高溫氧化是金屬及合金塑性成形過程中普遍存在的現象。本書利用最新表征技術分析研究在熱加工成形中生成的氧化鐵皮。從其顯微結構、界面力學行為、晶界工程，織構演變及摩擦學性能等多角度，系統(tǒng)地論述了氧化鐵皮的生成機理，變形行為和力學性能。并輔以熱軋帶鋼中氧化鐵皮為工業(yè)實例。提出了一種精簡可控的氧化鐵皮顯微結構，可用于免酸洗鋼的生產并具有優(yōu)良的摩擦潤滑屬性。氧化鐵皮的顯微組織分析方法，如織構分析，將為金屬高溫氧化研究提供新理念框架，有助于理解形成在鋼基表面上的氧化鐵皮，為金屬高溫塑性成形提供有力的科學指導。金屬材料的高溫氧化正契合于目前研究日益高漲的金屬材料3D打印技術，其中激光選區(qū)成型技術中的金屬粉末材料高溫氧化問題，將有所拓展論述。
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 4
2.1 高溫氧化的熱動力學基礎 4
2.1.1 Ellingham 圖 4
2.1.2 高溫氧化的擴散機制 6
2.1.3 氧化物生長引起的內應力 8
2.1.4 氧化鐵皮的生長動力學 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 瞬時高溫氧化 13
2.2.3 氧化鐵皮內的相變 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構 26
2.4 氧化鐵皮的力學性能 28
2.4.1 熱軋中氧化鐵皮的力學性能需求 28
2.4.2 氧化鐵皮的力學實驗研究 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 氧化實驗檢測分析方法 32
2.5.2 數值模擬技術 33
2.6 小結 35
第3章 實驗檢測設備與表征分析 36
3.1 實驗檢測設備 36
3.1.1 原位共聚焦高溫氧化實驗平臺 36
3.1.2 可調氣氛的熱力學實驗系統(tǒng) 37
3.1.3 快速冷卻的熱軋實驗軋機 38
3.1.4 通用力學測試——摩擦計 39
3.2 氧化鐵皮的分析表征技術 40
3.2.1 光學顯微鏡 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 42
第4章 氧化鐵皮的顯微結構 43
4.1 等溫氧化實驗 43
4.1.1 實驗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 氧化鐵皮的顯微結構分析 45
4.2.1 微合金鋼原初材料的表征 45
4.2.2 原位高溫氧化的實時檢測 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 等溫氧化過程的實驗分析 55
4.3.1 初始氧化的機制 55
4.3.2 鋼基體的晶粒細化效應 57
4.4 小結 61
第5章 參數對氧化鐵皮形成的影響 62
5.1 熱軋快速冷卻實驗 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 氧化鐵皮內的物相轉變 72
5.3 一氧化鐵分解反應的影響因素 74
5.3.1 氧化鐵皮的共析反應機制 74
5.3.2 四氧化三鐵接縫層的形成機制 75
5.4 小結 76
第6章 氧化鐵皮的晶粒與晶界特征 77
6.1 氧化實驗前后的微合金鋼基體 77
6.1.1 氧化實驗前 77
6.1.2 熱軋快速冷卻氧化實驗 78
6.1.3 電子背散射衍射技術的晶粒重構 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 氧化物晶界處的擴散控制氧化 96
6.5.2 氧化物晶界處的變形機制 99
6.6 小結 100
第7章 氧化鐵皮的織構演變 102
7.1 極圖描繪的織構變化 102
7.2 取向密度分布函數的分布 106
7.2.1 理想的纖維相關的織構組分 107
7.2.2 取向密度分布函數截面分布 110
7.3 不同晶粒尺寸的織構情況 116
7.3.1 不同晶粒尺寸時的極圖檢測 116
7.3.2 多種晶粒尺寸 Fe3O4 的最優(yōu)取向分布 118
7.4 基于織構分析接縫層的形成 120
7.5 工業(yè)生產中的氧化鐵皮織構 122
7.6 小結 124
第8章 氧化鐵皮的局部應變分析 125
8.1 局部應變分析方法 125
8.2 局部應變分析區(qū)域的設定 126
8.2.1 氧化鐵皮的晶界和相界分布 127
8.2.2 Fe3O4 與-Fe2O3 的取向關系 128
8.3 氧化鐵皮界面層的局部應變 129
8.3.1 表面層的局部應變 129
8.3.2 中間層的局部應變 131
8.3.3 氧化鐵皮/基體界面層的局部應變 133
8.4 氧化物局部應變與宏觀應變的關系 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 139
第9章 能動反應機制和數值模擬 141
9.1 短時擴散氧化機制 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 氧化鐵皮內接縫層的形成 144
9.1.4 快速冷卻時氧化物間的分解轉化 145
9.2 氧化熱動力學分析 146
9.3 高溫氧化擴散過程的模擬 149
9.3.1 擴散模型的本構方程 149
9.3.2 數值模擬的邊界條件 152
9.3.3 擴散過程的結果分析 153
9.4 高溫氧化的焓基數值模擬 155
9.4.1 焓基數值模擬的算法 155
9.4.2 數值模擬的限定條件 157
9.4.3 焓基數值模擬分析 157
9.5 小結 158
第10章 氧化鐵皮的摩擦學性能 160
10.1 氧化鐵皮的摩擦學實驗 160
10.1.1 熱力學氧化實驗的材料 160
10.1.2 可調氣氛的高溫氧化實驗 160
10.1.3 氧化鐵皮的摩擦學實驗 162
10.2 氧化鐵皮的摩擦性能結果分析 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性能 168
10.2.3 氧化鐵皮析出顆粒的形成機制 171
10.3 晶界與織構對摩擦學性能的影響 172
10.3.1 氧化鐵皮晶界對摩擦學性能的影響 172
10.3.2 氧化鐵皮的織構與摩擦學性能 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 納米粒子的潤滑機制 177
10.4.3 納米粒子與氧化鐵皮 179
10.5 小結 180
第11章 金屬材料 3D 打印中的氧化薄膜 182
11.1 3D 打印技術的起源與演進 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 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 186
11.3 金屬熔融再固化中的氧化薄膜 188
11.3.1 影響打印構件強度的工藝參數 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與展望 200
12.1 研究成果小結 200
12.1.1 微合金鋼的初始氧化及其工藝參數的影響 200
12.1.2 基于織構分析的氧化鐵皮特征 200
12.1.3 氧化鐵皮應用與拓展：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 204
致謝 229
編后記 230
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