金屬材料的高溫氧化鐵皮

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(kuò)散機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)檢測設(shè)備與表征分析 36 
3.1 實(shí)驗(yàn)檢測設(shè)備 36 
3.1.1 原位共聚焦高溫氧化實(shí)驗(yàn)平臺 36 
3.1.2 可調(diào)氣氛的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 37 
3.1.3 快速冷卻的熱軋實(shí)驗(yàn)軋機(jī) 38 
3.1.4 通用力學(xué)測試——摩擦計(jì) 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(shí)驗(yàn) 43 
4.1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)分析 55 
4.3.1 初始氧化的機(jī)制 55 
4.3.2 鋼基體的晶粒細(xì)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(shí)驗(yàn) 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(jī)制 74 
5.3.2 四氧化三鐵接縫層的形成機(jī)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(shí)驗(yàn)前后的微合金鋼基體 77 
6.1.1 氧化實(shí)驗(yàn)前 77 
6.1.2 熱軋快速冷卻氧化實(shí)驗(yàn) 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(shí)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(diǎn)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(kuò)散控制氧化 96 
6.5.2 氧化物晶界處的變形機(jī)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(shí)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(jī)制和數(shù)值模擬 141 
9.1 短時(shí)擴(kuò)散氧化機(jī)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(shí)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(kuò)散過程的模擬 149 
9.3.1 擴(kuò)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(kuò)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(shí)驗(yàn) 160 
10.1.1 熱力學(xué)氧化實(shí)驗(yàn)的材料 160 
10.1.2 可調(diào)氣氛的高溫氧化實(shí)驗(yàn) 160 
10.1.3 氧化鐵皮的摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn) 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(jī)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(jī)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(jìn) 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(qiáng)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(jī)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(xiàn) 204 
致謝 229 
編后記 230 
彩圖