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Zn-Fe-Si-Al四元体系富锌角450℃等温截面的测定及高温镀锌组织的研究

潘世文  
【摘要】:热浸镀锌是提高钢铁抗腐蚀性能的一种主要方法。随着现代钢铁工业的发展,Si被作为钢铁冶炼过程中的镇静剂及钢铁中的强化元素而加入到钢铁中。然而当钢铁中含有一定量的Si时,会由于硅的反应性而降低镀层的性能。抑制含Si钢的反应性的常用方法之一是往锌池中加入合金元素。在连续镀锌中,Al是锌池中最常加入的合金元素。锌池中加入Al后,在热浸镀锌过程中Al会优先与Fe反应而形成抑制层,抑制Fe,Zn反应。同时,Al的加入对连续镀锌钢板的合金化过程也有着重要的影响。另一种抑制Si的反应性的方法是高温镀锌,通过将镀锌温度提高到540°C,Si的反应性被抑制,结果获得的镀层较薄而且规则,同时镀层的外观质量得到改善。 本工作综合使用金相技术,SEM-EDS等手段测定了93at. % Zn-Fe-Al-Si四元系450°C等温截面。实验结果表明,该截面中有十个四相平衡出现,τ1,τ23和τ三个Fe-Al-Si三元相在这一体系中出现,并且Zn在其中的溶解度都较低。该截面中没有四元相出现。研究发现FeSi能与这一等成分截面中的FeSi2,Si,η-Zn,τ1,ζ和τ等大多数相处于平衡。Al在FeSi中的最大溶解度可达到17.04 at. %,而在FeSi2中的溶解度却很低。实验结果表明在液相中FeSi,FeSi2和Si可以达到平衡。Fe-Zn-Al三元相T(Fe8Al6Zn86)能与η-Zn,Fe2Al5和τ1取得平衡。 本工作对高温热浸镀锌的镀层组织进行了研究。通过研究发现10#钢在高温下进行浸镀时没有ζ层出现。镀层主要由δ层,δ+η-Zn两相层组成。富锌的δ相在镀锌过程中在相变应力作用下发生破裂,最终导致diffuse-δ层形成。富铁的δ层连续且组织致密。随着钢中的Si含量增加,镀层中diffuse-δ层的δ相变碎同时富铁的δ层变薄。在各个Si含量的硅铁及10#钢的镀层中都有微裂纹出现。通过对微裂纹的观察,推导出微裂纹的形成过程:微裂纹在δ+η-Zn层的空隙处形成后,继续将δ+η-Zn层中的空隙联结起来使得裂纹进行扩展,当这些微裂纹到达δ层时,由于δ层中δ相的择向生长,微裂纹将沿着镀层/基体法线方向进行进一步的扩展,最终形成发源于δ+η-Zn两相层向镀层/基体方向扩展到达δ层的微裂纹。


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