金属热处理

陆文杰, 罗贤, 黄斌, 李鹏涛, 杨延清

2020, 45(9): 1-9. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.001

摘要 ( 87 )

PDF (697KB) ( 184 )

高熵合金是近年来涌现出的一种新型合金,突破了以一种或者两种元素为主、少量添加元素为辅的传统合金设计理念。作为高熵合金体系一个重要分支—FCC结构的高熵合金,具有高损伤容限、良好的抗辐照能力、高耐磨、耐腐蚀性能等一系列优异的性能,可以作为理想的工程结构材料。然而,FCC结构高熵合金强度-塑性不匹配严重制约了其工程应用。研究表明,析出强化可以有效提高FCC结构高熵合金的强度,产生优异的强度-塑性匹配性能,各国学者相继开发出大量的高性能析出强化高熵合金体系。本文主要介绍了FCC结构高熵合金的析出强化研究,包括非共格析出相和共格析出相,着重介绍了研究现状以及强韧化的影响机制,并对未来高熵合金析出强化研究进行了展望。

热作模具钢热疲劳机理及性能改善的研究现状

张旭, 何文超, 李东辉, 肖茂果, 李绍宏

2020, 45(9): 10-20. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.002

摘要 ( 80 )

PDF (614KB) ( 36 )

热作模具钢的热疲劳性能是影响模具使用寿命的主要因素。对热作模具钢热疲劳性能的研究现状和评定方法进行了阐述,分析了组织演变、裂纹萌生和扩展对热疲劳性能的影响。同时对影响热疲劳性能的因素和改善热疲劳性能的方法进行了探讨和总结,并针对热作模具钢热疲劳研究的趋势进行了展望。

Al-Zn-Mg合金应力腐蚀断裂的研究进展

刘敬福, 周祥春, 曲迎东

2020, 45(9): 21-28. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.003

摘要 ( 69 )

PDF (618KB) ( 28 )

Al-Zn-Mg合金的应力腐蚀断裂成为其进一步应用的瓶颈问题。对近年来国内外Al-Zn-Mg合金应力腐蚀断裂的研究进展进行了概括,阐述了主要合金元素和微量元素对合金应力腐蚀断裂的影响,重点分析了高温预析出处理、单级时效、双级时效、三级时效等热处理对析出相和合金应力腐蚀敏感性的作用规律。针对Al-Zn-Mg合金应力腐蚀断裂研究目前存在的问题,提出了未来的研究方向。

固溶温度对Ti-1300合金时效析出行为与性能的影响

安怡, 寇文娟, 高婷, 孙巧艳

2020, 45(9): 29-36. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.004

摘要 ( 64 )

PDF (622KB) ( 175 )

研究了Ti-1300合金固溶处理后低速率升温时效的α相析出行为及力学性能。通过SEM、TEM和拉伸试验等手段对不同固溶温度处理的Ti-1300合金进行显微组织观察和力学性能测试。结果表明:随着固溶温度由820 ℃降低至790 ℃,初生α相(α_p)的尺寸变化不明显,但是其含量(面积分数)从0.8%增至6.7%;合金经4 ℃/min升温速率加热到500 ℃时效4 h,显微组织中析出次生α相(α_s)的长度从0.098 μm 增加到0.440 μm。此外,固溶温度降低使合金的强度与塑性均提高,拉伸断口由沿晶脆性断裂特征转变为韧窝状的韧性断裂特征。820 ℃固溶处理的试样其抗拉强度为1358 MPa,断后伸长率小于2%,而790 ℃固溶处理的试样其抗拉强度为1548 MPa,断后伸长率为10.2%,可获得优良的强塑性匹配。分析认为790 ℃固溶处理组织中初生α相含量较多,其尺寸为微米尺度,同时基体中时效析出的片层α_s相能产生显著的强化效果。

双相区轧制对铁素体/马氏体双相钢组织性能的影响

庞卓锐, 付立铭, 索忠源, 单爱党

2020, 45(9): 37-40. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.005

摘要 ( 58 )

PDF (618KB) ( 32 )

采用双相区(α+γ)轧制及双相区短时保温处理相结合的方式,制备了一种高强高韧性低碳低合金铁素体/马氏体双相钢,并采用SEM、室温拉伸试验和维氏硬度检测等手段研究了不同轧制工艺对铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响。结果表明:相对于普通的连续轧制工艺,等温轧制和道次之间短时保温处理相结合的工艺对铁素体/马氏体双相钢的相比例、形貌和尺寸有重要影响。等温轧制及短时保温处理的双相钢的组织明显细化,马氏体相比例增加,组织均匀性显著改善,屈服强度提升了34%,达到1229 MPa,屈强比高达0.78,断口为韧性断口特征,呈细小韧窝状,具有良好的综合力学性能。

Incoloy901合金的热加工图与热变形行为

陈鹏, 郭创立, 高圆, 席生岐, 王文斌

2020, 45(9): 41-45. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.006

摘要 ( 64 )

PDF (629KB) ( 32 )

利用Gleeble-3800热模拟机研究Incoloy901高温合金在变形温度950~1150 ℃,应变速率0.005~1 s^-1,真应变0.6下的热变形行为。结果表明:变形温度大于1000 ℃,应变速率大于0.01 s^-1时,Incoloy901合金真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征。根据应力-应变曲线构建Incoloy901合金的本构方程与热加工图,得出形变激活能Q=439.401 kJ/mol,最佳热加工工艺为:变形温度1050~1150 ℃,应变速率0.005~0.1 s^-1,在此工艺范围内合金的高温变形功率耗散系数η较高,可达37%,能获得较好的动态再结晶组织。

冷挤压对高合金化7000系铝合金抗腐蚀性能的影响

韦宏博, 许晓静, 朱亮亮, 汪洋, 吴华锋, 朱劲松

2020, 45(9): 46-49. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.007

摘要 ( 53 )

PDF (614KB) ( 33 )

研究了经固溶-时效和固溶-冷挤压-时效处理的高合金化Al-12.3Zn-3Mg-2.5Cu-0.18Zr-0.07Sr铝合金的微观组织与抗腐蚀性能。结果表明:固溶-时效和固溶-冷挤压-时效状态下高合金化铝合金的晶粒都呈现明显的带状分布,但固溶-冷挤压-时效状态下合金内部亚晶比例明显上升;相比固溶-时效,固溶-冷挤压-时效状态下高合金化铝合金的抗腐蚀性能(剥落腐蚀和晶间腐蚀)有明显的提高,可见冷挤压变形是提高7000系铝合金腐蚀性能的有效手段。

U20Mn钢轨水-空交替控时淬火技术的中试研究

左训伟, 张绵胜, 陈乃录, 陈良旗, 戎咏华, 蔡建旭

2020, 45(9): 50-56. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.008

摘要 ( 61 )

PDF (618KB) ( 26 )

为了提高载重钢轨的力学性能,尝试了以水-空交替控时淬火(ATQ)工艺取代传统的风冷或雾冷工艺,并以喷水淬火方式对U20Mn钢轨进行了ATQ技术(工艺+设备)的中试研究。首先通过设备和工艺的改进以及基于有限元的畸变模拟,解决了畸变导致钢轨运行受阻的难题。随后在实验室对比研究了可获得不同马氏体、贝氏体相对量的两种ATQ工艺,最终选择以可获得贝氏体为主的工艺进行中试。中试的目标为7 m长的钢轨,经ATQ工艺处理后再经260 ℃保温16 h或30 h回火,经检测力学性能均超过性能要求指标。

热处理对国外P92钢显微组织及晶粒度的影响

赵勇桃, 姜亚君, 鲁海涛, 田志华

2020, 45(9): 57-61. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.009

摘要 ( 84 )

PDF (614KB) ( 37 )

对国外P92钢进行不同温度(1040、1060、1080 ℃)淬火和1060 ℃淬火+不同温度(740、760、780 ℃)、不同时间(1、3、5、7 h)的回火热处理,研究热处理参数对其显微组织、晶粒度及硬度的影响。结果表明,经淬火后P92钢组织为板条状马氏体+残留奥氏体,随淬火温度的升高,马氏体组织板条逐渐变粗大,平均晶粒度由9级增大至7级。P92钢经1060 ℃淬火后,随着回火温度的升高和回火时间的延长,P92钢硬度逐渐降低,回火马氏体板条逐渐合并并向回火索氏体过渡,且回火过程中碳化物在晶界和晶内析出并不断长大。

配分时间对Q&P钢组织及性能的影响

陈梦园, 刘卓, 吴润, 吴腾

2020, 45(9): 62-65. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.010

摘要 ( 75 )

PDF (618KB) ( 23 )

在传统C-Mn-Si钢的基础上,采用在线热处理,并通过光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验等对一步淬火配分处理后试验钢的微观组织及力学性能进行了研究,且讨论了配分时间对材料组织性能的影响。结果表明:试验钢组织由板条马氏体和残留奥氏体组成,随着配分时间的增加,也有少量贝氏体生成,残留奥氏体含量先上升后下降,马氏体的板条组织逐渐模糊并软化;抗拉强度和屈服强度都逐渐降低,伸长率先升高后降低。配分30 s时综合性能最佳,抗拉强度为989 MPa,伸长率为23.5%,强塑积达到23.24 GPa·%。

轧制工艺对460 MPa级低屈强比耐火耐候钢组织性能的影响

马龙腾, 王彦锋, 杨永达, 韩承良, 马长文, 田志红

2020, 45(9): 66-70. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.011

摘要 ( 56 )

PDF (614KB) ( 24 )

利用热模拟方法测定低屈强比耐火耐候钢不同速率冷却后的组织。对比轧后弛豫工艺与未弛豫工艺以及终冷温度对试验钢性能的影响,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜分析不同工艺对钢轧后显微组织的影响。结果表明,随冷却速度的增加,钢板组织由多边形铁素体变为针状铁素体+粒状贝氏体复相组织;由于弛豫处理过程中过冷奥氏体部分转变为多边形铁素体,钢板屈服强度和屈强比均下降;随着终冷温度的降低,钢板的屈服强度和屈强比上升,与钢中针状铁素体的细化与M/A组元的弥散强化有关;轧后直接水冷,并控制终冷温度至500~560 ℃,可获得高强度与低屈强比的良好匹配。

应变速率对汽车用高强钢组织和性能的影响

候玉栋, 景财年, 丁啸云, 吴聪

2020, 45(9): 71-76. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.012

摘要 ( 75 )

PDF (614KB) ( 23 )

采用分离式Hopkinson压杆试验机、扫描电镜等对QP980、TRIP590钢进行不同应变速率下的高速冲击压缩试验,分析不同应变速率下两种汽车用高强钢的组织和性能。结果表明:两试验钢应力计算值与测量值相对误差在1.2%~3.3%,该误差较小且比较稳定,所以试验所得数据与二波公式基本吻合。两种汽车用高强钢的工程应力都随着应变速率的增大而增大,但QP980钢板所能达到的最大工程应力比TRIP590钢板大;冲击后,QP980钢板的组织变得更加板条化且细小,组织为均匀的铁素体和马氏体,而TRIP590钢板冲击后的组织变得粗大且不均匀,随应变速率的增大,原始组织中的铁素体在挤压的过程中向四周延伸组织逐渐变大,贝氏体组织被变大的铁素体组织掩盖,马氏体组织增多。

加热工艺参数对12%Cr钢晶粒长大行为的影响

张学忠, 刘建生, 何文武, 闫霄霞, 杨春鹏

2020, 45(9): 77-80. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.013

摘要 ( 74 )

PDF (614KB) ( 31 )

研究了不同加热工艺参数下(加热温度1050~1300 ℃,保温时间0.25~24 h)12%Cr超超临界转子钢的奥氏体晶粒长大行为,并通过光学显微镜(OM)观察晶粒尺寸的变化规律,建立晶粒长大数学模型。结果表明:随着加热温度增加,晶粒尺寸逐渐增加,加热温度低于1150 ℃时,晶粒尺寸增加明显,而温度高于1150 ℃后,晶粒尺寸逐渐趋于稳定;随着保温时间的增加,晶粒尺寸逐渐增加,保温时间增加到3 h后,晶粒尺寸增加趋势放缓。采用非线性回归方法和Arrhenius晶粒长大模型,建立了该钢的晶粒长大数学模型。

激光冲击参数对7050铝合金残余应力场的影响

葛良辰, 花国然, 曹宇鹏, 杨聪, 王帅, 张悦, 曹晨

2020, 45(9): 81-85. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.014

摘要 ( 52 )

PDF (617KB) ( 27 )

采用仿真与试验结合的方法,研究了激光冲击参数(光斑直径、激光特性以及峰值压力)对7050合金残余应力场形成机制的影响。结果表明:平顶光加载ø2、ø3和ø4 mm光斑时,最优峰值压力为1500 MPa;高斯光加载时,ø2 mm光斑峰值压力优解为1500 MPa,ø3 mm光斑峰值压力优解为2000 MPa,ø4 mm光斑峰值压力优解为3000 MPa;当峰值压力为1500 MPa时,平顶光冲击后所得最大残余压应力较高斯光增加约10%;当峰值压力大于2000 MPa时,平顶光冲击后的最大残余压应力值受表面汇聚波影响数值较高斯光小。平顶光冲击时,峰值压力实际优解与理论优解保持一致,为1500 MPa;高斯光冲击时,峰值压力实际优解随光斑直径的增加逐渐增加;峰值压力超过2000 MPa后,残余压应力不再有显著增加,且残余应力洞等应力缺陷更容易出现。

焊后热处理退火工艺对十字接头疲劳寿命的影响

李季涛, 兆文忠, 田长亮

2020, 45(9): 86-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.015

摘要 ( 63 )

PDF (618KB) ( 30 )

通过对焊接结构疲劳评估标准分析,归纳了疲劳评估标准对焊接残余应力的考虑,阐明了从计算疲劳寿命角度看,残余应力不需要再另外考虑。设计并制作了一批十字接头试件,采用BS 7608:2014+A1:2015标准对疲劳试验数据进行了分析,结果表明,焊后退火前和不同工艺退火后的十字接头试件疲劳寿命没有显著差异。

淬火转移时间对Ti-1023合金组织与力学性能的影响

佟健博, 黄利军, 张文强, 颜孟奇, 李雪飞

2020, 45(9): 91-95. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.016

摘要 ( 57 )

PDF (617KB) ( 28 )

通过室温拉伸性能测试、断口分析和显微组织分析,研究了淬火转移时间对Ti-1023合金组织演变和力学性能的影响规律和机理。结果表明,随淬火转移时间的增加,淬火转移过程中过饱和β相中析出α相,导致等轴α相含量增加,过饱和β相基体的相对含量降低,时效析出的次生α_s相含量和弥散程度下降,致使合金强度降低、塑性提高。对于厚80 mm的Ti-1023合金板材或锻件,将淬火转移时间控制在120 s之内,合金组织性能不会受到明显的影响。

冷处理对42CrMo钢硬度和耐磨性的影响

张海东, 闫献国, 陈峙, 赵敏娜, 高源, 李俊吉, 李晋峰, 高丽梅

2020, 45(9): 96-98. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.017

摘要 ( 87 )

PDF (696KB) ( 36 )

在42CrMo钢常规处理的基础上增加了冷处理,研究浅冷处理和深冷处理对42CrMo钢硬度和耐磨性的影响。结果表明,经浅冷处理和深冷处理后,42CrMo钢中残留奥氏体向马氏体发生转变,且碳化物析出增多,致使钢的硬度和耐磨性均有提升,且深冷处理后硬度和耐磨性提升幅度高于浅冷处理。

中间调整处理对17-4PH不锈钢组织性能的影响

刘凯旋, 薛松, 汪鹏, 高志刚, 赵秀明, 贺显聪

2020, 45(9): 99-104. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.018

摘要 ( 65 )

PDF (616KB) ( 27 )

在传统固溶+时效工艺基础上,对石油阀块用17-4PH不锈钢进行了固溶+中间调整+时效处理,通过光学显微镜、扫描电镜、XRD、力学性能测试,分析试样的微观组织和力学性能,研究中间调整处理对其组织性能的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,溶入基体的碳及合金元素增多,组织成分更加均匀,相同时效条件下材料的硬度越高。添加中间调整处理后再时效,逆转变奥氏体含量显著提高,材料的塑性及冲击性能均明显增高,但强度有所降低。

固溶处理对7B04铝合金冷轧板组织性能的影响

李民, 李云, 徐玉国, 王佃刚

2020, 45(9): 105-110. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.019

摘要 ( 67 )

PDF (577KB) ( 21 )

在实验室中制备了试验用7B04铝合金,经铸造-均质化退火-热轧-中间退火-冷轧后制得7B04铝合金板材,并对合金板材进行了后续固溶时效处理,研究了固溶处理对其组织和性能的影响。结果表明,470 ℃×1 h固溶+120 ℃×21 h时效处理铝合金冷轧板材再结晶明显,有少量晶粒处于伸长状态,除粗大第二相粒子外,未发现细小第二相粒子,综合力学性能较好,抗拉强度为596 MPa,屈服强度为537 MPa,伸长率为14.88%。固溶温度达到480 ℃时,合金再结晶明显,但保温时间不能超过0.5 h,否则合金强度和塑性下降。

时效对Fe基合金激光重熔层组织和性能的影响

杜晓洁, 洪永昌, 单军战

2020, 45(9): 111-115. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.020

摘要 ( 52 )

PDF (574KB) ( 19 )

利用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和电化学工作站等,对比分析了Fe基合金原始热喷焊层、在500 ℃经不同时间时效处理后激光重熔层的组织和性能。结果表明,火焰喷涂后的热喷焊层组织较粗大,经激光重熔后组织明显细化,由较细小的树枝晶间均匀分布着层片状共晶组织构成;随时效时间的增加,重熔层中距离共晶组织较近的柱状晶球化,基体中Cr₇C₃、Cr₂₃C₆型碳化物进一步析出,弥散分布在枝晶间层片状共晶组织上;时效6 h所获得的激光重熔层组织硬度最大,可达507 HV0.5,随时效时间继续增加,硬度有所下降,但仍高于未经时效处理时的激光重熔层组织硬度;热喷焊层经激光重熔,耐腐蚀能力显著提高到最强,时效6 h的激光重熔层耐腐蚀性降低不明显,时效48 h的激光重熔层的耐腐蚀性则明显降低。

回火温度对Nb微合金化NM500钢组织和性能的影响

徐慧, 李天生

2020, 45(9): 116-120. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.021

摘要 ( 59 )

PDF (577KB) ( 23 )

对Nb微合金化NM500钢经过930 ℃淬火后分别在210、240、270和300 ℃的低温下进行回火,分析了不同回火温度对试验钢组织和力学性能的影响。采用SEM和TEM对不同回火温度下试验钢的微观组织形貌、冲击断口形貌及其强化机理进行了分析。结果表明:在930 ℃淬火,240 ℃回火时试验钢具有良好的综合力学性能,其强化机理为固溶强化、相变强化、沉淀强化和细晶强化的综合作用效果。

退火温度对0Cr25Al5热轧态盘条钢组织及性能的影响

闫士彩, 李颖

2020, 45(9): 121-124. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.022

摘要 ( 56 )

PDF (575KB) ( 20 )

采用显微组织分析和分子动力学模拟等方法研究了退火温度对0Cr25Al5热轧态盘条钢组织及性能的影响。结果发现,晶粒尺寸随温度的升高逐渐增加并趋于稳定,但是断后伸长率和断面收缩率在950 ℃突然大幅度下降。试样组织形貌在800 ℃和950 ℃退火温度下的OM及SEM分析结果未见明显差别。于是使用分子动力学模拟对0Cr25Al5钢三元体系的自由能进行了计算,发现随着B2结构的FeAl或者DO3结构的Fe₃Al有序相尺寸的增大,系统自由能先减小后增大,其最小值随着退火温度的升高向有序相颗粒尺寸减小的方向移动。在1273 K的高温下仍然会保留60 nm左右大小的有序相颗粒。因此,推测0Cr25Al5钢在大于950 ℃的温度范围内韧性下降是由于60 nm左右的B2结构的FeAl或者DO3结构的Fe₃Al有序相造成,与晶粒尺寸无关。因此,针对该钢种应进行低温退火促使基体组织回复以消除缺陷,从而抑制Fe、Al等基体原子的扩散。

退火温度对铁素体/马氏体双相钢组织及性能的影响

索忠源, 杜阳, 付立铭, 单爱党

2020, 45(9): 125-128. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.023

摘要 ( 86 )

PDF (577KB) ( 23 )

利用扫描电镜、室温拉伸、冲击测试等试验方法,采用两相区退火,研究了退火温度对铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响。结果表明:试验钢热轧态组织为铁素体+马氏体,铁素体含量为32.8%;随着两相区退火温度由720 ℃逐渐提高至830 ℃,铁素体含量由45.7%降低到23.6%,马氏体含量逐渐提高;试验钢的屈强比由热轧态的50%,提高至830 ℃退火后的60%;试验钢的冲击吸收能量与铁素体含量成线性关系。

水射流喷丸对渗碳钢表层组织与裂纹扩展性能的影响

樊磊, 张仁奇, 李波, 王凌旭, 何锦航, 邹长飞, 梁宇

2020, 45(9): 129-133. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.024

摘要 ( 51 )

PDF (581KB) ( 22 )

对低碳钢渗碳淬火试样进行表面水喷丸处理,研究水喷丸对渗层表面组织结构及其疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:添加细玻璃丸的水喷丸处理能显著细化表层亚结构,提高小角度晶界密度,并为渗层带来有效的残余压应力。在300 MPa水压及600 mm/min扫描速率工艺下,可实现100 μm左右深度,最高达1244 MPa的残余压应力,其表面粗糙度R_a=0.195 μm。疲劳裂纹速率试验结果显示,经过水喷丸处理后裂纹扩展速率da/dN有增加的趋势,这主要是因为表面压应力形成,增加了心部拉应力,且表层的变形强化降低了裂纹尖端塑性区。

控锻控冷工艺对GCr15轴承钢组织演变规律的影响

扈林庄, 郭浩, 雷建中, 刘扬, 杜三明, 张永振

2020, 45(9): 134-138. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.025

摘要 ( 66 )

PDF (575KB) ( 30 )

采用微观组织表征的方法对比研究了GCr15轴承钢在传统工艺和控锻控冷工艺下的组织和网状碳化物分布的演变规律,并统计和分析了不同工艺下的晶粒度和残留奥氏体含量的变化规律。结果表明,GCr15轴承钢经控锻控冷工艺处理后,GCr15钢中粒状珠光体组织相对更细小,淬回火组织基体中的C元素分布更为均匀,同时洛氏硬度提高0.7 HRC;残留奥氏体含量降低;碳化物颗粒尺寸细化,平均颗粒尺寸减小40%以上,同时抑制粗大碳化物网状的形成;可使奥氏体晶粒度细化2级以上。

30CrNiMo8钢小型环锻件的热处理工艺

贾托胜, 温麒, 张晓峰, 魏华成, 张磊, 李秋兰

2020, 45(9): 139-141. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.026

摘要 ( 73 )

PDF (578KB) ( 26 )

一种用于轨道车辆的30CrNiMo8钢小型环锻件,按照常规热处理工艺在锻后经过灰冷或者坑冷,然后调质处理后,各项力学性能均优良,但是显微组织检测晶粒粗大,甚至个别批次晶粒度在0级左右,而且正火预备处理后再调质热处理,仍然不能消除粗大晶粒。经研究发现,因为30CrNiMo8钢具有较强的组织遗传性,锻后粗大晶粒会遗传给后续工序,后续调质等过程难以细化晶粒,因此在热处理工艺流程中增加一道等温退火工艺,消除了锻后粗大晶粒,有效地解决了30CrNiMo8钢小型环锻件调质后晶粒粗大的问题。

激光3D打印AlSi10Mg铝合金点阵结构材料的组织和力学性能

刘佩玲, 陈康敏, 赵振华

2020, 45(9): 142-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.027

摘要 ( 64 )

PDF (581KB) ( 29 )

以不同激光3D打印参数制备了AlSi10Mg铝合金点阵结构材料,探索其最优化打印参数,研究了铝合金点阵结构材料的组织和性能,以及后续热处理对其组织性能的影响。结果表明,最优化打印参数为:环境温度80 ℃,粉层厚度30 μm,激光束直径80 μm,激光能量370 W,激光扫描速度1300 mm/s。制备的铝合金点阵结构材料空洞缺陷少,致密性高,显微组织呈一层层交错堆垛的激光熔池,为细小的α-Al等轴胞状晶和球状Si颗粒相组成,性能良好。经热处理后,原激光熔池缺陷、等轴胞状晶特征消失,Si颗粒相不断析出并长大,硬度和静态压缩试验下的平台应力降低,压缩性能下降。

45钢激光合金化Mo₁B₉Cr_x涂层的组织及性能

刘德鑫, 张红星, 张蕾涛, 张伟樯, 王雪松, 戴娇燕, 徐金富

2020, 45(9): 149-154. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.028

摘要 ( 59 )

PDF (584KB) ( 27 )

通过激光合金化技术在45钢基体上制备Mo₁B₉Cr_x合金化涂层,研究了Cr含量对涂层组织性能的影响。结果表明,Mo₁B₉Cr_1.1涂层最佳激光合金化工艺为激光功率3.3 kW,扫描速度900 mm/min,搭接率30%;在此工艺条件下,涂层与基体呈良好的冶金结合,无孔洞和裂纹,合金化区组织为Fe-Mo、Fe₂B、Fe-Cr、Cr₂B、Cr_xFe_y固溶体和化合物;随Cr含量从1.1%增加到23.3%,涂层硬度、摩擦因数、磨损率逐渐减小;当Cr含量为1.1%时,涂层硬度最大,为1005 HV0.1;当Cr含量为23.3%时,其耐磨性能最好,摩擦因数为0.475,磨损率为0.574×10^-14m³/(N·m),涂层磨损形式主要是磨粒磨损和粘着磨损结合的形式。

高碳硅锰钢的动态力学性能

袁伍丰, 吴润, 尉文超, 轩阳, 闫永明

2020, 45(9): 155-160. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.029

摘要 ( 58 )

PDF (575KB) ( 18 )

通过扫描电镜、霍普金森压杆和拉伸试验机等仪器研究了不同温度淬火高碳硅锰钢的组织、变形程度和动态力学性能。研究表明,随淬火温度提高,试验钢中残留碳化物数量减少,在880 ℃时,试验钢的残留碳化物全部溶解。动态力学试验后,880 ℃淬火试样因残留碳化物固溶,动态强度增幅较小,对应变速率不敏感,由均匀变形转为破碎。绝热剪切带内和远离绝热剪切带的区域均存在孔洞,远离剪切带区域的孔洞无序分布,且伴随有均匀分布的碳化物。靠近绝热剪切带区域的碳化物存在分布不均匀的情况,且绝热剪切带内部的孔洞沿着热量传播方向扩展,形成沿剪切带分布的裂纹。

选区激光熔化316L不锈钢的各向组织与性能

张仁奇, 樊磊, 周宝刚, 梁宇

2020, 45(9): 161-166. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.030

摘要 ( 79 )

PDF (578KB) ( 44 )

对采用选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢增材制造试样进行了横向、纵向力学性能与微观组织分析。结果表明,增材制造SLM试件亚结构组织由尺寸为0.4 μm左右的胞状组织所构成,组织之间无明显的成分偏析,纵向与横向拉伸强度分别达到808和713 MPa,在经过1050 ℃热处理后,原组织中部分胞状组织消失,纵向及横向强度分别下降到673 MPa及579 MPa,增材制造试样相对传统热轧试样(550 MPa)具有明显的强度优势。SLM试样组织中存在未熔合缺陷,缺陷几何形状的方向性对其在拉应力作用下连接成裂纹有显著影响。热处理后缺陷长度方向与拉伸应力平行的纵向试样伸长率达到47.5%,横向试样伸长率为20%,伸长率指标均显著低于热轧316L钢试样,未熔合缺陷是导致3D打印试件塑性指标降低的主要因素之一。

Hi-B钢二次再结晶退火过程中未异常长大Goss晶粒晶界特征

徐帅, 鲍思前, 柯珊珊, 雷小玲, 卢维娜

2020, 45(9): 167-171. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.031

摘要 ( 60 )

PDF (576KB) ( 24 )

采用中断法并结合电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了Hi-B钢二次再结晶退火过程中大量未异常长大Goss取向晶粒的晶界特征。结果表明:未异常长大Goss取向晶粒的晶粒尺寸相较于基体晶粒和相邻晶粒并没有明显的差异性。同时未异常长大Goss取向晶粒与异常长大Goss取向晶粒周围的HE晶界和CSL晶界比例也没有明显的差异。在二次再结晶退火过程中,尺寸优势、HE晶界、CSL晶界和Goss取向偏离度都不能保证Goss取向晶粒发生异常长大。而随着退火温度的升高,Goss取向晶粒有逐渐向标准Goss晶粒取向靠拢的趋势。

挤压态6061铝合金的力学性能及显微组织

刘伟, 吴远志, 邓彬, 刘安民, 刘巍, 许子砚, 叶拓

2020, 45(9): 172-177. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.032

摘要 ( 75 )

PDF (579KB) ( 26 )

对挤压态6061铝合金分别进行了固溶处理和时效处理,采用万能试验机测试了其力学性能,通过SEM和TEM表征了合金的微观组织,研究了不同热处理条件下挤压态6061铝合金的组织演变规律。结果表明:固溶和时效处理后的挤压态6061铝合金均表现出明显的力学性能各向异性,且时效处理能有效提升合金的强度;同时,经时效处理后的挤压态6061铝合金表现出应变速率敏感性,而固溶处理的挤压态6061铝合金则无明显的应变速率敏感性;固溶处理和时效处理的挤压态6061铝合金的晶粒形态为等轴晶,但是有大小两种晶粒尺寸等级,大晶粒尺寸可达200 μm,小晶粒尺寸则小于10 μm。固溶和时效处理的挤压态6061铝合金均由较强的{001}<100>立方织构和较弱的{011}<100>高斯织构组成,且种类和强度相同;拉伸变形后的6061铝合金出现了大量的位错堆积,而经时效处理的合金中均匀分布短棒状的析出相能有效阻碍位错的运动,提高材料的变形抗力。

新型热冲压模具钢的组织与性能

李爽, 高云飞, 王辰, 王真, 石永亮, 吴晓春

2020, 45(9): 178-184. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.033

摘要 ( 55 )

PDF (575KB) ( 22 )

采用SEM、TEM、LF457型激光导热仪,DSC404型差示扫描量热仪和UMT-3型高温摩擦磨损试验机对高强钢板热冲压用新型模具钢的组织和热稳定性能、热物理性能及高温耐磨性能进行研究。试验结果表明:该模具钢具有良好的抗回火软化性能、热稳定性、高热导率和高温耐磨性,能更好地适应高强钢板热冲压工况。新型模具钢的碳化物以Mo₂C和VC为主,使得该钢有更好的抗回火软化和热稳定性。新型钢具有高热导率,在室温下是H13钢的1.4倍。其低Si、Mn、Cr和高Mo的合金化特征是其高热导率的原因。该钢较H13钢有更好的高温耐磨性能,尤其是温度高于600 ℃后耐磨性要远远优于H13钢。新型模具钢良好的耐磨性能有益于减少模具修理频次,提高模具寿命。

IF钢退火过程中再结晶行为的EBSD表征

崔桂彬, 鞠新华, 王泽阳, 尹立新, 严春莲

2020, 45(9): 185-190. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.034

摘要 ( 56 )

PDF (581KB) ( 28 )

借助EBSD等技术研究了从冷轧到退火过程中IF钢中铁素体再结晶晶粒的取向演变。研究结果表明,从冷轧到退火过程中,铁素体晶粒取向向着平行于法向的[111]晶粒演变,而平行于法向的[100]晶粒逐渐消失;在冷轧变形过程中,铁素体晶粒的晶体取向决定着发生滑移变形的难易程度,与[100]晶粒相比,[111]晶粒更易于发生滑移变形,并在晶粒内部积累大量的位错,储存了大量的应变能,在随后的退火过程中,应变能较高的[111]晶粒优先形核并长大,优先发生再结晶,而应变能较低的[100]晶粒的再结晶受到阻碍。随着退火温度的升高,γ织构([111]//ND)明显增强,其织构组分(111)[112]尤为明显。

7A75铝合金板材厚度方向的微观结构及性能

王淑慧, 王珊, 隋信举, 孟翠玉

2020, 45(9): 191-194. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.035

摘要 ( 63 )

PDF (578KB) ( 24 )

研究了热轧态7A75铝合金固溶处理后不同厚度处的微观组织演变和力学性能变化规律。采用光学显微镜和扫描电镜表征了微观组织演变、裂纹扩展路径和断口形貌,采用XRD测试了微观织构构成和残余应力情况,采用万能拉伸试验机测试了力学性能。试验结果表明:沿厚度方向,表面层、1/4厚度层和中心层的屈服强度分别为200、200和185 MPa,抗拉强度分别达到345、335和325 MPa,伸长率分别为20%、19.5%和22%,即中心层的强度最低而伸长率最高。表面层、1/4厚度层和中心层的晶粒平均尺寸分别为24.5、24.8和25.5 μm,均在24~26 μm的尺度范围内,差异不明显。表面层存在明显的平面应变织构,沿β取向线分布,1/4厚度层的织构构成主要为Copper织构{112}<111>,中心层呈现弱化的β取向线织构。表面层、1/4厚度层和中心层的残余应力分别为-18.5、-3.5和7.5 MPa,表面层和1/4层承受压应力,中心层承受拉应力。

EB熔炼扁锭直轧TC4合金板材的组织与性能

张强, 郝晓博, 李渤渤, 裴腾, 李洋, 刘茵琪

2020, 45(9): 195-202. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.036

摘要 ( 47 )

PDF (581KB) ( 27 )

采用EB一次熔炼制备的TC4合金扁锭直接进行轧制,对不同轧制火次板材热轧态及退火态显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:TC4合金扁锭经过1~3火次直接轧制,粗大铸态组织不断破碎,等轴α相含量逐渐增加,尺寸不断减小,各火次板材力学性能均满足标准要求。随着退火温度增加,各火次成品板材抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,伸长率先增加后减小,经850 ℃退火后TC4合金板材可以获得最佳的强塑性匹配。EB一次熔炼扁锭直轧TC4合金板材工业化批量生产中退火温度推荐使用700~850 ℃,显微组织与力学性能可以达到锻坯制备的板材水平。

硅对中碳低温贝氏体钢组织与性能的影响

郑花, 胡锋, 柯睿, 吴开明

2020, 45(9): 203-209. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.037

摘要 ( 50 )

PDF (559KB) ( 26 )

对Si含量分别为0.3%和1.5%(质量分数)的中碳试验钢进行低温贝氏体热处理,研究了Si对贝氏体钢组织和性能的影响。结果表明:不同Si含量的试验钢的微观组织有较大的差别,其中0.3%Si试样的显微组织主要为贝氏体铁素体束,M/A岛以及大量的渗碳体析出,1.5%Si试样的显微组织主要为贝氏体铁素体束和M/A岛。1.5%Si试样的硬度和冲击性能较0.3%Si试样高,高的硬度主要是固溶强化和细晶强化的作用;高的冲击韧性主要是添加的适量Si可以抑制渗碳体的析出,从而提高残留奥氏体的体积分数及其碳含量,进而产生较为明显的TRIP效应。

氮含量对HPD-1双相不锈钢组织及力学性能的影响

宁鑫, 宋志刚, 丰涵, 黄博, 余志川, 郑文杰, 何建国, 朱玉亮

2020, 45(9): 210-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.038

摘要 ( 54 )

PDF (559KB) ( 24 )

通过显微组织观察与力学性能测试研究了氮含量(0.08%~0.22％,质量分数)对HPD-1双相不锈钢硬度、拉伸性能、低温冲击性能及疲劳性能的影响。结果表明,氮含量变化可显著影响试验钢γ/α相比例,当氮含量由0.08％升高到0.22％,γ相含量由38.1％提高至56.5％。α相的硬度由273 HV10提高到343 HV10,γ相的硬度由238 HV10提高到299 HV10,试验钢强度明显提升。氮元素对两相比例和奥氏体相韧性的双重影响导致试验钢低温冲击性能呈先上升后下降的趋势;更高的氮含量抑制疲劳裂纹萌生与拓展,是影响HPD-1双相不锈钢室温疲劳性能的主要因素。撕裂棱是疲劳断口的显著特征。

复合稀土氧化物对Ti-Al/WC涂层组织和摩擦学性能的影响

赵运才, 彭涛

2020, 45(9): 215-219. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.039

摘要 ( 71 )

PDF (558KB) ( 49 )

采用等离子喷涂方法制备了未添加稀土氧化物以及含有不同复合稀土氧化物的Ti-Al/WC涂层,使用自带能谱仪的扫描电镜、X射线粉末衍射仪和电子天平对各类涂层的磨损表面及截面组织形貌、残余应力和磨损量进行了观察和检测,使用摩擦磨损试验机比较和分析了不同类型涂层的耐磨性能。结果表明:含有稀土氧化物的Ti-Al/WC涂层内部晶粒得到细化,颗粒物含量大幅度减少,孔洞变小,裂纹数量及尺寸显著降低。与只含一种稀土氧化物的涂层相比,复合稀土氧化物对涂层微观组织改善情况更加明显。当同时加入CeO₂、Y₂O₃和La₂O₃后,涂层组织中的显微缺陷最少,各成分分布最为均匀,截面显微形貌最好,此时,涂层的残余应力达到最小值275.7 MPa,且耐磨性最强,总磨损量仅有16.8 mg。与未添加稀土氧化物的涂层相比,二者分别减少了30.3%和69.8%。

稀土元素Ce对取向硅钢热轧钢带组织和织构的影响

董丽丽, 卢晓禹, 麻永林

2020, 45(9): 220-222. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.040

摘要 ( 53 )

PDF (557KB) ( 26 )

对2250 mm热轧生产线生产的取向硅钢热轧钢带的合金体系进行了设计,制定了合理的加热制度和热轧轧制工艺。对添加稀土元素Ce的取向硅钢铸坯和热轧钢带进行了分析,探究了稀土元素Ce对取向硅钢低倍组织、热轧织构及成品磁性能的影响。结果表明,稀土元素Ce能够细化取向硅钢连铸坯低倍组织和热轧显微组织,提高取向硅钢成品磁性能。

Nb添加对FeCo基合金高温性能与时效态性能的影响

王东玲, 王炫东, 张敬霖, 于一鹏, 张建福

2020, 45(9): 223-226. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.041

摘要 ( 59 )

PDF (568KB) ( 33 )

对Fe-49Co-2V和Fe-49Co-2V-0.3Nb两种合金室温与高温时的磁性能和力学性能进行了测试。结果发现:与室温磁性能相比,两种合金在高温下的饱和磁化强度B_s与矫顽力H_c均降低;与室温力学性能相比,两种合金在500 ℃时的高温抗拉强度都有所增加,其中 Nb元素的添加使合金力学性能强化的效果十分明显。两种合金经500 ℃时效处理168 h后,Fe-49Co-2V-0.3Nb合金经过高温时效后依然能保证具有良好的力学性能,添加了Nb元素后有助于改善合金的高温时效稳定性。

5CrNiMoV钢的奥氏体化动力学预测

彭旭, 卜恒勇, 李萌蘖

2020, 45(9): 227-232. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.042

摘要 ( 56 )

PDF (568KB) ( 21 )

利用DIL-805ADT动态热膨胀相变仪测定5CrNiMoV热作模具钢在不同加热速率下的膨胀量并对膨胀曲线数据进行分析,运用Kissinger方法拟合出了非等温扩散相变动力学Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)模型中的奥氏体化相变激活能Q、相变参数n和lnk₀,建立5CrNiMoV钢奥氏体化动力学模型。该模型计算所得的奥氏体转变量与试验测量结果相吻合,可用于预测等温奥氏体化动力学曲线和设计5CrNiMoV钢的奥氏体化工艺过程。

基于饱和值调整法的真空低压渗碳工艺计算与验证

陈旭阳, 丛培武, 范雷, 王同

2020, 45(9): 233-236. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.043

摘要 ( 57 )

PDF (558KB) ( 22 )

基于Fick第二定律与饱和值调整法,结合真空低压渗碳工艺控制过程,绘制了算法流程图,并利用数学计算软件编写了真空低压渗碳工艺计算程序,以20Cr钢为试验对象对该程序进行了验证。结果表明:基于饱和值调整法的真空低压渗碳工艺处理后,20Cr钢渗碳工艺总时间比传统方式约快240 s,渗碳时间节约600 s以上;渗碳工艺计算程序可以实现渗层深度的准确预测,且能满足产品的表面碳化物级别、组织形态等较高的技术要求。

42CrMo钢连续冷却转变曲线的测定与分析

李凯, 胡建文, 石少坤

2020, 45(9): 237-239. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.044

摘要 ( 94 )

PDF (560KB) ( 36 )

利用JMat-Pro软件模拟了42CrMo钢的连续冷却转变曲线,并采用DIL805L相变淬火膨胀仪实测了钢的各相变点,对不同冷却速度下的组织转变和贝氏体含量进行了分析,并绘制其CCT曲线。结果表明:42CrMo钢Ac₁=743 ℃,Ac₃=792 ℃。冷速小于0.5 ℃/s时,组织为先共析铁素体与珠光体混合组织;冷速0.5~10 ℃/s之间,存在一定量的贝氏体,随冷速加快,贝氏体量先增后降,马氏体含量逐渐增多,使得硬度呈现较大增幅。冷速大于10 ℃/s,组织为基体马氏体+少量贝氏体的混合组织。

4140钢弯壳体断裂原因分析和改进措施

王锦永, 齐希伦, 曹洪波

2020, 45(9): 240-243. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.045

摘要 ( 59 )

PDF (560KB) ( 24 )

某钻具厂生产的一个批次的4140钢螺杆钻具弯壳体出现较多断裂。通过化学成分、力学性能和显微组织分析对失效弯壳体断裂原因进行了研究,并相应优化了热处理工艺。结果表明:弯壳体失效断裂主要原因是由于淬火过程中未淬透,导致显微组织存在大量条状和块状铁素体,未淬透的组织导致材质的强度、硬度和冲击性能较差,从而导致断裂。采用优化的淬火工艺,材料寿命达到了正常水平。

42CrMoA钢销轴调质开裂失效分析及改进措施

蒋庆彬, 张左治, 朱正伟, 周运杰

2020, 45(9): 244-247. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.046

摘要 ( 119 )

PDF (727KB) ( 52 )

通过裂纹的宏观和微观观察,采用化学成分分析、硬度测试及显微组织检验等方法,对42CrMoA钢销轴调质开裂的原因进行了分析。结果表明,销轴端面螺纹孔处的裂纹是淬火裂纹,主要原因是原材料组织不合格、淬火介质冷速过快、零件结构不合理等多方面导致的淬火开裂。通过对原材料、淬火介质、产品结构三方面进行优化,避免了销轴的淬火开裂。

真气垫炉内漂浮换热过程数值模拟及结构优化

张家元, 李苹, 曾祺

2020, 45(9): 248-256. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.047

摘要 ( 62 )

PDF (558KB) ( 26 )

气垫炉是一种薄板材热处理用先进设备,基于某铝厂设计的气垫炉结构,建立气垫炉整体的三维计算模型,运用流固耦合FSI分析法对炉内板材漂浮换热过程进行模拟。模拟结果表明,板材换热基本均匀,但板材向下畸变过大,无法实现正常漂浮。为减少板材畸变,在优选空间内采用正交试验法优化气垫炉喷嘴布置参数,并采用响应面法与遗传算法优化气垫炉导流装置结构参数。结果表明,装置优化后板材上下表面的风量、压力分布更为合理,炉内板材畸变量从110.3 mm降低至41.4 mm,板材漂浮得以实现。

航天用多弧段封头淬火装置优化设计

林磊, 贺飞飞, 林刚, 陈勇, 冉海军

2020, 45(9): 257-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.09.048

摘要 ( 49 )

PDF (563KB) ( 25 )

提出了某航天产品用多弧段封头产品的淬火处理方法;通过有限元分析,得出了多弧段封头在底部约束情况下的热处理畸变趋势;建立了多弧段封头淬火装置的三维模型,介绍了多弧段封头淬火装置的基本结构。通过有限元分析得出在淬火装置约束下,多弧段封头热处理,总畸变量为16.0 mm,Z向15.0 mm,X向8.5 mm。通过对多弧段封头淬火装置的热畸变情况分析,提出了淬火装置的优化设计方案,优化后的多弧段封头的热处理,总畸变量为7.0 mm,Z向10.0 mm,X向3.0 mm。解决了多弧段封头热处理畸变过大问题,并通过生产验证。

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