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    M390高铬高钒粉末冶金工具钢奥氏体化过程中的碳化物演变规律
    邓锦强, 张覃轶, 陈俊, 伍冬, 刘伟, 周鸿锋
    金属热处理    2023, 48 (11): 1-7.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.001
    摘要105)      PDF (4216KB)(117)   
    利用SEM-EDS、TEM和Image-Pro Plus等分析手段研究了M390钢在不同奥氏体化过程中的碳化物演变规律。结果表明,在1075~1150 ℃加热,保温15~120 min奥氏体化条件下,M390钢中碳化物体积分数和平均尺寸随淬火温度升高整体呈现下降趋势。同一淬火温度下,随保温时间延长,碳化物数量整体减少,碳化物平均尺寸先减小后增大,小尺寸碳化物数量先增加后减少,硬度先上升后下降。高温油淬后M390钢中未溶碳化物类型主要是M7C3和M8C7。在奥氏体化过程中,M390钢中碳化物变化主要是M7C3的溶解、长大及再溶解。
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    组织均匀化处理对Cr-Ni-Mo钢力学性能的影响
    史长鑫, 谷国超, 崔树刚, 许文花, 肖桂勇, 吕宇鹏
    金属热处理    2023, 48 (12): 1-6.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.001
    摘要109)      PDF (5916KB)(113)   
    采用阶梯式循环淬火+调质工艺对AISI 4330钢中产生的带状缺陷进行了均匀化处理,并探究均匀化处理过程的组织演变及其对力学性能的影响规律。结果表明,原始带状缺陷试样为铁素体+珠光体组织,带状组织评级为3级,EPMA结果显示存在较为严重的C、Cr、Mo元素偏析。经过多次高温淬火+调质,带状缺陷组织转变为由铁素体和含Cr碳化物以及回火索氏体组成的均匀组织,元素偏析得到一定程度的改善,C元素扩散明显,Cr、Mo元素偏析仍存在,阶梯式循环淬火的多次相变过程使得组织得到明显细化。此外,试验钢的力学性能得到提升,抗拉强度达到1200 MPa以上,硬度达到350 HBW左右,-40 ℃冲击吸收能量达到64.2 J左右,组织细化同时提高了试样的强度及塑韧性,碳化物的大量析出也有利于提高钢的强度。强度和韧性的提升更能满足压裂泵产品使用要求,提高AISI 4330钢使用寿命。
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    新型Co-Ni基高温合金的热变形行为及微观组织演变
    付志强, 何国爱, 吴赟杰, 贺存孝
    金属热处理    2024, 49 (2): 1-7.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.001
    摘要125)      PDF (7060KB)(112)   
    利用Gleeble-3800热模拟试验机对新型Co-Ni基高温合金进行热压缩试验,研究其在变形温度为950~1100 ℃、应变速率为0.01~10 s-1、真应变为0.693时的热变形行为和微观组织演变。结果表明,合金流动应力随变形温度的升高或应变速率的降低而减小。合金平均晶粒尺寸随变形温度的升高而增加,降低变形温度和提高应变速率可细化动态再结晶晶粒。基于EBSD和TEM分析表明,合金热变形过程中非连续动态再结晶(DDRX)作为主要动态再结晶(DRX)机制,孪晶形核作为辅助形核机制。
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    低温冷轧与时效处理对Cu-Ni-Co-Si合金组织性能的影响
    徐开泰, 刘骐升, 尤凯司, 刘照宇, 张峻嘉
    金属热处理    2024, 49 (3): 1-6.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.001
    摘要80)      PDF (4115KB)(101)   
    研究了冷轧及时效工艺对Cu-1.8Ni-0.9Co-0.641Si合金板带材组织性能的影响。对比了液氮低温冷轧与室温冷轧对合金板材性能的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对其影响机制进行分析。结果表明,在时效60 min 时,室温冷轧与低温冷轧后合金板材硬度达到最大,分别为450 ℃时效的285.53 HV0.3和400 ℃时效的307.2 HV0.3。研究还发现随着时效温度的升高,合金的导电率随之升高,在经过500 ℃时效处理后,低温冷轧合金的导电率最高,能够达到60.11%IACS。在时效处理过程中,板材内部的位错密度降低,晶粒和晶界中出现了大量细小且均匀的纳米级(Ni,Co)2Si有序相。与室温冷轧相比,经过低温冷轧的Cu-Ni-Co-Si合金组织更加细化,位错密度更高。
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    Zn/Mg比对7075铝合金显微组织、力学性能和耐蚀性能的影响
    何宗政, 吴名冬, 袁硕, 姚树伟, 肖代红, 黄兰萍, 刘文胜
    金属热处理    2024, 49 (5): 1-9.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.05.001
    摘要144)      PDF (9223KB)(101)   
    通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验、硬度测试及腐蚀测试等方法,研究了不同Zn/Mg比(质量分数)对7075铝合金组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,随着Zn/Mg比由1.76增加到2.90,铸态铝合金晶粒尺寸增大,铝合金的T6时效硬化速率加快,达到峰值硬度的时间缩短。Zn/Mg比的增加导致T6峰时效态铝合金的再结晶率降低和低角度晶界占比增加。Zn/Mg比为2.10时,T6峰时效处理下铝合金的抗拉强度为634 MPa,屈服强度为588 MPa,伸长率为8.4%;T74时效态的抗拉强度为613 MPa,屈服强度为542 MPa,伸长率为8.9%。两种时效状态下的铝合金(Zn/Mg比为2.10)均在拥有良好强度的同时保持着较高的伸长率。随着Zn/Mg比由1.76增加到2.90,时效态铝合金的耐蚀性能降低。且T74时效处理后铝合金的耐蚀性能优于T6峰时效态下的铝合金。
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    Cu对390 MPa级CrNiMo系低合金船用钢板力学性能的影响
    李为先, 彭伟, 胡杰, 刘腾轼, 周路海, 董瀚
    金属热处理    2024, 49 (4): 1-7.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.001
    摘要100)      PDF (5141KB)(86)   
    以不含Cu(961-Base)和含1wt%Cu(961-Cu)的CrNiMo系低合金船用钢板为研究对象,测试其经两次淬火+高温回火后的室温拉伸和低温冲击力学性能。通过热膨胀相变仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等技术手段研究了Cu对试验钢显微组织、力学性能、析出相和织构特征的影响。结果表明,不含铜钢的Ac1和Ac3温度分别为767 ℃和905 ℃,含Cu钢的Ac1和Ac3温度分别为762 ℃和895 ℃,且含铜钢的铁素体/贝氏体转变温度范围更低。经热处理后试验钢的显微组织均为板条贝氏体(LB)和少量准多边形铁素体(QPF),含铜钢的板条细化使大角度晶界比例提高了6.8%,更有利于阻碍裂纹扩展。含铜钢的屈服强度和抗拉强度分别比不含铜钢提升了84 MPa和68 MPa,低温冲击吸收能量从220 J提升到267 J。二者的冲击断口均以剪切唇和纤维区为主,含铜钢具有更大的剪切断面率。fcc结构的富Cu相在基体和位错线处非均匀析出,呈球状或棒状,产生析出强化作用。两种试验钢均以α和γ织构为主要织构特征,其中含铜钢含有更高比例的有利于变形的γ织构。
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    压铸模具用H11钢大型模块真空等温淬火过程的数值模拟
    涂宇杰, 李秉宸, 陈浩, 吴晓春
    金属热处理    2024, 49 (7): 1-8.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.001
    摘要85)      PDF (5794KB)(71)   
    基于金属-热-力耦合理论,以压铸模具用H11钢大型模块(500 mm×500 mm×500 mm)为研究对象,建立真空等温淬火过程中模块的多物理场耦合模型,并进行数值模拟研究了模块的温度场、组织场和应力场在不同等温淬火工艺下的变化规律。结果表明,与直接淬火相比,等温淬火工艺可以有效减少模块冷却过程中的心表温差与应力,避免变形和开裂的风险。等温淬火工艺可以在避开珠光体形成和碳化物沿晶析出的前提下提升大型模块心部的贝氏体体积分数,并且随着等温时间的增加,心部贝氏体体积分数也不断增加。利用工业真空炉对模块进行500 ℃等温1 h淬火处理验证,所得模块不同位置的温度变化曲线与模拟结果较为吻合,且真空等温淬火后模块心部生成的贝氏体类型为韧性较好的下贝氏体。
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    马氏体耐热钢40Cr10Si2Mo的动态连续冷却转变及相变动力学
    王钦仁, 王庆娟, 赵肖飞, 韩书栋, 张伟, 许荣, 胡楠
    金属热处理    2023, 48 (11): 16-21.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.003
    摘要57)      PDF (4579KB)(70)   
    利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了40Cr10Si2Mo钢在不同冷却速度下的连续冷却相变行为,建立了试验钢的动态连续冷却转变(CCT)曲线和连续冷却相变动力学模型,通过表征不同冷速下的微观组织,分析和讨论了不同冷速对相转变以及合金元素析出的影响。发现在冷速为0.1~0.3 ℃/s时,组织为铁素体基体上分布着大量碳化物颗粒。碳化物中Cr和Mo的含量随着冷却速度的升高而减少。冷速为0.5~0.8 ℃/s时,组织为铁素体+片层珠光体+少量马氏体+网状碳化物。当冷速大于3 ℃/s时,组织完全转变为马氏体。分别建立了扩散型Johnson-Mehl-Avrami(JMA)模型和非扩散型Koistinen-Marburger(K-M)相变模型,结果表明,试验值与模型拟合曲线吻合度良好。
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    保温时间对轴承钢中碳化物溶解和贝氏体相变的影响
    吴冰冰, 王庆香, 刘晓明, 邢云翔, 许荣昌, 李辉
    金属热处理    2023, 48 (11): 191-195.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.030
    摘要34)      PDF (3482KB)(67)   
    采用扫描电镜和Nano Measurer 1.2、Image J图像软件,对860 ℃不同两相区保温时间下的GCr15轴承钢中的碳化物尺寸、体积分数等进行了研究,并利用维氏显微硬度计进行了硬度测定;并利用DIL热膨胀仪及扫描电镜对经过不同两相区保温时间及不同贝氏体等温时间处理的轴承钢中的贝氏体相变进行了分析。结果表明,在860 ℃下,两相区保温时间越长,碳化物溶解量越多,硬度增加幅度越大,并且碳化物尺寸、体积分数明显减少。随两相区保温时间的延长,碳化物溶解越多,使得奥氏体中的C/Cr含量越趋于稳定、均匀,贝氏体转变孕育期延长,最佳两相区保温时间为30 min。贝氏体等温处理时间越长,贝氏体相变比例越大。
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    稀土元素Ce对H13钢热疲劳性能的影响
    陈学敏, 杨礼林, 徐祺昊, 陈朔, 赵莉萍
    金属热处理    2023, 48 (11): 62-67.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.010
    摘要53)      PDF (5133KB)(66)   
    对不同Ce含量的H13钢进行1040 ℃油淬和580 ℃两次回火处理后进行热疲劳循环试验,采用光学显微镜、扫描电镜及硬度计对不同热疲劳循环次数下试验钢的显微组织、裂纹形貌及硬度进行分析。结果表明,试验钢热疲劳循环后显微组织为回火索氏体,热疲劳裂纹优先在预先处理的缺口尖端处萌生,热疲劳循环过程中出现的氧化凹坑和夹杂物会促使裂纹生成,裂纹不断扩展,宽度增加。稀土Ce对试验钢组织和晶粒尺寸有明显的细化作用,提升试验钢的抗软化能力,抑制热疲劳裂纹的生长,其中最佳稀土Ce含量为0.026%。
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    热处理工艺对大尺寸1Cr17Ni2钢组织与性能的影响
    徐桂芳, 刘文通, 张伯承, 宋瑞智
    金属热处理    2023, 48 (12): 7-12.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.002
    摘要58)      PDF (4467KB)(64)   
    使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子万能试验机和金属摆锤冲击试验机对大尺寸1Cr17Ni2钢在常规淬火和应力控制淬火两种工艺下的显微组织和力学性能进行分析。结果表明,两种工艺下1Cr17Ni2钢的组织均由回火马氏体、δ铁素体、细小碳化物和微量残留奥氏体组成,应力控制淬火工艺下的组织更为细小,且残留奥氏体含量相对较多;两种工艺下1Cr17Ni2钢的力学性能优良,抗拉强度、伸长率和冲击吸收能量分别超过1200 MPa、13.5%和31.2 J。应力控制淬火+360 ℃回火后的综合力学性能最优,冲击吸收能量达到96.4 J,比常规淬火+360 ℃回火后的高46.2%。拉伸与冲击断口形貌均表现为韧脆混合断裂,应力控制淬火工艺下的断口韧窝数量较多。
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    退火温度对0.14C-7Mn热轧中锰钢微观组织和力学性能的影响
    王涛, 杨达朋, 易红亮
    金属热处理    2023, 48 (11): 83-89.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.013
    摘要52)      PDF (5761KB)(62)   
    针对0.14C-7Mn热轧中锰钢分别在600、620、640 ℃进行了10 h的退火试验。结果表明,退火后组织均为板条状铁素体+奥氏体,随着退火温度的升高,奥氏体体积分数增加,奥氏体中的C、Mn含量逐渐降低,导致其力学稳定性降低。试验钢退火后拉伸曲线均表现为连续屈服。随着退火温度的升高,奥氏体体积分数升高且稳定性降低,变形时产生的马氏体增多,因此抗拉强度随着退火温度升高而升高。适量的、稳定性适中的逆相变奥氏体在变形过程中持续相变产生加工硬化,延迟了颈缩的产生,增加了均匀延伸率。
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    DD494合金叶片返回料的热处理
    杨姗洁, 郝志博, 袁晓飞
    金属热处理    2024, 49 (6): 1-7.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.06.001
    摘要75)      PDF (5742KB)(61)   
    研究了3种热处理工艺对DD494合金叶片返回料组织、持久性能及断裂模式的影响。通过金相观察法确定合金的初熔温度,采用扫描电镜(SEM)分析了不同固溶处理温度对合金γ/γ′共晶溶解程度及γ′相形貌的影响,以及不同一级时效处理温度对γ′相尺寸及分布的影响。结果表明,合金的初熔温度在1310~1315 ℃之间。经1300 ℃×4 h固溶处理并空冷后,合金中γ/γ′共晶数量较1290 ℃×4 h固溶处理后有所降低,且γ′相更为细小。较单步固溶处理而言,分段固溶处理工艺能降低合金中的共晶含量。一级时效处理温度由1080 ℃升高到1140 ℃,析出的γ′相有所长大,同时在γ基体中观察到大量细小二次γ′相。合金的最佳热处理工艺为分段固溶+高温一级时效+二级时效,即1280 ℃×1 h+1290 ℃×2 h+1300 ℃×6 h,AC+1140 ℃×3 h,AC+870 ℃×20 h,AC,该工艺下的合金平均持久寿命达到175.05 h,较经单步固溶+低温一级时效+二级时效处理的试样平均持久寿命提高一倍以上。
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    高温回火P91钢显微组织演变及再结晶机理
    周浩, 王云, 曾燕屏
    金属热处理    2023, 48 (11): 38-44.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.006
    摘要46)      PDF (6195KB)(55)   
    通过热膨胀法测定试验所用P91钢的相变点,采用OM、TEM及EBSD等,研究P91钢在710、730、760、770、790、810、830、840 ℃回火过程中显微组织及特殊晶界的演变过程。发现随着回火温度的升高,P91钢中的板条马氏体形貌特征逐渐模糊,位错密度逐渐降低,并且出现等轴状的铁素体组织。经EBSD分析,高角度晶界的含量同样随回火温度的升高而逐渐升高并趋于稳定,而小角度晶界的含量显著减少。分析表明,P91钢在高温回火过程中发生了再结晶,形成了等轴晶铁素体,通过亚晶聚合及晶界迁移机制来形核,从而实现再结晶。
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    304Cu和430Cu抗菌不锈钢中富铜相的演化及其抗菌性能
    莫金强, 冯光宏, 徐梅, 张威, 邓帅帅
    金属热处理    2024, 49 (2): 8-15.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.002
    摘要43)      PDF (4517KB)(55)   
    添加适量的Cu制备了304Cu和430Cu抗菌不锈钢。借助XRD、OM和TEM,研究了不同退火温度对两种含Cu抗菌不锈钢组织及其抗菌性能的影响,并分析了富Cu相随退火温度的演化规律。结果表明,304Cu抗菌不锈钢的显微组织由不规则奥氏体构成,而430Cu抗菌不锈钢的显微组织均由多边形铁素体构成,局部存在异常长大的晶粒。在304Cu抗菌不锈钢中的富铜相呈圆形,且随着退火温度的升高,富铜相数量增加,尺寸增大,但退火温度超过850 ℃后,长大速率变缓。而在430Cu抗菌不锈钢中,富铜相的尺寸随着退火温度的升高而增大,退火温度达900 ℃时,形状由球形或椭球形变为杆状。经过850 ℃退火处理的两种试验钢均具有优异的抗菌性能,能够延缓与之接触的豆制品、大米饭腐败进程,还能在自身周围形成抑菌环境。
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    30CrMnSiA钢架圈零件裂纹产生原因分析
    董娜, 徐周珏, 李想军, 周武风, 陈启芳, 谭睿琪, 杨羲阳
    金属热处理    2024, 49 (4): 293-296.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.047
    摘要41)      PDF (3347KB)(51)   
    某飞机零件架圈由30CrMnSiA钢板加工而成,该零件经过调质处理后,探伤检查发现多个零件的耳片处有裂纹产生。采用宏微观形貌分析、化学成分检测和力学性能检测等方法对该批次零件开裂原因进行了综合分析。结果表明,该架圈的开裂属于原材料质量问题,由于原材料退火不充分,存在严重偏析,导致局部硬度偏高,最终产生淬火裂纹。
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    淬火工艺对DH350模具钢组织和力学性能的影响
    杜昭阳, 赵杰, 陈献刚, 曹铁山
    金属热处理    2024, 49 (2): 16-24.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.003
    摘要55)      PDF (5376KB)(50)   
    通过光学显微镜、扫描电镜、冲击试验机和硬度计研究了1030 ℃油冷淬火+590 ℃回火+600 ℃回火(工艺Ⅰ)、1030 ℃空冷淬火+590 ℃回火+600 ℃回火(工艺Ⅱ)和1030 ℃油冷淬火+980 ℃油冷淬火+590 ℃回火+600 ℃回火(工艺Ⅲ)处理对DH350钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,3种热处理工艺下试验钢的组织均主要为回火马氏体+回火索氏体+碳化物;不同的是,工艺Ⅰ下组织的板条特征明显,细小碳化物弥散分布,此时硬度和冲击性能都较高,且冲击吸收能量波动较小,综合性能良好;工艺Ⅱ下组织的板条粗化明显,且碳化物沿晶界聚集,使得硬度降低,冲击性能恶化;工艺Ⅲ下组织的晶粒细化显著,但未溶碳化物较多且存在混晶现象,此时冲击吸收能量较高,但波动较大,同时硬度下降明显。因此,DH350模具钢的最佳热处理工艺为1030 ℃油冷淬火+590 ℃回火+600 ℃回火,此时硬度和冲击吸收能量分别为45.1 HRC和22.4 J。
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    等温时间对低碳微合金钢组织和性能的影响
    孙婷婷, 刘朋成, 吴忠旺, 田方铖, 邢磊
    金属热处理    2023, 48 (11): 216-220.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.034
    摘要31)      PDF (2738KB)(50)   
    采用金相显微镜、场发射扫描电镜、透射电镜、拉伸试验和X射线衍射仪等,研究了725 ℃下不同等温时间对低碳微合金钢(0.058%C)组织和性能的影响。结果表明,725 ℃下等温时间由1800 s增加到86 400 s时,板条贝氏体的体积分数减少,铁素体的体积分数增加,等温时间为86 400 s的试样中残留奥氏体几乎全部分解。随等温时间的延长,试验钢的抗拉强度降低,屈服强度降低,断后伸长率增加;等温时间为1800 s时可获得具有良好强度-韧性配合的下贝氏体组织。
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    中压主汽门用20Cr1Mo1VTiB钢紧固螺栓断裂分析
    郑建军, 樊子铭, 程旭, 张艳飞, 石全强
    金属热处理    2023, 48 (11): 293-299.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.048
    摘要30)      PDF (4252KB)(49)   
    在对某汽轮机组中压主汽门进行解体检修时,发现两根20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓发生断裂失效现象。采用化学成分分析、宏观及微观形貌观察、冲击断口分析及力学性能测试等方法剖析了螺栓发生提前断裂失效的原因,并阐明了其断裂失效机理。结果表明,两根20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓的脆性断裂现象均发生于螺母端第一扣螺纹牙底处,且与长期高温的运行工况有关。20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓在长时高温和交变循环应力共同作用下,基体中的碳化物颗粒逐渐发生Ostwald熟化,导致其韧性降低,且于应力集中程度较高的螺母端第一扣螺纹牙底处形成蠕变孔洞,致使其发生提前断裂失效。此外,1号螺栓基体中存在的平均尺寸为5 μm且呈线性分布的Ti(N,C)夹杂物,进一步降低了冲击性能,从而导致其先于2号螺栓发生断裂。由于中压主汽门整体的受力状况在1号螺栓发生脆性断裂后发生改变,进而导致冲击性能余量较小的2号螺栓随之发生脆性断裂失效。
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    激光增材制造316L不锈钢退火过程中微观组织演变和力学性能
    郑磊, 徐达, 鲁宇杰, 廖文超, 殷安民, 陈候
    金属热处理    2024, 49 (4): 66-77.   doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.012
    摘要58)      PDF (17577KB)(49)   
    利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700 ℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750 ℃退火后,熔池内胞状和长条柱状亚结构转变为球形亚结构组织和三角形的点状凹坑形组织。随着退火温度的升高,晶粒尺寸先减小后增大,位错密度重新排序,胞状亚结构的溶解,亚结构组织,变形组织和大小角度晶界的演变反映着位错密度的降低,导致强度的下降和塑性的增强。在600 ℃×120 min退火时屈服强度为484.2 MPa,抗拉强度为665.6 MPa,伸长率为47.7%,在850 ℃×120 min退火时屈服强度为410.4 MPa,抗拉强度为639.1 MPa,伸长率为59.7%;随着保温时间的延长,变形组织转变为亚结构组织;在650 ℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.1%增多到82.3%;在850 ℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.9%增多到59.2%。
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