金属热处理

曹晨星, 王存宇, 曹文全

2021, 46(12): 1-6. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.001

摘要 ( 70 )

PDF (617KB) ( 42 )

FeMnAlC钢是一种新型的高强低密度钢,较高的合金元素含量使其组织性能具有较大的调控空间。κ-碳化物是钢中特有析出相,其析出位置和大小对FeMnAlC钢的性能有极大影响,合理地调控κ-碳化物的析出可以有效地提高钢的强度,并具有较高的塑性和韧性。对FeMnAlC钢中κ-碳化物的形成机理进行总结,并结合不同冷速和短时时效试验探究κ-碳化物的形貌特征以及调控方法。结果表明:κ-碳化物调幅分解产生,结构与基体共格,会随着时效时间的延长和温度的提高粗化。Si、Ni元素会促进κ-碳化物析出,Mo、Cr等元素会抑制κ-碳化物析出。

热处理工艺对Fe-15Mn-4.5Si-10Cr-5Ni系形状记忆合金析出相及形状记忆性能的影响

赵锴, 杨忠民, 李佳蕊, 陈颖, 曹燕光, 李昭东

2021, 46(12): 7-12. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.002

摘要 ( 64 )

PDF (535KB) ( 36 )

为了进一步提高Fe-15Mn-4.5Si-10Cr-5Ni系形状记忆合金的形状记忆效应,利用OM、TEM及物理相分析等试验方法,研究了直接时效及固溶+时效热处理工艺对试验合金微观组织、第二相析出及形状记忆效应的影响。结果表明,试验合金经固溶处理后,因第二相粒子大幅度回溶,导致试验合金形状记忆性能下降较为明显;同时,因直接时效处理较固溶+时效处理显著提高了试验合金中Cr碳化物第二相析出量,使试验合金形状记忆性能大幅度提升。其中,试验合金在800 ℃直接时效可获得最佳形状回复率。

时效处理对优质GH738合金组织及力学性能的影响

吴玉博, 杨成斌, 侯为学, 荣义, 李春, 录云杰, 李伶俐

2021, 46(12): 13-18. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.003

摘要 ( 75 )

PDF (537KB) ( 41 )

采用力学性能测试与组织观察相结合的方式研究了时效温度和保温时间对优质GH738合金组织及性能的影响规律。结果表明,时效温度和时间均会对γ′相的体积分数和尺寸产生影响。当时效温度在720~800 ℃时,随着时效温度升高,合金强度下降,一次和二次γ′相分别长大30 nm和8 nm,一次γ′相体积分数增加,二次γ′相体积分数减少,时效温度为800 ℃时一次γ′相体积分数达到峰值,约为8%。当保温时间为0~48 h时,随时效时间延长,合金强度先升高后降低,两类γ′相分别长大20 nm和6 nm,一次γ′相体积分数先增后减,二次γ′相体积分数则变化相反。当保温时间为8 h时,两类γ′相体积分数分别达到峰/谷值,含量约为8%和12%。γ′相尺寸和体积分数的变化,特别是体积分数的变化,导致位错的两种强化机制作用效果不同,致使强度发生变化。

冷变形对含氮028合金微观组织和力学性能的影响

巩芳源, 冯翰秋, 郎宇平, 陈海涛, 王宝顺, 钟强, 冷崇燕

2021, 46(12): 19-23. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.004

摘要 ( 55 )

PDF (534KB) ( 25 )

通过对含氮028合金进行不同变形量的冷轧,采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验研究了冷变形量对其组织和力学性能的影响。结果表明,当冷变形量相同时,随着氮含量的增加,屈服强度增加明显。当冷变形量从0%增加到70%时,0.25%N 试验合金的抗拉强度从764 MPa提高到1405 MPa,屈服强度从390 MP提高到1249 MPa。在低变形量时,试验合金中存在大量位错和平面滑移结构。随着冷变形量的增加,试验合金中形变孪晶的数量逐渐增加,位错不断增殖。当冷变形量继续增加时,形变孪晶被割裂破碎。

Nb对H13钢组织及冲击性能的影响

欧阳伟豪, 周健, 高鹏, 林鹏, 迟宏宵, 王文军

2021, 46(12): 24-30. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.005

摘要 ( 74 )

PDF (534KB) ( 33 )

采用OM、SEM、EDS、相分析、硬度测试和冲击性能试验等分析手段,对比研究Nb含量为0、0.067%和0.270%(质量分数)的H13试验钢淬回火后的组织及力学性能。结果表明,加入Nb后试验钢淬火硬度有所下降;淬火温度提高后,含Nb试验钢的晶粒尺寸小于0Nb试验钢,但含Nb试验钢中存在部分未溶碳化物;3种试验钢回火后的二次硬化峰均出现在510 ℃。经1050 ℃淬火、不同温度回火后,0.067Nb试验钢的冲击吸收能量高于0Nb试验钢。0.27Nb试验钢受到大尺寸碳化物的影响,淬火温度在1080 ℃以下时,冲击吸收能量不及另两种试验钢。

不同镍含量奥氏体基低密度热轧钢的组织与力学性能

王凤权, 孙挺, 王毛球, 尉文超, 周晓龙

2021, 46(12): 31-39. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.006

摘要 ( 67 )

PDF (543KB) ( 26 )

研究了3种Fe-18Mn-10Al-1C-(0, 3, 5)Ni-0.08V-0.03Nb(wt%)奥氏体基低密度双相钢在热轧后的组织和力学性能。结果表明,热轧后,试验钢的组织由拉长的奥氏体、条带状B2相及沿再结晶奥氏体晶粒晶界处的块状B2颗粒组成。此外,在奥氏体晶粒和B2颗粒中分别形成了纳米级κ-碳化物和DO₃相。5Ni钢屈服强度高达1352 MPa,这主要是由于奥氏体晶界存在大量纳米级别的B2颗粒以及VC相产生析出强化效果。随着Ni含量的增加,钢的强度与硬度均增加,5Ni钢屈服强度比0Ni钢高116 MPa,归因于5Ni钢中更多的B2相含量(16.9%)。但含Ni钢在强度增加的同时,极大损失了塑性,导致钢的伸长率极低,分析其原因为条带状B2相主要分布在奥氏体晶界处,试样在变形过程中裂纹更易沿晶界断裂,断口有分层现象。

热处理工艺对30Cr16Mo1VN钢组织和性能的影响

曹鑫, 李权, 杨银辉

2021, 46(12): 40-45. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.007

摘要 ( 83 )

PDF (538KB) ( 39 )

为探索30Cr16Mo1VN钢最佳的热处理工艺,采用冲击、拉伸试验机、洛氏硬度计、OM、SEM、XRD、TEM研究了淬、回火温度对该钢组织和力学性能的影响。结果表明:该钢最佳的淬火温度为1050 ℃,淬火后存在少量M₂₃C₆碳化物和M₂N氮化物阻碍晶界迁移,其平均晶粒尺寸为14.1 μm,而大部分碳/氮化物固溶进基体中,导致Ms点降低,残留奥氏体含量增至59.2%。经-73 ℃冷处理后,大量残留奥氏体转变成马氏体,硬度提高至57 HRC。该钢300 ℃回火时具有良好的强韧性匹配,抗拉强度达2030 MPa,断面收缩率为10.0%。回火后基体发生回复,位错密度降低,随回火温度的升高,基体上析出细小弥散的球状碳化物阻碍位错运动产生二次硬化,450 ℃回火时出现硬度峰值。回火温度低于500 ℃时,该钢的硬度值皆大于55 HRC,具有良好的回火稳定性。

铸态与锻态GH4738合金的热变形行为

苏醒, 吕旭东

2021, 46(12): 46-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.008

摘要 ( 61 )

PDF (546KB) ( 26 )

通过MTS热模拟试验机对铸态与锻态GH4738合金在变形温度1000~1150 ℃及应变速率0.01~1 s^-1的条件下进行压缩试验,其中压下量为10%、30%、50%。结果显示,两种状态的合金应力-应变曲线均具有典型的动态再结晶特征,存在加工硬化、流变软化和稳态流变3个阶段。由应力-应变曲线得出GH4738合金铸态及锻态热变形激活能分别为Q=575.89 kJ/mol及Q=588.04 kJ/mol。并利用EBSD分析发现,在相同的热变形参数下,锻态GH4738合金组织的动态再结晶要比铸态组织发生得更早、更显著。

回火温度对Ti-V-Mo微合金化马氏体钢析出相和力学性能的影响

韩荣, 刘洪喜, 尉文超, 王毛球, 时捷

2021, 46(12): 53-60. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.009

摘要 ( 65 )

PDF (540KB) ( 28 )

利用微观分析和物理化学相分析法,对不同回火温度(550,600,650 ℃)保温1 h后的Ti-V-Mo微合金化马氏体钢的组织和析出相表征,并进行了强化分量的计算。结果表明,在600 ℃回火时具有最佳的综合力学性能:抗拉强度为1298 MPa,屈服强度为1286 MPa,伸长率为14%。强化分量计算结果表明:析出强化和细晶强化是主要的强化方式,约占总强度的40%和30%,其中析出强化分量σ_p为517 MPa,由5 nm以下的(Ti,V,Mo)C粒子(质量分数22%)提供。回火温度由550 ℃升高到600 ℃,抗拉强度和屈服强度均有增加,同时伸长率变化不大,其主要原因是σ_p对屈服强度的贡献量提高,在提高强度的同时改善了塑性。

两种冶炼工艺下A286高温合金的热变形行为

邓闪闪, 孙永庆, 蒋业华, 刘振宝, 梁剑雄, 王长军

2021, 46(12): 61-71. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.010

摘要 ( 74 )

PDF (543KB) ( 26 )

为了探究真空感应+真空自耗(VIM+VAR)和电炉+精炼+真空自耗(EAF+LF+VAR)两种工艺冶炼A286高温合金的热变形行为,利用Gleeble-3800热模拟试验机在温度950~1150 ℃和应变速率0.01~10 s^-1范围内进行热压缩试验。基于摩擦和绝热加热修正后的真应力-真应变曲线和应变硬化率曲线建立了A286合金的Arrhenius本构方程,确定了VIM+VAR合金和EAF+LF+VAR合金的热激活能分别为358.15和372.54 kJ·mol^-1。利用临界应变和动态再结晶体积分数50%应变引入动态再结晶速度参数k_v,建立新的动态再结晶模型。采用Prasad 准则绘制两种钢在应变0.2、0.5和0.9下的热加工图,并结合组织分析,确定VIM+VAR合金的最佳热加工工艺条件为1050~1100 ℃,0.01~1 s^-1和1100~1150 ℃,0.1~10 s^-1;EAF+LF+VAR合金的最佳热加工工艺条件为1050~1100 ℃,0.01~1 s^-1和1100~1150 ℃,0.1~3 s^-1,得出VIM+VAR合金的热加工区间较宽,其热加工性能优于EAF+LF+VAR合金。

碳含量对铌微合金化高碳钢制金属针布耐磨性的影响

顾炜华, 卓城之, 陆忠, 高丽, 张永清, 雍岐龙

2021, 46(12): 72-75. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.011

摘要 ( 55 )

PDF (533KB) ( 28 )

通过微合金原理,设计了3种含0.8%~1.0%碳及0.03%~0.04%铌的高碳钢。结果表明,碳含量增加可完全消除网状渗碳体,并使更多的碳在热处理加热时固溶于奥氏体中,从而获得更高的淬火硬度。对比不同碳含量钢的淬火显微组织,当碳含量为0.90%时,马氏体基体可以在获得最高硬度的同时保持超细晶粒。由此制造的梳理针布的平均齿尖硬度可以达到841 HV0.2, 晶粒度可以达到13.5级。通过快速磨损试验以及客户现场试验,针布的耐磨性相对于高端针布钢材80WV提高约30%。

氮含量及固溶温度对21-6-9奥氏体不锈钢组织和硬度的影响

闫治坤, 陈海涛, 郎宇平, 屈华鹏, 冯翰秋, 刘荣佩

2021, 46(12): 76-80. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.012

摘要 ( 51 )

PDF (538KB) ( 23 )

为了探讨氮含量及固溶温度对21-6-9不锈钢组织和硬度的影响,分别在950、1000、1050和1100 ℃对3种不同氮含量的热轧态21-6-9不锈钢进行1 h固溶处理,通过光学显微镜观察其组织结构,结合Thermo-Calc热力学计算对试验钢的微观组织进行分析,并对其进行硬度测试。结果表明,0.20%~0.28%N的21-6-9不锈钢热轧后沿轧制方向析出铁素体,且钢中铁素体经950~1100 ℃固溶处理可消除,当N含量达到0.34%时,试验钢中不再出现铁素体。随着固溶处理温度的升高,21-6-9不锈钢的晶粒组织长大,硬度降低。N含量的增加可显著提高固溶态21-6-9不锈钢的硬度,其增加程度随固溶处理温度的升高而减弱。

17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢的动态再结晶行为及热加工图

董明振, 欧阳雪枚, 刘洋铭, 苟磊, 袁伍丰, 闫永明

2021, 46(12): 81-86. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.013

摘要 ( 58 )

PDF (534KB) ( 32 )

利用Gleeble-3800热模拟试验机得到17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢在1000~1150 ℃、0.01~10 s^-1的流变应力曲线,构建了两种钢的动态再结晶Avrami动力学模型和热加工图。结果表明,两种钢在高变形温度、低应变速率下易发生动态再结晶。17Cr2Ni2MoVNb钢中较高的Nb和Mo含量对动态再结晶的抑制作用大于20Cr2Ni4A钢中的高Ni含量的影响,导致在相同的热变形条件下17Cr2Ni2MoVNb钢的动态再结晶体积分数小于20Cr2Ni4A钢。17Cr2Ni2MoVNb钢的最佳热加工工艺参数为:温度为1050~1150 ℃、应变速率为0.1~0.6 s^-1;20Cr2Ni4A钢的最佳加工参数为:温度为1100~1150 ℃、应变速率为3.3~5.5 s^-1。

热处理对0Cr13钢力学性能和磁性能的影响

马圆圆, 包汉生, 龚志华, 赵吉庆, 杨钢

2021, 46(12): 87-93. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.014

摘要 ( 106 )

PDF (540KB) ( 23 )

研究了不同再结晶退火和调质处理工艺对0Cr13不锈钢常温下力学性能和磁性能的影响。结果表明:0Cr13钢经980 ℃×1 h 淬火,水冷+725 ℃×2 h回火,水冷+400 ℃×2 h回火,炉冷处理,可以获得铁素体和马氏体双相组织,力学性能与磁性能的匹配较好;0Cr13钢经980 ℃×1 h淬火,水冷+725 ℃×2 h回火,水冷+870 ℃×2 h回火,炉冷处理,磁性能优异,且矫顽力较小,但强度显著下降。820 ℃×5 h 炉冷再结晶退火后,可获得更加规整、均匀的等轴铁素体组织,强度比调质处理的低,但具有良好的软磁性能。调质处理后采用870 ℃高温回火,可以显著降低材料的矫顽力H_c和剩余磁感应强度B_r,去磁场时可快速退磁。0Cr13钢中铁素体量多则弱磁特性好,马氏体量多则强度高,磁性能和强度存在一定的矛盾关系,较好的磁性能会损失一定的强度,反之亦然。

WS₂增强CoCrTi复合材料的制备及高温摩擦学性能

钱钰, 崔功军, 卞灿星, 寇子明

2021, 46(12): 94-99. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.015

摘要 ( 51 )

PDF (536KB) ( 25 )

采用热压烧结技术制备了CoCrTi-(2.5, 4.0, 6.0)WS₂复合材料,并优化了WS₂的含量。通过球-盘式高温摩擦试验机研究了复合材料在室温至1000 ℃范围内的摩擦学性能。使用X射线衍射仪和扫描电镜等分析了复合材料的显微组织和物相组成。结果表明:适量WS₂的添加显著提高了材料的硬度与摩擦学性能。3种复合材料的摩擦因数和磨损率均表现出大致相同的变化趋势:在室温至400 ℃的试验条件下,摩擦因数随温度的升高而降低,磨损率变化趋势则相反。在400 ℃到1000 ℃,摩擦因数随温度的升高小幅增大;磨损率随温度的升高先减小后增大最后减小,在800 ℃时达到最大值。在给定的试验条件下,WS₂含量为4.0wt%的复合材料具有最佳的高温摩擦学性能。在低温下试样表现出不同程度的磨粒磨损,在高温下的磨损机理为氧化磨损。

Mg含量对Al-Zn-Mg铝合金组织及性能的影响

黄元春, 李湘粤, 谭维杨, 胡嘉伟, 黄娟, 邹倜

2021, 46(12): 100-106. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.016

摘要 ( 61 )

PDF (543KB) ( 34 )

通过改变镁的含量,设计了4种不同成分的Al-6.0Zn-xMg合金。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差式扫描量热分析仪(DSC)、硬度、导电率以及室温拉伸等分析测试方法,研究了Mg含量对Al-Zn-Mg合金铸态、均匀化态组织性能及T6态力学性能的影响。结果表明:4种铸态合金组织晶界附近存在大量共晶网状结构与链状第二相,主要为α(Al)+三元T(AlZnMg)相,合金中还存在少量的Al₃(Zr,Ti)相和富铁相,提高Mg含量会使合金组织中的非平衡共晶相增加。合金均匀化处理后空冷,基体内有大量细小弥散的针状η(MgZn₂)相析出,且随着Mg含量的提高,这种针状η(MgZn₂)相的析出数量也逐渐增多。随着Mg含量增加,硬度逐渐增加,导电率逐渐下降,且均匀化态合金的硬度及导电率比铸态的高。4种T6态合金中Al-6.0Zn-2Mg合金的综合力学性能最佳。

N含量对13Cr超级马氏体不锈钢耐蚀性的影响

李苗苗, 邹德宁, 佟立波, 庞阳

2021, 46(12): 107-112. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.017

摘要 ( 53 )

PDF (608KB) ( 32 )

对13Cr超级马氏体不锈钢进行氮合金化,采用淬火-配分热处理工艺,研究了不同N含量对13Cr钢的微观组织及电化学腐蚀行为的影响。结果表明:随N含量增加,板条马氏体组织表现出明显的细化行为,奥氏体含量增加,且有VN生成,从而防止N与Cr结合生成Cr₂N,促使Cr在材料表面形成以Cr₂O₃为主的致密腐蚀产物膜,提高材料耐蚀性;试验钢表面以局部腐蚀为主,试样表面有点蚀发生。随着N含量的增加,形成腐蚀产物膜的孔隙度减小;表面钝化膜为双电层结构,增加了钝化膜的稳定性,点蚀坑数量明显减少且变小;提高N含量有利于试样耐点蚀性能的改善,0.35%N试验钢表面腐蚀产物附着牢固,平整且致密,晶粒大小均匀,可起到良好的保护作用。

镀镍多壁碳纳米管对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料焊点界面行为的影响

陈进, 屈敏, 崔岩

2021, 46(12): 113-118. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.018

摘要 ( 45 )

PDF (607KB) ( 23 )

采用机械混合法制备了不同含量(0、0.05、0.1、0.2、0.5wt%)镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs)复合Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)无铅钎料。采用F4N回流炉对SAC305-x(Ni-CNTs)钎料进行回流焊,利用电热鼓风干燥箱对焊点试样进行170 ℃时效(t=0、48 h)处理。结合DTA、SEM、EDS等分析手段研究了不同镀镍碳纳米管含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料润湿性、熔点和焊点界面金属间化合物(IMC)层的影响。结果表明:Ni-CNTs可以显著改善钎料的润湿性,降低钎料熔点;此外,Ni-CNTs可以有效抑制界面IMC层的生长,同时改变界面IMC组成。综合比较得出Ni-CNTs最佳添加量为0.05%,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比,润湿角降低49.76%,熔点降低0.331 ℃;时效后界面IMC层厚度4.292 μm(t=0 h)、5.238 μm(t=48 h)相对于SAC305钎料界面IMC厚度6.529 μm(t=0 h)、8.255 μm(t=48 h)分别降低了34.26%(t=0 h)、36.55%(t=48 h),界面IMC层相组成转变为(Cu_1-xNi_x)₆Sn₅和(Cu_1-xNi_x)₃Sn。

Ni合金化对Finemet合金热稳定性及软磁性能的影响

张超汉, 陶平均, 朱坤森, 黄文豪, 杨元政

2021, 46(12): 119-123. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.019

摘要 ( 50 )

PDF (608KB) ( 22 )

通过铜辊甩带法制备了成分为Fe_73.5-xSi_13.5B₉Cu₁Nb₃Ni_x(x=0、1、2、3)的非晶带材,并对其进行退火处理。利用XRD、DSC、VSM和软磁直流测试仪等对带材的相结构、热稳定性以及软磁性能进行测试分析。结果表明,所制备合金带材淬火态下均为完全非晶结构,经560 ℃保温60 min退火处理后,合金中形成了非晶和α-Fe(Si)纳米晶双相共存结构。随着Ni含量的增加,整体上非晶带材的一级起始晶化温度T_s1和二级起始晶化温度T_s2先减小后增大,两级起始晶化温度之差ΔT_s整体呈下降的趋势,由166.0 ℃下降至132.8 ℃,热稳定性降低。淬火态下,Ni元素的添加使得非晶带材的软磁性能有所恶化。经退火处理后,带材的软磁性能明显提升,当Ni含量x=1时,具有较好的软磁性能,其饱和磁化强度为157.7 emu/g,矫顽力为6.8 Oe。

Nb对中低碳超级贝氏体钢组织与性能的影响

高石, 潘学福

2021, 46(12): 124-129. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.020

摘要 ( 80 )

PDF (600KB) ( 21 )

针对无Nb和0.05wt%Nb两种中低碳钢,研究了Nb对0.25wt%C超级贝氏体钢组织与性能的影响。结果表明,对两种试验钢采用轧后先快冷后缓冷的等温工艺,均可获得贝氏体组织。300 ℃等温8 h,含Nb钢贝氏体含量达到80%,屈服强度提高12% (109 MPa),冲击吸收能量达到52 J。通过Thermal-Calc软件计算并结合TEM观察发现,含Nb钢中Nb元素与Mo等元素形成复杂碳化物,析出的细小碳化物钉扎板条边界,细化贝氏体板条,抑制板条合并与粗化,提高板条的稳定性。等温8 h后,含Nb钢的贝氏体铁素体板条尺寸在150~200 nm之间。利用背散射电子和EBSD分析发现,Nb元素通过促进碳化物的析出,降低过冷奥氏体稳定性,促进贝氏体转变,抑制马氏体转变,细化残留奥氏体,提高了组织的均匀性和稳定性,是性能提高的主要机制。

La-Ce混合稀土对AZ91D合金组织和性能的影响

陈利超, 苏植成, 任井涛, 方立强, 汪子超, 王宇宇, 赵莉萍

2021, 46(12): 130-134. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.021

摘要 ( 60 )

PDF (601KB) ( 22 )

以AZ91D镁合金作为研究对象,探究了La-Ce混合稀土含量对其组织性能的影响。结果表明:在AZ91D镁合金中加入混合稀土La-Ce后,铸态组织为网状β-Mg₁₇Al₁₂相及少量杆状稀土化合物。且随着稀土含量增多,β-Mg₁₇Al₁₂和杆状稀土化合物被细化。经固溶时效处理后,随稀土含量增加,试验合金伸长率增大,硬度和抗拉强度均先增后降,稀土含量为2.38%时,合金力学性能最佳。

Q450耐酸钢的相变及耐蚀性能

王震, 胡德勇, 孙超, 高秀华, 吴红艳, 杜林秀

2021, 46(12): 135-141. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.022

摘要 ( 54 )

PDF (600KB) ( 23 )

针对含0.09%Bi的铁路敞车用新型耐酸钢,通过热模拟试验,绘制了动态CCT曲线,进行实验室轧制,利用全浸试验方法和电化学试验方法对其耐硫酸腐蚀性能进行了研究。结果表明:随着冷速提高,显微组织由珠光体+铁素体逐渐完全转变为贝氏体,同时组织细化。在实验室热轧后水冷至622 ℃,石棉卷取保温冷至室温,得到的组织为铁素体+少量贝氏体;经全浸腐蚀试验,腐蚀后表面腐蚀产物平整,腐蚀较轻,其力学性能和耐硫酸腐蚀性能均满足Q/ASB 174—2016要求。电化学试验研究表明,试验钢自腐蚀电位、自腐蚀电流和腐蚀速率均优于Q345B钢,表面富含Cu₂S的致密腐蚀产物氧化膜对耐蚀性提高作用明显。

选区电化学沉积镍镀层的微观形貌及耐磨性

白雪琛, 梁国星, 吕明

2021, 46(12): 142-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.023

摘要 ( 60 )

PDF (606KB) ( 30 )

利用选区电化学沉积技术在45钢基体上沉积镍镀层,并对其进行形貌观察、能谱分析探寻选区电化学沉积镍镀层组织生长规律,并将镀层和基体耐磨性进行了试验对比。结果表明,选区电化学沉积生长过程为由小型颗粒逐步生长堆叠成为致密镀层;晶粒生长呈螺旋式上升堆叠形态,球状晶粒内部和表面存在微裂纹;晶粒间隙处存在氧元素,氧化反应对于小型晶粒之间的相互融合起抑制作用;选区电化学沉积镍镀层结构组织更加致密,镀层组织与基体组织间存在明显的分界线,镀层组织相较于基体材料耐磨性更好。

无钛热冲压成形钢的连续冷却与等温转变规律

耿吴宾, 崔青玲, 梁佳伟, 朱宗伟, 张龙超

2021, 46(12): 149-155. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.024

摘要 ( 54 )

PDF (598KB) ( 20 )

利用Thermo-Calc热力学软件(TCFE 9数据库)、DIL805A/D变形热膨胀相变仪和场发射扫描电镜(FE-SEM)研究了连续冷却转变及等温转变过程中无钛热冲压成形钢的微观组织演化规律。结果表明:试验钢的Ac₁=749 ℃,Ac₃=863 ℃。绘制了CCT曲线和TTT曲线;无钛热冲压成形钢的马氏体相变开始温度Ms=385 ℃,马氏体相变结束温度Mf=130 ℃。过冷奥氏体冷却过程中,发生马氏体相变的临界冷却速度为5 ℃/s;当等温温度高于750 ℃时,热冲压成形后可获得全马氏体组织。

非平衡磁控溅射离子镀Cu-Nb纳米晶薄膜的微观结构及性能

王钰鹏, 吴泓均, 鲍明东, 田武, 周兵

2021, 46(12): 156-161. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.025

摘要 ( 65 )

PDF (608KB) ( 21 )

研究了Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。使用非平衡磁控溅射离子镀技术,在具有(100)晶面的单晶Si基体和玻璃基体上制备不同Nb含量的Cu-Nb纳米晶薄膜,研究Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。将样品置于卧式真空退火炉中进行400 ℃退火,用配备了能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和四探针电阻率测试仪等分析了退火前后薄膜的微观结构、力学性能与电学性能。结果表明,沉积态Cu-Nb薄膜表面由致密的纳米晶组成,表面粗糙度最高仅为8.54 nm,且无明显的孔洞和裂纹等缺陷。随着Nb含量的增加,薄膜的平均晶粒尺寸下降5 nm,薄膜的硬度也因细晶强化而有所增加,在靶电流为1.3 A时达到最大值4.9 GPa。退火态样品在硬度、弹性模量、平均晶粒尺寸和表面粗糙度方面与沉积态薄膜相比有较小的变化,Cu-Nb薄膜表现出优良的热稳定性。Nb的加入可有效细化晶粒,达到细晶强化的效果,同时Cu-Nb不互溶的特性使得纳米晶薄膜在高温下也可保持较好的热稳定性。Nb靶溅射电流为0.5 A 时薄膜综合性能最佳,此时沉积态Cu-Nb薄膜的电阻率最低,为3.798×10^-7 Ω/m,硬度和弹性模量高达4.6 GPa和139.5 GPa,薄膜厚度为1050 nm,粗糙度R_a为4.70 nm。

生物医用316L奥氏体不锈钢的形变组织

李鹏涛, 刘金旺, 罗贤, 陈建新

2021, 46(12): 162-167. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.026

摘要 ( 61 )

PDF (602KB) ( 26 )

借助扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜组织观察,对生物医用奥氏体不锈钢316L的形变组织进行了多尺度深入研究,其工程应变量范围为2%~40%。结果表明,当应变>20%时,316L奥氏体不锈钢中的<001>和<111>取向平行于拉伸方向,即出现了大量的变形孪晶和马氏体。从微米尺度和纳米尺度对孪晶和马氏体相变做详细分析发现,形变首先诱发形成变形孪晶,由于孪晶界减小了位错平均自由程而引起位错塞积,进一步诱发马氏体的转变。随着变形量的增加出现了更多的孪晶和α-马氏体,马氏体相变的过程只有γ→α转变,α马氏体主要分布在孪晶界附近,特别是孪晶交叉的位置。其中,奥氏体基体和α-马氏体之间的取向关系为:[011]_γ//[011]_α,(420)_γ//(123)_α。

YG8硬质合金表面激光熔覆WC/TiC/Co涂层的组织及性能

梁伟印, 梁国星, 董黎君, 刘东刚, 王时英

2021, 46(12): 168-174. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.027

摘要 ( 82 )

PDF (605KB) ( 26 )

通过激光熔覆方法在YG8硬质合金表面制备WC/TiC/Co涂层,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)观察组织结构并分析其物相组成,并对其显微组织、硬度分布和摩擦磨损性能进行了观察和测量。结果显示:涂层表面平整,与基体结合紧密,截面形貌良好没有明显缺陷。表层和两侧存在未熔的WC颗粒,熔覆层中WC颗粒消失,新产生的组织分布均匀。受激光影响,热影响区中的WC晶粒发生重结晶和再结晶。熔覆层主要物相为WC、W₂C、(Ti,W)C_1-x、M₆C(Co₄W₂C、Co₃W₃C)等,这些硬质相和碳化物的生成及弥散分布提高了熔覆层性能。通过测量,熔覆层硬度分布在1700~1800 HV0.5,最高为1783 HV0.5,高于YG8硬质合金,而热影响区和基体的硬度则稍有下降;耐磨性也有大幅提高,熔覆层体积磨损量比YG8合金减少90.67%,平均摩擦因数为0.293,主要磨损形式为磨粒磨损。

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

靳琛, 杜延鑫, 张驰, 张立文

2021, 46(12): 175-179. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.028

摘要 ( 59 )

PDF (598KB) ( 29 )

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。

银铜箔轧制用银铜板的退火组织与性能

孙玉梅, 王晓文, 宫本奎, 冯锐, 费翔昱, 赵维超

2021, 46(12): 180-186. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.029

摘要 ( 54 )

PDF (599KB) ( 22 )

采用光学显微镜、电子背散射衍射技术、维氏硬度计和电化学工作站等研究了轧制银铜板在退火过程中的组织、织构演变规律及其对维氏硬度、耐腐蚀性能的影响。结果表明:轧制银铜板退火时,晶粒形态由轧态的长条状演变为等轴晶组织,且平均晶粒尺寸增大,织构类型由铜型织构、黄铜型织构、S织构和R织构等形变织构演变为立方织构和{025}<001>等退火织构;随退火温度的升高,银铜板维氏硬度减小,银铜板小角度晶界含量降低,∑3晶界含量升高,耐腐蚀性能先减弱后增强。银铜板在300 ℃保温10 min时,立方织构含量最多,硬度为60 HV0.3,耐腐蚀性能较好。

铁基阻尼合金阻尼及力学性能研究进展

王书亮, 陈露宇, 蒋小松

2021, 46(12): 187-192. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.030

摘要 ( 46 )

PDF (597KB) ( 25 )

铁基阻尼合金是一种依靠自身机制将部分振动能转化为热能散发掉的减振材料,能够有效减弱振动与噪声对设备和工人的影响,并且拥有加工性好、耐蚀性好、使用温度范围宽以及价格低廉等特性。然而,铁基阻尼合金的阻尼性能与力学性能的合理搭配仍是未有效解决的难题,无法满足实际工程应用。研究者发现热处理、元素掺杂等手段对铁基阻尼合金阻尼性能或力学性能能够产生不同程度的优化,但在提升力学性能时几乎都会使阻尼性能恶化。为了给探究调控阻尼与力学性能有效的工艺方法提供参考,对铁基阻尼合金的阻尼机理、阻尼性能影响因素以及力学性能的特点进行了阐述,最后对铁基阻尼合金研究方向进行了展望。

热处理22MnB5钢的力学响应及本构建模

胡泽豪, 马洪浩, 刘君, 程柳, 张立强, 郭鹏程

2021, 46(12): 193-198. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.031

摘要 ( 74 )

PDF (604KB) ( 25 )

22MnB5钢冷轧板材分别在750、850和950 ℃保温30 min水淬后,进行了应变速率分别为0.0005、0.001、0.01和0.1 s^-1的室温拉伸试验。结果表明:随着热处理温度的升高,试验钢的微观组织中板条状马氏体含量增加,其屈服强度和抗拉强度也显著提升;随着应变速率的增加,试验钢的屈服强度和抗拉强度呈现先增加后减小的趋势;最后基于Voce本构模型,通过引入Johnson-Cook本构的应变速率项,构建了可以描述22MnB5钢在不同热处理工艺和应变速率下力学行为的本构方程,其相关系数(R)和平均相对误差(AARE)分别为0.993和3.15%。

Ti6Al4V合金激光熔覆Co-Ti₃SiC₂复合涂层的组织和摩擦学性能

孟祥军, 沈颖, 张少瑜, 许宏良, 汪阳, 刘秀波

2021, 46(12): 199-203. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.032

摘要 ( 46 )

PDF (602KB) ( 24 )

为改善Ti6Al4V合金的摩擦学性能,分别用纯Co、Co-2%Ti₃SiC₂、Co-5%Ti₃SiC₂、Co-8%Ti₃SiC₂混合粉末为原料,在Ti6Al4V合金表面激光熔覆制备复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)以及摩擦磨损试验机分析物相组成、显微组织结构以及在常温下的摩擦学性能。结果表明:所有复合涂层与基体结合良好,伴有少部分微孔。纯Co涂层的主要物相为γ-Co、CoTi、CoTi₂等,而Co-Ti₃SiC₂涂层物相包括γ-Co、CoTi、CoTi₂、TiC、Ti₅Si₃和残留的Ti₃SiC₂。涂层的硬度相对基体提高了1.90~2.15倍,而耐磨性能相应提高了3.02~5.44倍。

高磁感取向硅钢轧制及热处理过程中的晶界和织构演化

喻春明, 张继明, 党波, 张毅

2021, 46(12): 204-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.033

摘要 ( 75 )

PDF (618KB) ( 26 )

采用电子背散射衍射(EBSD)对不同轧制和热处理态的高磁感取向硅钢的重合位置点阵(CSL)晶界和织构进行了研究。结果表明,热轧态取向硅钢截面织构呈层状分布,表层主要为{110}<001>Goss织构,1/4厚度主要为{001}<110>立方织构、{112}<111>铜型织构和{110}<001>Goss织构,而心部则形成较强的{112}<111>铜型织构、{111}<110>形变织构和{110}<001>Goss织构;常化处理后截面织构梯度变化不明显,但中心位置{112}<111>织构向{110}<001>Goss织构转变。冷轧退火态主要织构为{110}<001>Goss织构、{112}<111>织构和{111}<110>形变织构。二次再结晶后,则生成强烈的{110}<001>Goss织构。随着织构的变化,CSL晶界也发生了明显的转变。热轧态CSL重位晶界中∑3~∑29均有出现,但比例较低;常化处理后CSL重位晶界比例增加,冷轧退火后CSL晶界比例大幅提高,特别是∑3、∑7、∑9和∑15等晶界;二次再结晶后,由于CSL晶界发生了转化,CSL晶界类型减少,∑3、∑13等晶界比例增加,∑9晶界消失。

低硬度P91钢管长时服役后的组织性能和安全性评价

邓辉

2021, 46(12): 209-213. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.034

摘要 ( 48 )

PDF (615KB) ( 21 )

通过显微组织观察和能谱分析、室温拉伸试验、室温冲击试验、高温短时拉伸试验、高温持久性能试验研究了低硬度P91钢管服役10⁵ h后的组织和性能,并进行安全性评价。结果表明:长时服役硬度为157 HBW的低硬度P91钢管组织为块状铁素体和大尺寸析出相M₂₃C₆,与正常硬度管相比,其常温力学性能和高温短时力学性能大幅降低,10⁵ h持久强度外推值低于标准推荐值36%,通过评估得出该机组高压导汽管低硬度直管段剩余寿命为54 075 h,机组运行存在较大安全隐患。

取向硅钢韧脆转变温度及影响因素

李莉, 贾志伟, 张一凡, 罗理, 蒋奇武

2021, 46(12): 214-217. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.035

摘要 ( 83 )

PDF (615KB) ( 23 )

以鞍钢0.27 mm规格高磁感取向硅钢板为研究对象,通过测量不同温度下常化样品的力学性能,结合微观组织和断口形貌观察,确定其韧脆转变温度及影响因素。结果表明:该取向硅钢临界断裂强度约为590 MPa,韧脆转变温度区间为60~80 ℃。在0~100 ℃测试温度范围内,随温度升高,磷元素偏聚浓度由90%左右降低至65%左右,相应平衡时间短,有利于提高晶界结合强度并弱化脆断倾向。此外,常化组织晶粒粗化和铁素体与珠光体不均匀变形产生的微裂纹是脆化的主要组织因素,不利于取向硅钢的冷轧加工。

热轧工艺对65Mn钢显微组织及力学性能的影响

杨莹莹, 吴红艳, 齐敏, 杜林秀

2021, 46(12): 218-222. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.036

摘要 ( 59 )

PDF (626KB) ( 30 )

研究了热轧工艺对65Mn钢组织与性能的影响。采用电子探针显微分析仪(EPMA)和透射电镜(TEM)对热轧组织进行了表征。结果表明:通过控制热轧工艺,可获得珠光体和贝氏体两种初始组织。随着终轧温度和终冷温度的降低,先共析铁素体含量和珠光体体片层间距逐渐减小,强度、硬度逐渐升高。相比珠光体组织,热轧贝氏体组织具有更高的强度,抗拉和屈服强度分别为943 MPa 和648 MPa。

淬火温度对新型NM450抗腐蚀磨损钢组织和性能的影响

彭思远, 邓想涛, 梁亮, 付天亮, 刘宁, 王昭东

2021, 46(12): 223-228. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.037

摘要 ( 51 )

PDF (616KB) ( 22 )

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和力学性能检测等方法,研究了淬火温度对NM450抗腐蚀磨损钢组织和力学性能的影响。结果表明,试验钢在840~960 ℃范围内淬火后低温回火,获得了回火板条马氏体组织。当淬火温度为870 ℃ 或低于此温度淬火时,组织中出现了弥散分布的第二相,其Cr含量明显高于基体,当淬火温度升高至900 ℃及以上时,第二相消失,同时奥氏体晶粒也开始明显长大。随着淬火温度的升高,试验钢的强度和硬度整体趋于下降,冲击吸收能量在900 ℃时达到最高。根据取向分布与晶界分布图可以发现,960 ℃淬火时有效晶粒尺寸最大,大角度晶界占比最低,其冲击性能最差。900 ℃淬火时有效晶粒尺寸与840 ℃相近,但其组织结构更加均匀,大角度晶界所占比例升高,这是900 ℃淬火时冲击性能较高的主要原因。

冷轧和时效过程中1RK91不锈钢的组织与性能演变

田硕士, 马凤仓, 刘平, 刘新宽, 李伟, 张柯

2021, 46(12): 229-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.038

摘要 ( 44 )

PDF (616KB) ( 24 )

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、维氏硬度计、万能材料试验机等研究了1RK91不锈钢冷轧过程中应变诱发马氏体组织转变及时效工艺对材料力学性能的影响。结果表明:1RK91不锈钢冷轧过程中发生应变诱发马氏体相变,应变诱发马氏体的形核取决于冷轧中位错的增殖与运动,受变形温度影响。材料的强度和位错密度随冷轧变形量的增大而增大,固溶和75%冷轧后抗拉强度分别为903 MPa和1195 MPa,位错密度分别为5.75×10¹⁰ cm^-2和8.84×10¹⁰ cm^-2,计算得到该钢的冷加工强化系数为3.89 MPa/%。常规时效下,固溶和75%变形量的峰值硬度分别为499 HV0.2和610 HV0.2,分级时效后峰值硬度分别为513 HV0.2和639 HV0.2。随变形量的增大,常规时效处理材料峰值硬度增加,达到峰值硬度的温度降低,总体上分级时效处理后具有更高的峰值硬度和更好的抗过时效能力。

热处理制度对喷射成形7A50铝合金组织性能的影响

杨春苗, 王淑慧, 刘文文, 李延珍

2021, 46(12): 236-240. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.039

摘要 ( 58 )

PDF (618KB) ( 28 )

研究了热处理制度对喷射成形7A50铝合金微观组织和力学性能的影响,测试了显微硬度和力学性能,运用OM、SEM(EDS)和TEM(SAED)观察了微观组织。结果表明:喷射成形后的7A50铝合金,消除了枝状晶粒,晶粒尺寸细化到60~120 μm范围;预时效(PA)处理提升了7A50铝合金试样的初始硬度,但却明显降低了自然时效(NA)过程的硬化速率,12 d自然时效处理后,相比于SS+NA态,最终硬度反而降低了19 HV0.5;SS+PA+NA+BH态的试验铝合金,屈服强度和抗拉强度最高,分别达到了475 MPa和525 MPa,屈服强度的BH值达到165 MPa,伸长率降低了10%;不同热处理状态下的试样断口均具有韧性断裂的特征,断口处存在大量的韧窝。SS+PA+NA处理后,基体内的第二相尺寸细小,分布弥散,尺寸在5~15 nm范围。

热处理工艺对Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr合金组织和性能的影响

何超威, 张可召, 杨丹, 牛红志, 严春妍, 包晔峰

2021, 46(12): 241-246. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.040

摘要 ( 53 )

PDF (619KB) ( 29 )

采用OM、SEM和XRD等方法研究了固溶时效热处理对近β型钛合金(Ti-3Al-6Mo-2Fe-Zr)显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明,随着固溶温度的升高,初生α相的含量逐渐降低,经930 ℃固溶处理后,合金为单一β相。固溶温度在830 ℃以下时,随着固溶温度的升高,初生α相逐渐转变为β相,第二相强化作用减弱,合金强度逐渐降低,塑性逐渐提高,断裂方式为微孔聚集型;固溶温度在830 ℃以上时,随着固溶温度的升高,β相晶粒逐渐粗化,合金强度降低,塑性下降,断裂方式由微孔聚集型断裂向解理断裂转变。随着固溶温度从780 ℃升高至930 ℃,初生α相的含量降低,β/α相界逐渐减少,耐腐蚀性能提升。经780 ℃固溶1 h(水冷),500 ℃ 时效6 h(随炉冷却)处理后,细小针状的次生α相于亚稳β相中沉淀析出,合金强度显著提高,但塑性下降。

临界淬火工艺处理高强结构钢Q690GJ的韧化机理

邓伟, 秦小梅

2021, 46(12): 247-251. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.041

摘要 ( 81 )

PDF (617KB) ( 21 )

研究了QT(淬火+回火)和QLT(淬火+临界淬火+回火)热处理对高强结构钢Q690GJ微观组织及低温韧性的影响。通过金相、扫描电镜等方法,对低温冲击试样、无塑性转变试样进行了微观分析。结果表明:QLT工艺处理的Q690GJ钢低温韧性明显优于QT工艺。微观组织分析表明:QLT工艺处理试验钢组织为板条马氏体+残留奥氏体,临界淬火工艺形成了更多数量的、且较为稳定的残留奥氏体软相,提高了起裂前的塑性变形能力;同时形成更多取向混乱的马氏体板条束,有效阻碍了裂纹的扩展,从而提高低温韧性、降低无塑性转变温度。

工业纯铁的氮碳钛离子共渗工艺

刘岩, 张城兴, 李双喜

2021, 46(12): 252-255. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.042

摘要 ( 55 )

PDF (618KB) ( 23 )

针对氮、碳二元离子共渗电磁纯铁的渗氮层硬度低、耐磨性差的问题,采用氮、碳、钛三元离子共渗的方法对其进行表面改性处理。结果表明,在相同渗氮工艺下,海绵钛的加入,有效地提高了渗氮层的表面硬度;在520 ℃共渗8 h时,测得渗层硬度最高可达513 HV0.05。但是三元离子共渗降低了纯铁的磁性能,尤以低磁性能降低较多,稍低于GB/T 3656—2008要求,中磁性能与高磁性能仍满足标准要求。

18Cr2Ni4WA钢渗碳淬火后回火温度对力学性能的影响

李峰, 李双喜, 李纪强, 王红伟, 刘桥桥, 王东柱, 苗圩巍

2021, 46(12): 256-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.043

摘要 ( 81 )

PDF (615KB) ( 37 )

为了研究18Cr2Ni4WA钢渗碳淬火后不同回火温度对渗碳表面和未渗碳部分(心部)力学性能的影响,采用显微硬度计、拉伸试验机和冲击试验机对渗碳淬火后不同回火温度下试样的力学性能进行了研究,并且运用ABAQUS仿真软件对不同回火温度下的齿轮试样性能进行了模拟分析。结果发现:随着回火温度的升高,试样硬度和强度降低的同时,心部的冲击吸收能量也下降明显,在300 ℃时其冲击吸收能量值接近于技术要求规定的最小值,考虑到炉温和材料成分存在不均匀性,因此此类钢在某些特定条件下,渗碳淬火后回火温度不宜高于260 ℃。

17CrNiMo6钢斜齿轮热处理仿真分析中的位移边界条件

梁睿君, 王志强, 李华文

2021, 46(12): 262-267. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.044

摘要 ( 65 )

PDF (617KB) ( 29 )

基于17CrNiMo6钢热处理过程传热、组织场转变和热弹塑性数学模型,建立了斜齿轮零件热处理有限元模型。对17CrNiMo6钢斜齿轮的热处理过程进行了模拟,并分析了固定约束、对称约束、摩擦约束3种位移边界条件对热处理仿真畸变的影响。结果表明:17CrNiMo6钢斜齿轮淬火后齿轮表面受压应力,而心部受拉应力,齿根处压应力大于齿顶处。与目前普遍采用的固定约束或对称约束边界条件相比,采用摩擦约束的仿真结果更加符合实际情况。

渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢齿轮淬火畸变影响的模拟研究

孔令利, 贺瑞军, 李贵发

2021, 46(12): 268-275. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.045

摘要 ( 55 )

PDF (616KB) ( 29 )

采用有限元模拟软件,对热处理气淬过程中渗碳层对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场、应力场、应变场的影响进行了分析,并结合第一性原理方法对其作用机制进行了探索。结果表明:渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场的影响较小,但是应力场结果显示当渗碳层厚度小于0.5 mm时,齿顶表面应力波动明显,齿顶表面的应力由渗碳层厚度0.1 mm的86.7 MPa增加至2.0 mm的278.6 MPa。应变场结果表明在渗碳层厚度为2.0 mm时,齿顶表面等效应变初始值达到2%。第一性原理计算结果显示随着碳浓度的增加,Fe-Fe原子之间的成键强度消弱,新形成的Fe-C键和Cr-C键明显增强,而且Fe与C原子之间电子密度呈明显的方向性。Fe-Fe键的消弱导致18Cr2Ni4WA钢的膨胀系数会随碳浓度增大而增大,因此齿轮因渗碳层过厚而产生的升温畸变在气淬降温阶段并不能恢复,从而加大齿轮尺寸跳动。

工艺参数对铝合金强风冷过程界面换热效率的影响

徐戎, 李落星

2021, 46(12): 276-281. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.046

摘要 ( 56 )

PDF (622KB) ( 31 )

通过一系列风冷淬火试验,研究了气体高速冲击金属热表面的换热过程,采用反传热法对界面热流密度 (q) 和界面传热系数 (h)进行了求解,探究了试样的表面粗糙度和淬火初始温度、试样表面的冷却介质流量密度对换热过程的影响。结果表明:试样淬火初始温度对风冷淬火界面换热有显著影响,当其从470 ℃增大到520 ℃时,q 和h的最大值增大约50%,淬火表面温度下降到200 ℃的平均冷却速率增大约43%。随试样表面介质流量密度增大,界面热交换呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个与最高界面换热效率对应的临界试样表面介质流量密度,且喷射角度越接近90°,该临界值越小。随试样表面粗糙度增大,界面换热不断减小,这可能归因于越粗糙的表面对边界层内流体的钉扎作用越明显,越不利于提高界面换热效率。此外,在250~380 ℃区间,界面换热系数随表面温度变化曲线普遍存在一个凹陷区域,这可能与铝合金淬火冷却过程中二次相的析出有关。

25CrMnB履带钢冲裁断裂成因分析

田雨, 于浩

2021, 46(12): 282-288. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.047

摘要 ( 58 )

PDF (617KB) ( 26 )

通过金相和硬度试验,研究了25CrMnB履带钢不同部位组织与硬度的分布规律,对热轧25CrMnB履带钢出现冲裁断裂问题的原因进行了分析。结果表明,水冷样品比空冷样品硬度更高,且诱导齿处易出现硬度偏高的问题,断裂首先于诱导齿处发生。履带钢冲裁断裂的原因是出现了混晶组织、网状铁素体和粒状贝氏体组织,材料受力时在异常组织处形成应力集中,导致微裂纹萌生并扩展,引起履带钢冲裁时开裂。混晶组织与网状铁素体出现的原因是终轧温度过高。根据EDS分析结果,粒状贝氏体出现的原因主要是Mn和B元素微观偏析。

8407钢压铸模工作面麻点失效分析

孟鑫沛, 金林奎, 林权, 黄仪浩, 方曼婷, 黎肖辉, 何平

2021, 46(12): 289-293. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.048

摘要 ( 58 )

PDF (615KB) ( 26 )

8407钢压铸模具在使用过程中工作面出现麻点,对其进行抛光处理,而经抛光加工后再次使用,模具工作面仍出现麻点。采用金相显微镜及扫描电镜等仪器设备,对压铸模具失效件的化学成分、表面缺陷形貌特征及显微组织进行检测和分析。结果表明,模具工作面表面麻点处存在凹坑,凹坑周围及底部均存在不同程度的开裂,并在凹坑边缘形成斜坡状的压痕。模具工作面凹坑未发现氧化、腐蚀等化学反应,表明该凹坑由于挤压变形造成。压铸模工作面麻点产生的原因是抛光过程中加工强度过大,模具工作面表层已经形成高温快冷的白亮色淬火组织,淬火组织应力造成工作面的横向开裂,并形成局部纵向裂纹。在表面抛光热影响作用下,工作面次表层产生退火软化,因而形成变形的纤维状组织。模具在使用过程中,工作面表层纵向裂纹处被压塌形成凹坑,造成模具工作面宏观可见的表面麻点,导致锌合金压铸件产品表面凸起的外观缺陷。

汽车前轴用40Cr钢锻件开裂失效分析

程源, 胡芳忠, 杨少朋, 汪开忠, 金国忠, 陈世杰, 王良林

2021, 46(12): 294-297. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.049

摘要 ( 106 )

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利用化学成分、显微组织以及硬度分析等方法,对汽车前轴用40Cr钢锻件的开裂原因进行了分析。结果表明:裂纹位于锻件的R角处,为淬火裂纹;锻件R角处的元素偏析造成淬透性显著高于周围其它位置,锻造过程中产生了表面缺陷,使得淬火时马氏体相变产生的体积内应力超过了材料的强度,造成了淬火裂纹的产生;通过增大R角半径、控制原材料的成分偏析以及调整锻造工艺等措施,能够减小汽车前轴用40Cr钢锻件热处理后淬火开裂的风险。

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