金属热处理

张家华, 肖飞, 王建中, 徐中均, 金学军

2021, 46(6): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.001

摘要 ( 284 )

PDF (899KB) ( 280 )

在NiTi系合金大家族中,等原子比的NiTi合金具有形状记忆效应和超弹性。相比于等原子比NiTi合金,60NiTi合金不会发生热弹性马氏体相变,不具有形状记忆效应和超弹性,但是它在硬度、耐腐蚀性和弹性性能等方面具有出众的潜能,在航天领域上展现了良好的应用前景。固溶态60NiTi合金同时具备结构稳定性、超强的耐腐蚀性、出色的耐磨性,已成为航天轴承候选新材料。

回火温度对高氮不锈轴承钢显微组织与力学性能的影响

王玲奇, 何燕霖, 潘乐

2021, 46(6): 8-13. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.002

摘要 ( 282 )

PDF (616KB) ( 242 )

采用万能拉伸试验机、冲击试验机、光学显微镜、XRD、SEM和TEM等对高氮不锈轴承钢Cronidur 30不同回火温度下的显微组织和力学性能进行了研究和分析。结果表明:高氮不锈轴承钢Cronidur 30在150~500 ℃回火时的显微组织为回火马氏体+碳氮化物+残留奥氏体,高于550 ℃回火后基体逐渐转变为回火索氏体,同时析出相逐渐聚集、长大;随着回火温度的升高,强度和硬度总体上呈现先下降后升高再下降的过程,而冲击性能反之,在450 ℃回火时,碳化物M₂₃C₆和氮化物Cr₂N析出明显,此时产生二次硬化现象,其抗拉强度可达2133 MPa。400 ℃回火试样发现有极少量富Cr-Fe-Mo的析出相(σ相),显著降低其冲击性能,500 ℃回火时残留奥氏体分解、转变导致冲击性能略有降低。

高性能轴承钢的比较分析

李雄, 林发驹, 杜思敏, 吴铖川

2021, 46(6): 14-20. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.003

摘要 ( 185 )

PDF (614KB) ( 138 )

对多种高性能轴承钢进行了比较分析。渗碳轴承钢比整体淬硬钢强度低,但塑性和韧性要高,现行钢种中仅CSS-42L、M62钢的硬度达到68 HRC,意味着有更大的动态承载能力。高Cr型的Cr-Mo-V(Co)系轴承钢有较好的热硬度,其中CSS-42L、M62钢500 ℃时的热硬度超过58 HRC。P675、Ferrium C61、M50NiL等钢的渗层硬度分布比较合理,虽然CSS-42L钢有很高的表面硬度,但其渗层存在硬度“凹区”,限制了高载荷条件下的使用。耐蚀性是影响轴承寿命的最重要指标,耐蚀性较好的有Cronidur 30和Pyrowear 675(P675)钢,CSS-42L钢和M50NiL钢耐蚀性较差。除CSS-42L钢外,350 ℃以上使用的轴承钢残留奥氏体体积分数少于10%;CSS-42L钢残留奥氏体量太多,高温下使用时在温度和载荷的作用下奥氏体发生转变,会影响尺寸稳定性,限制了它在宇航领域的使用;目前可供在500 ℃使用的轴承钢有粉末型高速钢M62和ASP2060。渗碳/渗氮可使钢表面产生残余压应力,有利于提高疲劳寿命,P675、M50NiL钢的亚表层压应力大于CSS-42L钢。虽然球-杆试验机测试的疲劳寿命CSS-42L钢约是Pyrowear 675钢的两倍,但在轴承的高载荷加速试验中润滑不足时Pyrowear 675钢的疲劳寿命高于CSS-42L钢。

淬火后清洗和冷处理工艺对9Cr18钢轴承套圈残留奥氏体含量的影响

安敏, 付中元, 袁超, 夏云志

2021, 46(6): 21-23. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.004

摘要 ( 143 )

PDF (613KB) ( 112 )

分析了9Cr18钢轴承套圈在相同淬、回火工艺条件下,油淬后清洗工艺、冷处理工艺以及清洗-冷处理间隔时间对产品最终残留奥氏体含量的影响。结果表明,油淬后清洗温度越高,清洗-冷处理间隔时间越长,则残留奥氏体含量越高。过低的冷处理温度对残留奥氏体的降低起相反作用,推荐冷处理温度－70～－80 ℃。

网带炉油槽机构对深沟球轴承淬火锥度畸变的影响

王涛, 赵康

2021, 46(6): 24-26. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.005

摘要 ( 87 )

PDF (614KB) ( 62 )

深沟球轴承常使用网带炉进行热处理,网带炉油槽机构和淬火油的粘度及冷速对轴承的淬火畸变影响较大。基于6206/01轴承套圈,探讨了其锥度畸变的产生机理。结果表明:轴承套圈热处理锥度畸变与淬火冷却均匀性相关较大,将小网带运行翻转速度调整为15 s时,可改善该轴承套圈的淬火冷却均匀性,较好控制6206/01轴承套圈的锥度畸变。对其他规格的轴承套圈也具有借鉴意义。

高碳铬轴承钢网状碳化物评价标准的对比分析

庄权, 王雨田, 董智鹏

2021, 46(6): 27-30. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.006

摘要 ( 137 )

PDF (621KB) ( 102 )

对网状碳化物评价标准GB/T 18254—2016、SEP 1520-1998进行了对比,分析两者评级放大倍数、评级图片谱系以及评级原则等差异对质量判定的影响。结果表明,与GB/T 18254—2016标准相比,SEP 1520-1998标准的图谱设置、检测及评价方法更全面反映整体实物水平、更具有可操作性。大型轴承零件由于表层和心部冷却速度差异,应根据有效厚度对表层和心部网状碳化物级别应分别提出控制要求。

退火对Fe-Cr-Al-Mn双相不锈钢组织及性能的影响

陈鹏, 张晓明, 潘明明

2021, 46(6): 31-35. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.007

摘要 ( 108 )

PDF (618KB) ( 75 )

设计制备了一种新型的Fe-Cr-Al-Mn资源节约型双相不锈钢,对其进行高温单相铁素体热轧,研究冷轧后不同退火工艺对其显微组织、力学性能和耐腐蚀性的影响。结果表明,Fe-Cr-Al-Mn钢冷轧后,粗大α相晶粒破碎细化,退火后奥氏体在铁素体晶界形核长大,随退火时间的增加,奥氏体体积分数逐渐增加。随退火温度升高,奥氏体含量减少,伸长率和耐点蚀性能均表现出先增强再减弱的趋势。经800 ℃×4 h退火后,表现出均匀的铁素体和奥氏体相比例和晶粒尺寸,试验钢的强度、伸长率和抗点蚀性能综合性能良好。

原始组织和退火工艺对高碳精冲钢SK85球化效果的影响

刘坚锋, 喻建林, 葛启录, 仇圣桃, 唐小勇

2021, 46(6): 36-40. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.008

摘要 ( 182 )

PDF (612KB) ( 40 )

针对终端市场提出高碳精冲钢SK85球化率控制在90%以上的质量需求,开展了试验检测分析,找出了影响SK85球化效果的重要因素。结果表明:原始组织和球化退火工艺均是影响球化效果的重要因素,热轧采用低温卷取,退火前原始组织片层间距更短,组织更细小,球化倾向性更好;当球化温度在Ac₁~Ac₃之间,碳原子充分扩散,片状渗碳体溶解成粒状,球化效果最佳。通过分析获得了高碳精冲钢SK85合适的工艺参数,保证了工业生产线上试用所得球化率在90%以上,精冲性能良好,得到用户认可。

Cr含量和加热温度对高铁弹条用60Si2Mn弹簧钢脱碳层的影响

包万遥, 李金波, 高秀华, 陈红卫, 李绍杰, 吴红艳, 张志新, 杜林秀

2021, 46(6): 41-44. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.09

摘要 ( 82 )

PDF (237KB) ( 47 )

通过提高高铁铁轨扣件系统中的弹条用60Si2Mn弹簧钢中的Cr元素含量,分析了不同加热温度下钢的脱碳情况,研究了Cr元素以及加热温度对60Si2Mn弹簧钢脱碳层组织形貌及厚度的影响。结果表明,Cr元素含量提高至0.35%后,弹簧钢在不同加热温度下的脱碳层厚度都有明显减少,当加热温度在900 ℃以上时只存在部分脱碳现象,且脱碳层厚度随着加热温度的升高而增加。

基于30CrMnSiNi2A钢的飞机起落架激光熔覆再制造工艺

陈滋鑫, 周后明, 徐采星, 达丽梅, 朱宇旭, 何方佳, 王泽达

2021, 46(6): 45-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.010

摘要 ( 92 )

PDF (619KB) ( 60 )

利用激光熔覆技术在30CrMnSiNi2A钢表面制备20%WC-Ni复合涂层,研究了激光熔覆工艺参数(激光功率P、离焦量L、扫描速度V)对涂层组织性能的影响,利用正交试验对激光熔覆工艺进行了优化。结果表明:工艺参数对覆层显微硬度影响大小依次为:P>L>V;优化工艺参数组合为P=1800 W、L=－20 mm、V=5 mm/s。工艺参数优化后制备的涂层组织致密,与基体结合良好,其硬度达542 HV0.2;干摩擦条件下,涂层的磨损量仅为基体材料的25.92%;电化学腐蚀速率为0.0025 mm/a,该速率仅为基体材料的1.37%;在1000 h的盐雾条件下,其表面能保持较好的性能。

固溶处理对Al-8.8Zn-2.0Mg-2.1Cu-0.1Zr-0.1Ce合金组织性能的影响

李彩琼, 孔德斌, 余鑫祥

2021, 46(6): 53-58. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.011

摘要 ( 98 )

PDF (621KB) ( 73 )

采用拉伸性能和导电率测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)、透射电镜(TEM)研究了固溶温度和时间对Al-8.8Zn-2.0Mg-2.1Cu-0.1Zr-0.1Ce合金板材微观组织、拉伸性能及断口形貌的影响。结果表明,试验合金适宜的固溶工艺为470 ℃×60 min,使冷轧态金属间化合物充分固溶。在此工艺下合金时效后的抗拉强度、屈服强度(以R_p0.2计)以及伸长率分别为646 MPa、581 MPa和14.5%。TEM观察发现合金板材固溶时效后晶内强化相η′仅为2~5 nm,并且晶界析出相η呈现断续分布。此外,合金拉伸断面韧窝中大量弥散分布的AlCuCeZn粒子有利于合金塑性的明显提升。

两相区淬火+回火对600 MPa级低合金高强钢组织与性能的影响

杨鹏, 张朋彦, 纪久张

2021, 46(6): 59-64. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.012

摘要 ( 115 )

PDF (616KB) ( 101 )

对某600 MPa级低合金高强钢采用了淬火+回火的热处理方式,研究了不同回火温度以及不同淬火温度对其组织性能的影响。结果表明,随着回火温度的升高,屈服强度、抗拉强度以及屈强比都呈下降趋势,伸长率逐渐上升,在620 ℃以上回火时出现第二类回火脆性,导致冲击性能急剧降低;在淬火温度达到820 ℃后得到的两相区淬火组织为铁素体+粒状贝氏体,有利于阻止裂纹的扩展,确保有较高的冲击性能。

退火温度对MAO-TC4钛合金表面组织及腐蚀性能的影响

王进, 余国庆, 王国迪, 张曼雪, 冯甜, 解念锁, 景然

2021, 46(6): 65-68. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.013

摘要 ( 103 )

PDF (616KB) ( 43 )

通过微弧氧化技术(Micro-arc oxidation, MAO)对TC4合金进行表面处理,随后采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、激光共聚焦显微镜、硬度测试以及电化学腐蚀等方法研究不同退火温度下MAO-TC4合金的表面氧化膜层形貌、厚度、硬度、相结构以及电化学腐蚀行为。结果表明:随着退火温度的升高,MAO-TC4合金表面氧化膜层的显微硬度亦随之增大,当退火温度为850 ℃时,其最高显微硬度为592 HV0.2。450~850 ℃退火温度范围内,随退火温度升高,MAO-TC4合金的膜层耐腐蚀性先增加后降低;当退火温度为650 ℃时,膜层的自腐蚀电流密度为0.125 μA/cm²,耐腐蚀性能最佳。

淬火工艺对耐磨钢NM400组织性能的影响

李灿明

2021, 46(6): 69-73. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.014

摘要 ( 105 )

PDF (620KB) ( 73 )

采用微Nb、B,加少量Cr成分体系,研究不同离/在线淬火工艺对NM400钢显微组织和力学性能的影响,通过光学显微镜、SEM和TEM观察,分析离/在线淬火工艺对马氏体精细结构的演变规律。结果表明:在线淬火工艺马氏体块更细小,大角度晶界比例大,保留轧制奥氏体变形位错等缺陷,为碳化物在回火中析出提供位置,使析出物分布更弥散,同时拥有马氏体-下贝氏体复相组织,提高了钢的硬度、强度和韧性。

近β钛合金表面包覆渗氧强化

佟健博, 李雪飞, 黄利军, 张文强

2021, 46(6): 74-78. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.015

摘要 ( 67 )

PDF (624KB) ( 29 )

利用一种钛合金表面防护涂料对近β钛合金Ti-1023进行表面包覆后,在不同温度和气氛环境下进行高温渗氧强化处理。对渗氧处理后的合金表层显微组织和硬度梯度进行表征。结果表明,涂层包覆可以有效减缓Ti-1023合金的高温氧化行为,抑制表面疏松的脆性氧化物的形成,提高合金表面硬度。在空气气氛下,经850 ℃×24 h渗氧处理后Ti-1023合金表层显微硬度由321 HV0.2提高到544 HV0.2,硬化深度达500 μm以上。在T_β以下750 ℃氧气气氛中渗氧48 h后,合金表层显微硬度可达459 HV0.2,并且合金基体组织基本不受影响。

冷轧压下率对1180 MPa级复相钢组织性能的影响

王朝, 刘靖宝, 杜明山, 孙旭, 杨丽娜, 李孟星, 杨明维

2021, 46(6): 79-81. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.016

摘要 ( 71 )

PDF (614KB) ( 37 )

利用Gleeble-3500热模拟机模拟1180 MPa级复相钢连续退火过程,利用扫描电镜和拉伸试验机研究冷轧压下率对复相钢组织演变规律及力学性能的影响。结果表明,在相同热处理条件下,随着冷轧压下率的增加,复相钢中马氏体、贝氏体所占比例逐渐减小,铁素体回复再结晶程度逐渐增加,复相结构逐渐减弱;冷轧压下率越大,后续热处理过程中的碳原子扩散能力越强,力学性能逐渐下降;当冷轧压下率为30%时,试验钢组织内部的铁素体、马氏体、贝氏体三相复合结构最完整,此时试验钢具有最优的强度与塑性。

固溶时效处理对挤压态6082铝合金力学性能和组织的影响

刘吉兆, 刘巍, 袁浩登, 吴远志, 叶拓, 刘伟, 邓彬

2021, 46(6): 82-87. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.017

摘要 ( 88 )

PDF (615KB) ( 69 )

采用拉伸试验机、光学显微镜和透射电镜等方法研究了固溶和时效处理工艺对挤压态6082铝合金力学性能和组织的影响。结果表明,经530 ℃固溶处理的试样强度高于550 ℃固溶处理的试样,经不同固溶温度处理后合金表现出不同的力学性能各向异性行为,而经时效处理后合金的屈服强度显著提升。550 ℃固溶处理的合金,晶粒明显长大。经时效处理后的试验合金中分布着大量的针状析出相,能有效阻碍位错的运动,提升材料的强度。经不同固溶+时效处理后的挤压态试验合金拉伸断口处均发现大量的韧窝,表现出韧性断裂的特征。

时效时间对SLM 18Ni300马氏体时效钢组织性能的影响

董福元, 张明旭, 侯俊峰

2021, 46(6): 88-91. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.018

摘要 ( 73 )

PDF (616KB) ( 50 )

对激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形马氏体时效钢进行固溶及500 ℃时效不同时间的热处理,分析时效时间对其组织性能的影响。结果表明:SLM 18Ni300钢经固溶+时效处理后,其组织为马氏体、逆转变奥氏体和Ni₃(Mo, Ti)析出相,随时效时间增加,析出相数量逐渐增加并聚集长大,同时逆转变奥氏体含量增大。随时效时间的增加,其硬度和强度逐渐增加达到峰值后下降,而伸长率不断增加。SLM 18Ni300钢的最佳时效工艺为500 ℃×4 h。

轧制变形对CrCoNi中熵合金组织及性能的影响

洪大军, 万东海, 曹俊生, 张帅, 王海军, 葛阳

2021, 46(6): 92-94. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.019

摘要 ( 75 )

PDF (612KB) ( 56 )

通过真空悬浮熔炼炉熔炼制备了CrCoNi中熵合金,采用900 ℃热轧(变形量50%)、500 ℃温轧(变形量50%)获得轧制板材,利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、硬度计和万能试验机,研究轧制变形对合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:CrCoNi中熵合金铸态时为简单的单相FCC固溶体结构,随着轧制变形的进行,无新相产生;CrCoNi合金有较好的塑性变形能力,塑性变形后其力学性能得到大幅度的提升,热轧后,其抗拉强度能达到890 MPa,伸长率能达到60%,并且通过加大变形量以及热轧+温轧的组合可实现强度的进一步的提升;严重的晶格畸变、加工硬化以及细晶强化共同促进了其高强度与良好韧性的结合。

等温冷却时间对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变及硬度的影响

于银俊, 赵时雨, 张可, 李昭东, 陈子豪, 张青, 王新志, 钱健清

2021, 46(6): 95-101. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.020

摘要 ( 82 )

PDF (622KB) ( 44 )

通过OM、SEM、TEM和维氏硬度计等手段研究了不同等温冷却时间对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变、析出行为及硬度的影响,探讨了影响硬度变化的因素。结果表明,Ti-V-Mo复合微合金钢奥氏体化后在630 ℃等温冷却0~3 h,随着等温时间的延长,基体中的铁素体比例不断增加而马氏体和贝氏体比例逐渐降低,硬度呈现先升高再趋于平稳,再升高至其最大值,最后略有下降。60~1200 s时,硬度出现平台是因为纳米级(Ti, V, Mo)C粒子的沉淀强化效果能够弥补相变导致基体软化造成的硬度损失;3600 s时,硬度达到最大值为457 HV,此时纳米级(Ti, V, Mo)C粒子产生的沉淀强化效果最佳。

正火温度对海工用355 MPa级厚规格型钢组织及低温韧性的影响

赵培林, 刘超, 吴会亮, 郑力

2021, 46(6): 102-106. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.021

摘要 ( 77 )

PDF (599KB) ( 48 )

针对屈服强度355 MPa级厚规格热轧H型钢进行了正火处理;利用光学显微镜,扫描电镜分别对轧制态和890、920 ℃正火处理试验钢的显微组织进行观察;对比分析了试验钢不同状态下冲击性能变化,得出了组织状态与冲击性能的相关性规律。试验结果表明,随着正火温度升高,魏氏体等异常组织减少直至消失;试验钢厚度方向不同部位偏析现象有效减轻,珠光体片层间距变细,整体晶粒细化,心部和边部组织均匀性显著提高;-40 ℃低温冲击性能显著提升,心部和边部冲击吸收能量差值缩小,与组织状态变化规律相一致。

100 mm厚S420高强钢的热处理工艺及焊接性能

肖大恒, 张雅静, 何航, 脱臣德, 袁睿, 武会宾

2021, 46(6): 107-110. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.022

摘要 ( 128 )

PDF (592KB) ( 32 )

采用低C低Si、Ni+Cr+Mo+Cu复合强化的理念设计了100 mm厚的S420高强钢,对钢板焊接前后的微观组织、力学性能和裂纹尖端张开位移CTOD进行了观察和测试。试验结果表明:经过900 ℃淬火+580 ℃回火后,钢板的综合性能达到最佳,屈服强度为478 MPa,抗拉强度为581 MPa,伸长率为28.4%;钢板焊后－40 ℃冲击性能优异,从焊缝至熔合线+5 mm处的过渡区内,心部冲击吸收能量稳定在100 J以上。CTOD性能检验结果显示,即使在性能最薄弱区域粗晶热影响区(CGHAZ),裂纹尖端张开位移(CTOD)值都高达1.59 mm。

淬火方式对Ti微合金化中碳钢组织和性能的影响

王成, 郭宏丽, 孙健, 李德发

2021, 46(6): 111-115. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.023

摘要 ( 81 )

PDF (592KB) ( 36 )

设计了一种Ti微合金化中碳钢,在控制轧制后采用在线直接淬火+低温回火(DQ+LT)和离线再加热淬火+低温回火(RQ+LT)两种热处理工艺。通过力学性能检测和微观组织观察,研究了不同淬火方式(DQ和RQ)对Ti微合金化中碳钢微观组织和析出相的影响。结果表明:淬火方式对试验钢的微观组织特征和力学性能产生了显著影响。DQ和RQ淬火方式获得的晶粒形态分别呈现扁平化和等轴化,扁平化马氏体板条较细长,方向性明显,基体位错密度高,而等轴晶粒的有效晶粒尺寸更细,晶粒内马氏体板条均匀、无方向性,基体上有大量细小的碳化物和(Ti, Mo)C析出相。组织上的差异使得DQ工艺试验钢存在横、纵向性能不均匀、低温冲击性能较差等不足,而RQ工艺试验钢的横、纵向性能均匀、强韧性匹配良好。

GH3230合金的焊后热处理

张勇路, 鞠泉, 胡曼, 马惠萍, 张世霄

2021, 46(6): 116-119. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.024

摘要 ( 95 )

PDF (590KB) ( 62 )

分析测试了GH3230合金氩弧焊接后经不同焊后热处理制度处理后的显微组织、显微硬度和拉伸性能。试验结果表明:GH3230合金焊接板材经1140~1180 ℃保温10 min焊后热处理,既能使焊后残余应力得到充分释放,又能保证组织稳定,满足合金力学性能要求。

1Cr13不锈钢硼-碳复合渗工艺及其性能

苏学虎

2021, 46(6): 120-125. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.025

摘要 ( 84 )

PDF (593KB) ( 44 )

对1Cr13马氏体不锈钢进行950 ℃预渗碳6 h复合不同渗硼工艺处理,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及配套能谱分析仪(EDS)、显微维氏硬度计、XRD、电化学工作站等研究了复合渗工艺以及最终热处理对硼碳复合渗层组织和性能的影响。结果表明,1Cr13钢最佳硼碳复合渗工艺为950 ℃固体渗碳6 h复合950 ℃固体粉末渗硼6 h,在此工艺下,渗硼层硬度高达1436 HV0.1,交界层硬度为924 HV0.1,预渗碳层硬度为630~910 HV0.1,基体心部硬度为560～590.7 HV0.1,复合渗层硬度梯度整体较为平缓。EDS检测得出交界层Cr元素含量最高,其质量分数为13.49%。XRD物相检测得出渗硼层中主要是硬度高且脆性较小的Fe₂B相,存在少量FeB和CrB相。复合渗试样与原样的腐蚀电极电位相比提升了0.104 V,硼碳复合渗工艺提高了1Cr13不锈钢的耐腐蚀性能。

渗氮后氧化技术的适用性分析

孟璇, 姚小卫, 孔令飞

2021, 46(6): 126-128. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.026

摘要 ( 85 )

PDF (593KB) ( 46 )

通过对渗氮零件氧化处理前后的尺寸精度、粗糙度、强度进行检测,研究渗氮后氧化处理在实际生产中的适用性。结果表明,渗氮后氧化处理对零件尺寸精度及粗糙度影响很小,但对强度的影响较大,因此该工艺不适用于处理回火温度低于渗氮后氧化处理温度的调质态工件及标准紧固件。

时效对新型Ti-Al-V中熵合金组织性能的影响

葛阳, 洪大军, 张帅, 万东海, 曹俊生, 王海军

2021, 46(6): 129-131. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.027

摘要 ( 59 )

PDF (592KB) ( 25 )

采用真空悬浮熔炼法制备出新型Ti-Al-V中熵合金,使用全自动密度天平测定合金密度,并对其分别在500 ℃和700 ℃下时效处理2 h,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和维氏显微硬度计研究时效温度对其显微组织、物相组成及力学性能的影响。结果表明:Ti-Al-V中熵合金是一种轻质(密度4.18 g/cm³)、高硬度(铸态505 HV)新型合金;铸态和时效后的合金中均存在BCC结构的基体和HCP结构的富Ti板条状/粒状/针状析出相两种相结构;时效处理的合金中析出相数量相比铸态明显增加,并且时效温度提高,粒状/针状形貌的析出相数量进一步增加;铸态时合金的硬度较高,但力学性能均匀性差,随着时效温度的升高,合金硬度逐渐降低,但力学性能相对更均匀。

二次固溶处理对IN718合金组织性能的影响

项春花, 王攀智, 杨旭, 安世毫

2021, 46(6): 132-134. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.028

摘要 ( 77 )

PDF (598KB) ( 43 )

对IN718合金进行二次固溶处理,研究了二次固溶处理对其组织及高温拉伸性能的影响。结果表明,经二次固溶处理后,IN718合金组织中δ相含量较一次固溶增加,高温屈服强度降低。随二次固溶温度升高,δ相析出减少,高温屈服强度升高。

高铬耐热钢蠕变过程中的组织演化行为

权晨, 刘新宝, 朱麟, 李博, 王妮

2021, 46(6): 135-145. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.029

摘要 ( 88 )

PDF (593KB) ( 41 )

结合国内外对高铬耐热钢的最新研究成果,从强化机制出发,总结分析了高铬耐热钢在蠕变过程中微观组织的演化行为。长时蠕变过程中由于M₂₃C₆碳化物和Laves相的粗化,高铬耐热钢性能下降,通过调整元素含量及改进热处理工艺可提高高温组织的稳定性。Z相的形成与MX相的消耗密切相关,目前对于Z相的成核机理尚不能达成一致,因此生成足够量的MX碳氮化物并保持高温长时作用下组织的稳定性是提高高铬耐热钢高温性能的有效途径。

激光熔覆Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层的组织与性能

张彝, 谷臻, 高帅龙, 席生岐

2021, 46(6): 146-152. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.030

摘要 ( 73 )

PDF (599KB) ( 49 )

使用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层,期望借此提高干切削技术适用刀具表层的硬度和耐磨性。经过初步筛选之后,主要研究了Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5(x=1、1.5、2)高熵合金涂层体系,并采用XRD和3D激光扫描成像等手段分析了不同Al含量的Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5合金涂层的晶相结构、显微组织和具体元素分布。结果显示,对于Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层,随着Al含量的增加,涂层的相结构由单一的BCC相逐渐转变为双相BCC结构,晶粒逐渐细化。当x=2时,Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层硬度最高,平均为1089.6 HV0.3,大约为基材的5倍,且其具有最优的耐磨损性能。x=1.5时,Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层的自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性最好。

S34MnV钢的奥氏体晶粒长大动力学

阎勇, 卜恒勇, 李萌蘖, 郑善举

2021, 46(6): 153-159. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.031

摘要 ( 74 )

PDF (591KB) ( 39 )

利用DIL-805AD/T动态膨胀相变仪对S34MnV钢在不同加热温度和保温时间下进行奥氏体化试验,通过晶界腐蚀、光学显微镜观察和截点法测定了奥氏体平均晶粒尺寸,并对S34MnV钢奥氏体晶粒长大规律进行了深入分析。通过对比Beck模型、Hillert模型和Sellars模型,根据实测晶粒尺寸数据拟合并优化了模型参数,建立了S34MnV钢奥氏体晶粒长大的动力学模型。结果表明:兼顾加热温度和保温时间两方面影响因素的Sellars模型的计算结果与实测数据吻合较好,可用于预测S34MnV钢在880~920 ℃加热温度范围内,保温10~240 min时的奥氏体晶粒长大规律。

不完全再结晶Fe₄₀Mn₁₀Cr₂₅Ni₂₅高熵合金的室温及低温力学性能

武雅桃, 黄德军, 杨慧君, 张敏, 乔珺威

2021, 46(6): 160-167. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.032

摘要 ( 75 )

PDF (655KB) ( 40 )

采用冷轧和退火热处理工艺制备了不完全再结晶结构的Fe₄₀Mn₁₀Cr₂₅Ni₂₅高熵合金,分析了合金的室温(298 K)及低温(77 K)拉伸时的力学性能。结果表明,合金具有优良的室温及低温力学性能,合金在低温拉伸时强度和塑性均得到了提高,其室温强度和断后伸长率分别为880 MPa和18%,低温强度和断后伸长率分别为1360 MPa和36%。合金在室温变形以位错滑移为主,低温变形以位错滑移和孪生为主。室温拉伸时,粗晶晶粒先于细晶晶粒变形,导致试样内部产生了应变梯度,提高了合金的加工硬化率,使合金在室温下具有良好的强塑性。低温拉伸时,粗晶晶粒中形成了大量的变形孪晶,从而提高了合金的低温力学性能。

多向强应变-时效下7075合金组织、拉伸及抗晶间腐蚀性能

曹艳艳, 黄甜甜, 韦春华, 严伟林

2021, 46(6): 168-171. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.033

摘要 ( 68 )

PDF (594KB) ( 28 )

通过OM、TEM、力学性能和晶间腐蚀测试等手段研究了7075铝合金经多向锻造和80 ℃×1260 min时效处理后的组织及性能变化,并着重分析了试样在不同状态下的抗晶间腐蚀性能。结果表明:试样经多向锻造和80 ℃×1260 min时效处理后,晶粒得到明显细化,强度大幅提升并使塑性保持良好,晶界的析出相呈不连续分布,抗晶间腐蚀性能得到改善。最终,试样的最佳综合性能为:抗拉强度640.25 MPa、伸长率16.59%、自腐蚀电流密度1.077×10^-4 A·cm^-2。

工程机械用高强钢Q1100热处理参数及热物理性能预测

王玉静, 吴光亮

2021, 46(6): 172-176. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.034

摘要 ( 72 )

PDF (594KB) ( 34 )

利用JMatPro 7.0软件模拟预测Q1100高强钢的平衡相组成、钢的连续加热奥氏体化(TTA)曲线和钢的过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线、淬透性以及热物理性能参数。计算结果表明:Q1100高强钢奥氏体化温度Ac₁=713.3 ℃,Ac₃=831.9 ℃。钢在连续加热过程中,加热速率在1000 ℃/s时,奥氏体均匀化时间最短。钢在连续冷却过程中,其屈服强度、抗拉强度和硬度均随冷却速度的增大而增大,当冷却速度为100 ℃/s时,硬度、屈服强度和抗拉强度分别达到其最大值41.7 HRC、1180 MPa和1267 MPa。热物理性能参数密度和杨氏模量均随温度的降低而增大,热导率则先减小后增大;比热容、泊松比和线膨胀系数均随温度的降低而减小。

固溶温度对GH4720Li合金显微组织和力学性能的影响

唐超, 张筱萌, 罗俊鹏, 曲敬龙, 杜金辉, 张继

2021, 46(6): 177-185. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.035

摘要 ( 86 )

PDF (596KB) ( 32 )

通过光学显微镜、场发射电镜和力学性能测试,研究了固溶温度对GH4720Li合金显微组织(晶粒、γ′相)及力学性能的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,一次γ′相含量减少,三次γ′相尺寸增大,晶粒长大的趋势也变得明显。当固溶温度超过1120 ℃后,一次γ′相回溶迅速,晶粒长大迅速,晶粒尺寸分布不均匀性增加。固溶温度与强度呈抛物线性关系,在1130 ℃强度出现峰值;固溶温度的升高,合金塑性下降,固溶温度超过1100 ℃时塑性下降得更快。680 ℃/830 MPa持久拉伸试验表明,随着固溶温度的提高,持久时间增加,当固溶温度超过1100 ℃持久时间增加明显,但超过1130 ℃持久时间基本不变;随着固溶温度的提高,持久塑性下降,但在1110 ℃之前下降缓慢,超过该温度塑性降低很快,甚至不达标。并讨论了固溶温度-组织-力学性能之间的关联性,该结果为GH4720Li合金盘件的固溶热处理工艺的选择提供了理论参考。

挤压复合铸造7075/6061双金属铸锭的界面组织与性能

郑小平, 谢文杰, 曹通, 肖广耀, 田亚强, 陈连生

2021, 46(6): 186-190. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.036

摘要 ( 66 )

PDF (591KB) ( 36 )

采用挤压复合铸造工艺制备出具有“半固态组织/枝晶组织”分布特征的7075/6061包覆型双金属复合铸锭,并对复合铸锭界面处的组织及硬度进行了分析。结果表明,界面结合良好,为冶金结合,无杂质和氧化皮存在。界面处组织过渡平缓,7075铝合金固相颗粒呈一定规律性分布;除Zn元素浓度呈明显梯度变化外,其它合金元素分布较均匀。界面大部分由较细小等轴晶组成,且有大量合金元素沉积在晶界处,致使界面处硬度高于两侧金属,硬度最高达63.3 HRB。

7075-T6铝合金的高温成形性能和微观组织

陈水生, 冯莽, 杨志波

2021, 46(6): 191-194. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.037

摘要 ( 105 )

PDF (650KB) ( 43 )

采用等温拉伸试验,研究了温度对7075-T6铝合金板材力学性能的影响规律。通过金相观察和断口形貌分析,讨论了7075-T6铝合金板材高温拉伸变形的微观组织变化和断裂失效机制。结果表明,随温度升高,材料强度和硬度逐渐降低,断后伸长率总体上呈上升趋势,但在250 ℃时出现低值。温度低于200 ℃,应力随应变先快速增加后缓慢增加,应变硬化占主导作用,主要的软化机制为动态回复;200 ℃时,应力峰值后保持平稳,应变硬化和回复软化相互平衡;高于200 ℃,应力随应变快速增加到峰值后逐渐减小,动态再结晶软化占主导作用。250 ℃时,由于动态再结晶软化占主导作用,应力下降,塑性显著下降;300 ℃时,再结晶过程完成,且晶粒沿拉伸方向拉长,韧窝深度加深、平均尺寸增大,材料塑性提升。

Ti6Al4V合金激光熔覆Ni基自润滑涂层的组织和性能

何斌锋

2021, 46(6): 195-199. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.038

摘要 ( 76 )

PDF (593KB) ( 34 )

利用光纤激光器在Ti6Al4V合金基体表面制备了Ni25为基体和Ni包MoS₂为润滑剂的Ni基自润滑涂层,通过FESEM、XRD、硬度测试仪和摩擦磨损试验机研究了熔覆层的显微组织、物相组成和摩擦性能。结果表明,熔覆层表面主要以“花瓣”状组织以及少量的树枝晶组成,界面处的组织主要是以树枝晶为主,还有少量的等轴晶粒。熔覆层中形成了NiTi、NiTi₂等金属化合物以及其它一些化合物,这些强化相的形成有效地提高了熔覆层的表面硬度,由基体的180~200 HV0.3提高到了表层的430~530 HV0.3。同时随着Ni包MoS₂含量增加,表层的硬度会有所下降。此外,当MoS₂加入量为5%和10%时摩擦因数较大,加入量达到15%时摩擦因数有所降低,同时,熔覆层的磨损率也从5%时的7.49×10^-7 mm³·N^-1·m^-1降低到15%时的3.29×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。

1.25Cr-0.5Mo钢热处理后的组织与力学性能

徐琛, 陈广兴, 张勇伟, 谭騛, 许晓嫦

2021, 46(6): 200-204. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.039

摘要 ( 81 )

PDF (594KB) ( 38 )

利用光学显微镜、扫描电镜和力学试验机研究了3种正火组织的1.25Cr-0.5Mo钢在回火和模拟焊后热处理过程中的组织和力学性能演变。结果表明:1.25Cr-0.5Mo钢粗大的铁素体+珠光体组织经模拟焊后热处理,大量粗大的碳化物沿晶界析出,显著降低钢的冲击性能,铁素体晶内细小弥散碳化物的析出略微改善了钢的强度;贝氏体组织中的贝氏体铁素体板条宽化和碳化物粗化降低了钢的强度,但对冲击性能影响不大;1.25Cr-0.5Mo钢的综合力学性能随着铁素体组织含量的增加而变差,当铁素体组织的含量高于38％时,钢板的力学性能将难以满足要求。

晶界特征分布对哈氏合金力学性能的影响

王小艳, 韩俊杰, 孙道锋, 任琪琪, 杨淏鑫, 张永建

2021, 46(6): 205-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.040

摘要 ( 79 )

PDF (570KB) ( 34 )

采用扫描电镜、背散射电子衍射、透射电镜等手段对Hastelloy X(HX)合金的晶界特征分布、拉伸断口形貌及位错分布等进行研究。结果表明,HX合金室温拉伸断口由局部裂纹、微孔和大量的韧窝构成,微孔的形成与材料内部第二相颗粒分布有关。组织为晶内共格孪晶型的材料开裂是裂纹源扩展引起的,而组织为非共格孪晶型的样品是微孔聚集导致的开裂。分析表明,不同晶界特征分布的样品室温力学性能的差异,主要是晶粒尺寸和一次碳化物分布作用的结果。

高扩孔钢的连续冷却转变

孙岩, 安治国, 宋月

2021, 46(6): 209-212. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.041

摘要 ( 72 )

PDF (569KB) ( 30 )

将DIL805L淬火相变膨胀仪与金相分析手段相结合,绘制了一种高扩孔钢的连续冷却转变曲线。结果表明,冷速在0.5~1 ℃/s时,室温组织是铁素体+珠光体;冷速超过2 ℃/s,开始出现贝氏体;冷速超过25 ℃/s时,铁素体消失;冷速大于40 ℃/s时,马氏体出现。另外,Si、Mn的配合有助于粒状贝氏体组织的形成,微合金元素Ti与N结合可细化晶粒,间接提高成形性能。

某燃气轮机涡轮叶片长期服役后的微观组织与性能

杨晋萍, 宋国斌, 董勇军, 崔崇, 段文峰, 石全强, 单以银

2021, 46(6): 213-220. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.042

摘要 ( 78 )

PDF (566KB) ( 40 )

研究了服役45 000 h后的燃气轮机叶片不同部位微观组织与持久性能的退化行为。试验结果表明:长时服役后,叶片榫齿部位的微观组织未发生明显的退化损伤,叶片叶尖部位的微观组织则发生明显的退化,其中MC型碳化物发生退化分解,立方状γ′相退化成粗大的球状γ′相。长时服役后,叶片的硬度没有发生明显的变化,而蠕变持久性能明显降低,该燃气轮机叶片在850 ℃下10⁵ h的外推持久强度降低至66.72 MPa。

镍基高温合金GH4698的热变形组织演变机理

王岩, 谷宇, 王珏, 李吉东

2021, 46(6): 221-224. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.043

摘要 ( 92 )

PDF (566KB) ( 66 )

采用热模拟等研究方法,对不同变形工艺条件下的GH4698热变形组织演变机理开展了研究。结果表明:高温低速变形有利于动态再结晶进行,材料发生完全动态再结晶的初始变形温度大于1150 ℃;从工程角度出发,合金初始变形温度推荐1200 ℃,采用低速变形原则(0.01~0.1 s^-1),为获得相对均匀的锻造组织,终锻温度应高于1050 ℃,锻造过程可多火次完成;经GJB 3782标准推荐多级热处理后,晶粒内部存在大量弥散分布的γ′纳米析出物,起到良好的析出强化作用。

超临界循环流化床锅炉高温过热器管开裂原因分析

赵平

2021, 46(6): 225-230. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.044

摘要 ( 93 )

PDF (566KB) ( 53 )

某超临界循环流化床锅炉TP347H钢膜式壁高温过热器管频繁发生开裂,通过宏观检查、光谱分析、力学性能试验、显微组织分析以及运行情况分析等对其失效原因进行了研究。结果表明,取样管化学成分、力学性能均满足标准要求,显微组织未见异常;裂纹起源于管子与鳍片焊趾处,并从外壁向内壁扩展;管子开裂原因为:高温过热器管为大屏膜式壁结构,加之锅炉启动过程中,相邻管壁温度差较大且不断变化,造成管子在轴向方向的膨胀差较大并形成交变热应力,从而在焊趾应力集中部位产生热疲劳裂纹,同时管子与鳍片焊缝处的残余应力以及管子外表面存在的直道沟槽促进了裂纹的形成和扩展。

球墨铸铁零件高频感应淬火后显微组织异常原因分析

王磊, 马录, 杨波, 张凯, 宋阳, 王晔

2021, 46(6): 231-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.045

摘要 ( 100 )

PDF (565KB) ( 51 )

某球墨铸铁行星架铸造冒口经高频感应淬火后检测发现,高频感应淬火区存在石墨球化率偏低及铁素体含量过多的现象。经过显微组织及试验对比分析发现:高频感应淬火加热部位石墨形态的异常与冒口处球化剂的缺损及冷却速度相对较慢有关;零件铸后高频感应淬火区位置的铁素体含量过多,而铸后正火并未有效改善该现象,导致高频感应淬火后铁素体含量过多。通过优化铸造工艺,按原工艺进行正火及高频感应淬火,最终得到满足技术要求的产品。

8418钢熔铝料桶开裂分析

赵新娥

2021, 46(6): 236-239. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.046

摘要 ( 70 )

PDF (733KB) ( 40 )

8418热作模具钢制熔铝料桶使用过程中在冷却孔处发生开裂,采用扫描电镜及能谱仪、光学显微镜、洛氏硬度计、直读光谱仪,对其开裂原因进行了分析。结果表明,料桶冷却孔内具有含Ca、S、Cl元素的介质,导致其发生了应力腐蚀开裂。

镍基耐蚀合金Hastelloy C-276锻造开裂原因分析

嵇爽, 李会林, 赵秀娟, 张雲飞, 赵英利, 陈文, 石玉龙, 邢成亮

2021, 46(6): 240-244. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.047

摘要 ( 85 )

PDF (571KB) ( 54 )

耐蚀合金Hastelloy C-276锻造过程中出现开裂,对其开裂原因进行了分析,并研究了均质化处理对其组织的影响以提高锻造成材率。结果表明,Hastelloy C-276合金铸态组织中存在大量μ析出相,是导致锻造开裂的主要原因。通过提高均质化加热温度和延长保温时间,可减轻枝晶偏析,经1170 ℃保温10 h空冷后,偏析几乎全部消失,锻造良好。

柴油机用42CrMo钢高强度螺栓断裂失效分析

焦丽, 商海昆, 何剑丰, 赵英军, 张伟民, 李卫民, 周兰梅

2021, 46(6): 245-249. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.048

摘要 ( 90 )

PDF (565KB) ( 76 )

柴油机用42CrMo钢制高强度螺栓在紧固过程中发生了断裂掉头现象,通过宏观检验、化学成分分析、纤维流线及过渡圆角检验、显微组织检验和扫描电镜分析等手段,并结合螺栓加工工艺,对其断裂原因进行综合分析。结果表明:螺栓调质过程中,在应力集中的头杆结合区产生淬火裂纹并形成陈旧断口,减小了螺栓的有效承载面积,装配应力作用下因相对过载而断裂。头杆结合区过渡圆角半径偏小且加工不良是引发淬火裂纹的关键因素。

矿用齿轨感应淬火裂纹产生原因及改进方法

米佩, 孙永鹏, 张勇

2021, 46(6): 250-252. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.049

摘要 ( 73 )

PDF (610KB) ( 29 )

矿用齿轨在齿柱感应淬火过程中发生齿柱部位开裂情况,从齿轨材料化学成分、感应淬火前原始组织、裂纹宏观、微观组织、感应淬火工艺参数等方面对开裂原因进行了分析,并通过优化加热方式及冷却方式解决了齿轨齿柱感应淬火开裂问题。

带式输送机减速机高速轴断裂失效分析

谭晓蒙, 田峰, 乔欣, 郭心爱

2021, 46(6): 253-255. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.050

摘要 ( 93 )

PDF (724KB) ( 46 )

某输煤系统带式输送机减速机的18CrNiMo7-6钢制高速轴发生早期断裂。为此对失效轴进行宏观分析、断口扫描电镜及能谱分析、金相分析、硬度分析、冲击韧性分析和化学成分分析。结果表明,该失效轴断裂性质为多源疲劳断裂,疲劳源位于键槽尖端,高速轴未经正确的表面强化热处理是导致其发生早期断裂的重要原因。

铬钒共渗层出现黑洞的原因与控制

刘毅, 张孟九, 于洋, 孙慧慧

2021, 46(6): 256-259. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.06.051

摘要 ( 70 )

PDF (567KB) ( 34 )

GCr15链条销轴经铬钒共渗热处理后,渗金属层出现黑洞,较多的黑洞对基体的连续性起到破坏作用,增大了脱落的风险。针对黑洞的情况,进行了一系列试验。结果表明,渗剂中钒的含量、催化剂的选用、设备的密封性等是形成黑洞的主要原因,通过修正渗剂的配比,采用真空设备来进行热处理,解决了渗金属层的黑洞的问题,大幅度提高了销轴的耐磨性。

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