陈平虎等：高钒耐磨合金在不同冷却方式下的高温氧化行为 .87 下的表面微观形貌.对于炉冷样品而言，1"样品氧 到了50m. 化层表面多为100um内的团簇氧化物，团簇之间有 对于空冷样品而言，氧化2h后氧化层出现了 较分明的“鸿沟”，每个团簇中均是由微小的氧化物 大片脱落现象，故对其脱落机理进行详细分析.如 晶粒组成，如图2(a)所示：2"样品氧化层表面的微 图4所示，为6"样品（氧化2h-空冷）氧化层表面微 小团簇不断连成一片形成较大的团簇(300~500 观形貌及氧化层截面微成分分析图.氧化层存在大 m),但团簇四周的“鸿沟”也不断变大，如图2(b) 片脱落现象，如图1()所示.未脱落区域与脱落区 所示：3样品表面相对平坦，但又形成了较小的团 域的表面微观形貌如图4(a)~(f)所示.图4(a)为 簇，且团簇之间出现了疏松及孔洞，如图2（©）所示； 未脱落区域的表面微观形貌.未脱落区域表面由大 而4"样品氧化层表面出现了一层无规则的氧化物， 片的氧化物覆盖，其上有2um左右的微小颗粒（不 将团簇颗粒氧化物覆盖，如图2(d)所示.对于空冷 规则椭圆形与规则菱形)附着，如放大图4(b)所示. 样品而言，5"样品氧化层表面也出现了团簇，但不同 且存在较多的裂纹，如图4(c)所示.图4(d)为已脱 的是氧化层表面产生了长条状、短管状、菱柱状等形 落区域的微观形貌，一部分区域由纳米级的氧化物 状的氧化物，如图2（ε）所示：6样品氧化层出现大 组成的团簇，其断裂为无规则断裂，如图4(e)所示； 片脱落现象，在未脱落区域氧化层表面也出现了开 而一部分区域由微米级颗粒组成致密的氧化物块， 裂与脱落现象，如图2()所示；7样品在未脱落区 域氧化物表面的颗粒不断长大，且出现严重的团簇 其断口整齐千净，如图4(f)所示.图4(g)与(h)为 现象，且氧化层表面出现了较大的裂纹，如图2(g) 氧化层已脱落区域的截面微观形貌与成分分析图. 所示：8样品氧化层出现了具有方向性的氧化物，如 氧化层断裂并非产生在氧化层与基体界面，而是在 同经挤压后形成的长条状组织，如图2(h)所示. 近界面的氧化层中，距界面大约10um左右.采用 图3为氧化-炉冷样品的横截面形貌图.随着 能谱分析在界面微区对氧化层进行元素分析，如图 时间的倍增，其氧化层厚度也基本呈比例增厚，基本 4(h)所示，第3点最靠近基体，其Fe和Cr氧化物相 与单位面积氧化增重趋势保持一致.1样品氧化层 对较多，随着离基体距离的增加，Fe和Cr元素含量 厚度大约为155um,如图3(a)所示：2样品氧化层 有所减少，然而Si元素有所增加 厚度为284μm,如图3(b)所示：3样品氧化层厚度 3分析与讨论 增加至562μm,如图3(c)所示：4"样品氧化层出现 了具有内外两层氧化层，其厚度分别为903um与 3.1氧化行为分析 103μm,如图3(d)所示.从整体看，外氧化层又分 在升温-保温1h阶段为氧化层开始形成阶段. 为三个区域，表层致密层，中间疏松层与里层致密 因还未形成连续的保护氧化层，故这一阶段材料表 层.4样品中间层孔隙长度达到200μm,宽度也达 面会发生“暂态氧化们”.所有合金元素均会与氧 (a) (61 284m 200m 200m 200um 200m 图3950℃不同保温时间下随炉冷却样品氧化层截面形貌.(a)1:(b)2:(c)3:(d)4 Fig.3 Cross-section morphology of oxidation layer with different time by fumace cooling at 950C:(a)1;(b)2;(c)3;(d)4陈平虎等: 高钒耐磨合金在不同冷却方式下的高温氧化行为 下的表面微观形貌. 对于炉冷样品而言,1 #样品氧 化层表面多为 100 滋m 内的团簇氧化物,团簇之间有 较分明的“鸿沟冶,每个团簇中均是由微小的氧化物 晶粒组成,如图 2( a)所示;2 #样品氧化层表面的微 小团簇不断连成一片形成较大的团簇(300 ~ 500 滋m),但团簇四周的“鸿沟冶也不断变大,如图 2( b) 所示;3 #样品表面相对平坦,但又形成了较小的团 簇,且团簇之间出现了疏松及孔洞,如图 2(c)所示; 而 4 #样品氧化层表面出现了一层无规则的氧化物, 将团簇颗粒氧化物覆盖,如图 2(d)所示. 对于空冷 样品而言,5 #样品氧化层表面也出现了团簇,但不同 的是氧化层表面产生了长条状、短管状、菱柱状等形 状的氧化物,如图 2( e)所示;6 #样品氧化层出现大 片脱落现象,在未脱落区域氧化层表面也出现了开 图 3 950 益不同保温时间下随炉冷却样品氧化层截面形貌. (a) 1 # ; (b) 2 # ; (c) 3 # ; (d) 4 # Fig. 3 Cross鄄section morphology of oxidation layer with different time by furnace cooling at 950 益 :(a) # 1; (b) # 2; (c) # 3;(d) # 4 裂与脱落现象,如图 2( f) 所示;7 #样品在未脱落区 域氧化物表面的颗粒不断长大,且出现严重的团簇 现象,且氧化层表面出现了较大的裂纹,如图 2( g) 所示;8 #样品氧化层出现了具有方向性的氧化物,如 同经挤压后形成的长条状组织,如图 2(h)所示. 图 3 为氧化鄄鄄炉冷样品的横截面形貌图. 随着 时间的倍增,其氧化层厚度也基本呈比例增厚,基本 与单位面积氧化增重趋势保持一致. 1 #样品氧化层 厚度大约为 155 滋m,如图 3( a)所示;2 #样品氧化层 厚度为 284 滋m,如图 3(b)所示;3 #样品氧化层厚度 增加至 562 滋m,如图 3(c)所示;4 #样品氧化层出现 了具有内外两层氧化层,其厚度分别为 903 滋m 与 103 滋m,如图 3(d)所示. 从整体看,外氧化层又分 为三个区域,表层致密层,中间疏松层与里层致密 层. 4 #样品中间层孔隙长度达到 200 滋m,宽度也达 到了 50 滋m. 对于空冷样品而言,氧化 2 h 后氧化层出现了 大片脱落现象,故对其脱落机理进行详细分析. 如 图 4 所示,为 6 #样品(氧化 2 h鄄鄄空冷)氧化层表面微 观形貌及氧化层截面微成分分析图. 氧化层存在大 片脱落现象,如图 1(f)所示. 未脱落区域与脱落区 域的表面微观形貌如图 4(a) ~ (f)所示. 图 4(a)为 未脱落区域的表面微观形貌. 未脱落区域表面由大 片的氧化物覆盖,其上有 2 滋m 左右的微小颗粒(不 规则椭圆形与规则菱形)附着,如放大图 4(b)所示. 且存在较多的裂纹,如图4(c)所示. 图4(d)为已脱 落区域的微观形貌,一部分区域由纳米级的氧化物 组成的团簇,其断裂为无规则断裂,如图 4(e)所示; 而一部分区域由微米级颗粒组成致密的氧化物块, 其断口整齐干净,如图 4(f)所示. 图 4(g)与(h)为 氧化层已脱落区域的截面微观形貌与成分分析图. 氧化层断裂并非产生在氧化层与基体界面,而是在 近界面的氧化层中,距界面大约 10 滋m 左右. 采用 能谱分析在界面微区对氧化层进行元素分析,如图 4(h)所示,第 3 点最靠近基体,其 Fe 和 Cr 氧化物相 对较多,随着离基体距离的增加,Fe 和 Cr 元素含量 有所减少,然而 Si 元素有所增加. 3 分析与讨论 3郾 1 氧化行为分析 在升温鄄鄄保温 1 h 阶段为氧化层开始形成阶段. 因还未形成连续的保护氧化层,故这一阶段材料表 面会发生“暂态氧化[14] 冶. 所有合金元素均会与氧 ·87·