金属热处理

复合添加微量Mn、Zn、Ti对Al-Cu-Li-Mg-Ag-Zr合金组织和性能的影响

徐庆, 尹登峰, 王华, 谢凯文, 宋转转

2024, 49(11): 1-9. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.001

摘要 ( 67 )

PDF (5872KB) ( 65 )

通过拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等设备研究了微量Mn、Zn、Ti元素的复合添加对Al-Cu-Li-Mg-Ag-Zr合金组织和力学性能的影响。结果表明,复合添加微量Mn、Zn、Ti元素能显著细化铸态合金晶粒组织,同时使固溶态合金中的难溶第二相Al(CuMnFe)也得到细化;复合添加微量Mn、Zn、Ti元素能有效促进T6、T8峰时效态Al-Cu-Li-Mg-Ag-Zr合金中主要强化相T₁细小弥散地析出,提高合金力学性能;相比T6峰时效态,Al-Cu-Li-Mg-Ag-Zr合金在T8峰时效态析出的T₁相数量明显增多、尺寸明显减小,分布更均匀弥散,强度和塑性显著提高。

2Ni6Cr5Al2MoV轴承钢热变形行为及热加工图

韩蔚然, 高永亮, 李猛, 朱成席, 王林, 赵岩, 陈达宇

2024, 49(11): 10-16. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.002

摘要 ( 31 )

PDF (3911KB) ( 22 )

采用Gleeble-3800试验机研究了2Ni6Cr5Al2MoV轴承钢在变形温度900~1200 ℃、应变速率0.01~10 s^-1条件下的热变形行为,建立并验证了材料的高温本构方程以及再结晶临界应变模型,基于动态材料模型理论绘制了试验钢在真应变0.6、0.7时的热加工图。结果表明,随着应变速率的升高和变形温度的降低,2Ni6Cr5Al2MoV钢的流变应力增大。适当提高变形温度、降低应变速率有利于该钢动态再结晶的进行。2Ni6Cr5Al2MoV钢能量耗散率η最大值约为0.37,应变量对耗散因子的影响较小。该钢合适的热加工条件为变形温度1100~1200 ℃,应变速率0.01~0.1 s^-1。

0.2C-5.0Mn-0.5Si-1.0Al中锰钢选择性氧化的热力学及动力学分析

周建虎, 李岩, 定巍, 方琪

2024, 49(11): 17-22. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.003

摘要 ( 33 )

PDF (2941KB) ( 14 )

对0.2C-5.0Mn-0.5Si-1.0Al中锰钢进行热、动力学计算,并结合5%H₂-N₂气氛下790 ℃退火过程试验钢的氧化行为分析,研究了合金元素Mn、Al和Si的选择性氧化行为。通过热力学计算了钢中氧化物的析出顺序为Al₂O₃>MnAl₂O₄>SiO₂>MnSiO₃、Mn₂SiO₄或MnO,并确定了790 ℃,-30 ℃露点(P_(O₂)=9.83×10^-23atm)下试验钢的氧化物组成为:MnO+MnAl₂O₄+Mn₂SiO₄。退火后试验钢得到的氧化层产物与热力学计算相一致;外氧化层的主要成分为连续分布的MnO层,在MnO层外还零散分布着先发生选择性氧化的Al、Si氧化物;内氧化层包含Mn-Al-Si-O元素,与MnO+MnAl₂O₄+Mn₂SiO₄的热力学计算结果相一致。利用Wagner模型、铁素体相中合金元素扩散数据,预测了Al和Si元素的内氧化行为,为高强度钢板表面选择性氧化控制提供了理论支持。

Mg-Gd-Zn-Zr镁合金的摩擦磨损行为

王若天, 朱帅帅

2024, 49(11): 23-28. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.004

摘要 ( 29 )

PDF (3022KB) ( 7 )

利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了不同Gd含量的固溶态Mg-xGd-1Zn-0.4Zr(x=3,6,9 wt%)合金和不同Zn含量的固溶态Mg-6Gd-yZn-0.4Zr(y=0.5,1,2 wt%)合金的显微组织、硬度、摩擦因数、磨损率和磨损形貌。结果表明,随着Gd或Zn含量的增加,固溶态合金的晶粒有所细化,合金的硬度上升,摩擦因数变化较小。随着Gd含量的增加,合金的磨损率稍有增加;而随着Zn含量的升高,合金的磨损率降低,当Zn含量为2%时,其磨损率比Zn含量为0.5%合金的磨损率降低了24%。5组合金主要发生了磨粒磨损、氧化磨损和塑性变形。当Gd含量为9%时,还观察到粘着磨损。Mg-Gd-Zn-Zr合金的耐磨性主要取决于磨损机制,与硬度无直接对应关系。

Al_11.5Cr₁₆Fe₁₇Ni_51.5V₄高熵合金中L1₂结构纳米共格相的析出行为及其对力学性能的影响

印家辉, 林耀军

2024, 49(11): 29-37. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.005

摘要 ( 26 )

PDF (5799KB) ( 6 )

以Al_11.5Cr₁₆Fe₁₇Ni_51.5V₄高熵合金为研究对象,研究了固溶处理成单相固溶体的该合金在600 ℃时效不同时间后的微观组织和拉伸性能。结果表明,经1150 ℃保温7 min再结晶退火/固溶处理后,该合金组织为单相FCC固溶体。600 ℃时效处理后,形成了具有L1₂结构的纳米尺寸球状富Ni、Al元素的γ′-Ni₃Al析出相。随时效时间延长,γ′析出相的尺寸和体积分数单调增加,晶粒尺寸轻微长大。合金的屈服强度从306 MPa增加到863 MPa,抗拉强度从560 MPa增加到1272 MPa,同时合金保持了良好的韧性(均匀延伸率34.1%~17.7%)。时效过程中,合金强度的增加,主要归因于γ′相的析出强化,其析出强化的机制为位错切过机制。γ′相析出强化效应随γ′相尺寸和体积分数的增加而增加。合金的良好韧性取决于γ′析出相的共格特征和极小的纳米尺寸,降低了析出相/基体界面的应力集中。

珠光体轨钢磨损及损伤过程中的组织演变行为

高超, 蒋宏利, 王旭, 王东梅, 岑耀东, 陈林

2024, 49(11): 38-45. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.006

摘要 ( 25 )

PDF (6864KB) ( 15 )

通过环块对磨试验,研究不同试验力以及循环周次下75 kg/m珠光体重载热处理轨钢的摩擦磨损性能,并与添加RE、Nb和Ni元素的轨钢对比。同时结合扫描电镜、透射电镜和电子探针技术,分析了试样磨损后表面形貌、剖面损伤、塑性变形区的微观组织演变以及元素含量变化。结果表明,随着试验力增大,磨损量增大,磨损形式由氧化磨损向粘着磨损和疲劳磨损过渡,变形区白层的厚度增大。随着摩擦磨损循环周次的增加,变形区晶粒更加细小,塑性变形层厚度变大。但在较大的试验力下,白层中的裂纹扩展相交后导致材料发生破碎,磨损量增加。添加RE、Nb和Ni元素的轨钢相较于原始态轨钢的珠光体片层间距细化了21.8%,珠光体片层间距越小,形成的白层厚度越小且不易破碎,因此具有更好的耐磨性。

热处理工艺对Q890高强钢组织及析出相的影响

安涛, 郭呈宇, 李天怡, 张弛, 代春朵, 张哲

2024, 49(11): 46-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.007

摘要 ( 40 )

PDF (5742KB) ( 12 )

采用热力学计算以及扫描电镜、透射电镜等试验设备对热处理Q890高强钢的显微组织和析出相进行了研究。结果表明,淬火态试验钢的微观组织为板条马氏体+少量贝氏体+纳米(Nb, Ti)C和富Cu粒子,析出相平均尺寸为42.09 nm,体积分数为0.66%,析出强化分量为89.21 MPa;200 ℃低温回火后,试验钢的显微组织变化不大,析出相略微长大,析出强化分量降低;600 ℃高温回火后,试验钢的显微组织为回火索氏体+少量贝氏体+大量富Fe的M₂₃C₆粒子,析出相显著长大,平均尺寸为52.29 nm,体积分数为8.55%,析出强化分量显著提高,为271.08 MPa。

TC4钛合金与增材制造17-4PH不锈钢扩散焊界面微观组织及工艺参数的影响

王理想, 刘坤, 李洁, 芦笙, 许聪, 陈东俊

2024, 49(11): 53-59. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.008

摘要 ( 26 )

PDF (4352KB) ( 6 )

针对TC4钛合金和原子扩散增材制造(ADAM)17-4PH不锈钢,采用不同中间层及不同温度进行扩散焊连接,通过光学显微镜、扫描电镜、能谱分析及显微硬度测试等手段对接头界面的微观组织特征及性能进行了研究。结果表明,采用Cu箔+Ni箔复合中间层,扩散焊温度960、920 ℃,保温时间60 min,焊接压力2 MPa,均获得成形良好的TC4钛合金/ADAM 17-4PH不锈钢扩散焊接头,界面区域主要包含4个不同的区域,依次为TC4钛合金侧的扩散影响区(DAZ 1)、中间层Cu箔+Ni箔发生扩散反应生成界面反应区(IRZ 1与IRZ 2)、ADAM 17-4PH不锈钢侧的扩散影响区(DAZ 2)。扩散焊温度为960 ℃时,界面IRZ 2中生成了CuTi+CuTi₂共晶相及CuTi₂、Ti(Cu, Ni)、α-Ti相,剪接强度最大,为163 MPa。采用Cu箔+Ni箔时,扩散焊温度由920 ℃升高至960 ℃,界面区宽度从243.5 μm增长为278.2 μm,IRZ 2区域显微硬度峰值从693 HV0.1降至612 HV0.1。当扩散焊温度(960 ℃)不变,中间层为Cu箔+Ni箔的扩散焊接头显微硬度峰值最高,约为612 HV0.1。中间层为Ni箔的显微硬度峰值最低,在IRZ区域,约为495 HV0.1。

固溶处理对铝合金包铝薄板组织演变及性能的影响

王经涛, 孙宁, 余浪, 王永红, 于继海, 黄同瑊, 张芮源

2024, 49(11): 60-68. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.009

摘要 ( 29 )

PDF (8222KB) ( 15 )

通过金相显微镜、扫描电镜及配套能谱仪、差示扫描量热仪等技术手段以及室温拉伸研究了2×××系铝合金包铝薄板在固溶处理中的组织及性能变化。结果表明,冷轧态包铝薄板经过固溶处理后,基体部分组织中仍存在尺寸较大的AlCuFeMn、Al₂CuMg相。但随着固溶温度的升高和保温时间的延长,组织中残留第二相含量均逐渐降低。在包铝层及过渡区域内Mg、Cu元素扩散程度较大,但未出现由于元素扩散严重引起的包铝层失效问题。当固溶工艺为500 ℃×20 min时,合金组织中残留第二相含量最低,为1.101%,且经96 h自然时效处理后,包铝薄板的屈服强度为286.5 MPa、抗拉强度为458.0 MPa、断后伸长率为23.1%,能够获得较好强塑性匹配。

无缝钢管超高压射流超快冷却传热机理分析与组织性能控制

张策, 马辉, 高琦, 包喜荣, 王宝峰, 王晓东

2024, 49(11): 69-76. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.010

摘要 ( 22 )

PDF (4007KB) ( 4 )

通过建立超高压射流超快冷却传热物理模拟平台,测定了28CrMoVNiRE钢油井管在不同水雾、水压和喷嘴高度冷却条件下的冷却曲线,利用反传热法计算试样表面热流密度及换热系数,研究无缝钢管超高压射流超快冷却传热机理,并通过有限元模拟验证了反传热计算的准确性。为探究超高压射流超快冷却对无缝钢管组织性能的影响,分别对钢管原始热轧态和不同超快冷却条件下的钢管试样进行了微观组织分析以及力学性能测试。结果表明,在喷嘴高度为100 mm时,水压由6 MPa提升至7 MPa,平均换热系数由386.0 W/(m²·℃)提升至859.1 W/(m²·℃),平均热流密度由0.15 MW/m²提升至0.35 MW/m²。当水压为7 MPa,喷嘴高度由100 mm增加到160 mm时,平均冷却速度提高6.2%;换热系数随温差ΔT的下降先后经历两个阶段:高温、中温近线性快速增长阶段和低温快速下降阶段。试验钢在喷淋水压7 MPa,喷嘴高度160 mm的冷却条件下,马氏体板条宽度能够平均细化至0.35 μm,与原始热轧态钢相比硬度和冲击吸收能量均提升,验证了超高压射流超快冷却技术具有可行性。

工程机械用Q890D钢中厚调质板的组织与性能均匀性

钟正根, 张瑞, 袁清, 李忠波, 薛艳生, 刘红亮

2024, 49(11): 77-83. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.011

摘要 ( 18 )

PDF (8413KB) ( 25 )

中厚板Q890D钢作为工程机械用钢,其厚度方向组织与性能均匀性对于该钢服役过程中的安全性和寿命具有重要影响。针对国内某钢厂生产的50 mm厚Q890D钢调质板进行全厚度方向组织与性能分析,从显微组织、显微硬度、晶粒取向和缺陷等角度进行了差异化对比。结果表明,50 mm厚Q890D钢调质板有显著厚度截面效应,呈现出表面硬度高、心部硬度低特征,这种效应是组织和取向差异作用下的综合结果。调质处理后该钢板表面以回火板条马氏体为主,缺陷密度大,而心部以回火板条马氏体和少量贝氏体为主,缺陷密度小。此外,该钢板表面有明显的[001]择优取向,而心部却展现出不太明显的[101]择优取向。这种厚度截面效应与调质过程中的温度梯度有关,表面冷速大易于形成马氏体,而心部冷速偏慢易于形成贝氏体。表面处马氏体相变约束作用明显小于心部,故厚度方向呈现差异化择优取向。

回火温度对高碳硅锰钢动态力学性能的影响

朱嘉豪, 李晓源, 王迎春

2024, 49(11): 84-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.012

摘要 ( 27 )

PDF (5022KB) ( 12 )

研究了一种高碳硅锰钢在820 ℃油淬后不同温度回火下的组织特征,并利用Hopkinson装置系统研究了其在高应变速率与不同应力状态下的力学行为。结果表明,随着回火温度的升高,碳化物数量逐渐增多,尺寸也逐渐变大。回火温度从580 ℃升高到620 ℃时,高碳硅锰钢的动态拉伸(1400 s^-1)与压缩(3200 s^-1)强度均呈现下降趋势,但动态拉伸塑性上升。碳化物内部的Mises应力集中与微米级碳化物/基体界面处的剪应力集中是高碳硅锰钢动态拉伸时微孔形核的关键因素。在动态压缩过程中,高碳硅锰钢的塑性变形受应变硬化与热软化机制的耦合影响,并表现出明显的应变速率敏感性。

两相区QT工艺对低屈强比890 MPa级高强钢组织与性能的影响

郭呈宇, 张弛, 代春朵, 侯华兴, 李江文, 张哲

2024, 49(11): 91-98. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.013

摘要 ( 18 )

PDF (5279KB) ( 5 )

研究了低屈强比890 MPa级高强钢在两相区QT处理中组织转变及其对力学性能的影响。通过扫描电镜对热处理态组织进行观察,并结合力学性能与XRD位错密度计算分析回火温度对组织性能的影响,进一步通过Gleeble热模拟试验结果分析淬火温度对组织性能的影响。结果表明,两相区QT处理态组织为铁素体+回火板条状组织。随回火温度升高,板条形态逐渐分解,位错强化增量降低,使得抗拉强度降低;软硬相间的协调变形作用使得屈服强度先升高,后随整体位错密度降低而降低,整体波动不大,从而屈强比升高。随淬火温度升高,位错强化增量升高,抗拉强度升高;相变过程中的膨胀量变化升高,软相铁素体占比降低,使得屈服强度升高,屈强比升高;硬相回火板条状组织占比增加,低温韧性降低。

调质处理温度对高碳高硅钢组织及性能的影响

陆超, 张宇, 王雷, 李月云

2024, 49(11): 99-103. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.014

摘要 ( 22 )

PDF (3445KB) ( 4 )

研究了840~1000 ℃淬火、300~600 ℃回火对高碳高硅SWRS96Si钢的组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着淬火温度升高,未溶碳化物逐渐溶解,针状马氏体逐渐粗化,残留奥氏体逐步增多,淬火温度≥920 ℃时残留奥氏体的含量为21%~23%;回火过程中,在300~400 ℃温度区间残留奥氏体发生分解,在400~466 ℃温度区间马氏体分解、渗碳体形核长大。SWRS96Si钢在840~960 ℃淬火并在480 ℃回火时,随着淬火温度的升高,试样的断面收缩率由32%降低至24%,而强度则由1569 MPa提升至1968 MPa;在920 ℃淬火并在300~600 ℃回火时,随着回火温度升高,组织中孪晶马氏体逐步分解为渗碳体和铁素体,试样的硬度由61 HRC逐步降低到42 HRC,而室温冲击吸收能量则由1.6 J提升至9.5 J。

退火处理对CP780钢组织和拉伸行为的影响

曹洋洋, 李锋, 陈立佳, 谷雪忠, 王斌, 张鹏, 张哲峰

2024, 49(11): 104-111. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.015

摘要 ( 18 )

PDF (11597KB) ( 6 )

以CP780钢为研究对象,对其进行预拉伸变形及去应力退火处理,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、维氏硬度计、拉伸试验机等手段对不同状态CP780钢的微观组织、硬度、拉伸性能及拉伸断裂形貌进行了系统研究。结果表明,不同状态CP780钢的显微组织主要为贝氏体与铁素体;在400~550 ℃去应力退火后,试样壁厚中心处出现的贝氏体带状组织是导致拉伸断口出现分层的主要原因;随去应力退火温度的升高,CP780钢因预拉伸变形导致的塑性降低现象得到改善,而强度则是先降低后增大再降低;在600 ℃去应力退火后,预拉伸变形CP780钢获得了最高的强塑性匹配,强塑积达到16.5 GPa·%。

退火时间对Fe-2.0Mn-4.7Al-0.4C低密度高强度钢组织和性能的影响

彭侠超, 唐恩, 张香云

2024, 49(11): 112-117. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.016

摘要 ( 16 )

PDF (3802KB) ( 4 )

通过JMat-Pro模拟软件确定了Fe-2.0Mn-4.7Al-0.4C低密度钢退火温度为860 ℃,通过光学显微镜、扫描电镜、电子万能材料试验机等检测方法研究了退火时间对热轧态Fe-2.0Mn-4.7Al-0.4C钢的组织及力学性能的影响。结果表明,热轧态Fe-2.0Mn-4.7Al-0.4C钢经过退火处理,其组织由δ铁素体、α铁素体、马氏体、珠光体和渗碳体转变为δ铁素体、珠光体和残留奥氏体。退火保温120 min时,拉伸断口形貌显示试样由脆性断裂转变为韧性断裂,材料抗拉强度为515.6 MPa,屈服强度为361.0 MPa,伸长率达到最大值35.4%,强塑积达到18.3 GPa·%,综合力学性能达到最好。而退火时间过长,达到180 min时,组织晶粒长大并发生聚集,位错运动消失,导致材料韧性降低,增加了材料的脆性,断口以韧窝和较为平滑的解理面为主。

逆相变退火温度对低密度中锰钢组织和力学性能的影响

余灿生, 蒋家乐, 李云杰, 常智渊, 康健, 袁国

2024, 49(11): 118-122. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.017

摘要 ( 16 )

PDF (3190KB) ( 2 )

针对实现汽车轻量化成本过高且高强度和高塑性无法兼具的问题,设计了一种成分为0.36C-4.5Al-7.6Mn-0.31V-0.31Si-0.07Ti的低密度中锰钢,利用OM、SEM、EBSD、XRD和拉伸试验机,探究了不同逆相变退火温度对低密度中锰钢微观组织构成、残留奥氏体(含量、稳定性及奥氏体内位错密度)和力学性能的影响。结果表明,试验钢逆相变退火态为沿轧制方向长条状的δ铁素体、板条状马氏体和块状残留奥氏体的混合组织。逆相变退火温度由650 ℃升高至780 ℃时,马氏体含量减少,残留奥氏体含量由50.14%升高至58.97%,奥氏体平均晶粒尺寸先增大后减小,奥氏体KAM值(与位错密度成正比)呈相反趋势。当采用780 ℃逆相变退火1 h时,试验钢可获得最佳的力学性能,屈服强度为739.1 MPa,抗拉强度为884.2 MPa,伸长率为37.80%,强塑积为33.42 GPa·%。

高温扩散退火对4Cr5Mo2V热作模具钢显微组织与冲击性能的影响

左鹏鹏, 岳斌, 朱月凡, 唐宇轩, 张攀, 郭富玉, 闵娜

2024, 49(11): 123-131. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.018

摘要 ( 14 )

PDF (7080KB) ( 2 )

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD),并结合冲击试验,探究了高温扩散退火及其顺序对4Cr5Mo2V热作模具钢组织和性能的影响。结果表明:高温扩散退火显著改善了4Cr5Mo2V热作模具钢电渣锭中的枝晶偏析,使热轧后的带状组织较轻。钢锭中Cr、Mo和V等合金元素充分溶入基体,保证了后续热处理过程中元素的扩散和再配分,让球化退火组织中的碳化物分布更均匀,也增加了残留奥氏体的稳定性,使4Cr5Mo2V钢中保留了一定量的薄膜状残留奥氏体,进一步提升冲击性能。经3种工艺制备的4Cr5Mo2V热作模具钢淬火回火态碳化物均以MC、M₃C、M₆C和M₇C₃型为主。此外,热轧前进行高温扩散退火是解决4Cr5Mo2V热作模具钢电渣锭带状偏析和液析碳化物最经济高效的工艺,且提高冲击性能最明显。经高温扩散退火的试样冲击断口有较多韧窝,表现为韧性断裂;未经高温扩散退火的试样断口有较多解理面,表现为脆性断裂,且断口中的液析碳化物加速了裂纹的产生。

回火时间对含0.01%B耐热钢中含B碳化物析出行为和力学性能的影响

韦英东, 马煜林, 匡成阳, 宋楚, 王润泽, 张志辉, 王子富

2024, 49(11): 132-137. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.019

摘要 ( 16 )

PDF (4555KB) ( 13 )

为了揭示含B碳化物在回火过程中的析出行为及其对耐热钢力学性能的影响,利用光学显微镜和扫描电镜观察了硼含量为0.01%的耐热钢经950 ℃等温淬火+700 ℃回火不同时间(10、30、60、90、120和150 min)后的含B碳化物形态和分布情况,并使用布氏硬度计和室温拉伸试验机研究了含B碳化物的析出行为对试验钢硬度和拉伸性能的影响规律。结果表明,随着回火时间的增加,试验钢基体均为板条状回火马氏体,含B碳化物尺寸逐渐长大,形状由块状逐渐变为长条大块团聚状。随着回火时间的延长,试验钢的硬度呈先下降后上升最后下降的趋势,而抗拉强度和屈服强度呈先增加后降低趋势。当回火时间≥30 min时,试验钢拉伸断口为带韧窝的韧性断裂。其中,700 ℃回火60 min时试验钢的强度最优,抗拉强度和屈服强度分别为931 MPa和817 MPa。

Ms点以下等温处理对15NiCuMoNb5钢组织的影响

赵倩, 张亚然, 乔志霞, 董纪, 张俊萍

2024, 49(11): 138-142. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.020

摘要 ( 13 )

PDF (4564KB) ( 3 )

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对15NiCuMoNb5钢在Ms点以下经不同温度等温处理后的微观组织和析出相进行了分析。结果表明,在370 ℃等温处理时,M-A岛以微米级长条状形貌为主,析出相以M₃C和富Cu相为主。310 ℃等温处理后M-A岛以传统的块状形貌为主,析出相则以球状富Nb碳化物为主。M-A岛形貌和析出相的不同主要取决于不同温度等温处理时碳元素扩散速率及析出相驱动力的差异。

退火温度对取向硅钢组织、织构及磁性能的影响

宋坤峰, 吴隽, 唐超平, 朱世同, 贾涓, 宋新莉, 祝柏林

2024, 49(11): 143-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.021

摘要 ( 14 )

PDF (3565KB) ( 3 )

研究了退火温度对Fe-3.2%Si取向硅钢轧向和横向组织、织构及磁性能的影响。结果表明,当退火温度为850~1025 ℃时,样品未发生二次再结晶,主要织构为α^*织构和γ织构。当退火温度升高至1025~1050 ℃时,在样品轧向和横向近表面处优先发生二次再结晶,随退火温度升高晶粒迅速发生异常长大,在1050~1100 ℃时,整个样品全部完成二次再结晶,形成了单一Goss织构。退火温度为850~1025 ℃时,对应的B₈及P_15/50无明显变化,升温至1050 ℃时磁性能得到了明显改善,且在1050 ℃保温1 h时,磁性能最佳,沿轧向B₈为1.92 T、P_15/50为1.40 W/kg、相对磁导率为1.17×10⁴、矫顽力为36.70 A/m;沿横向B₈为1.35 T、P_15/50为3.50 W/kg、相对磁导率和矫顽力分别为531.75和77.51 A/m。

常化工艺对新能源汽车驱动电机用退火无取向硅钢磁性能的影响

陆佳栋, 张杰, 黄杰, 朱赫男, 岳重祥

2024, 49(11): 149-154. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.022

摘要 ( 14 )

PDF (4561KB) ( 1 )

以工业生产的2.8%Si+1.0%Al无取向硅钢热轧板为试验材料,研究了常化工艺对新能源汽车驱动电机用无取向硅钢组织、织构和磁性能的影响。结果表明:常化处理能够消除热轧变形组织,提高组织均匀性,从而改善冷轧退火组织。随着常化温度的升高,常化板晶粒尺寸和退火成品晶粒尺寸均不断增大;常化能显著改善热轧织构,常化温度升高,{110}和{100}织构强度增加,{111}织构强度减弱,且常化织构具有遗传性,退火成品中{111}织构强度同样会随着常化温度的升高而减弱。热轧板经过900 ℃×4 min常化后,冷轧至厚0.27 mm,并在1000 ℃下退火2 min,退火成品板晶粒尺寸为117 μm,为最佳晶粒尺寸。此时,退火板的磁性能达到最优,铁损P_1.5/50为2.044 W/kg,铁损P_1.0/400为13.368 W/kg,磁感应强度B₅₀为1.672 T。

水-空交替循环控时淬火对低合金钢组织与性能的影响

王川杰, 程军, 胡宇, 赵凌波, 赵胜培

2024, 49(11): 155-160. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.023

摘要 ( 18 )

PDF (4305KB) ( 2 )

针对低合金耐磨钢ZG30CrMnSiMoVTi经淬火-配分(Q-P)处理后组织分布不均匀的问题,采用水-空交替循环控时淬火(ATQ)工艺进行热处理,通过模拟计算分析了不同条件下试验钢的冷却曲线,确定了ATQ处理工艺细节。借助OM、SEM、EDS、洛氏硬度计、冲击试验机和拉伸试验机对不同循环次数下ATQ处理试验钢的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,经过ATQ处理的试验钢中出现了大量的马氏体和少量的贝氏体组织。经过ATQ循环3次的试验钢的组织分布最为均匀,贝氏体含量最多,而且力学性能最优。ATQ循环3次的试验钢的平均洛氏硬度为46.45 HRC,冲击吸收能量为29.1 J,抗拉强度为1551.69 MPa,屈服强度为1293.07 MPa,断后伸长率为12.6%。

冷轧压下率和退火工艺对合金钢50CrNiMoVNb再结晶的影响

朱施利

2024, 49(11): 161-166. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.024

摘要 ( 24 )

PDF (2596KB) ( 2 )

利用冷轧机对50CrNiMoVNb退火钢带进行冷轧,采用高温马弗炉对冷轧试样进行退火,并通过金相显微镜、显微硬度计研究冷轧压下率、退火温度和退火时间对再结晶的影响。结果表明,增加冷轧压下率能提高再结晶晶粒生长速度,压下率越大,再结晶后的晶粒越细小和均匀;800 ℃退火1 h试样平均晶粒尺寸从0%压下率的8.0 μm减小到50%压下率的5.6 μm。相同冷轧压下率的试样退火后空冷,随着退火温度的升高,硬度先降低后升高。提高退火温度和延长保温时间,再结晶度提升;冷轧压下率为30%时,800 ℃退火70 min完成再结晶。再结晶体积分数x、再结晶时间t_R、再结晶晶粒尺寸d与形核率N、线生长速度v和保温时间t之间的关系为:x(t)≈Nv³t⁴、$t_{\mathrm{R}}=\sqrt[4]{\frac{3}{\pi N v^{3}}}$、$d=2 \sqrt[4]{\frac{3 v}{\pi N}}$。

贝氏体等温温度对两相区轧制舰船用钢组织性能的影响

田亚强, 姚硕, 张明山, 李红斌, 胡宝佳, 陈连生

2024, 49(11): 167-171. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.025

摘要 ( 12 )

PDF (2816KB) ( 2 )

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试等手段,研究了两相区轧制后贝氏体区等温温度对舰船用钢组织性能的影响。结果表明,热轧后,试验钢组织为M/A岛和少量铁素体。等温温度为400、450 ℃并空冷至室温时,组织为板条贝氏体、粒状贝氏体和铁素体。等温温度为500 ℃时,组织为粒状贝氏体和铁素体。试验钢经过贝氏体等温处理后,屈服强度在981~1116 MPa之间,抗拉强度在997~1124 MPa之间。在500 ℃等温时,相比其他两种温度,残留奥氏体体积分数最大,导致伸长率和冲击吸收能量分别达到最大值11.7%和104.1 J。综合比较,在450 ℃等温处理时,试验钢的性能达到最佳,抗拉强度为1124 MPa,屈服强度为1116 MPa,伸长率为11.3%,冲击吸收能量为71.4 J。

30CrMnSi钢的等温淬火工艺

付星, 郭兆东, 姚中涛, 宋骐羽, 徐微, 洪嘉琪, 陶宇航, 秦颖

2024, 49(11): 172-177. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.026

摘要 ( 15 )

PDF (5518KB) ( 3 )

采用金相显微镜和硬度计对30CrMnSi钢等温淬火处理后的显微组织及硬度进行了研究。结果表明,30CrMnSi钢热轧管经880 ℃保温30 min正火预处理替代传统退火处理后,适合切削加工;经工艺优化,最佳等温淬火工艺为890 ℃奥氏体化30 min,420~440 ℃等温1~1.5 h,经优化工艺处理后,可得到下贝氏体组织,硬度在37~39 HRC范围,满足产品设计要求。

焊后热处理对Sanicro25/G115异种钢接头组织及力学性能的影响

李林平, 刘艳荣, 杨茂鸿, 杜晋峰, 张峥

2024, 49(11): 178-184. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.027

摘要 ( 19 )

PDF (5217KB) ( 10 )

利用钨极氩弧焊(GTAW)制备Sanicro25/G115异种钢焊接接头,采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验机对焊后态、760 ℃回火态、780 ℃回火态焊接接头的显微组织及力学性能进行研究。结果表明,焊接接头Sanicro25钢侧母材、热影响区组织为奥氏体+析出相;焊缝组织呈胞状树枝晶形态;G115钢侧热影响区、母材为回火马氏体组织。经焊后热处理后,G115钢侧CGHAZ、FGHAZ及母材区析出相数量增多,原奥氏体晶界、马氏体板条界分布有M₂₃C₆、MX析出相。室温拉伸下焊后态呈准解理脆性断裂,760 ℃回火态、780 ℃回火态呈韧性断裂,断裂位置由焊缝转移至G115钢侧FGHAZ;高温(650 ℃)拉伸下三者均呈韧性断裂,断裂位置由G115钢侧母材转移至G115钢侧FGHAZ。推荐焊后热处理温度为780 ℃。

热处理工艺对Ti-55511钛合金微观组织与拉伸性能的影响

翟欣姣, 张明玉, 宋一新, 岳旭, 同晓乐

2024, 49(11): 185-190. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.028

摘要 ( 21 )

PDF (3380KB) ( 7 )

对Ti-55511钛合金进行不同工艺的BASCA (β退火+缓慢冷却+时效)处理,并使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子万能试验机,分析了BASCA工艺对Ti-55511钛合金微观组织与拉伸性能的影响。结果表明,经BASC(β退火+缓慢冷却)工艺处理后,组织中的初生α相尺寸相比合金原始组织中的α相有一定程度的增加,组织中初生α相形貌包括大量条状、少量等轴状以及个别块状。经BASCA工艺处理后,合金中β转变组织明显,组织变得更加均匀稳定。BA(β退火)温度会影响组织中的α相尺寸、形貌以及含量。合金强度随BA温度的升高而升高,而塑性则呈相反趋势。合金经BASC工艺处理后的断口形貌主要以韧窝为主,韧窝形貌较大且深,随BA温度升高,断口中撕裂棱形貌越加明显,并发现经BASCA工艺处理后的断口微观形貌中除韧窝外还存在二次裂纹,且断口呈现出高低起伏的崎岖形貌。

固溶温度对Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金组织和性能的影响

张俊, 张冰

2024, 49(11): 191-194. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.029

摘要 ( 18 )

PDF (3093KB) ( 2 )

利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪及拉伸试验机,研究了固溶温度(850、820、790、760 ℃)对固溶时效(550 ℃时效4 h)Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe耐蚀钛合金板材显微组织及力学性能的影响。结果表明,钛合金原始板材和热处理后的显微组织均由等轴α相和残留β相组成。随着固溶温度的升高,α相含量降低,β相含量升高。热处理降低了钛合金板材的内应力和位错密度,伸长率得到改善。随着固溶温度的升高,时效后试验钛合金的抗拉强度先增加后降低,伸长率先降低后升高。经过820 ℃固溶+时效的钛合金抗拉强度最高,其RD和TD方向的抗拉强度分别为1387 MPa和1357 MPa,伸长率分别为3.7%和4.1%。

热处理工艺对高压生产高氮不锈钢组织和性能的影响

刘吉猛, 王书桓, 赵定国, 李皓, 陈庆功

2024, 49(11): 195-202. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.030

摘要 ( 18 )

PDF (5770KB) ( 4 )

以316L不锈钢为基础,设计并采用高压熔炼-高压凝固方法制备了氮含量为1.1%的高氮不锈钢钢,对其进行1050 ℃×10 h固溶处理及不同温度(600、800、1000 ℃)时效处理后,通过氮含量分布检测、组织观察、能谱扫描、力学性能测试、浸泡腐蚀、电化学腐蚀等方法,研究了高氮不锈钢铸锭氮含量分布以及固溶-时效处理后该高氮不锈钢的力学性能、耐蚀性能。结果表明,试验高氮不锈钢宏观氮含量分布均匀,但微观上存在N、Cr元素的富集,针状马氏体条带上的富集可以提高材料耐蚀性,氮化铬析出可以提高材料的强度但降低其耐蚀性;800 ℃时效2 h后,试验钢的力学性能最好,抗拉强度为771 MPa、屈服强度为658 MPa;固溶处理后的耐蚀性最好,800 ℃时效2 h试验钢相比其他时效温度处理的耐蚀性更好。综合力学性能及耐蚀性能,该高氮不锈钢的最佳热处理工艺为固溶处理后再进行800 ℃时效处理2 h。

00Cr23Ni12Mn5Mo2N奥氏体不锈钢的制备工艺与组织性能

殷立涛, 王九花, 李志龙, 李洁, 郭亚非, 庞庆海

2024, 49(11): 203-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.031

摘要 ( 18 )

PDF (3208KB) ( 5 )

通过光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机和冲击试验机等研究了00Cr23Ni12Mn5Mo2N奥氏体不锈钢不同制备工艺下的显微组织以及经高温均匀化后表面和心部的力学性能、断口形貌等。结果表明,试验钢经1190 ℃保温24 h的高温均匀化处理可以有效消除σ相,切实提高试验钢的高温性能,为锻造提供有利条件。试验钢经高温均匀化后,再经两镦两拔的方式锻造成形,并控制锻造温度在1210~950 ℃,可有效改善心部变形不充分的问题,表面和心部动态再结晶较完全,组织均匀细小,表面和心部晶粒度均可达到6级以上。试验钢锻后表面和心部性能均较为优异,表面的抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度及77 K冲击吸收能量分别为821 MPa、41.0%、65.0%、252 HBW和49.1 J,心部强度和硬度略低于表面,但塑韧性相对较好。

时效温度对冷轧2A97铝锂合金拉伸性能和晶间腐蚀敏感性的影响

李梦琪, 王芝秀, 李海

2024, 49(11): 209-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.032

摘要 ( 18 )

PDF (2995KB) ( 2 )

通过拉伸测试、晶间腐蚀测试、扫描电镜和透射电镜观察,研究了时效处理(150~210 ℃,1 h)对(525 ℃×1 h)固溶处理+70%压下量冷轧后的2A97铝锂合金拉伸性能和晶间腐蚀敏感性的影响。结果表明,随时效温度的升高,合金强度先增大后减小,伸长率不断减小;腐蚀类型由均匀腐蚀转为点蚀,最大腐蚀深度逐渐增加,这与T₁相和θ′相在晶内析出,同时析出相在晶界处断续分布有关。时效温度为180 ℃时,合金获得高强度(597、540 MPa)、较高伸长率(6.9%),且无晶间腐蚀敏感性。

8Cr13马氏体不锈钢中碳化物细化工艺及其对性能的影响

李铭煊, 张覃轶, 蒋巍, 郑伟平, 伍冬

2024, 49(11): 215-223. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.033

摘要 ( 17 )

PDF (5785KB) ( 2 )

对8Cr13马氏体不锈钢进行不同固溶处理+不完全退火处理,研究钢中碳化物细化规律及其对最终淬回火后性能的影响。结果表明,高温固溶+不完全退火工艺可有效细化8Cr13钢中碳化物,随固溶温度升高、固溶时间延长,碳化物逐渐溶解,碳化物体积分数和碳化物尺寸减小。与未固溶直接淬回火试样相比,1100 ℃×4 h高温固溶+不完全退火试样淬回火后可获得最佳的综合性能,屈服强度、抗拉强度以及伸长率分别提升30.6%、8.3%以及147.7%,硬度略有降低但符合要求,自腐蚀电流密度降低一个数量级。

时效析出对Al-Cu-Li合金疲劳性能的影响

刘梦, 陶小玉, 李凯芳, 李欢, 陈钰, 柏松, 刘志义

2024, 49(11): 224-230. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.034

摘要 ( 14 )

PDF (4724KB) ( 1 )

通过室温拉伸、疲劳裂纹扩展速率测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段研究了Al-Cu-Li合金在143 ℃时效不同时间后的微观组织及力学性能。结果表明,在时效25~35 h阶段,合金强度快速增加,表现出较强的时效响应;而继续时效至65 h,强度增加幅度较小并达到峰值。不同时效时间(25、35、65 h)下合金的主要析出相都为T₁相,时效25 h后合金中T₁相尺寸细小且存在少量δ′相,可动位错可以切过析出相从而发生可逆滑移,增加疲劳裂纹偏转效应以及裂纹闭合效应,疲劳裂纹扩展速率最低,表现出较高的裂纹扩展抗力。随着时效时间的延长,T₁相尺寸及数量密度都有所增加,疲劳裂纹扩展速率增大。时效65 h后合金中T₁相尺寸明显增大,可动位错只能绕过T₁相从而产生应力集中,疲劳裂纹扩展速率明显加快,疲劳性能最差。

固溶淬火后室温停放对2219-T3铝合金组织和性能的影响

张航, 罗超庆, 贾桂龙, 何克准

2024, 49(11): 231-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.035

摘要 ( 13 )

PDF (3808KB) ( 1 )

采用金相观察、室温拉伸以及电子背散射衍射分析等方法,研究了不同工艺条件对2219-T3铝合金板材组织性能的影响。分析结果表明,固溶淬火后经过1~5天的室温停放后,2219铝合金板材经过冷变形达到T3状态,其室温屈服强度随着室温停放时间的延长逐渐提高。此外,T3状态下板材的屈服强度随着冷变形量的增加而增加,然而在达到7%~8%的变形量后,进一步的冷变形对屈服强度的提高影响有限,断后伸长率有所下降。室温停放3天后再冷变形的试样,在强度与塑性之间展现出更好的匹配性。进一步的组织分析表明,经过冷变形后的试样并未改变固溶淬火后形成的再结晶结构,KAM分析显示,在晶粒内部形成了较为均匀的位错分布,确保了T3状态下较大程度上起强化作用的原子团簇的保留。

固溶处理对储氢罐用6061铝合金组织性能的影响

刘天鑫, 于伯仁, 路孟洋, 薛冰

2024, 49(11): 236-240. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.036

摘要 ( 16 )

PDF (3565KB) ( 3 )

针对储氢罐用6061铝合金,制定了3种固溶处理工艺((490、500、520) ℃×4 h+520 ℃×4 h),研究了固溶工艺对合金微观组织及力学性能的影响。结果表明,经固溶处理后,锻压态6061铝合金发生不同程度的回复和再结晶,较未固溶直接时效锻压态6061铝合金,固溶时效处理6061铝合金的强度、硬度增大,塑性降低。第二相(AlFeSi相关化合物和Mg₂Si相)回溶程度与铝基体的回复再结晶程度对合金的强度有较大影响,回溶程度增加,铝合金的强度相应提高,铝基体的回复再结晶程度增加,则铝基体的强度相应降低。综合考虑强度、硬度和塑性因素,最佳的固溶工艺为500 ℃×4 h+520 ℃×4 h,水冷。

磁场对选区激光熔化AlSi10Mg合金组织和力学性能的影响

吴国强, 吴懋亮, 张坤, 刘鹏, 陈默

2024, 49(11): 241-245. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.037

摘要 ( 15 )

PDF (2440KB) ( 1 )

在330 W激光功率下,在有无磁场(0、150 mT)条件下,选区激光熔化(SLM)成形AlSi10Mg合金,研究了磁场的引入对合金组织和性能的影响。结果表明,有无磁场下合金组织均为α-Al和Si相,表明磁场引入对合金相无影响。150 mT磁场下,由于熔池中的阻尼效应降低了熔池流速,抑制了气孔的形成,提高了合金的致密度,相对密度增加约0.4%,硬度提升约11.8%。与无磁场SLM成形AlSi10Mg合金相比,150 mT磁场下,合金具有更好的极限抗拉强度和延展性,抗拉强度提升了约55 MPa,伸长率提升了约0.8%。

时效温度对轧制Mg-Al-Ca-Mn-Zn合金组织及阻尼性能的影响

裴梦雨, 孙有平, 何江美, 刘华燊, 刘鑫雨

2024, 49(11): 246-255. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.038

摘要 ( 22 )

PDF (6795KB) ( 1 )

采用光学显微镜(OM)、动态热分析仪、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机以及扫描电镜(SEM)等设备,研究了时效处理对多道次轧制+退火处理Mg-1.2Al-0.4Ca-0.3Mn-0.3Zn镁合金板材的显微组织、力学性能以及阻尼性能的影响。结果表明,退火态的平均晶粒尺寸为4.82 μm,存在少量孪晶,抗拉强度和伸长率分别为212.09 MPa和9.87%;时效温度为150 ℃时,平均晶粒尺寸为4.95 μm,抗拉强度为207.84 MPa,伸长率为6.58%;时效温度为190 ℃时,平均晶粒尺寸为4.05 μm,晶粒细小且分布均匀,合金晶界处中出现Al-Mn、Al-Ca以及Mg₂Ca等第二相,使得综合力学性能良好,抗拉强度为224.21 MPa,伸长率为14.2%。在低应变振幅区(ε≤0.1%),轧制态、退火态、150 ℃和190 ℃时效态合金的阻尼值差别不大,在高应变振幅区(ε>0.1%),190 ℃时效合金的阻尼性能最好;在低温区(35~150 ℃),4种状态合金的阻尼峰均由位错滑移引起;在高温区(150~375 ℃),轧制态合金的阻尼峰最高,轧制态、退火态和150 ℃时效态合金的阻尼峰由位错滑移引起,190 ℃时效态合金的阻尼峰由位错滑移和晶界滑移叠加得到。

热处理对Mg-6Sn-3Zn-xAl合金微观组织和力学性能的影响

杜佳贝, 张扬, 卢雅琳

2024, 49(11): 256-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.039

摘要 ( 15 )

PDF (3943KB) ( 3 )

利用XRD、OM、SEM、硬度测试和拉伸试验等方法,研究了热处理对不同Al含量Mg-6Sn-3Zn-xAl(x=0、1、2、3)合金微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,铸态Mg-6Sn-3Zn合金由α-Mg等轴枝晶和Mg₂Sn相组成,Al元素的加入使得铸态合金的晶粒细化,同时在合金中形成了Mg_x(ZnAl)_1-x准晶相。经320 ℃×3 h＋430 ℃×24 h固溶处理后,Mg-6Sn-3Zn-xAl合金中的Mg_x(ZnAl)_1-x准晶相完全溶解,Mg₂Sn相大部分溶解但有少量残留。时效硬化曲线表明,在200 ℃时效过程中,Mg-6Sn-3Zn-xAl合金均在216 h达到峰时效,峰时效合金中析出大量弥散分布的Mg₂Sn相。Al元素的加入带来的一定的强化作用,而固溶和时效处理均在一定程度上提升了合金的力学性能。合金力学性能的改善分别来自于细晶强化、固溶强化和沉淀强化的贡献。

双重退火工艺对准β锻TC18合金锻件组织和性能的影响

汤育玺, 王进, 崔明磊, 刘刚伟, 常康

2024, 49(11): 262-266. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.040

摘要 ( 16 )

PDF (3363KB) ( 2 )

研究了不同双重退火工艺参数下,TC18合金准β锻锻件组织和性能的变化规律。结果表明,随着一次退火高温段温度的升高,层片状α相发生分离,促使了层片状α相的球化,锻件塑性略有降低;随着一次退火高温(830 ℃)降至低温(750 ℃)降温时间的缩短,锻件的强度增加,塑性和断裂韧度降低;随着一次退火中温阶段温度的升高,未转变β组织及弥散分布的次生α相的数量增加,锻件强度上升,断裂韧度和塑性下降;次生α相的形貌与数量与二次退火温度相关,随着二次退火温度的升高,次生α相聚集长大,弥散程度下降,锻件的强度下降,断裂韧度和塑性上升。

Nb微合金化17CrNiMo6钢齿轮轴的高温渗碳工艺

韩春阳, 胡寒婷, 张沛, 赵学谦, 王明飞

2024, 49(11): 267-271. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.041

摘要 ( 20 )

PDF (2963KB) ( 6 )

对17CrNiMo6钢进行Nb微合金化,研究其不同Nb添加量下的奥氏体晶粒度。并对Nb微合金化17CrNiMo6钢进行不同温度(910、930、940 ℃)的高温渗碳处理,对其有效硬化层深度和力学性能进行了研究。结果表明,经Nb微合金化后,17CrNiMo6钢的奥氏体晶粒细化效果显著,且随着Nb含量的增加,奥氏体晶粒等级增大,合适的Nb添加范围为0.03%~0.04%。与910 ℃高温渗碳相比,含0.032%Nb微合金化17CrNiMo6钢经930和940 ℃高温渗碳后,有效硬化层深度增加,渗碳速度分别提高8.3%~11.9%、13.3%~15.3%,但力学性能、晶粒度均无明显区别。因此,可通过适当提升渗碳温度加快微合金化17CrNiMo6钢的渗碳速度。

18Cr2Ni4WA钢渗碳后的环保型热处理

王新宇, 杨立新, 刘艳梅, 刘刚, 康冲, 颜廷宇

2024, 49(11): 272-277. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.042

摘要 ( 17 )

PDF (1762KB) ( 3 )

针对现有浴炉复合等温淬火工艺的高污染、高能耗问题,提出了真空淬火、分级淬火、气氛炉复合等温淬火3种替代工艺,对比分析了18Cr2Ni4WA钢渗碳后,经3种工艺淬火+深冷+回火处理后的渗碳层和心部的显微组织、硬度和力学性能。结果表明,3种淬火方案处理18Cr2Ni4WA钢的渗碳层组织均以回火马氏体为主,但心部组织不同。真空淬火和分级淬火工艺下,心部组织为回火马氏体,复合等温淬火工艺下的心部组织为回火索氏体,因此真空淬火和分级淬火下硬度、抗拉强度更高,而复合等温淬火工艺下塑韧性更好。3种替代工艺处理18Cr2Ni4WA钢的各性能指标均能满足应用指标要求,且均未使用高污染高能耗的碱槽设备,可实现渗碳后绿色热处理的目标。

基于ANSYS可控气氛炉在不同搅拌风扇下流场的数值分析

束东方, 骆诚, 施磊

2024, 49(11): 278-283. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.043

摘要 ( 20 )

PDF (4846KB) ( 6 )

基于有限元数值分析,对不同搅拌风扇下可控气氛密封箱式炉内流场进行模拟,通过采用瞬态和稳态的方法,分析了4叶搅拌风扇(Fan4)和6叶搅拌风扇(Fan6)下可控气氛炉内部的流速、静压和动压变化趋势。Fan4炉腔内气流路径比较均匀,且都在炉腔上部非工作区域,Fan6炉腔内气流路径容易形成涡流,对炉温均匀性及气氛均匀性影响较大。Fan4和Fan6炉腔内动压云图基本上类似,工作区域内动压差别较小。Fan6炉膛内静压要普遍高于Fan4,同等条件下,6叶风扇会造成炉压偏高。

人工关节材料纯钽的表面氧化工艺及硬度

杨光, 谢晓东, 罗勇, 许振陶, 孙孝礌, 祁阳, 马贤

2024, 49(11): 284-289. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.044

摘要 ( 17 )

PDF (3733KB) ( 2 )

使用低压真空表面渗氧技术、扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱技术和纳米压痕技术等手段研究了不同工艺下人工关节材料纯钽的表面渗氧产物及硬度。结果表明,在500 ℃渗氧2 h、273 mL(通氧量,下同)的条件下可以在纯钽表面制备出物相为钽氧化合物Ta₄O、平均厚度约为3.6 μm的渗层。在550 ℃×2 h/273 mL、550 ℃×5 h/1.3 mL、550 ℃×10 h/0.013 mL以及650 ℃×3 h/0.013 mL条件下可以制备出δ-(Ta, O)化合物。通过调整渗氧温度、时间和通氧量可以实现δ-(Ta, O)化合物渗层厚度的改变。在550 ℃渗氧1 h、273 mL通氧量的条件下可制备出平均厚度约为60 μm的渗层,其物相为多价态钽的钽氧化合物;经渗氧处理后试样的硬度为(160.27±2.80) HV5,其最大纳米压痕硬度为7.92 GPa,显著地高于纯钽原始试样,该工艺可提高用于人工关节的钽基材料耐磨性,进而提高其使用寿命。

机械振动TiC-Fe₃Al-Ni熔覆层的组织与性能

郭珺, 周俊杰, 梁国星, 黄永贵

2024, 49(11): 290-295. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.045

摘要 ( 14 )

PDF (3448KB) ( 2 )

为提高42CrMo钢表面耐磨性,改善其表面熔覆层中经常出现的气孔和裂纹缺陷,提高熔覆层整体性能,运用激光熔覆复合不同的机械振动模式在42CrMo钢表面制备了TiC-Fe₃Al-Ni熔覆层。借助SEM、XRD、显微硬度计与摩擦磨损试验机,分析了不同振动方向下熔覆层的物相组成、微观组织及性能。结果表明,机械振动的加入使熔覆层中的气孔与裂纹得到有效抑制,在晶粒生长的过程中,机械能量可破坏枝晶的晶臂,减少枝晶的生长,促进等轴晶的生成,提升熔覆层的致密度。熔覆层物相主要由TiC、Ti₈C₅、Fe₃Al、FeO、AlNi组成,施加机械振动后物相组成无明显变化。垂直方向振动对熔覆层显微组织有明显改善,可使熔覆层平均硬度(1891.78 HV0.2)较无机械振动提升一倍以上,耐磨性最优,磨损量为1.57 mg,摩擦过程波动小。

奥氏体化工艺对22MnB5热成形钢锌基镀层结构及裂纹的影响

赵景轩, 梁健, 张玲玲, 董伊康, 王立辉, 苗斌, 沈春光, 郑士建

2024, 49(11): 296-301. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.046

摘要 ( 17 )

PDF (4888KB) ( 1 )

以22MnB5热镀锌热成形钢为研究对象,将其加热至不同奥氏体化温度,保温不同时间后热冲压成形,并用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)分析等手段对镀锌层的组织结构、表面氧化物及开裂情况进行表征,探究奥氏体化工艺对热成形钢锌基镀层结构及裂纹的影响规律。结果表明,奥氏体化后镀层主要由α-Fe(Zn)相和少量脆性Fe₃Zn₁₀相组成,加热温度由870 ℃升高至890 ℃热成形时,镀层厚度达到最大且其中Fe₃Zn₁₀相含量降低,使得热成形后镀层中裂纹明显减少;当加热温度升高到910 ℃热成形时,由于Zn元素挥发,镀层厚度略有降低,表面形成大量Mn、Zn等元素氧化物,镀层中Fe₃Zn₁₀相含量显著增加,导致热成形后形成大量裂纹。当保温时间由370 s延长至400 s(加热温度为890 ℃)时,促进了Fe-Zn反应,形成更多数量的α-Fe(Zn)相,致使镀层厚度增加,但表面氧化程度并无显著变化。

60Si2MnA钢弹性挡圈断裂失效分析

陈贺贺, 刘春江, 姜涛, 国晨

2024, 49(11): 302-307. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.047

摘要 ( 20 )

PDF (4585KB) ( 8 )

转子部件空心轴内安装60Si2MnA钢弹性挡圈时发生断裂。为明确弹性挡圈的失效性质和原因,对弹性挡圈断口进行了宏、微观形貌观察,对原材料进行了化学成分检测,对材料显微组织和硬度进行了表征。结果表明,弹性挡圈断裂性质为氢致脆性断裂。弹性挡圈由于回火温度较低造成材料硬度较高,导致其氢脆敏感性较高,电镀时氢在材料内部的积累量增加,造成其安装过程中发生氢脆断裂。建议控制弹性挡圈热处理过程,合理降低材料硬度;控制电镀工艺,降低弹性挡圈镀锌层厚度。

42CrMo钢锻件斑点状偏析形成原因分析

徐全, 陈民涛, 党淑娥, 张英凡, 焦永星, 白宏亮

2024, 49(11): 308-314. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.048

摘要 ( 18 )

PDF (6027KB) ( 9 )

利用OM、SEM、EDS等技术,对风电齿轮箱用42CrMo钢锻件表面的亮白色斑点状偏析进行观察分析。结果表明,锻件表面的亮白色斑点偏析为回火贝氏体。这是由于42CrMo钢钢锭存在成分偏析,锻造后呈条状和斑点状贝氏体偏析;经常规锻后热处理(正火+高温回火)后,成分未均匀化,贝氏体偏析演变为聚集的颗粒状Cr、Mo碳化物偏析;再经调质处理后,组织转变为回火索氏体基体上存在着大小不一、分布不均的回火贝氏体。

300M钢制件磨削延迟开裂失效分析

岳海燕, 贾敏, 曾志强, 孙新明, 程胜

2024, 49(11): 315-319. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.049

摘要 ( 21 )

PDF (2249KB) ( 4 )

300M钢制件制备完成后静置一段时间发现制件一表面存在大量微裂纹。从外观、材料化学成分、显微组织和裂纹特征、硬度方面对该批制件的开裂原因和开裂机制进行了分析。结果表明,制件裂纹为磨削裂纹,起源于磨削面的近表层,主要呈沿晶和准解理开裂特征。开裂原因是制件镀铬后,在磨削过程中表层材料发生塑性流动并在急冷条件下产生了残余拉应力,表层和近表层组织发生烧伤产生组织拉应力且近表层材料硬度降低,在后续制件静置过程中,由于镀铬引入的氢原子向近表层扩散,并在位错和晶界处聚集,在残余拉应力和组织拉应力作用下,氢原子诱导磨削裂纹在近表层发生延迟开裂。

核电站安全壳隔离阀齿轮失效分析

汤恒, 李国强, 徐洋洋, 邓江勇

2024, 49(11): 320-324. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.11.050

摘要 ( 14 )

PDF (3263KB) ( 2 )

某核电厂机组调试期间,安全壳隔离阀未按预期关闭,解体阀门检查发现齿轮轴齿轮表面存在裂纹。通过宏观检查、化学成分分析、金相检验、硬度测试等方法分析阀门齿轮失效的原因。结果表明:裂纹为淬火裂纹,在齿根与齿轮轴外边缘过渡处产生,齿根圆角过渡处存在明显的粗糙加工刀痕;齿轮区整体硬度过高,全齿淬硬,不满足JB/T 6395—2010要求。分析认为裂纹的产生主要与热处理工艺方法选用错误及热处理工艺控制不当有关,齿根圆角过渡处存在明显的粗糙加工刀痕为裂纹产生的促成因素。

本期目录