金属热处理

机械合金化时间对Ni₆Cr₄W_1.5Fe₉Ti高熵合金激光熔覆涂层组织与耐蚀性的影响

孙德福, 孙智程, 谷臻, 席生岐, 孙崇锋, 李世亮, 苏成明, 王春昌

2023, 48(3): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.001

摘要 ( 130 )

PDF (4952KB) ( 129 )

对机械合金化Ni₆Cr₄W_1.5Fe₉Ti高熵合金粉末进行激光熔化沉积,制备了该高熵合金的熔覆涂层,研究了机械合金化时间对涂层显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明,机械合金化时间的增加可促进合金粉末成分的均匀化,且有利于涂层的致密化及其组织的晶粒细化。机械合金化棒磨4 h后的高熵合金粉末中,各组元均匀分布,并形成了FCC+BCC的双相固溶体结构;通过激光熔化沉积后,双相固溶体结构转变为FCC单相固溶体结构,组织主要由4~6 μm的等轴晶和少量胞状晶组成。机械合金化棒磨4 h粉末制备熔覆涂层的致密度和硬度最高、耐蚀性最佳,其耐蚀性相较于棒磨0 h粉末制备熔覆涂层提升了近两个数量级。

缓慢升温时效处理对Al-Zn-Mg-Er-Zr合金性能的影响

仇晨, 荣莉, 魏午, 王为, 文胜平, 黄晖, 董阳, 王玉刚

2023, 48(3): 8-11. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.002

摘要 ( 71 )

PDF (1297KB) ( 64 )

利用扫描电镜(SEM)、显微硬度计及电导仪研究了120 ℃时效的两种不同工艺对Al-5Zn-3Mg-0.1Er-0.1Zr合金力学性能及导电率的影响。结果表明,相较于直接置于120 ℃时效工艺,采用5 h缓慢升温至120 ℃时效处理的试验合金的导电率提高至30.77%IACS,硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提升至186.6 HV0.2、538 MPa、454 MPa和17.5%。两种时效工艺处理合金的断裂方式均为韧脆混合型断裂,但5 h缓慢升温时效处理合金的韧窝密度较高,剪切面特征减少。

回火温度对含V、Nb高强度低合金钢氢脆敏感性的影响

王兆丰, 程晓英, 李晓亮, 彭浩, 蔡贞祥

2023, 48(3): 12-18. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.003

摘要 ( 75 )

PDF (4112KB) ( 91 )

采用氢渗透试验和动态充氢拉伸试验研究了920 ℃冰水淬火后回火温度(560、600和640 ℃)对某含0.15%V和0.05%Nb(质量分数)高强度低合金钢的氢扩散系数和氢脆敏感性的影响,并利用金相显微镜、X射线衍射仪、透射电镜(TEM)观察分析回火试样的微观组织。结果表明,随回火温度升高,氢扩散系数增加,氢扩散激活能降低,同时钢的氢脆敏感性也降低,这是因为随回火温度升高,钢中作为氢陷阱的位错密度减少,从而使得氢陷阱密度减小,在相同的充氢条件下可扩散氢含量减小。

轧后热处理对珠光体钢轨相变组织及硬度的影响

蒋宏利, 王东梅, 王业双, 张衡, 陈林

2023, 48(3): 19-24. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.004

摘要 ( 61 )

PDF (3710KB) ( 68 )

通过在Gleeble-3500热模拟试验机上对珠光体钢轨进行双道次热压缩试验,得到试验钢在轧后不同热处理工艺下的显微组织及硬度,分析热变形后不同冷却速率、等温时间和等温温度对珠光体片层与硬度的影响及其机制。结果表明,1 ℃/s连冷、1 ℃/s欠速淬火等温转变后快冷(1 ℃/s-580 ℃-30 s)、3 ℃/s冷却淬火等温转变60 s后快冷(3 ℃/s-580 ℃-60 s)、5 ℃/s高冷速淬火620 ℃等温转变后快冷(5 ℃/s-620 ℃-60 s)试验钢得到珠光体+少量铁素体。而3 ℃/s连冷、3 ℃/s冷却淬火等温转变30 s后快冷(3 ℃/s-580 ℃-30 s)试验钢因等温时间不足出现了马氏体或贝氏体组织。相比于1 ℃/s连冷,1 ℃/s欠速淬火等温转变后快冷对减小珠光体的片层间距以及提高硬度有着积极的作用。延长等温时间后得到的3 ℃/s冷却淬火等温转变60 s后快冷(3 ℃/s-580 ℃-60 s)试验钢的珠光体层间距最细,达到73.19 nm,其片层取向多样,部分渗碳体片断裂,硬度提升幅度不大与类珠光体组织的含量增加有关。1 ℃/s连冷试验钢的珠光体片层最粗大,硬度最低归因于析出相NbC的过分长大以及断裂渗碳体球化。相对完整并细小的珠光体片层及残留位错的存在使5 ℃/s高冷速淬火620 ℃等温转变后快冷(5 ℃/s-620 ℃-60 s)试验钢的硬度较高,达到42.0 HRC。

退火工艺路径对980 MPa级高强钢组织及性能的影响

邱木生, 韩赟, 滕华湘, 白振华

2023, 48(3): 25-31. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.005

摘要 ( 55 )

PDF (3494KB) ( 67 )

为了提升980 MPa级高强钢局部成形性能,采用万能试验机、场发射扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及综合成形试验机等研究了不同退火工艺路径的980 MPa高强钢微观组织和力学性能,并评价了其扩孔及局部成形性能。结果表明,除了有铁素体和马氏体两相外,新型Q&T工艺的组织结构还存在回火马氏体中间相,铁素体和马氏体平均晶粒尺寸分别为3.14 μm和2.62 μm,马氏体面积分数为61.0%,而传统工艺下为典型的铁素体及马氏体双相组织,铁素体和马氏体平均晶粒尺寸分别为4.77 μm和2.77 μm,马氏体面积分数为35.8%。两种工艺伸长率相差不大,但屈服强度和扩孔率具有明显差异,新型Q&T工艺下获得了更高的屈强比及扩孔性能,得益于其更小铁素体晶粒尺寸及铁素体和马氏体硬度差。传统工艺下真实断裂应变(TFS)与真实均匀应变ε_u比值为7.0,而新型Q&T工艺下比值为15.2,因此新型Q&T工艺下具有更优异的局部成形特性。

固溶处理对稀土改性Al-Zn-Mg-Cu合金组织及性能的影响

邓红玲, 张思雨, 钟辉隆, 李声慈, 齐亮, 陈继强

2023, 48(3): 32-38. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.006

摘要 ( 44 )

PDF (4336KB) ( 47 )

采用OM、SEM、EDS和室温拉伸等方法,研究了475 ℃下固溶时间对不同成分Al-Zn-Mg-Cu合金(7055、7055-Pr、7055-Er、7055-Pr-Er合金)组织性能的影响规律。结果表明,4种合金的强度均随固溶时间的增加先升高后下降;稀土Pr、Er的添加可以减少基体中的残留相、细化晶粒,从而改善合金的伸长率;稀土Pr比稀土Er具有更好的提升合金伸长率的效果,而稀土Er对合金强度提升影响较大。适当的固溶处理可以优化基体中残留相和第二相的数量与尺寸,从而影响合金断口形貌与力学性能,在475 ℃固溶60 min后7055-Er合金的抗拉强度达到最大值,为665 MPa,而7055-Pr合金的伸长率达到最高值,为14.9%。

脉冲磁场对Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金双级时效组织和性能的影响

周金鑫, 麻永林, 刘永珍, 陈重毅, 宫美娜, 邢淑清

2023, 48(3): 39-44. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.007

摘要 ( 38 )

PDF (3234KB) ( 43 )

将Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金在477 ℃固溶1 h后,基于脉冲磁场对Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金进行双级时效处理,通过改变时效时间,且与常规双级时效组织和性能对比分析,研究脉冲磁场对Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金时效过程中析出相和力学性能的影响,并结合动力学分析Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金在脉冲磁场双级时效过程中析出相加速析出的扩散机制。采用SEM观察Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金析出相和拉伸断口形貌,并进行力学性能测试。结果表明,脉冲磁场在Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金经时效过程中,提高扩散系数,提高析出相的形核率,使得时效后,基体中出现弥散细小的析出相。经脉冲磁场双级时效处理(121 ℃×90 min+177 ℃×60 min)后,抗拉强度为495.43 MPa,硬度为156.3 HV5,相比于常规的双级时效处理,抗拉强度提升20.83%,硬度提升17.89%,时效保温时间缩短87.5%。

I&Q&P工艺对C-Si-Mn-Nb双相钢显微组织和力学性能的影响

吴秋云, 潘红波, 刘永刚, 詹华, 崔磊

2023, 48(3): 45-50. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.008

摘要 ( 37 )

PDF (4184KB) ( 38 )

在CCT-AY-II连退模拟机上对在传统C-Si-Mn双相钢基础上添加了0.05%Nb的试验钢进行I&Q&P退火试验,研究了Nb元素及I&Q&P工艺对双相钢组织演变及力学性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射等表征研究了350、450 ℃配分不同时间下(300、450、600 s)试验钢的显微组织和力学性能。结果表明,随着配分温度与配分时间的增加,组织中板条马氏体含量减少,铁素体增多;试验钢的抗拉强度呈现减小趋势,伸长率则相反。在450 ℃配分450 s时试验钢的强塑积最大,达20.48 GPa·%。

6070铝合金的均匀化热处理

赵宇, 魏午, 黄晖, 刘贞山, 任思蒙, 董阳, 王玉刚, 石薇

2023, 48(3): 51-56. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.009

摘要 ( 52 )

PDF (3701KB) ( 42 )

通过OM、SEM、EDS、DSC和电导率等测试方法,研究了6070合金的均匀化热处理工艺及微观组织演变。结果表明,6070合金铸态组织中,大量非平衡凝固产生的一次相Mg₂Si沿晶界聚集分布,圆盘状Q相分布于晶内。合金经535 ℃×12 h均匀化处理后,铸态一次相基本回溶,均匀化效果较好。均匀化后合金元素主要以细小弥散相形式在铝基体中析出,导致合金导电率升高。550 ℃为合金起始过烧温度,合金组织中开始出现近似三角形的复熔相和晶界复熔变宽的过烧特征,随着均匀化温度的升高和时间延长,合金过烧加重,导电率下降,晶粒和含Mn弥散相尺寸变大,同时形成粗大过烧相Q相。

热处理对ZG45Cr5Ni2Mo耐磨钢组织和性能的影响

樊世冲, 孙金钊, 申志浩, 鲁克锋, 刘亚凡, 王鸿琪, 殷凤仕

2023, 48(3): 57-61. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.010

摘要 ( 76 )

PDF (2405KB) ( 41 )

基于JMatpro 9.0热力学软件对ZG45Cr5Ni2Mo耐磨钢平衡相组成与连续冷却转变的计算与分析,为该钢设计并实施了如下热处理工艺:900 ℃油淬,在180、300、400、500和600 ℃分别进行回火,保温时间为2 h,空冷。通过扫描电镜、洛氏硬度计和冲击试验机对热处理后的试验钢进行微观组织观察和力学性能检测。结果表明,随着回火温度的升高,硬度逐渐下降,冲击吸收能量整体起伏较大。试验钢在300 ℃回火后硬度为51.9 HRC,冲击吸收能量为48 J,具有较高硬度与良好的韧性配合。

轧制温度和后处理方式对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响

宋先和, 刘晓烨, 毕仁贵, 卢立伟, 刘雁峰, 黄熙鸿

2023, 48(3): 62-70. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.011

摘要 ( 62 )

PDF (2939KB) ( 48 )

在不同的轧制温度下,对AZ31镁合金板进行轧制,然后取出轧板立即进行水冷、空冷和退火3种不同的后处理。探究轧制温度和后处理对镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,轧制温度为250、300 ℃时,水冷和空冷处理后板材存在着大量的孪晶,350 ℃时由于轧制温度较高,孪晶的数量很少;水冷处理后的平均晶粒尺寸要小于空冷,空冷处理之后的孪晶数量略少于水冷,当轧制温度为350 ℃时,退火处理后,晶粒尺寸减小,晶粒趋于等轴状,晶格畸变程度低。在相同的轧制温度下,水冷处理的镁合金板材的屈服强度、抗拉强度和硬度较高;退火处理后可以显著提高板材的伸长率,但屈服强度、抗拉强度略有下降。轧制温度升高时,3种后处理方式之间屈服强度和抗拉强度的最大差值会减小。

扩径率对X70级大变形管线钢管变形能力的影响

史显波, 严伟, 章传国, 任毅, 单以银

2023, 48(3): 71-76. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.012

摘要 ( 32 )

PDF (3805KB) ( 31 )

利用光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和力学性能分析手段研究了扩径率对X70级多边形铁素体+贝氏体(PF+B)组织的UOE试制管变形能力的影响。结果表明,扩径率在0.4%~1.2%范围变动时,钢管组织中的晶粒取向、有效晶粒尺寸和大、小角度晶界比例基本保持不变;随着扩径率增加,PF组织中位错密度增加,使得屈服强度和抗拉强度略有提高;钢板UOE制管后,变形能力指数由原始钢板的2.00分别下降到不同扩径率的0.78、0.61和0.56,变形能力显著下降;然而,0.4%~1.2%的扩径膨胀对钢管的变形能力影响较小;随扩径率增加,颈缩前钢管试样的应变硬化率先减小后增大,颈缩时的应变值分别为9.7%、8.6%和8.5%,扩径率为1.2%时,应变硬化率下降较快。

均匀化处理对挤压态Mg-Al-Zn-0.1Y合金热变形行为及织构的影响

李雷, 王军, 曹召勋, 韩俊刚, 邵志文, 徐永东

2023, 48(3): 77-83. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.013

摘要 ( 33 )

PDF (4661KB) ( 35 )

利用250~400 ℃、0.01~10 s^-1Gleeble 3500热模拟机等温热压缩试验研究了均匀化处理对稀土Y微合金化挤压态Mg-Al-Zn合金热变形行为的影响,利用电子背散射衍射(EBSD)研究了均匀化热处理对其热变形织构的影响。建立了挤压态和均匀化处理态Mg-Al-Zn-0.1Y镁合金的Arrhenius型本构方程,绘制了代表稳态流动的0.5应变加工图。研究了均匀化热处理对合金热加工图的影响,发现均匀化处理拓宽了合金低温可加工区,提升了合金的低温可加工性,确定了挤压态合金的适宜加工区为(325~375 ℃、0.01~0.1 s^-1)和(350~375 ℃、1~10 s^-1),均匀化热处理态合金的适宜加工区为(275~325 ℃、0.01~0.1 s^-1)。均匀化热处理提升了合金的动态再结晶能力,弱化了挤压态合金热变形基面织构强度,提升了软取向部分比例,提高了挤压态镁合金的热成形性。

回火温度对贝氏体耐磨钢组织和性能的影响

王凯凯, 马龙腾, 罗平, 刘美艳, 路士平, 狄国标, 王彦锋, 马长文

2023, 48(3): 84-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.014

摘要 ( 48 )

PDF (4337KB) ( 47 )

对贝氏体耐磨钢进行控轧控冷+回火工艺,探究不同温度回火后贝氏体耐磨钢的组织演变和性能。结果表明,经控轧控冷工艺和200 ℃回火后,试验钢获得较为理想的无碳化物贝氏体/马氏体复相组织,组织中包含8.7%(体积分数)的残留奥氏体。该工艺下钢板获得较好的强韧性匹配,屈服强度达到1172 MPa,抗拉强度达到1613 MPa,断后伸长率达到19.4%,-20 ℃冲击吸收能量为47 J,并可满足NM500级别的硬度要求。520 ℃回火后大量粗大碳化物析出,且残留奥氏体基本分解完毕,导致钢板强韧性下降。

厚壁P92钢管道焊接接头中频感应热处理的应用实践

张捷, 钟远, 文作伟, 石伟栋, 郭通, 张小文, 罗良飞

2023, 48(3): 91-95. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.015

摘要 ( 64 )

PDF (3189KB) ( 52 )

火力发电厂1000 MW机组主蒸汽厚壁P92钢管道焊接接头焊后热处理在火电建设工程中技术要求较高,尤其是壁厚大于100 mm的P92钢管道焊接接头。通过中频感应加热对1000 MW二次再热机组的壁厚为118 mm的主蒸汽P92钢管焊接接头进行了管道试样的焊后热处理。结果表明,热处理后焊缝及母材组织正常,焊缝硬度符合标准要求;同时依据试样管焊后热处理发现的问题提出了优化措施,在施工过程中降低升温速度和恒温温度、增加保温宽度,实现了121个同类型焊接接头焊后热处理一次合格。厚壁P92钢管道焊接接头中频感应热处理方案的成功应用,可为后续同类型部件的焊后热处理提供借鉴。

固溶温度对A286合金低温力学性能的影响

代礼斌, 杨章程, 邓雄, 邱仕佳, 郑朝清

2023, 48(3): 96-99. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.016

摘要 ( 41 )

PDF (1620KB) ( 35 )

利用电子万能试验机、金相显微镜、冲击试验机、电子探针研究了A286合金经900、950和1000 ℃固溶1 h,水冷+720 ℃时效16 h空冷后的低温(-50、-196和-269 ℃)力学性能。结果表明,测试温度相同时,随着固溶温度的升高,抗拉强度和屈服强度变化不大,断后伸长率在33%~42%之间,断面收缩率在45%~52%之间;固溶温度相同时,随着测试温度的降低,抗拉强度和屈服强度均增加,冲击吸收能量降低,最低冲击吸收能量为45 J,但仍保持着良好的韧性。

时效时间对PH13-8Mo不锈钢组织和力学性能的影响

杨凯, 朱宏伟, 于利民, 郁瑞兴

2023, 48(3): 100-103. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.017

摘要 ( 35 )

PDF (4823KB) ( 37 )

将PH13-8Mo不锈钢在925 ℃固溶70 min,在-70 ℃冷处理2 h,再在535 ℃分别时效3、4、5、6 h,利用光学显微镜和力学性能测试设备,研究了时效时间对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,试验钢经535 ℃时效后有金属间化合物析出,该析出相随着时效时间延长逐渐长大;在时效4 h后试验钢具有较高的硬度和强度,并保持了足够的冲击吸收能量,具有较好的综合力学性能;随着时效时间延长,钢的硬度和强度下降,冲击吸收能量升高。

渗氮处理在重载齿轮上的应用进展

陈治, 李宝奎, 卢金生, 许鸿翔, 张衡

2023, 48(3): 104-111. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.018

摘要 ( 74 )

PDF (1569KB) ( 62 )

目前重载齿轮常用的表面热处理工艺有渗碳淬火、感应淬火以及渗氮处理等,渗氮处理由于畸变小、工序简单等优点在工业生产上具有很大的优势和广阔的应用前景。通过增加渗层深度以及提高基体硬度能够有效提高渗氮齿轮的承载能力,从而扩大渗氮处理在重载齿轮上的应用。介绍了渗氮处理对齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的影响,以及基体性能对渗氮工艺的影响,回顾了渗氮齿轮的研究进展,如渗层可控离子渗氮、稀土催渗、时效硬化渗氮钢等,指出提高渗氮齿轮承载能力的途径为,深入进行渗氮齿轮的基础性研究,提高渗氮过程控制水平以及积极开发新工艺等。

7050高强铝合金铆钉丝材T73双级时效工艺

李惠曲, 王亮, 臧金鑫, 郝敏, 陈军洲

2023, 48(3): 112-117. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.019

摘要 ( 31 )

PDF (3364KB) ( 29 )

针对国产7050高强铝合金铆钉丝材,采用室温拉伸、室温剪切、镦粗试验的方法,研究了经177~182 ℃不同二级时效时间后7050铝合金丝材的性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察合金不同时效工艺下断口组织和析出相形貌特征。结果表明,拉伸强度和剪切强度随二级时效温度的升高、二级时效时间的延长逐渐降低,剪切强度低于330 MPa时镦粗试样不开裂。TEM微观组织显示,随二级时效温度的升高、时间的延长析出相形貌变化不大,但析出相的尺寸随时效温度的升高逐渐长大、间距逐渐增大;拉伸断口形貌显示,二级时效的断裂方式均为韧窝断裂和沿晶断裂的混合断裂模式,随二级时效温度的升高和保温时间的延长,断口中韧窝数量逐渐增加且尺寸变大,沿晶断裂逐渐减少。

常化温度对2.5%Si无取向硅钢第二相析出行为的影响

石丽丽, 金传伟, 吴园园, 张继明

2023, 48(3): 118-123. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.020

摘要 ( 35 )

PDF (4322KB) ( 32 )

采用扫描电镜、透射电镜和双束扫描电镜对不同常化温度2.5%Si无取向硅钢中不同类型第二相析出物的析出行为和演化规律进行了研究。结果表明,常化温度从850 ℃升高至1100 ℃,微米级大尺度第二相粒子呈一次长大-析出-二次长大-回溶的变化规律;当常化温度＜920 ℃时,析出相以AlN+MnS复合长大为主;随后小尺寸的MnS、AlN及其复合析出物数量迅速增多,并在950 ℃时达到峰值;随着常化温度的进一步升高,第二相粒子析出数量快速减少,然后缓慢增长至趋于平衡,大尺寸析出物出现部分回溶。纳米级析出物则以Cu₂S和Cu₂S+MnS复合析出为主。并且950 ℃常化时,2.5%Si无取向硅钢的铁损最低。

高磁感取向硅钢的脱碳退火工艺

董丽丽, 黄禄璐, 卢晓禹, 黄利, 刘宝志

2023, 48(3): 124-128. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.021

摘要 ( 51 )

PDF (1888KB) ( 48 )

采用自主研发的热处理试验装置,完成高磁感取向硅钢27QG090实验室脱碳退火过程,利用蔡司显微镜和X射线衍射仪分析脱碳退火后试样的显微组织和宏观织构。结果表明,高磁感取向硅钢27QG090经实验室脱碳退火后的显微组织类型为铁素体,平均晶粒尺寸为30~40 μm。宏观织构主要类型为α织构和α^*织构({114}〈481〉、{113}〈361〉等织构),还有微弱的高斯织构{110}〈001〉。经实验室研究选定的最优工艺为850 ℃脱碳退火7 min。采用该工艺在工业生产线脱碳退火后的宏观织构与实验室脱碳退火后主要织构类型相同。脱碳退火后平均晶粒尺寸为30 μm左右时,铁损最低,为0.80 W/kg,磁感应强度可达到1.93 T。

淬火温度对空冷贝氏体-马氏体复相耐磨钢组织性能的影响

闫洪涛, 王永金, 齐海龙, 黄岩, 张科明, 张澣斗, 母镕

2023, 48(3): 129-134. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.022

摘要 ( 30 )

PDF (3653KB) ( 30 )

设计了一种空冷贝氏体-马氏体复相耐磨铸钢的成分并进行冶炼浇注与热处理。通过力学性能测试、显微组织及断口形貌观察、X射线衍射分析等方法,研究淬火温度对组织和性能的影响。结果表明,经900 ℃淬火1 h后空冷至室温,随后在300 ℃回火2 h并空冷至室温,获得了综合力学性能最佳的贝氏体-马氏体复相耐磨铸钢,抗拉强度1729 MPa,断后伸长率4.3%,布氏硬度为454 HBW,V型缺口冲击吸收能量为19.31 J。其组织中含有10%左右的残留奥氏体,能够提高基体强韧性。

加热温度对34MnB5热成形钢组织性能的影响

田秀刚, 王朝, 孙旭, 张靖雨, 逯志强, 韩雪

2023, 48(3): 135-138. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.023

摘要 ( 42 )

PDF (2329KB) ( 37 )

以经酸连轧后的34MnB5钢为原料,采用Gleeble3500热模拟试验机模拟退火试验,分析最佳退火温度,并进行不同热冲压工艺的平模淬火试验。研究退火温度、淬火温度对热成形钢组织与性能的影响。结果表明,退火温度为790 ℃时,条带状组织已基本消失,晶粒的等轴化程度较高,混晶现象明显改善,贝氏体晶粒组织细化,在基体内部均匀分布铁贝两相。退火温度为790 ℃,淬火温度为930 ℃,保温5 min时,显微组织为细小均匀的板条马氏体,综合力学性能最好,其屈服强度达到1353 MPa,抗拉强度达到2018 MPa,伸长率达到7.5%,且横纵向三点弯曲角均可以达到50°以上。

一种改善耐磨高锰钢碳化物形态的热处理工艺

赵金柱, 谢志峰, 卫红

2023, 48(3): 139-142. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.024

摘要 ( 36 )

PDF (2674KB) ( 35 )

探讨一种改善耐磨高锰钢碳化物形态的热处理工艺。结果表明,水韧处理结合高压热处理和常压热处理可以有效地改善耐磨高锰钢组织中析出碳化物形态及分布,经水韧处理后再经5 GPa、650 ℃保温30 min的高压热处理和750～800 ℃保温 60 min的热处理,耐磨高锰钢可获得弥散分布的颗粒状和短条状碳化物。

基于SLM工艺制备的C250马氏体时效钢的工艺优化及其组织

刘再西, 卢德宏, 王长军, 刘雨

2023, 48(3): 143-150. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.025

摘要 ( 59 )

PDF (4417KB) ( 33 )

采用SLM工艺制备C250马氏体时效钢,并通过金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)、密度测量仪等,探究SLM工艺参数对C250马氏体时效钢致密度与组织的影响,并对优化SLM工艺制备所得C250马氏体时效钢的形貌与显微组织进行分析。结果表明,当能量密度处于85~120 J/mm³时,试验钢致密度高于99.5%,组织致密无明显缺陷。当激光功率270 W、扫描速率700 mm/s、扫描间距0.11 mm、铺粉层厚0.03 mm时,致密度可达100%。最优SLM工艺下C250钢的主要相成分为马氏体,可达到97.13%,其内部晶粒极其细小,约为2.7 μm,基体内部存在强化相和位错,对C250钢起强化作用。

形变组织对水电用高强度贝氏体钢再加热奥氏体晶粒长大的影响

邹扬, 高悦敏, 张苏渊, 张学峰, 张跃飞, 王坤, 刘国权

2023, 48(3): 151-158. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.026

摘要 ( 39 )

PDF (10056KB) ( 32 )

对某水电用800 MPa调质贝氏体高强钢进行了热变形-热处理晶粒长大的实验室联合试验。采用Gleeble-3500热力模拟试验机对钢试样进行不同工艺热压缩变形后冷却至室温,随后对试样进行模拟淬火再加热,在900~1200 ℃不同温度和保温时间条件下奥氏体化,研究热变形组织的差异对重新奥氏体化晶粒长大的影响规律。结果表明,不同应变速率(0.01~10 s^-1)、变形温度(900~1150 ℃)和60%工程应变下,试验钢获得的变形组织大致可分为3类:带有明显变形特征的组织、均匀细小的完全再结晶组织和已长大粗化的再结晶组织。3类组织再加热过程中其晶粒长大趋势基本相同,起始晶粒尺寸越大则最终奥氏体晶粒尺寸越大;但在950 ℃等温时,带有明显变形特征组织的变形试样奥氏体晶粒先缓慢长大后又迅速长大粗化。经评估验证,所建立的Sellars模型、Beck模型和Hillert模型晶粒长大动力学方程对于试验钢的奥氏体晶粒长大行为均有比较满意的预测效果。3类变形组织对应的Hillert模型及Sellars模型中奥氏体长大激活能基本相同,说明同一成分钢种的初始组织的差异并未显著影响晶粒长大机制。

42CrMo钢表面激光熔覆颗粒增强Co基涂层的组织与性能

李二盼, 梁国星, 刘东刚, 吕明

2023, 48(3): 159-165. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.027

摘要 ( 34 )

PDF (5948KB) ( 37 )

为改进矿用截齿的耐磨性能,使用激光熔覆技术在截齿用42CrMo钢基体表面制备Co基复合涂层,并分析涂层的微观组织、硬度和耐磨性。结果表明,熔覆层形貌良好且与基体呈冶金结合。在激光作用下,WC颗粒发生溶解并与多种元素发生反应,熔覆层主要由γ-(Co, Fe)和碳化物组成。熔覆层组织呈梯度变化,过渡区组织为平面晶、枝状晶和柱状晶,熔覆区组织则为等轴枝晶和均匀分布的富W、Ti的碳化物颗粒。熔覆层平均显微硬度为995 HV,远高于基体(328 HV),同时热影响区的硬度也大幅提高。在相同的磨损条件下,熔覆层摩擦因数较低,体积磨损量仅为基体的13.5%。在摩擦过程中,弥散分布的细小碳化物颗粒逐渐凸起并起到承担载荷和抵抗磨损的作用,使熔覆层具有良好的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损。激光熔覆技术制备的颗粒增强Co基涂层,组织致密,性能良好,能显著地提高42CrMo钢的表面硬度和耐磨性。

含铝节镍型奥氏体耐热钢(AFA钢)的热变形行为与热加工图

张敬瑞, 赵艳君, 苏科

2023, 48(3): 166-173. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.028

摘要 ( 35 )

PDF (3516KB) ( 31 )

为了预测含铝节镍型奥氏体耐热钢(AFA钢)的热变形行为,利用Gleeble-3500热力模拟试验机对AFA钢进行了温度950~1150 ℃、应变速率0.01~10 s^-1、真应变为0.51~1.2的高温热压缩试验,构建了本构方程,并建立了热加工图。结果表明,在同一应变速率下,随着变形温度的升高,AFA钢的流变应力逐渐降低,在同一变形温度下,随着应变速率的增加,流变应力随之增加。在真应变为0.69(变形量为50%)下,预测应力与实际应力的线性相关系数R²为0.998 53,随着应变的增加,材料的失稳区域先减小后增大,集中于低温区;高效率区域变大,且高效率区域集中于变形温度为1100 ~1150 ℃、应变速率为0.01~0.1 s^-1之间,说明AFA钢适合在高温低应变速率的情况下进行热加工。

超细晶铁素体基体Q&P钢恒应力下的变形行为

马婉婉, 唐正友, 程驰, 赵利, 丁桦

2023, 48(3): 174-178. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.029

摘要 ( 27 )

PDF (3347KB) ( 30 )

采用预淬火热处理工艺得到了超细晶Q&P钢,通过力保载程序控制试验研究了试验钢在某一恒定应力作用下的组织演变和变形行为。结果表明,随着保载应力不断增大,应变量逐渐增加,应变随保载时间的延长略微增加;当加载应力低于屈服强度时,随保载时间延长,应变无变化;加载应力高于屈服强度时,变形量剧烈增加,在变形过程中应变诱导的残留奥氏体向马氏体转变;同时随着应变量不断增加,残留奥氏体的稳定性呈先降低再升高趋势。

A286合金的高温持久性能

邓闪闪, 孙永庆, 蒋业华, 刘振宝, 梁剑雄, 王长军

2023, 48(3): 179-187. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.030

摘要 ( 34 )

PDF (8623KB) ( 32 )

为了探究A286合金的高温持久性能,对采用进口电炉+炉外精炼+真空自耗(EAF+LF+VAR)冶炼工艺制备的A286合金进行不同温度和应力的高温持久试验,利用Larson-Miller参数(LMP)预测了A286合金的持久寿命,并分析了断口微观组织演变。结果表明,A286合金应力与LMP之间的关系为σ=-107.30×LMP+3011.02。随着试验温度的降低,A286合金的断裂方式由韧窝和孔洞组成的韧性断裂转为沿晶断裂的脆性断裂。在低温高应力下,裂纹主要在MC和M₂₃C₆处产生,在高温低应力下,裂纹主要在片层状η相处产生。在试验温度650 ℃、应力450 MPa下,强化机制主要为位错切过γ′相的沉淀强化,在试验温度750 ℃、应力150 MPa下,强化机制为位错切过γ′相的沉淀强化和位错绕过γ′相的弥散强化,并且晶内析出的TiP₂、(Ti,Nb)C、TiC和NbC等纳米颗粒有利于高温持久蠕变。

GH738合金表面Al-Si渗层的制备及其抗氧化行为

郭孟鑫, 冉雪林, 张进

2023, 48(3): 188-194. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.031

摘要 ( 45 )

PDF (2336KB) ( 35 )

采用热扩散法在GH738合金表面制备出Al-Si渗层。通过X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)分析了Al-Si渗层形貌、厚度、物相组成和元素分布;采用显微维氏硬度计测定了渗层的硬度;采用静态增量试验方法,在1200 ℃,对Al-Si渗层试样和GH738镍基合金基体进行了100 h的恒温抗氧化性能测试。结果表明,Al-Si渗层厚度可达120 μm,渗层为明显的双层结构,外层为Al-Si层,内层为互扩散层;渗层物相组成主要为NiAl和Ni₂Al₃以及少量Cr₃Si;渗层表面硬度达到900 HV0.1左右,约为基体的3.5倍;Al-Si渗层氧化动力学曲线满足抛物线规律,氧化速率常数为0.0987 mg²·cm^-4·h^-1,表面形成比较致密的Al₂O₃保护膜,其高温抗氧化性能较基体提高了约5倍。

Q345/40Cr钢双金属环件的热处理工艺及组织性能

常耀东, 齐会萍, 贾燕龙, 李永堂, 武永红

2023, 48(3): 195-202. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.032

摘要 ( 34 )

PDF (5087KB) ( 31 )

对热辗扩Q345钢/40Cr钢双金属环件进行860~950 ℃淬火和520~610 ℃回火处理,并对热处理后的组织和性能进行了观察、分析和测试。双金属环件在890 ℃淬火后,进行不同温度回火,测试其力学性能。结果表明,淬火后晶粒细化,随着淬火温度的升高,晶粒变大。40Cr钢硬度先下降后升高,Q345钢硬度稍微下降,结合层靠近40Cr钢一侧硬度先下降后升高,靠近Q345钢一侧硬度下降。在860 ℃淬火时,40Cr钢一侧合金元素未完全溶解,在890 ℃淬火效果最佳。随着回火温度的升高,双金属环件的抗拉强度和硬度下降;40Cr钢的伸长率提高,Q345钢和结合层的伸长率先升高后降低;双金属环件的冲击性能提高。结合层断口在Q345钢一侧。双金属环件在890 ℃淬火、550 ℃回火后综合性能最好,可以满足实际使用要求。

轧后不同冷却方式下U76CrRE重轨钢的摩擦磨损性能

计春娇, 岑耀东, 张良, 陈林, 郭曜珲

2023, 48(3): 203-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.033

摘要 ( 53 )

PDF (3304KB) ( 28 )

以不同冷却方式下的U76CrRE重轨钢为研究对象,采用摩擦磨损试验机、SEM(扫描电镜)、EDX(能谱仪)、CLSM(激光共聚焦显微镜)等测试分析了钢轨在水摩擦、干摩擦、沙摩擦3种条件下的摩擦因数、磨损量、微观组织及磨损面的合金元素成分。结果表明,在相同的磨损时间下,风冷试样的平均摩擦因数比空冷试样的小,且在沙摩擦情况下,风冷试样的磨损量远小于空冷试样;风冷试样经水摩擦后存在少量划痕,出现剥落坑,为分层磨损,干摩擦下存在犁痕,同时在犁脊上出现横裂纹,为氧化磨损,沙摩擦下出现大量的沙粒和磨屑,磨损的最严重,属于磨粒磨损,且空冷试样表面磨痕平整,犁沟更为明显;风冷试样的变形层均小于空冷试样,而且沙摩擦的变形层最大。风冷条件下的U76CrRE重轨钢比空冷条件下具有更好的耐磨性。

Sn改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的微观组织和力学性能

刘全明, 肖俊峰, 龙伟民, 傅莉, 杨海瑛, 高斯峰

2023, 48(3): 209-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.034

摘要 ( 31 )

PDF (3349KB) ( 37 )

采用自制Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料钎焊TA2钛合金,研究了不同Sn元素含量改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的熔化特性、微观组织及物相、润湿及熔蚀性、接头拉伸强度。研究表明,Sn含量增加,Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料固、液相线温度基本升高,但温度差值基本变窄,可更好地抑制钎焊界面脆性化合物形成。Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料组织由Ti、Zr基体和晶体相构成,Sn倾向与Ti、Zr结合形成Ti₂Sn₃、Ti₆Sn₅、Zr₅Sn₃等低熔点共晶相。Sn≤1.5%时,随Sn含量增加,钎料对TA2钛合金的润湿性逐渐变差;继续增加Sn,钎料润湿性改善,添加5%Sn的钎料对基体润湿最佳。添加5%Sn并降低Cu、Ni总量的改性钎料对TA2钛合金熔蚀减弱。相同钎焊工艺下,添加5%Sn接头的强度和塑性均有提升。钎焊温度升高,Ti-Zr-Cu-Ni钎料产生更多强化物相,致接头强度大幅提升,而Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料产生的含Sn物相强化作用对接头强度提升有限;相比之下,钎焊温度对钎焊接头强度影响更大。

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能

岳旭, 张明玉, 同晓乐, 乔恩利, 张起, 杨嘉珞, 叶红川

2023, 48(3): 215-220. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.035

摘要 ( 42 )

PDF (2980KB) ( 31 )

对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金进行固溶时效处理,随后使用光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪、拉伸试验以及冲击性能试验,分析固溶时效对合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能的影响。结果表明,固溶处理后的微观组织中发生初生α相尺寸变小并趋于等轴化,尺寸较小的初生α相发生溶解并消失,其β转变组织变得不明显,经时效后的微观组织中析出大量α_s相,β转变组织更加明显。经固溶处理后,组织均由α+α′+α″相构成,经时效处理后,组织由α相和β相构成。合金经固溶处理后,其抗拉强度为1336 MPa,屈服强度为1070 MPa,断后伸长率为6%,断面收缩率为22%,冲击吸收能量为16 J。经时效处理后,强度随时效温度升高而升高,塑性趋势与之相反,其冲击性能几乎没有变化。合金经固溶处理后的拉伸与冲击断口微观形貌均由韧窝构成,为典型的韧性断裂。经时效处理后,拉伸和冲击断口的微观形貌有明显的高低起伏,随着时效温度的升高,韧窝的尺寸和数量减少,并出现撕裂棱以及空洞,断裂类型有向脆性断裂转变的趋势,但仍以韧性断裂为主。

GH4141高温合金固溶处理过程中的晶粒长大行为

肖东平, 王福, 周扬, 付建辉

2023, 48(3): 221-225. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.036

摘要 ( 35 )

PDF (3610KB) ( 39 )

研究了固溶温度和保温时间对GH4141合金晶粒长大的影响,并建立了合金的晶粒长大模型。结果表明,合金在固溶温度≤1080 ℃时,晶粒长大不明显;当温度≥1100 ℃时,晶粒显著长大。不同固溶温度下,晶粒尺寸均在保温时间≤60 min时迅速长大;当保温时间>60 min后,随着保温时间的延长,晶粒长大趋势逐渐趋于平缓。建立的GH4141合金的晶粒长大动力学模型可以较好地预测合金在固溶处理过程中的晶粒尺寸演变规律。

微合金化技术开发800 MPa级高韧直缝焊管钢

熊维亮, 严立新, 梁亮, 吴腾, 吴润, 苏长珠

2023, 48(3): 226-229. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.037

摘要 ( 30 )

PDF (1929KB) ( 26 )

采用微合金化和热轧后超快冷等技术生产得到800 MPa级高韧直缝钢管钢,借助OM、SEM、TEM和室温拉伸等,研究了试验钢不同区域的组织与性能。研究表明,试验钢的热轧组织主要是粒状贝氏体+少量板条贝氏体;焊接热影响区粒状贝氏体体积分数减少到32.7%,板条贝氏体体积分数增加到30.5%,组织中出现针状铁素体和少量马氏体。试验钢热轧区主要以Ti为主进行复合微合金化,综合运用固溶强化、细晶强化、位错强化和析出强化,具有高的强韧性,屈服强度为804 MPa、抗拉强度为852 MPa、伸长率为21.5%。

TA2钛板掺杂钒离子渗碳层的耐腐蚀性能

孙威威, 剌玲敏, 张静, 梁凤啸, 秦林

2023, 48(3): 230-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.038

摘要 ( 25 )

PDF (3807KB) ( 28 )

为提高钛基双极板的耐腐蚀性能和导电性,在TA2纯钛的表面进行双辉离子渗碳,另外为降低渗碳温度,在渗碳过程中掺杂钒。使用扫描电镜和能谱分析、X射线衍射对改性层的组织结构、化学成分、物相组成进行研究,并测得改性层的界面接触电阻率、耐腐蚀性能。结果表明,在优化的制备工艺参数下,在TA2表面生成结构致密的TiC改性层、钒掺杂渗碳改性层。当压实力为140 N/cm²时,730 ℃下制备的钒掺杂渗碳改性层、850 ℃下制备的TiC改性层、TA2基体的界面接触电阻率分别是1.17、3.66、14.71 mΩ/cm²。在模拟双极板的工作环境中,测得730 ℃下制备的钒掺杂渗碳改性层、850 ℃下制备的TiC改性层的自腐蚀电流密度分别是5.238、7.563 μA/cm²,均比TA2基体的腐蚀电流密度低1个数量级。在离子渗碳的过程中掺杂钒可以有效降低渗碳的工艺温度,并且提高TA2基体的导电性和耐腐蚀性能。

V对含氮马氏体不锈钢组织和力学性能的影响

曹鑫, 李权, 杨银辉

2023, 48(3): 236-241. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.039

摘要 ( 25 )

PDF (4553KB) ( 32 )

为提升含氮马氏体不锈钢在高温下服役性能,设计了两种试验钢(一种添加0.12%V (质量分数),一种不加V),采用冲击、拉伸试验机、洛氏硬度计、Thermo-Calc软件、OM、SEM、TEM研究了添加微量的V对含氮马氏体不锈钢组织和力学性能的影响。结果表明,在较高温度450~550 ℃下回火,添加0.12%V较不加V的含氮马氏体不锈钢硬度提高了0.6~1.9 HRC,冲击吸收能量提高了1.2~3.8 J。1050 ℃淬火、-73 ℃冷处理、530 ℃回火后,添加0.12%V钢的塑韧性得到较大提升,断裂方式改变为韧-脆混合断裂,原奥氏体晶粒尺寸由16.48 μm减小为11.12 μm,未溶第二相的种类和分布由沿着原奥氏体晶界呈断链状分布的短棒状M₂₃C₆碳化物转变为弥散分布的球状碳化物和碳氮化物。通过细化晶粒和均匀分布的球状碳化物、碳氮化物,使得含氮马氏体不锈钢的强度和塑韧性均得到提升。

稀土Ce对4Cr5MoSiV1钢组织的影响

杨礼林, 徐祺昊, 赵莉萍

2023, 48(3): 242-247. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.040

摘要 ( 38 )

PDF (3280KB) ( 32 )

对不同稀土Ce含量的4Cr5MoSiV1试验钢经热加工处理后的显微组织进行了观察和分析,研究Ce含量对其显微组织的影响。结果表明,稀土Ce的加入,使4Cr5MoSiV1钢铸态、锻态、正火和球化退火态的组织得到改善,晶粒细化、夹杂物变性、成分偏析减轻、未溶碳化物消除。但当稀土Ce含量超过0.026%时,上述改善作用逐渐减弱,甚至起到恶化的效果。

残余元素Sb对X80管线钢力学性能的影响

陈子宏, 薛正良, 刘孟珂, 张翔, 郑顶立, 马国军

2023, 48(3): 248-253. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.041

摘要 ( 20 )

PDF (5101KB) ( 23 )

采用真空感应炉熔炼了不同Sb含量的X80管线钢,探究了Sb在钢中的存在形式及对其显微组织的影响,并通过维氏硬度测试、-20 ℃夏比冲击试验以及室温拉伸试验,研究了Sb含量对X80管线钢力学性能的影响。结果表明,X80管线钢中的残余元素Sb均匀分布在钢基体中;随着试样中Sb含量从0.0006%增加至0.0980%,钢中铁素体和珠光体的平均晶粒尺寸先增大后减小,钢的维氏硬度先增大后基本趋于不变,冲击吸收能量基本逐渐降低,而抗拉强度和屈服强度先降低再升高后略有降低,屈强比呈先减小后增大的趋势,伸长率略微下降。为保证X80管线钢的力学性能,应尽量减少钢中残余元素Sb含量。

添加Ti对AlCuFeMnNi高熵合金组织和耐磨性的影响

马明星, 王博臻, 王志新, 杨成, 李尚之, 董晨, 侯润森

2023, 48(3): 254-258. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.042

摘要 ( 28 )

PDF (1623KB) ( 27 )

为研究添加Ti元素对AlCuFeMnNi高熵合金组织和耐磨性的影响,采用真空电弧熔炼技术制备了等摩尔比的AlCuFeMnNi和AlCuFeMnNiTi合金。利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了上述两种合金的物相组成、显微组织、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,添加Ti元素后,AlCuFeMnNiTi合金由原来的FCC与BCC1双相结构转变为FCC、BCC1与BCC2三相结构,其点阵常数和晶胞体积均有所增大。两种合金均为典型的树枝状晶,Ti元素的添加使合金晶粒逐步细化,枝晶区域面积增加,晶间区域面积减小,枝晶区域弥散分布有少量领先相BCC2。添加Ti元素后,合金的硬度由423.5 HV0.5提高到498.0 HV0.5;质量损失率和摩擦因数则分别由0.43%、0.59降低至0.39%、0.46,摩擦因数呈先增大后稳定的变化趋势。AlCuFeMnNiTi合金硬度和耐磨性能的提高主要是由Ti元素的添加所引起的细晶强化、固溶强化和晶体结构向高强相转变的综合作用所致。

降碳增氮对马氏体不锈钢淬火组织和性能的影响

纪显彬, 李照国, 魏海霞, 钱张信

2023, 48(3): 259-262. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.043

摘要 ( 24 )

PDF (2448KB) ( 32 )

采用激光扫描共聚焦显微镜、扫描电镜、硬度计、X射线衍射仪和盐雾试验机,研究了不同温度(950、1000、1050、1100 ℃)下30Cr13和30Cr14N钢在马弗炉中空淬后,氮含量对30Cr13钢显微组织、碳化物、硬度和耐蚀性能的影响。结果表明,淬火温度相同,30Cr14N钢比30Cr13钢硬度高、碳化物少和耐蚀性能好。氮不仅影响马氏体不锈钢的显微组织及硬度,还能通过降碳增氮,避免因碳化物过多的析出而引起的晶间腐蚀,而FeNiN的析出不会像Cr₂₃C₆析出造成显著的晶间腐蚀。因此,降碳增氮是改善马氏体不锈钢组织和性能的一种有效途径。

微合金化元素Zr对5083铝合金组织和性能的影响

孙红梅, 刘翠玲, 陈健, 房洪杰

2023, 48(3): 263-268. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.044

摘要 ( 22 )

PDF (3007KB) ( 23 )

在实验室中用井式坩埚炉熔炼铸造了5083和5083+0.1Zr两种铝合金,轧制后在100~450 ℃范围内退火。通过金相显微镜、显微硬度计、扫描电镜、电子万能试验机、透射电镜对合金的铸态组织、板材纤维组织、力学性能、耐蚀性能、第二相粒子成分进行了分析,研究了微量元素Zr对5083铝合金组织性能的影响。结果表明,添加微量元素Zr能够细化合金组织,与未添加Zr相比,添加0.1Zr的5083合金的铸态晶粒尺寸从123 μm降至73 μm,并使第二相粒子Al₆Mn(Fe)尺寸变小;同时使晶间腐蚀坑变小,合金耐蚀性得到提高。添加微量元素Zr还能抑制合金板材再结晶,300 ℃退火1 h无明显再结晶现象;尤其是5083+0.1Zr合金经250 ℃退火1 h,抗拉强度为389.50 MPa,屈服强度为215.62 MPa,伸长率为18.2%,仍完全满足使用要求。

Ni对高碳工具钢75Cr1组织和性能的影响

曾斌, 万洋, 梁亮, 李昭东, 雍岐龙

2023, 48(3): 269-274. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.045

摘要 ( 26 )

PDF (3215KB) ( 57 )

为开发高性能、长寿命的木工圆锯片、带锯条、弹簧等五金工具,在75Cr1钢中分别添加质量分数为0.2%、0.4%的Ni元素。通过力学性能检验、显微组织分析以及热处理试验,研究了不同Ni含量对75Cr1钢热轧态及热处理态力学性能与显微组织的影响。结果表明,在Ni添加量为0%~0.4%的范围内,能降低热轧75Cr1钢的强度与硬度,提高塑性,其含量越高,效果越显著,但对冲击性能影响不明显;Ni对淬火硬度影响不大,当Ni含量达到0.4%时,硬度呈降低趋势,但明显提高回火后的塑性,降低回火后的强度与硬度,并改善回火后的冲击吸收能量,Ni含量越高,改善效果越明显。显微组织方面,Ni可以细化热轧75Cr1钢珠光体球团尺寸及片层间距,促进珠光体片的球化,同时也细化淬火与回火后的显微组织。结合经济性与综合力学性能考虑,75Cr1钢中Ni的最佳添加量为0.2%。

纳米TiC对Al-Cu合金微观组织和性能的影响

卢雅琳, 黄勇, 王健

2023, 48(3): 275-279. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.046

摘要 ( 24 )

PDF (3812KB) ( 25 )

研究了纳米TiC对Al-Cu合金铸态、轧态和热处理态微观组织和对热处理态力学性能的影响。结果表明,加入适量的纳米TiC颗粒,可以有效细化合金的微观组织。当TiC含量较小时,随着TiC含量的增加,合金在轧制变形过程中发生了动态再结晶,平均晶粒尺寸减小。当TiC含量超过0.5%(质量分数,下同)时,再结晶晶粒又逐渐长大粗化。当纳米TiC含量为0.5%时,合金的综合性能最优,与基体相比,抗拉强度和伸长率分别提升了约18.6%和7%。TiC/Al-Cu合金在热处理过程中产生了析出相和大量位错,这有助于提高材料的力学性能。

钢中非金属夹杂物的三维定量表征

严春莲, 秦汉成, 其其格, 代锦, 冯超, 孟杨

2023, 48(3): 280-286. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.047

摘要 ( 28 )

PDF (3666KB) ( 43 )

以超低碳钢、易切削钢、管线钢为研究对象,通过优化电解萃取法以及夹杂物自动分析技术,完成了钢中大尺寸氧化铝、大尺寸硫化锰、常规氧硫化物等典型夹杂物的三维形态表征及自动定量统计,并就滤膜干扰物、夹杂物分散状态、扫描电镜参数设置等影响夹杂物三维定量表征的因素进行了讨论。与二维分析相结合,夹杂物的三维形态表征及定量统计结果将提供最为全面、真实、准确的夹杂物信息。

20Cr2Ni4A钢制内环工艺改进

刘克, 陈建文, 左经纬, 邓瑶瑶, 朱旭, 邹伟

2023, 48(3): 287-291. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.048

摘要 ( 24 )

PDF (2201KB) ( 26 )

针对液力变矩器的20Cr2Ni4A钢制内环经渗碳淬火后圆盖板翘曲度过大导致无法满足机加工要求这一问题,采用有限元方法模拟了装炉方式和在圆盖板上下端增加机加余量对内环渗碳淬火过程的应力场和变形场的影响,并进行了试验验证。结果表明,装炉方式和增加机加工余量对内环渗碳淬火过程应力场和变形场的影响很大,采用4种装炉方式进行淬火后内环的最大变形量按从大到小依次为长轴竖放、短轴竖放、吊放、横放。采用吊放装炉能使215 mm薄壁处平面翘曲变形有效减小至0.29 mm,横放装炉翘曲度能控制到0.21 mm。当圆盖板上端机加工余量增厚至11 mm时,翘曲度能控制到0.19 mm。综合生产效率和成本,宜选用横放装炉生产。

汽轮机调速汽阀高温紧固螺栓断裂失效分析

孙云飞, 史贤达, 张志浩, 陈浩, 吕磊, 云峰

2023, 48(3): 292-295. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.049

摘要 ( 35 )

PDF (1879KB) ( 40 )

某火电厂在机组检修期间发现汽轮机中压调速汽阀高温紧固螺栓断裂失效。为了确定失效原因,避免类似事件再次发生,利用直读光谱仪、光学显微镜、扫描电镜、摆锤式冲击试验机对断裂螺栓的宏观形貌、断口微观形貌、化学成分、显微组织、力学性能等进行了测试分析。结果表明,此次高温紧固螺栓断裂的主要原因为20Cr1Mo1VTiB钢螺栓在制造阶段的锻造温度过高或淬火温度过高造成组织晶粒粗大,引起材料冲击性能降低,在中压调速汽阀频繁动作产生的冲击载荷作用下沿粗晶部位开裂,并以脆性解理断裂方式扩展,直至螺栓整体断裂。

风电机组大型锻件淬火开裂原因分析

李新生, 刘永超, 刘珑, 徐建, 毕京华, 刘国强, 阎怀英, 丁宁

2023, 48(3): 296-300. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.03.050

摘要 ( 47 )

PDF (3616KB) ( 58 )

利用扫描电镜、能量色散X射线谱等,对风电机组大型锻件淬火裂纹的原因进行了分析。结果表明,淬火裂纹起始位置位于大型锻件中心孔内壁的凸台位置。淬火裂纹是由中心孔内壁凸台处的附加应力与偏析区域在热处理过程中产生的内应力共同作用导致。

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