaio fuso senza elementi di terre rare è relativamente grossolana e la sua granulometria è di circa 5; tra questi, i grumi grigi sono inclusioni di MnS, che non sono distribuite su tutta la superficie ispezionata. In generale, la morfologia di MnS è prevalentemente angolare. La struttura del campione dell'acciaio fuso con elementi di terre rare è sorbite temperata uniforme e fine e la granulometria è di circa 8-9. Mostra che la struttura dell'acciaio fuso può essere raffinata dopo l'aggiunta di elementi di terre rare.

Inoltre, dopo l'aggiunta di terre rare, l'effetto di desolforazione dell'acciaio non è evidente, ma ha una maggiore influenza sulla morfologia del MnS. Quando gli elementi delle terre rare non vengono aggiunti, il MnS nell'acciaio è sotto forma di strisce o blocchi con bordi e angoli; dopo aver aggiunto gli elementi delle terre rare, il solfuro è approssimativamente sferico e la distribuzione è relativamente dispersa rispetto al campione senza gli elementi delle terre rare, ma solo in alcuni punti è possibile vedere inclusioni di solfuro a strisce o a blocchi. Sulla frattura del campione senza elementi di terre rare, MnS è concentrato e dendritico. La frattura dell'area di inclusione di MnS è principalmente una frattura intergranulare e localmente si possono osservare crepe secondarie intergranulari.

Nei campioni con elementi di terre rare, la frattura è frattura transgranulare duttile. Anche nell'area in cui si concentrano i solfuri, il metallo di matrice è ancora duttile a frattura transgranulare. L'acciaio fuso addizionato con elementi di terre rare elimina i solfuri dendritici e li trasforma in barre sferiche o non angolari e massicci solfuri di terre rare, il che è vantaggioso per il miglioramento della tenacità.

Gli studi hanno evidenziato che il principio del raffinamento degli elementi delle terre rare può essere dovuto ai seguenti motivi:

(1) I solfuri e le inclusioni di ossido formate aggiungendo elementi di terre rare all'acciaio possono diventare nuclei cristallini non spontanei di acciaio, che possono affinare i cristalli equiassiali e accorciare le regioni cristalline colonnari.

(2) La solubilità degli elementi delle terre rare nella fase solida è molto piccola. Una volta solidificato l'acciaio fuso, le terre rare si arricchiscono nella fase liquida nella parte anteriore dei cristalli in crescita, impedendo ai cristalli di crescere, rendendo così raffinati i grani.

(3) Gli elementi delle terre rare tendono ad accumularsi nei bordi dei grani, riducono la tensione interfacciale della lega e riducono la forza trainante per la crescita dei grani, inibendo così la crescita dei grani di austenite. Corrispondentemente, anche la martensite scagliosa formata dalla tempra è più piccola. .

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