金属热处理

袁志钟, 王梦飞, 张伯承, 段旭斌, 李表敏, 杨海峰, 罗锐, 程晓农

2023, 48(9): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.001

摘要 ( 195 )

PDF (5140KB) ( 254 )

选用热轧和球化退火后的SKD11钢板,对其进行A-Q-A(Austempering-Quenching-Austempering)、Q-T-A(Quenching-Tempering-Austempering)两种复相热处理工艺以及Q-T(Quenching-Tempering)常规热处理工艺,研究不同热处理工艺对钢板微观组织、硬度和冲击吸收能量的影响。结果表明: A-Q-A和Q-T-A热处理试样的组织均为下贝氏体(LB)和马氏体(M)的复相组织,并且残留奥氏体(RA)的含量分别为13.2%和18.6%。经A-Q-A、Q-T-A和常规热处理Q-T后,试样的硬度分别为58.5、58.6和60.5 HRC,冲击吸收能量分别为31.3、27.6和15 J。复相处理的工艺实现了SKD11钢板优异的强韧性配合,为提升冷作模具钢的韧性进行了有益的探索。

强制冷却和低温时效对2198-T3/7A04-T6异种铝合金FSW接头组织及性能的影响

孙博, 聂佳民, 李晓丹, 何长树

2023, 48(9): 8-13. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.002

摘要 ( 76 )

PDF (3133KB) ( 61 )

在空冷与强制冷却下对2198-T3/7A04-T6异种铝合金进行搅拌摩擦拼焊,并在焊后对其接头进行低温时效处理,研究了强制冷却和低温时效对焊接接头低硬度区微观组织特征及接头力学性能的影响。研究发现,两种条件下,2198-T3铝合金一侧的热影响区内均出现了低硬度区,但强制冷却＋低温时效条件下接头低硬度区的硬度值明显更高,为94.5 HV0.1,并且接头的平均屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为312 MPa、443 MPa和8.9%,屈服强度和抗拉强度分别达到母材强度的97.5%和96.9%,而空冷＋低温时效条件下仅为母材强度的89.0%和91.6%。强制冷却＋低温时效条件下接头的力学性能更优的主要原因是:焊接过程中施加强制冷却能有效抑制接头低硬度区内θ′相T1相的溶解与粗化,使其在后续低温时效过程中能获得更好的时效强化效果。

NM400钢终轧温度对其相变行为及残余应力的影响

陈浩, 丁文红, 方玉, 鲁小轩, 周莹涛, 陈灏

2023, 48(9): 14-22. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.003

摘要 ( 79 )

PDF (5685KB) ( 57 )

为研究某钢厂NM400钢不同终轧温度下的板形缺陷差异,借助Gleeble-3500热模拟试验机进行了压应力载荷作用下的膨胀试验,研究了终轧温度对NM400钢相变动力学及相变塑性的影响,并利用修正后的相变动力学以及相变塑性参数建立了ABAQUS有限元模型。使用裂纹柔度法对NM400钢进行残余应力测试,并将实测与模拟结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。同时,采用EBSD对不同终轧温度试样的微观组织进行表征分析。结果表明,连续冷却过程中残余应力的形成分为3个阶段,包括温度应力主导阶段、表面相变主导阶段和心部相变主导阶段;终轧温度为860 ℃时,相变速率最大,导致表面先相变体积比820 ℃时大了17%,使心部开始相变时所受到的拉应力水平变大,轧后残余应力亦最大,生产加工过程中产生板形问题;终轧温度对轧后微观组织和相变塑性参数Κ的影响较小,不是造成轧后残余应力差异的决定性因素。

淬火工艺对GCr4Mo4V钢组织及耐磨性的影响

崔毅, 崔继红, 王艳, 张雲飞, 俞峰, 赵英利, 曹文全

2023, 48(9): 23-29. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.004

摘要 ( 120 )

PDF (7786KB) ( 125 )

对“真空感应+保护气氛电渣重熔”工艺制备的退火态GCr4Mo4V钢分别在1090、1120、1150 ℃保温30、60、120 min油淬,并随后连续进行3次回火处理,借助UMT TriboLab摩擦磨损试验机对其开展干摩擦磨损试验,并对其显微组织、表面硬度、磨痕形貌及磨损率的变化规律进行分析,以探究淬火工艺对GCr4Mo4V钢显微组织及干摩擦磨损特性的影响规律。结果表明,1150 ℃淬火温度是GCr4Mo4V钢晶粒急剧长大的临界温度,淬火温度的提高促进了大颗粒碳化物的溶解,保温时间的延长更有利于回火后碳化物的弥散化分布,淬火温度比保温时间对大颗粒碳化物的细化作用影响更大,而晶粒组织与碳化物的细化与弥散化对GCr4Mo4V钢耐磨性提升有积极作用。

DQ-T工艺对1000 MPa级高强钢组织和性能的影响

王毅, 韩杰, 刘超, 邓玲蕊, 李辉, 许荣昌

2023, 48(9): 30-34. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.005

摘要 ( 72 )

PDF (3197KB) ( 67 )

研究了直接淬火+回火工艺对1000 MPa级高强钢微观组织结构和力学性能的影响。利用金相显微镜和透射电镜表征了微观组织结构,测试了维氏硬度和拉伸性能。结果表明,随回火温度的升高,显微硬度和抗拉强度的下降趋势分为3个阶段:缓慢下降的Ⅰ_σ阶段(室温~350 ℃)、快速下降的Ⅱ_σ阶段(350~500 ℃)和基本稳定的Ⅲ_σ阶段(500 ℃以上),屈服强度在250~400 ℃之间存在峰值,屈强比上升明显;回火温度达到500 ℃时,伸长率可达到15%以上。850 ℃终轧后在350~450 ℃回火30~60 min,可获得良好的强韧性组合,达到1000 MPa级高强钢的性能指标。马氏体组织内部存在大量的位错亚结构,其中的可动位错能够缓解局部应力集中,降低微裂纹形成的可能性,从而使材料获得较大的均匀塑性变形。

烧结温度对2∶17H型高性能SmCo合金微观结构和磁性能的影响

陈燕蕊, 吕科, 李岩, 任少卿, 赵明静, 董瑞, 定巍

2023, 48(9): 35-41. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.006

摘要 ( 57 )

PDF (4636KB) ( 57 )

采用真空熔炼炉对某2∶17H型高性能SmCo合金进行熔炼,研究了烧结温度分别为1195、1200、1205、1210 ℃时对该合金的烧结态磁体磁性能和微观结构的影响。然后对4种烧结温度的永磁体进行磁性能和密度测试,并对其进行微观结构的表征。结果表明,适当的增加烧结温度,可使烧结态磁体的各项磁性能增加,但烧结温度过高,会使烧结态磁体的各项磁性能大大降低。当烧结温度为1205 ℃时得到最好的磁性能,其中剩磁B_r为11.41 kGs,内禀矫顽力H_cj为1.05 kOe,最大磁能积(BH)_max为7.365 MGOe。各项磁性能分别受烧结态磁体的元素分布、晶粒均匀性及尺寸、磁体密度、Sm₂O₃、富Zr相影响。

热加工工艺对Nb₃₇Ti₂₀Al₁₅Zr₁₅Hf₅Ta₅Mo₂W₁难熔高熵合金组织与性能影响

邵旭, 庞景宇, 纪宇, 汤广全, 刘文强, 程陆凡, 李文

2023, 48(9): 42-47. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.007

摘要 ( 53 )

PDF (3234KB) ( 40 )

利用真空电弧熔炼制备了一种低密度Nb₃₇Ti₂₀Al₁₅Zr₁₅Hf₅Ta₅Mo₂W₁(at%)难熔高熵合金,并对该合金进行热变形和均匀化及750 ℃时效30~120 h。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、万能力学试验机等测试方法,对难熔高熵合金的铸态结构、时效后的析出行为和力学性能进行研究。结果表明,铸态难熔高熵合金结构为B2相基体+反相畴界。时效后,大量蠕虫状Zr₅Al₃相在晶内析出,晶界处有棒状Zr₅Al₃相析出,诱发晶间断裂。在30 h时效后,该合金的压缩屈服强度为1093.8±7.5 MPa。由于晶间开裂和时效后产生的Zr₅Al₃相之间的相互作用,导致塑性异常,仅为5.8%;60、90、120 h时效后合金的压缩屈服强度均在1300 MPa左右,塑性均在15%左右,具有优异的稳定性且断口主要为晶间断裂。

固溶处理对Mg-1Zn-1Ca合金组织和耐蚀性能的影响

王建, 宋蕾, 王艺卓, 张全福, 任乃栋, 武维康, 王红霞, 罗小萍

2023, 48(9): 48-53. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.008

摘要 ( 53 )

PDF (2865KB) ( 62 )

通过OM、SEM、EDS及XRD等方法研究了铸态Mg-1Zn-1Ca合金固溶处理后的显微组织演变,通过电化学试验和浸泡试验探究了固溶处理对铸态Mg-1Zn-1Ca合金耐蚀性能的影响。结果表明,铸态Mg-1Zn-1Ca合金由Mg基体、Ca₂Mg₆Zn₃相及Mg₂Ca相组成,固溶处理后,基体晶粒随着固溶温度升高(400、420、440 ℃)逐渐长大,Ca₂Mg₆Zn₃相发生了回溶,第二相数量逐渐减少,合金腐蚀速率先降低后升高,合金在固溶420 ℃×8 h后耐蚀性能最好,平均腐蚀速率最低,仅为0.7725±0.016 mm/y,其耐蚀性能的提升归因于第二相回溶,电偶腐蚀效应减弱。合金在固溶440 ℃×8 h后因为晶粒粗化加剧了局部腐蚀,耐蚀性能发生了恶化。

新型低碳高合金轴承钢的热变形行为与热加工图

武雪婷, 吴志伟, 张军

2023, 48(9): 54-59. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.009

摘要 ( 53 )

PDF (2995KB) ( 77 )

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度为900~1200 ℃,应变速率为0.01~1 s^-1,总变形量50%的条件下,对某新型低碳高合金轴承钢进行了高温单向热压缩试验。通过不同条件下的高温流变应力曲线分析了变形温度和应变速率对试验钢热变形力学行为的影响。以Arrhenius方程为本构模型,建立了低碳高合金轴承钢的高温本构方程,并基于Mutry失稳准则绘制了变形量为50%的热加工图。结果表明,低温低应变速率(900~1000 ℃、0.01~0.05 s^-1)时流变应力曲线具有动态回复特征。高温低应变(1050~1200 ℃、0.01~0.1 s^-1)速率下,材料在变形过程中发生动态再结晶。应变速率较高(1 s^-1)时,流变应力随应变增大而增大,曲线无显著的峰值应力。中高温中低应变速率(1050～1200 ℃、0.01~0.1 s^-1)下,能够得到均匀的完全动态再结晶组织,材料热加工性能最佳。

基于应变补偿的G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢本构行为

蒋小娟, 胡蒙均, 孙涛, 肖欣睿, 董梦瑶, 张海成

2023, 48(9): 60-69. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.010

摘要 ( 38 )

PDF (5171KB) ( 53 )

为研究G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢高温流变行为及制定合理的热加工参数,采用Gleeble-3800热模拟试验机在应变速率为0.001~1 s^-1、变形温度1223~1423 K的范围内对轴承钢试样进行热压缩试验。研究其流变应力与变形温度、应变速率、应变等因素的关系,针对应变对材料参数的影响,建立了高温变形温度范围内基于应变补偿的Arrhenius本构模型,此外还依据金属塑性变形过程中的功率耗散系数结合失稳判据,共同确定了该轴承钢的热加工图。结果表明,流变应力与变形温度呈负相关性,与应变速率呈正相关性。构建了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型,流动应力预测值与试验数据相关系数R及平均相对误差绝对值AARE分别为0.991和5.786%,模型预测精度较高。结合功率耗散系数和失稳判据计算出该种合金的热加工图,表明温度在1320~1400 K、应变速率在0.1~1 s^-1范围内,该轴承钢有较好的热加工性。

退火温度和冷变形量对动力电池壳用3003铝合金板组织和性能的影响

曾勇谋, 刘莹, 刘梓源, 胡梦晗, 曹宇

2023, 48(9): 70-74. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.011

摘要 ( 76 )

PDF (2724KB) ( 69 )

利用马弗炉、布氏硬度仪、光学显微镜、万能试验机,研究了中间退火温度和冷变形量对动力电池壳用3003铝合金板组织和性能的影响。结果表明,随着中间退火温度的升高,不同冷变形量3003铝合金板的硬度、抗拉强度和屈服强度先下降然后在达到380 ℃趋于稳定,而伸长率则相反。当退火温度≤200 ℃,材料的强度均随冷变形量增大而增强。随着退火温度的升高,3003铝合金板的导电率,先缓慢增加后基本稳定不变再快速下降。3003铝合金板的冷变形量为85%时,材料的导电率最高,而当冷变形量为95%时,材料的导电率显著变小。随着退火温度的升高,3003铝合金板的组织由细长的纤维状变为等轴细小的再结晶晶粒。冷变形量越大材料开始再结晶的温度越低,并且再结晶晶粒越细小,而再结晶完成的温度均为380 ℃。综合考虑,动力电池壳用3003铝合金板中间退火温度优选380 ℃,冷变形量为85%。

快速回火对690 MPa级别工程机械用钢板组织和性能的影响

李德明, 雷宁宁, 张晋刚, 宫涛, 周广浩

2023, 48(9): 75-80. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.012

摘要 ( 43 )

PDF (3830KB) ( 69 )

利用OM、TEM和力学性能检测等方法研究了离线淬火后20、30、40 ℃/s三种不同回火加热速度及回火时间对690 MPa级工程机械用钢板内部析出物、组织以及性能的影响。结果表明,回火加热速度对钢板抗拉强度的影响较小,而屈服强度随保温时间的增加变化显著。钢板内部组织多为回火贝氏体+铁素体组织,保温时间延长,铁素体增多,保温15 min的试样性能稳定。通过对保温15 min的试样内部析出物的分析发现,随着回火加热速度增加,钢板内部碳化物的聚集现象先减小后增加,回火加热速度为30 ℃/s的试样综合力学性能最佳。

强烈淬火工艺制备超高强韧钢的应用展望

明章生, 赵杰, 栗克建, 曹鹏军, 朱斌, 冯毅

2023, 48(9): 81-87. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.013

摘要 ( 51 )

PDF (3350KB) ( 63 )

强烈淬火工艺具有能耗低、无污染及对材料的“超强化”作用等特点,近年来受到国外学者的广泛关注。介绍了强烈淬火工艺国内外发展的现况,亟待建立强烈淬火工艺参数数据库;由于强烈淬火工艺处理后的微观组织性能特点与特种装备用超高强韧钢的性能要求非常契合,提出了将强烈淬火工艺应用于超高强韧钢开发的展望。

淬火工艺对42CrMo钢刀毂淬硬层深度及力学性能的影响

姜影, 杜水明, 黄俏梅, 沈子达, 游菲

2023, 48(9): 88-91. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.014

摘要 ( 127 )

PDF (1962KB) ( 52 )

采用多用炉选择不同淬火温度、不同淬火介质及碳势浓度,对42CrMo钢刀毂进行淬火,通过力学性能、组织及硬度的检验,研究了各影响因素对刀毂力学性能和淬硬层深度的影响。结果表明,随着淬火介质冷却速度的增加,在850~890 ℃淬火时,刀毂的抗拉强度呈现整体上升的趋势。当淬火温度为850 ℃时,采用淬火介质D时,刀毂的拉伸性能最好,淬透层深度可达到6.0 mm。当淬火温度为870 ℃时,采用C介质,淬透层深度满足客户要求。当碳势为0.6%时,随着淬火温度的升高,刀毂淬透层深度先上升后下降,抗拉强度呈下降趋势,屈服强度及伸长率呈上升趋势。

热处理工艺对气阀合金NCF3015组织和性能的影响

毛福祥, 蒋邵龙, 刘伟, 束文武, 王林涛

2023, 48(9): 92-94. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.015

摘要 ( 43 )

PDF (2046KB) ( 98 )

通过金相显微镜和扫描电镜分析了NCF3015气阀合金不同固溶温度下的组织变化规律,使用万能拉伸试验机研究了NCF3015合金在不同固溶时效温度下的力学性能变化规律。结果表明,固溶温度超过1010 ℃,晶粒快速长大。固溶态合金基体主要为奥氏体等轴晶组织,基体上析出少量的碳氮化物。时效处理后,合金基体析出球形的γ′强化相,固溶温度越高,强化相尺寸越小。合金高温拉伸性能显示,合金在低于750 ℃下使用,力学性能较好。

变形量对Ti80G合金力学性能的影响

韩伟松, 杜峰, 李建锋, 朱宝辉, 沈立华, 刘意, 王鹏

2023, 48(9): 95-98. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.016

摘要 ( 41 )

PDF (1980KB) ( 32 )

φ93 mm的Ti80G钛合金棒材进行锻造,变形量为10%~40%,并对所锻棒材进行900 ℃退火,研究锻造变形量对退火后钛合金力学性能的影响。结果表明,随锻造变形量增加,合金初生α相体积分数减小,析出α相体积分数增加,室温、高温强度增加,塑韧性基本上先增加后减小,冲击性能增加,在30%变形量时Ti80G合金达到最佳力学性能匹配,此时室温/高温抗拉强度分别为901.0、565.0 MPa,室温/高温屈服强度分别为792.5、482.0 MPa,室温/高温断后伸长率分别为17.25%、22.00%,室温/高温断面收缩率分别为45.0%、69.0%,冲击吸收能量为100.60 J。

液相等离子体碳氮共渗时间对H13热作模具钢渗层组织及性能的影响

范兴平, 范维, 谢雯

2023, 48(9): 99-105. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.017

摘要 ( 40 )

PDF (2048KB) ( 40 )

为提高H13热作模具钢的高温抗氧化性能及硬度,采用液相等离子体电解碳氮共渗技术对H13热作模具钢进行了碳氮共渗处理,用XRD、SEM、维氏硬度计等检测手段,对模具钢共渗层的微观结构、物相组成、硬度及高温抗氧化性进行测试,研究了碳氮共渗时间对渗层组织性能的影响。结果表明,在200 V电压下,分别经3、5、7 min液相等离子体碳氮共渗后的H13热作模具钢表面形成了铁的碳化物和氮化物,渗层的相组成包括Fe、Fe₁₉Mn、CrFe₄、Fe₃C、Fe_2-3N。随着碳氮共渗时间的延长,熔融物颗粒越聚越多,会产生“山坡”状形貌,使其表面变得更加粗糙,渗层厚度也增加,当碳氮共渗时间为7 min时,渗层厚度最大约5.9 μm。显微硬度随碳氮共渗时间的延长而升高,碳氮共渗7 min渗层的显微硬度最高达到403.13 HV0.2。H13热作模具钢经液相等离子体电解碳氮共渗后,其耐高温氧化性能显著提高。

1 T磁场下回火工艺对25CrMo48V钢耐蚀性能的影响

杨赛玄, 杨晓斌, 陆盼盼, 赵倩, 董治中, 董纪

2023, 48(9): 106-109. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.018

摘要 ( 41 )

PDF (2567KB) ( 35 )

为探究在1 T磁场下不同回火工艺对25CrMo48V超高强度钢耐蚀性能的影响,将试验用钢1000 ℃奥氏体化30 min后放置于1 T强磁场高温箱式炉中进行600 ℃分别保温10、30、60、180、240 min的回火处理,和200、300、400、500、600 ℃保温60 min的回火处理。对热处理后的试样使用光学显微镜、电化学阻抗谱和动电位极化曲线观察分析在相同磁场下,不同回火参数对试样在3.5%NaCl溶液中腐蚀性能的影响。结果表明,所有试样的阻抗谱曲线形状相似,表明回火后试样的电化学机理没有改变,容抗弧半径越大,耐蚀性越好。400 ℃回火60 min的试样自腐蚀电流密度最小。

正火温度对低温压力容器钢板组织与力学性能的影响

谢章龙, 陈家辉, 张丙军, 陈锋

2023, 48(9): 110-115. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.019

摘要 ( 53 )

PDF (4798KB) ( 36 )

研究了正火温度对10 mm厚低温压力容器P355NL2钢板组织和力学性能的影响。结果表明,相较于热轧态,正火后铁素体晶粒细化,带状组织改善,心部贝氏体组织无明显变化,强度降低,伸长率提高,-60 ℃冲击性能大幅提高。随正火温度升高,铁素体的晶粒逐渐粗化和等轴化、体积分数减小,强度、伸长率无明显变化,低温冲击性能先升后降。综合考虑正火温度对组织性能影响规律,正火温度选择880~910 ℃可获得优异综合力学性能。

奥氏体不锈钢氮钛离子共渗工艺

魏咏梅, 李双喜, 汪美桃, 赵玉霞, 高洁, 陈琳

2023, 48(9): 116-121. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.020

摘要 ( 64 )

PDF (2879KB) ( 58 )

为了探究Ti离子对奥氏体不锈钢离子渗氮催渗效果,在不改变其他渗氮条件下,对奥氏体不锈钢有无海绵钛的离子渗氮结果进行对比试验。采用显微硬度计、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对两种试验条件下022Cr17Ni12Mo2不锈钢试样的渗层深度、表面硬度、渗层显微组织、主要合金元素在渗层中分布等进行研究,检验钛对022Cr17Ni12Mo2不锈钢的催渗效果和探究钛的催渗机理。结果表明,022Cr17Ni12Mo2不锈钢在560 ℃×9 h的离子渗氮工艺下,加入海绵钛,得到220~240 μm渗层和1087~1122 HV0.3表面硬度;相比于同离子渗氮工艺无海绵钛催渗的试样,渗层深度增加了78%左右,表面硬度无明显变化,从而使得渗层硬度梯度大幅度降低。研究认为022Cr17Ni12Mo2不锈钢试样加钛催渗机理为:海绵钛为炉内提供了超强氮化物形成元素Ti离子,强化了氮化物形成过程中的沉积作用,从而有效地提高了渗氮效率。

轧机导卫架端头异形截面的感应淬火工艺及畸变控制

王敬伟, 范梅香, 林乙丑, 石如星, 席志永, 刘志刚

2023, 48(9): 122-125. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.021

摘要 ( 91 )

PDF (1291KB) ( 41 )

研究了轧机导卫架端头部位的感应淬火工艺及畸变控制。专门制作了等比端头锻件并进行了感应器加热及冷却测试,同时进行了相关工艺试验,针对导卫架端头异形截面的硬度、畸变、开裂等风险进行了全面评估,基于端头的工艺试验结果,制定了导卫架端头感应淬火工艺方案:加热频率1.7~4 kHz,行走速度150 mm/min,功率90×(14%~24%) kW,并对感应器进行了驱磁设计,采用连续加热连续冷却感应淬火。结果表明,基于端头异形截面结构所设计的仿形感应器经工艺试验验证可实现角度40°的导卫架端头异形截面的感应淬火工艺,通过在感应器上合理设置驱磁区域,有效避免了异形截面端头发生尖角效应,并利于感应加热温度的均匀性。C35E钢端头经感应淬火后硬度达55~60 HRC,通过反畸变操作,总长2120 mm的导卫架端头弯曲畸变控制在1 mm以内。

固溶时效处理对2A14铝合金冲击性能的影响

谭国寅

2023, 48(9): 126-128. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.022

摘要 ( 55 )

PDF (1398KB) ( 36 )

采用扫描电镜和冲击试验机研究了固溶时效处理后2A14铝合金的冲击性能。结果表明,铸态样品中存在的第二相主要以细长条状的AlCuMgSi相粒子为主,晶内含有少量的圆形Al₂Cu相。细长条状的AlCuMgSi相粒子的长宽比高,质地较脆,在发生塑性变形时极易从粒子中部断裂,无法有效提升材料冲击性能。固溶时效后存在的短棒状AlCuMgSi相的核心部位含有较多的Cu、Fe元素,高熔点溶质元素Cu、Fe提高了第二相粒子的热稳定性。随着时效过程的进行,第二相粒子以耐热相为核心不断长大,最终演化成了短棒状的形貌。固溶时效后,原本的网状第二相重熔进基体中,转变成了更为稳定的短棒状析出相,可以吸收更多的冲击载荷。同时,晶内存在的细小Al₂Cu相也显著长大,弥散分布的细小析出相能够更好地协调塑性变形,进一步提高冲击性能。

Gd含量对3003铝合金微观组织及导电率的影响

黄元春, 马尚坤, 刘宇, 严积珺, 吴镇力

2023, 48(9): 129-135. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.023

摘要 ( 60 )

PDF (5329KB) ( 20 )

通过相图计算(Pandat)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和导电率测试等手段,研究了Gd含量对3003铝合金铸态及均匀化态微观组织的影响。结果表明,随着Gd含量由0上升到0.3wt%,均匀化组织中的平均晶粒尺寸407.88 μm减小到201.06 μm。添加Gd元素后铸态3003铝合金的第二相为长条状的Al₆FeMn和亮白色颗粒状的Al₃Gd;经560 ℃×24 h均匀化处理后,第二相主要为颗粒状与针状Al₆Mn以及短棒状的GdMn₂Al₁₀。当Gd含量为0.2wt%时,合金中可获得细小晶粒以及均匀分布的第二相,导电率最高,为29.97%IACS。

钒含量对时速350 km高铁制动盘用Cr-Mo-V钢奥氏体晶粒长大的影响

邬冬生, 邓伟, 文辉, 于良机, 李凯昕, 王福明

2023, 48(9): 136-142. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.024

摘要 ( 45 )

PDF (4098KB) ( 31 )

基于Thermo-Calc热力学计算、光学显微镜、透射电镜和奥氏体晶粒长大模型计算,研究了不同V含量(0.13%、0.23%和0.34%)、奥氏体化温度及时间对高铁制动盘Cr-Mo-V钢奥氏体晶粒长大的影响,并分析了不同V含量下试验钢的Beck奥氏体晶粒长大模型与实际晶粒长大的偏差。结果表明,当奥氏体化时间为1 h、奥氏体化温度为950 ℃时,V含量的变化对晶粒长大没有明显影响;而奥氏体化温度高于950 ℃,奥氏体晶粒尺寸随着V含量的增加而逐渐减小。试验钢的奥氏体晶粒随着奥氏体化温度的升高逐渐长大,奥氏体化温度在1000 ℃以下时,晶粒尺寸随着奥氏体化温度的升高缓慢增加,而在1000 ℃以上,奥氏体晶粒随着奥氏体化温度的升高而急剧长大;相同的奥氏体化温度下,奥氏体晶粒随着奥氏体化时间的增加缓慢长大。利用试验测得的奥氏体晶粒尺寸并结合奥氏体长大动力学理论,计算出0.34%V试验钢晶粒长大动力学模型为D=111 974.$1 t^{0.095} \exp \left(-\frac{96319.4}{R T}\right)$,经验证模型预测的数据与实际偏差很小,模型拟合度较好。

Ce对30MnNbRE钢淬火回火微观组织和力学性能的影响

宋操, 王晓东, 包喜荣, 陈林, 汤雪娇

2023, 48(9): 143-149. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.025

摘要 ( 44 )

PDF (6278KB) ( 48 )

采用扫描电镜、X射线衍射仪、硬度测试、拉伸试验、冲击试验等研究了稀土元素Ce对30MnNbRE钢淬、回火后微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,Ce促进Nb在γ-Fe中固溶,增加淬火后的硬度,而回火时Ce促进纳米级(FeMnNb)₃C析出,尺寸约为40 nm,产生显著的析出强化作用,同时在马氏体板条间析出的(FeMnNb)₃C对位错的钉扎作用可细化板条厚度,最终获得均匀细化的纳米级马氏体板条结构。当Ce添加量为0.01%时,30MnNbRE钢的各项力学性能最佳,450 ℃回火后硬度可达42.6 HRC,抗拉强度提高至1135 MPa,同时获得尺寸约1 μm的细小球状夹杂物,断后伸长率最高可达13.8%,断口呈现韧性断裂特征。

铌微合金化对低合金高强钢模拟焊接热影响区粒状贝氏体相变及SH-CCT曲线的影响

鄢文泽, 闫文青, 林轩艺, 王红鸿

2023, 48(9): 150-156. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.026

摘要 ( 39 )

PDF (5586KB) ( 41 )

设计了4种铌含量的低合金高强钢,采用Gleeble-3500热模拟机,研究铌微合金化对模拟焊接热影响区粒状贝氏体相变的影响,并通过SH-CCT(Simulated heat-affected zone continuous cooling transformation)进行表征。结果表明,添加铌元素后,连续冷却相变温度降低,中等焊接热输入的连续冷却相变温度区间约在700~500 ℃之间,发生的是贝氏体相变。随着铌含量的增加,粒状贝氏体相变的t_8/5(表征焊接热输入的参量)范围逐渐增大,当铌含量达到0.180wt%时,发生粒状贝氏体转变的t_8/5扩大到3~150 s之间,即铌含量的增加促进了连续冷却粒状贝氏体转变、且扩大了t_8/5的范围。显微硬度随着试验钢中铌含量的增加而增加,即铌含量越高,在相同的t_8/5时间下,显微硬度也越高。铌含量为0.085wt%时,在较大的热输入范围内(t_8/5=15~80 s),显微硬度变化最小。显微硬度变化范围为183~192 HV。SH-CCT曲线为铌微合金化钢基于焊接性设计提供了理论依据。

硼含量对Ti-Zr-Nb-B合金显微组织及性能的影响

李文刚, 炊鹏飞, 程尊鹏, 李春梅, 景然, 李江华, 廖仲尼

2023, 48(9): 157-164. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.027

摘要 ( 51 )

PDF (3863KB) ( 29 )

采用非自耗真空电弧炉制备了不同硼含量的Ti-Zr-Nb-B合金。借助X-射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、万能试验机及电化学工作站对合金的显微组织、力学性能及耐蚀性能进行了研究。结果表明,硼元素使合金中有少量针状α相出现,合金组织由等轴转变为枝晶结构且晶粒发生明显细化,并在枝晶臂处析出TiB、ZrB₂化合物,在硼含量(原子分数)2.0%、4.0%时枝晶发生粗化。随硼含量的增加,合金硬度提高,塑性降低,屈服强度表现出先升高后降低再升高的变化趋势;在硼含量为4.0%时,合金屈服强度和硬度达到最大,分别为843 MPa和281 HV0.2。在3.5%NaCl溶液中的腐蚀试验表明,硼元素的添加导致合金耐蚀性降低,(TiZr)₉₀Nb₁₀合金耐蚀性最好,(TiZr)_89.5Nb₁₀B_0.5合金耐蚀性最差。

Si含量对高碳贝氏体钢微观组织与性能的影响

戴钊, 郭智, 龙晓燕, 冯晓勇, 刘伟, 张福成, 李艳国

2023, 48(9): 165-173. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.028

摘要 ( 61 )

PDF (4272KB) ( 62 )

以4种不同Si含量的高碳贝氏体轴承钢为研究对象,在相同热处理条件下,通过热膨胀相变仪、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜等技术研究Si含量对高碳贝氏体轴承钢相变、组织特征及力学性能的影响。结果表明,Si能够延长高碳贝氏体轴承钢贝氏体转变孕育期,降低贝氏体转变速率并提高Ac₁、Ac_cm温度。随着钢中Si含量的增加,高碳贝氏体轴承钢中残留奥氏体体积分数增大,但贝氏体铁素体板条尺寸减小;当Si含量达到1.4%时,贝氏体铁素体板条尺寸达到纳米级且板条内无碳化物析出。力学性能结果表明,高碳贝氏体轴承钢硬度随Si含量的增加而降低,冲击性能随Si含量的增加而升高,Si含量为1.4%时高碳贝氏体轴承钢具有最佳的综合力学性能。

微量Zr对深冷轧制Al-Cu-Mg合金微观组织及性能的影响

谢尚恒, 孙有平, 朱嘉欣, 方德俊

2023, 48(9): 174-179. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.029

摘要 ( 48 )

PDF (3321KB) ( 40 )

采用光学显微镜(OM)、电子万能试验机、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等研究了微量Zr添加对深冷轧制Al-Cu-Mg合金板材显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量Zr元素的添加使Al-Cu-Mg合金晶粒细化,第二相粒子尺寸减小且分布更均匀,主要为θ-Al₂Cu相。添加Zr能有效提升Al-Cu-Mg合金的力学性能,Al-Cu-Mg-Zr合金的抗拉强度、伸长率及布氏硬度分别为610 MPa、10.3%和176 HBW,相对未添加Zr的Al-Cu-Mg合金分别增加了67 MPa、2.5%和22 HBW。位错强化对Al-Cu-Mg-Zr合金强度提升的贡献显著,达到了325 MPa。此外,经深冷轧制后Zr增强了Al-Cu-Mg合金在(111)、(200)和(220)的织构极密度,但是未改变织构类型。

42CrMo钢稀土微合金化对气体渗氮性能的影响

陈海, 崔鼎

2023, 48(9): 180-182. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.030

摘要 ( 57 )

PDF (1715KB) ( 54 )

对42CrMo钢进行稀土微合金化处理,研究在渗氮热处理条件下稀土元素的添加对渗层组织及硬度的影响。结果表明,渗氮处理后,添加稀土元素的42CrMo钢,白亮层明显增厚,表面硬度和有效硬化层深显著提高,渗层脉状组织有所改善,说明稀土微合金化对42CrMo钢的渗氮过程具有明显的催渗作用,能够加快氮原子的扩散,提高了渗氮速度。

硫含量对Y12Cr18Ni9易切削钢中硫化物形态及性能的影响

王英虎

2023, 48(9): 183-190. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.031

摘要 ( 45 )

PDF (8924KB) ( 48 )

采用扫描电镜、扫描电镜-能谱仪、电子探针、背散射电子衍射等方法研究了硫含量对Y12Cr18Ni9易切削钢中硫化物形态及性能的影响。利用Thermo-Clac软件中的TCFE10数据库对Y12Cr18Ni9易切削钢的相图和平衡凝固相变路径进行计算,分析了硫含量变化对硫化物析出规律的影响。结果表明,Y12Cr18Ni9易切削钢中的平衡相主要有L(液相)、MnS、δ、γ、M₂₃C₆、σ与α。硫化物为球形、椭球形、纺锤形或短棒状,呈链状分布在晶界处或呈团簇状聚集分布在三叉晶界处,属于第Ⅱ类硫化物。随着硫含量增加,试验钢中单位面积内硫化物析出数量增加,硫化物的平均面积增加,硫含量增加可促进Y12Cr18Ni9易切削钢中硫化物的析出。随着试验钢中簇状硫化物数量增多,拉伸断口准解理面增大,逐渐向脆性断裂转变,材料的力学性能下降。

Mn-Cr-V-S贝氏体非调质钢连续冷却转变与组织调控

王芝林, 高星, 蒋波, 王磊英, 赵海东, 吴瀚

2023, 48(9): 191-196. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.032

摘要 ( 55 )

PDF (3803KB) ( 28 )

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了Mn-Cr-V-S贝氏体非调质钢的连续冷却转变行为,分析了冷却速率对CCT曲线、显微组织和显微硬度的影响,并设置了分段冷却工艺,进行组织调控。结果表明,随着冷却速率的提高,Mn-Cr-V-S贝氏体非调质钢依次发生铁素体+珠光体、铁素体+珠光体+贝氏体、铁素体+贝氏体、铁素体+贝氏体+马氏体和铁素体+马氏体转变;当冷却速率为1 ℃/s时,钢中贝氏体含量较高,面积分数为67%,且组织均匀性较好。当冷却速率高于1.5 ℃/s时,钢中开始出现马氏体组织。为了降低轧材中的铁素体含量、提高贝氏体含量,建议采取分段冷却方式,冷却工艺为:终轧后以5 ℃/s冷至550 ℃,随后以1 ℃/s冷却至室温,此时试验钢的组织均匀性较好,贝氏体含量可达86.8%。

20Cr1Mo1VTiB螺栓钢高温长期时效后的组织演变及力学性能

李鑫, 武志广, 赵吉庆, 杨钢

2023, 48(9): 197-202. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.033

摘要 ( 67 )

PDF (3758KB) ( 36 )

研究了20Cr1Mo1VTiB螺栓钢在530 ℃、最长10 000 h时效后的组织演变和力学性能变化规律。结果表明,20Cr1Mo1VTiB螺栓钢时效过程中,MC相主要析出并分布在贝氏体板条内和板条界,MC相析出量增加但尺寸未见明显粗化。随时效时间延长,贝氏体板条边界逐渐模糊,板条宽度逐渐增加。经过530 ℃、最长10 000 h时效后,20Cr1Mo1VTiB螺栓钢室温、高温强度无明显变化,低温冲击性能有所上升,组织回复作用明显,表明该钢在530 ℃下组织稳定性良好。

长时服役后HR3C钢析出相变化及对硬度的影响

周江, 项国东, 徐昶, 张显程, 夏咸喜, 朱保印, 赵彦芬, 金晓

2023, 48(9): 203-207. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.034

摘要 ( 39 )

PDF (2558KB) ( 65 )

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜等(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)等技术对未服役样品和服役时长分别为15 501、35 564、67 705 h的HR3C钢样品进行微观组织结构观察,同时对相应条件下的HR3C钢的硬度进行了测量与分析讨论。结果表明,HR3C钢晶界上出现连续分布且尺寸相近的M₂₃C₆相,随着服役时间的增加发展成不均匀的粗化链状结构;同时在晶粒内部出现纳米级的二次NbCrN相和M₂₃C₆相,这种纳米级析出相产生的析出强化效应是HR3C钢硬度值增加的主要原因。

Inconel625与Inconel601合金耐高温氯离子腐蚀性能及机理的比较研究

吴勇, 孟施旭, 孙清云, 陈辉, 夏思瑶, 杨甫, 夏春怀, 杨汉哲

2023, 48(9): 208-213. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.035

摘要 ( 88 )

PDF (2692KB) ( 41 )

利用SEM、EDS以及XRD等分析手段研究了Inconel625和Inconel601合金的耐高温氯离子腐蚀性能以及腐蚀机理,对比分析了两种合金在1100 ℃高温氯离子腐蚀条件下的腐蚀动力学曲线、腐蚀产物以及腐蚀层的表面、截面形貌。结果表明,Inconel625和Inconel601合金都表现为前期腐蚀迅速后期平缓,Inconel625合金的耐高温氯离子腐蚀性能优于Inconel601合金。Inconel625合金在腐蚀过程中生成了含有复杂氧化物的氧化膜,Inconel601合金主要的腐蚀产物有Cr₂O₃、AlFeO₃以及Al₁₈Cr₅相,Inconel625合金主要的腐蚀产物有Al₂O₃、Fe₂O₃、Cr₅O₁₂以及NiCrO₄相。Inconel625合金由于Nb元素的钉扎作用以及尖晶石结构的NiCrO₄的生成,增大了氧化膜的附着力,使其耐蚀性优于Inconel601合金。

高强度帘线钢LX82ACr的动态连续冷却转变行为

李战卫, 沈奎, 麻晗, 张宇

2023, 48(9): 214-219. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.036

摘要 ( 46 )

PDF (3628KB) ( 24 )

通过热模拟试验研究了LX82ACr帘线钢的动态连续冷却转变规律,采用OM对不同冷速冷却后的试样进行显微组织分析。研究了相变温度和过冷度随冷速的变化规律。对不同冷速冷却后的试样进行珠光体片层间距测量和硬度测量,并进行抗拉强度换算,研究了珠光体片层间距和抗拉强度随冷速的变化规律。结果表明,当冷速在3 ℃/s及以下时,转变后的组织为珠光体和索氏体;当冷速达到5 ℃/s时,组织中开始出现马氏体;随着冷速提高,马氏体含量逐渐增多,当冷速达到30 ℃/s及以上时,组织以马氏体为主。随着冷速提高,相变温度逐渐降低,过冷度逐渐增大,进行回归分析,拟合优度达到0.97以上。随着冷速提高,珠光体片层间距逐渐变细,抗拉强度逐渐提高,当冷速从0.1 ℃/s提高至9 ℃/s时,珠光体片层间距由0.1929 μm减小至0.0739 μm,抗拉强度由993.2 MPa提高至1388.4 MPa。分别对珠光体片层间距和抗拉强度进行回归分析,拟合优度均达到0.97以上。

低合金耐磨钢的热处理工艺及力学性能

张志春, 温佳, 陈国瑞, 吴广辉, 翁泽钜, 顾开选

2023, 48(9): 220-224. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.037

摘要 ( 57 )

PDF (4853KB) ( 30 )

采用DIL805淬火膨胀仪测定低合金耐磨钢的CCT曲线,研究其连续冷却过程中的相变规律,并采用OM对不同冷速下的试样进行显微组织观察。此外,采用淬火+回火工艺、淬火+深冷处理+回火工艺对低合金耐磨钢进行热处理,利用SEM表征和拉伸、冲击试验对试样进行分析,研究深冷处理对低合金耐磨钢组织和性能的影响。结果表明,试验钢的马氏体临界冷速为5 ℃/s,增加深冷处理使低合金耐磨钢的抗拉强度和屈服强度分别提高136.5 MPa和141.5 MPa,塑性保持不变,但冲击性能略有下降。深冷处理提高低合金耐磨钢强塑性的主要作用机理为促进马氏体板条细化。

TC4钛合金的机械-化学复合强化及耐磨性

邓敏先, 代燕, 刘港, 穆洪, 陈涛云, 刘静

2023, 48(9): 225-232. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.038

摘要 ( 56 )

PDF (4740KB) ( 63 )

为了改善TC4钛合金的硬度和耐磨性,采用行星式球磨装置及真空感应渗氮装置,对TC4钛合金进行机械球磨+真空渗氮复合改性处理,利用自制磨损试验机在不同载荷下进行磨损试验研究。结果表明,TC4钛合金经复合强化处理后渗层主要由TiN和Ti相组成,随着渗氮温度的升高,渗层厚度逐渐增厚,截面硬度也得到明显提高。直接渗氮与复合强化处理后的试样渗层组织形态差异大,直接渗氮样渗层薄而致密,与基体分界清晰,缺少过渡。而复合强化样中的氮化物相呈块状或岛状分布在表层,没有明显白亮层。复合强化处理后的截面硬度梯度较直接渗氮处理后的更加平缓,且渗氮层的脆性较小,表面塑性高。复合强化处理后试样的耐磨性显著提升,但略低于直接渗氮试样。

一种宽回火时间窗口的10.9级螺栓钢组织和性能

王娇娇, 刘宏春, 刘泳, 陈红卫, 田志强, 张洪起

2023, 48(9): 233-237. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.039

摘要 ( 59 )

PDF (4963KB) ( 38 )

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、洛氏硬度等试验方法研究了一种钒微合金化Si-Mn-Cr系螺栓钢经870 ℃淬火+550 ℃不同时间回火后的微观组织、力学性能。结果表明,870 ℃淬火后试验钢为马氏体板条组织,经550 ℃分别回火40、60、80 min后,均为清晰的马氏体板条组织并伴有细小弥散的碳化物析出。当回火时间在40~80 min时,试验钢的抗拉强度在1081~1120 MPa范围内,屈服强度在993~1013 MPa范围内,断面收缩率在56.0%~56.3%范围内,力学性能稳定,试验钢的拉伸断口均有明显的缩颈现象,起裂源区均为细小韧窝伴有撕裂棱的韧性断裂,综合力学性能良好。因此研究的10.9级螺栓钢回火时间窗口宽泛,并且综合力学性能稳定,进而有利于扩大螺栓钢的使用范围。

3.1%Si取向硅钢显微组织和宏观织构演变

刘永珍, 董丽丽, 刘宝志, 张浩, 麻永林

2023, 48(9): 238-241. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.040

摘要 ( 60 )

PDF (2289KB) ( 71 )

采用蔡司显微镜、X射线衍射仪等检测手段分析Si含量为3.1%的取向硅钢在生产各个阶段(一次冷轧、脱碳退火、二次冷轧、高温退火、拉伸平整退火)的组织形貌和宏观织构。结果表明,Si含量为3.1%的普通级取向硅钢显微组织类型为铁素体,经脱碳退火初次再结晶后平均晶粒尺寸为10.23 μm,经高温退火二次再结晶后晶粒尺寸达到2.0 cm,经拉伸平整退火后取向硅钢的平均晶粒尺寸为2.3 cm,且均匀性提高。在脱碳退火阶段完成初次再结晶后的织构类型以γ织构为主,有一部分高斯织构{110}<001>,经高温退火二次再结晶后织构类型以高斯织构{110}<001>为主,经拉伸平整退火后,高斯织构达到最强最锋锐的程度。

IF钢冷轧和退火过程的织构演变规律

申文竹, 王朋飞, 胡相平, 包菲菲, 侯鑫鑫, 曹立胜

2023, 48(9): 242-246. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.041

摘要 ( 56 )

PDF (2898KB) ( 27 )

利用X射线衍射技术(XRD)研究了不同冷轧压下率、80%冷轧压下率并经不同退火条件的热轧高温卷取IF钢板材织构演变规律。结果表明,随压冷轧压下率增加,IF钢热轧卷板的织构演变特征为由弱{110}<110>、{110}<001>和{112}<110>织构逐步向{110}<011>、{100}<011>织构转变,并形成较弱的{111}面织构;80%压下率大冷轧变形IF钢板材中,利于γ-纤维织构发展的退火制度依次为790 ℃保温60 min、670 ℃保温10 min和790 ℃保温10 min;在更高的850 ℃退火处理时,容易形成{112}<110>等织构,抑制γ-纤维织构形成,不利于深冲性能提升。

热处理工艺模拟专用材料数据库的设计与实现

张伦凤, 王治涵, 赵俊渝, 安康, 徐骏, 顾剑锋

2023, 48(9): 247-252. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.042

摘要 ( 55 )

PDF (3415KB) ( 71 )

材料参数是热处理工艺模拟中至关重要的数据支撑,但目前国内相关的材料数据库十分缺乏,少数现有数据库存在数据准确性低、完整性差、无法共享等问题,且仅通过化学成分区分材料,无法应对热处理工艺模拟对参数的需求。为此,设计出以化学成分与微观组织为主的数据结构体,自主开发了一款在线的专用材料数据库。该数据库针对热处理工艺模拟所需的材料参数特性,优化设计了数据存储结构。采用B/S架构设计实现了数据共享,同时提高了数据使用便捷性。另外,该数据库通过采用数据挖掘技术,引入了多元线性回归、贝叶斯线性回归、决策树和随机森林4种机器学习算法,建立了一种创新的数据提取机制。可通过对现有数据的应用分析确定有效的数据提取策略,进而获取当前所需的实际数据,初步解决了当前普遍存在的数据缺失问题,有力支撑了热处理工艺模拟的开展。

基于多参数变量的铝合金热处理集成管控工艺知识库构架

刘琦, 万茹涛, 种永刚, 李沐天, 曲明

2023, 48(9): 253-257. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.043

摘要 ( 38 )

PDF (1339KB) ( 27 )

针对热处理多参数变量的工艺特点,选取航空铝合金材料类型和热处理工艺类型为变量,采用多条件判定规则,构建了铝合金热处理集成管控工艺知识库,将铝合金热处理工艺过程中的升温、保温、降温与淬火参数数据化,实现了在热处理信息化管控系统中完成热处理集成管控工艺知识库直接对接车间MES等其他信息系统,自动调取数据化的工艺参数并完成下发,推进了热处理信息化管控系统对热加工设备工艺过程的直接控制,对促进特殊热处理过程生产的信息化、集成化、质量监控与过程管理具有理论和实践性的意义。

45钢的激光淬火温度场与相变硬化区

马正和, 阿达依·谢尔亚孜旦, 刘俊杰, 古丽·尼尕尔

2023, 48(9): 258-264. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.044

摘要 ( 39 )

PDF (3371KB) ( 30 )

通过数值模拟计算得出45钢淬火过程中温度场的瞬态规律及相变硬化规律,分析单一因素变化对相变硬化区的影响。基于Comsol Multiphysics软件建立45钢激光淬火过程的热力耦合模型,利用JMatpro计算得出材料的相变曲线、CCT曲线及材料的部分热物性参数随温度的变化曲线,对整个模型进行修改,基于相变曲线及CCT曲线定义相变硬化区。结果表明,淬硬层呈高斯分布,不同工艺参数下激光淬火相变硬化层明显不同。在其它条件相同的情况下,相变硬化层深度及宽度与激光功率呈正相关,与扫描速度和光斑直径负相关。通过将JMatpro与Comsol Multiphysics相结合,可以建立并计算考虑热物性参数变化的激光淬火热力学耦合模型,实现激光淬火温度场和相变硬化区的预测。

相场法研究时效温度对Fe-Cu-Mn-Ni合金中富Cu相析出的影响

王康红, 许洋洋

2023, 48(9): 265-270. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.045

摘要 ( 50 )

PDF (2654KB) ( 37 )

通过耦合CALPHAD热力学数据库,建立了一个模拟多元合金固态相变中微观组织演化的相场模型,并以Fe-Cu-Mn-Ni合金为例,从动力学角度揭示了时效温度变化对富Cu相析出机制的影响。结果表明,α相向γ相的转变和B2环的形成都与富Cu相的尺寸密切相关。此外,时效温度变化会导致富Cu相的形貌和粗化机制的改变。时效温度越高,富Cu相的析出时间越短,其体积分数和半径也越大,析出相数量的减少速率也越快。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢中黑色组织的形成机制及消除

杜军毅, 朱永有, 蒋中华, 段红玲

2023, 48(9): 271-278. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.046

摘要 ( 34 )

PDF (8507KB) ( 22 )

通过对大型2.25Cr-1Mo-0.25V钢锻件黑色组织的微区化学成分、光学和SEM显微组织分析研究,确定了“黑色组织”为M₂₃C₆“碳化物聚集区”。通过“黑色组织”演化规律的验证,找到了其形成机制和锻件低温冲击性能偏低和离散的根本原因。其形成机制与锻态钢中晶界处富集的M₂₃C₆碳化物有关;淬火后,在晶界上形成大尺寸的M-A岛,高温回火后,M-A岛分解、转变成聚集M₂₃C₆碳化物。基于形成机制并通过工艺试验,进一步发现实施≥940 ℃退火预处理可以消除“黑色组织”,重新热处理后锻件的各项力学性能指标均显著提高。

эи866合金锻件径向条纹形成原因与消除工艺

杨树林, 赵吉庆, 闫磊, 杨钢

2023, 48(9): 279-282. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.047

摘要 ( 45 )

PDF (2375KB) ( 24 )

通过微观组织分析,力学性能、硬度测试等方法,分析了эи866合金锻件径向条纹的形成原因,并研究了消除径向条纹的热处理工艺。结果表明,径向条纹是由带状组织引起,锻件淬火后存在大量残留奥氏体,回火冷却过程中转变为二次马氏体,与回火马氏体呈带状交替分布,导致硬度不均匀,机加工后形成径向条纹。采用二次回火,能够使二次马氏体分解回复,改善带状组织,但难以完全消除。热处理前,增加预备热处理,能够提高Ms点,淬火后发生充分的马氏体转变,大幅度降低残留奥氏体含量,形成单一均匀的回火马氏体,消除带状组织。建议锻件采用预处理+性能热处理的热处理工艺,提高组织均匀性。

42CrMo钢低速轴止推环调质开裂失效分析

李子岩, 许鸿翔, 陈业生, 刘志强, 郭敬强, 陈岩, 赵少甫

2023, 48(9): 283-287. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.048

摘要 ( 85 )

PDF (3243KB) ( 59 )

42CrMo钢低速轴止推环调质处理后产生端面裂纹而失效。对断裂部位的化学成分、硬度梯度及显微组织观察检测,并利用SEM和EDS对断口中的夹杂物进行观察和微区分析。结果表明,由于原材料组织夹杂物、工件表面存在粗刀痕、低速轴零件结构设计不合理等多重因素导致淬火过程开裂。通过优化机加工粗车工序、淬火辅助工装及控制原材料组织等措施可降低止推环处淬火开裂风险。

风电内齿圈感应淬火裂纹形成原因及改进方法

张海英, 文超, 白玲, 蔡益新

2023, 48(9): 288-292. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.049

摘要 ( 46 )

PDF (2734KB) ( 34 )

从宏观形貌、显微组织、脱碳层和偏析等方面分析了风电内齿圈感应淬火开裂问题。分析表明,锻件的碳偏析、脱碳是导致内齿圈感应淬火开裂的重要原因,内齿圈的碳偏析程度达到0.04 %以上时,增加了感应淬火开裂的风险,同时齿顶脱碳加剧了感应淬火开裂的风险。实际工艺改进表明,采用三向锻造的方式获得锻造比大于7的坯料,内齿圈碳偏析差可降低至0.02%,能有效改善碳偏析。在冲孔工艺设计时,可以通过控制冲孔质量来实现连铸坯中心部位偏析的消除,当下料系数大于0.019时,可避免齿部显微缺陷和淬火开裂的产生。

太阳轮渗碳淬火裂纹产生的原因分析

张磊, 米佩, 马春亮, 孙永鹏

2023, 48(9): 293-296. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.050

摘要 ( 59 )

PDF (2495KB) ( 47 )

某矿用减速器太阳轮渗碳淬火后发生齿部裂纹,因裂纹较深造成产品报废,为分析太阳轮失效原因,从原材料、热处理工艺、显微组织、晶粒尺寸以及裂纹宏观、微观形态特征等方面进行了分析探讨。结果表明,太阳轮所用材料化学成分符合18CrNiMo7-6钢标准,其裂纹是典型的沿晶开裂的淬火裂纹,其产生的主要原因与晶粒粗大有关。采用现有热处理工艺参数不会造成晶粒粗大,晶粒粗大与前期锻造加热或锻造过程不当有关。

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