金属热处理

徐开泰, 刘骐升, 尤凯司, 刘照宇, 张峻嘉

2024, 49(3): 1-6. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.001

摘要 ( 85 )

PDF (4115KB) ( 113 )

研究了冷轧及时效工艺对Cu-1.8Ni-0.9Co-0.641Si合金板带材组织性能的影响。对比了液氮低温冷轧与室温冷轧对合金板材性能的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对其影响机制进行分析。结果表明,在时效60 min 时,室温冷轧与低温冷轧后合金板材硬度达到最大,分别为450 ℃时效的285.53 HV0.3和400 ℃时效的307.2 HV0.3。研究还发现随着时效温度的升高,合金的导电率随之升高,在经过500 ℃时效处理后,低温冷轧合金的导电率最高,能够达到60.11%IACS。在时效处理过程中,板材内部的位错密度降低,晶粒和晶界中出现了大量细小且均匀的纳米级(Ni,Co)₂Si有序相。与室温冷轧相比,经过低温冷轧的Cu-Ni-Co-Si合金组织更加细化,位错密度更高。

回火温度对Nb、V合金化低合金高强度钢氢脆敏感性的影响

李晓亮, 程晓英, 王兆丰, 任毓文, 曾繁宇

2024, 49(3): 7-14. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.002

摘要 ( 55 )

PDF (4661KB) ( 56 )

为了提高钢强度的同时降低氢脆敏感性,研制了一种同时添加0.11wt%Nb和0.55wt%V元素的低合金高强度钢。运用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等表征手段,并通过双电解池氢渗透技术和慢应变速率拉伸试验,研究了3种不同回火温度(560、600、640 ℃)对试验钢显微组织、氢扩散行为和氢脆敏感性的影响。结果表明,随着回火温度的升高,铁素体晶粒尺寸增大,位错密度降低,弥散析出的碳化物粗化,因此抗拉强度降低而伸长率增加;另一方面,可逆氢陷阱密度降低,扩散激活能降低,氢扩散系数增大,因此氢脆敏感性降低。

固溶温度对K424合金显微组织与力学性能的影响

赵鑫磊, 袁晓飞, 乔珺威

2024, 49(3): 15-21. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.003

摘要 ( 45 )

PDF (3523KB) ( 56 )

对K424合金进行不同温度的固溶处理((1200~1240) ℃×4 h+空冷)。对固溶后的合金进行975 ℃/196 MPa条件下的高温持久试验和室温拉伸试验,并对其显微组织进行表征。结果表明,K424合金在1220、1230和1240 ℃完全固溶并重新析出均匀、细小且立方度较高的γ'相。相较于(1200~1210) ℃×4 h不完全固溶处理,经(1220~1240)℃×4 h完全固溶处理后K424合金的持久寿命明显提高,但室温强度和塑性略低,经1220 ℃×4 h固溶处理后,K424合金的持久寿命最高,达到97.8 h,是最优固溶处理工艺。不规则的大尺寸γ'相钉扎合金晶界以及阻碍晶内位错滑移,是不完全固溶处理后K424合金室温强度和塑性略高的原因。较高的错配度和立方度、共晶基本溶解以及较高的γ'相体积分数是1220 ℃×4 h固溶处理后K424合金持久寿命最高的主要原因。

亚温淬火对低合金耐磨钢增韧及性能的影响

胡昂, 吴润, 李忠波, 吴腾

2024, 49(3): 22-27. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.004

摘要 ( 43 )

PDF (4914KB) ( 40 )

采用亚温淬火对NM500级耐磨钢进行增韧处理。结果表明,试验钢经790 ℃亚温淬火和170 ℃回火后,其组织中含体积分数7.3%的铁素体,冲击吸收能量由完全淬火的40 J提高到58 J,磨损性能最好;完全奥氏体化冷却到Ac₃以下再进行亚温淬火,因铁素体分布使冲击吸收能量提升不明显,磨损性能降低。亚温淬火使马氏体中碳含量增加,组织中少量针状铁素体不仅能明显提高韧性,耐磨性也较完全淬火优良。

等温淬火温度对50CrVA钢组织与性能的影响

张禹, 于金瑞, 于鑫泓, 冯以盛, 张云山, 赵而团

2024, 49(3): 28-32. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.005

摘要 ( 35 )

PDF (3704KB) ( 36 )

以传统弹簧钢50CrVA为研究对象,通过水雾+空冷快速冷却后在350、400、450 ℃炉内等温淬火的方式,实现贝氏体转变。利用热模拟、SEM、XRD、拉伸和冲击试验研究了等温淬火温度对50CrVA钢组织与性能的影响。结果表明,随着等温淬火温度的升高,贝氏体转变速度先升高后降低,400 ℃时转变速度最快。350 ℃与400 ℃等温过程贝氏体转变量相同,且高于450 ℃等温条件下贝氏体转变量。这是由于碳化物的析出使过冷奥氏体中碳含量降低,贝氏体转变完全,从而得到近乎全贝氏体组织。随着等温淬火温度的升高,贝氏体、渗碳体与M/A组织均变得粗大,导致拉伸性能与冲击性能均有明显降低,断裂模式逐渐从准解理断裂变为解理断裂。

热轧变形对高铝316L不锈钢微观组织与性能的影响

张立生, 王小巩

2024, 49(3): 33-36. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.006

摘要 ( 36 )

PDF (1700KB) ( 38 )

对高铝316L不锈钢进行了不同变形量的热轧变形,采用SEM、TEM表征与拉伸、疲劳试验方法研究了不同变形量热轧对高铝316L钢微观组织、拉伸性能和疲劳性能的影响。结果表明,热轧态高铝316L不锈钢为奥氏体和铁素体两相组织,热轧变形可以提高高铝316L钢的强度和疲劳寿命。随着轧制变形量的增加,高铝316L不锈钢组织中的铁素体体积分数和位错密度逐渐增加,抗拉强度和疲劳寿命明显提高,伸长率有所下降。热轧变形75%的高铝316L不锈钢的抗拉强度和疲劳寿命均达到最大值,分别为937.6 MPa和3.8×10⁷次,伸长率达到最小值42.7%。

二次冷轧中间退火温度对3.5%Si无取向硅钢组织织构的影响机理

魏辉, 林媛, 王红霞, 王士嘉, 李旭, 张文康, 王一德

2024, 49(3): 37-43. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.007

摘要 ( 124 )

PDF (4653KB) ( 35 )

采用二次冷轧工艺制备厚度为0.25 mm、Si含量为3.5%的薄规格高牌号无取向硅钢,通过OM、EBSD、XRD和方圈磁性能测试研究不同中间退火温度(850、950和1050 ℃)下无取向硅钢组织、织构的演变规律。结果表明,随中间退火温度逐渐升高,成品退火板的平均晶粒尺寸先增大后减小,同时成品退火板立方织构和高斯织构的强度先增强后减弱,成品退火板的磁感应强度B₅₀₀₀先升后降,铁损值P_1.0/400先降后升。当中间退火温度为950 ℃时,由于平均晶粒尺寸较大,且晶粒均匀性最好,二阶段冷轧后形成剪切带数量最多,为成品板退火过程中立方织构和高斯织构的形成提供了大量的形核位置,使其织构强度分别达到了13.56和5.03,导致成品退火板磁感应强度最高,B₅₀₀₀为1.691 T,铁损最低,P_1.0/400为13.36 W/kg。

回火工艺对HT9钢组织和力学性能的影响

谢谱, 赵吉庆, 颜廷亭

2024, 49(3): 44-49. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.008

摘要 ( 56 )

PDF (4738KB) ( 44 )

利用SEM、TEM、相分析和拉伸、冲击试验,研究了不同回火工艺对HT9钢组织演变及力学性能的影响。结果表明,回火工艺通过影响析出相和位错来改变钢的力学性能;HT9钢在回火后的基体组织为板条马氏体,强化相为M₂₃C₆碳化物,未观察到其他析出相。随着回火温度升高,基体组织发生回复,位错缠结逐渐规整、减薄为位错网络,形成亚晶,M₂₃C₆碳化物发生Ostwald熟化,析出强化和位错强化作用减弱,强度和硬度降低,韧性上升;在770 ℃回火1~12 h,随着回火时间延长,基体组织回复,M₂₃C₆相发生熟化,强度和硬度逐渐降低并伴有一定的时间依赖性。结合力学性能标准,热处理制度为1040 ℃淬火1 h＋770 ℃回火6 h 时,HT9钢的强韧性匹配较好。

常化工艺对取向硅钢组织织构和磁性能的影响

尤文豪, 陈霞, 陈彬

2024, 49(3): 50-55. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.009

摘要 ( 49 )

PDF (4773KB) ( 28 )

利用EBSD技术和单片测量法,研究了常化温度对含3.2wt%Si高磁感取向(Hi-B)硅钢组织、织构和磁性能的影响。研究表明,随着常化温度的增加,常化板的柱状晶粒发生完全再结晶,织构类型相似,都以α织构、λ织构和Goss织构为主。脱碳退火后,织构主要都由{114}<481>、γ织构和Goss织构组成,初次再结晶晶粒尺寸随着常化温度的增加而先增大后减小(900 ℃时最大,最大为20.3 μm)。在850 ℃常化温度下,脱碳退火后的初次再结晶试样中对磁性能有利的{114}<481>织构和Goss织构的面积分数达到最高(分别为26.1%和4.5%)。在常化温度为850 ℃时,Hi-B钢可获得最佳磁性能,B₈=1.938 T,P_1.7/50= 0.828 W/kg。

激光表面处理对马氏体不锈钢堆焊层组织与性能的影响

邓德伟, 李振华, 陈文博, 汪红所, 孙磊

2024, 49(3): 56-62. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.010

摘要 ( 33 )

PDF (4520KB) ( 32 )

为有效修复FV520B钢表面损伤,并提升修复后表面的耐腐蚀性能,尝试采用先堆焊,再进行激光表面处理的方法,即先采用明弧摆动堆焊方法,在FV520B钢基材上使用马氏体型药芯焊丝进行堆焊,并分别采用两种激光(半导体激光和光纤激光)对堆焊后的表面进行激光表面处理。研究了堆焊层的显微组织、硬度,堆焊层与基材的元素分布情况,以及经过激光表面处理后堆焊层的显微组织、硬度、耐腐蚀性和激光作用深度。研究结果表明,堆焊层由马氏体、δ-铁素体、残留奥氏体和碳化物构成,硬度约为480 HV0.3,相比基材提高了约33.33%,堆焊层与基材之间冶金结合良好。经过激光表面处理后,堆焊层分为原始堆焊区、热影响区和重熔区。在热影响区,硬度会下降,这与激光表面处理的回火作用有关;在重熔区,硬度与原始焊接区相当。浸泡试验结果表明,激光表面处理提高了堆焊层的耐腐蚀性。随着扫描速度的降低,激光的作用深度会增加,但硬度变化不大。相对于光纤激光器,半导体激光器的作用深度更大,但两种激光处理后的表面硬度基本相同。

稀土渗氮对9Cr18Mo钢的QPQ盐浴复合处理性能的影响

张鑫, 孟征兵, 周颖, 陈元钰, 李宇翔

2024, 49(3): 63-67. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.011

摘要 ( 37 )

PDF (2346KB) ( 35 )

用自制渗氮基盐为渗氮剂和硝酸钾为氧化剂,碳酸镧、碳酸钇和碳酸铈为稀土催渗剂组成QPQ稀土渗氮剂,在610 ℃对9Cr18Mo钢进行QPQ盐浴复合处理,从而提高9Cr18Mo钢的各项性能。采用SEM、EDS、XRD、显微硬度测试、电化学性能测试和耐磨试验等测试手段,研究了稀土对9Cr18Mo钢组织和性能的影响。结果表明,QPQ盐浴复合处理试样的表面主要由氧化层、渗氮层和扩散层组成,主要组成物相为Fe₄N、CrN、α_N、Fe_2-3N、Li₂Fe₃O₄和Fe₃O₄,在QPQ盐浴复合处理中添加稀土比未添加稀土的显微硬度能平均提升90 HV0.2,耐蚀性和耐磨性也有所提高。

热处理对高Co、高V粉末高速钢PM60碳化物析出的影响

殷锦华, 祝柏林, 胡木林, 彭会

2024, 49(3): 68-76. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.012

摘要 ( 26 )

PDF (5774KB) ( 29 )

PM60高速钢是通过粉末冶金方法制备,与普通高速钢相比,含有大量的Co元素,可以促进二次碳化物的析出。PM60高速钢在1120、1150、1180和1210 ℃淬火并油冷,然后在540、560和580 ℃分别进行3次回火。热处理结束之后,通过金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计对热处理后PM60高速钢显微组织、析出相和硬度进行分析,结合JMatpro热力学计算软件研究淬火和回火热处理前后样品中碳化物的种类、形貌、成分、分布以及析出行为。结果表明,原来的析出相为MC、M₆C、M₂₃C₆和M₇C₃相,经热处理后为MC和M₆C相。经过能谱分析发现,这两种类型的碳化物,一类是颜色较暗的富V类碳化物,另一类是颜色较亮的富W、Mo类碳化物。淬火过程中部分碳化物溶解,回火过程中有细小弥散分布二次碳化物析出。在1180 ℃淬火+540 ℃回火条件下,材料硬度最高。

固溶渗氮温度对16Cr25N不锈钢组织性能的影响

郭陆陆, 欧阳德来, 崔霞, 朱恩锐

2024, 49(3): 77-82. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.013

摘要 ( 28 )

PDF (3504KB) ( 27 )

采用高温固溶渗氮工艺在自主设计研制的高温高真空渗氮炉中对16Cr25N铁素体不锈钢进行渗氮处理,通过X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、金相显微镜、显微硬度计和氧氮分析仪分析了渗氮层的组织和性能。结果表明,在铁素体不锈钢表面形成了1 mm以上厚度的奥氏体渗氮层,单边渗氮层最大厚度超过2 mm,渗氮层氮含量最大达到1.502%,原始材料的铁素体组织已转变为奥氏体组织,相当于得到了高氮无镍不锈钢。相比于原始样品,渗氮处理后样品硬度大幅提升,达到320 HV0.5。通过渗层深度计算了16Cr25N不锈钢固溶渗氮时氮的扩散激活能,在氮气压力0.3 MPa、保温时间24 h、渗氮温度1200 ℃下,扩散激活能为176 kJ/mol。利用渗层硬度和扩散理论建立了16Cr25N铁素体不锈钢高温固溶渗氮层的氮含量模型,具有一定的指导作用。

基于致密度和显微组织的IN625合金激光粉末床熔融工艺优化

杜文祥, 曹李策, 申发磊, 潘来涛, 王泽龙, 孙业东, 方晓英

2024, 49(3): 83-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.014

摘要 ( 34 )

PDF (4566KB) ( 23 )

基于高斯过程回归(GPR)模型,对激光粉末床熔融(LPBF)增材工艺制备的IN625合金的致密度、晶粒取向和晶粒长径比的观测数据进行了机器学习,确定了具有特定组织特征的致密IN625合金的LPBF工艺窗口,并探讨了激光功率(P)-扫描速度(v)工艺组合以及激光能量密度对合金致密度和显微组织的影响。结果发现,获得高致密(≥99%)合金的激光能量密度需≥55 J/mm³,适宜的P-v工艺窗口呈梨形,高激光功率(P)下可选择的扫描速度(v)范围较宽。LPBF合金的柱状晶具有<001>//BD的择优取向,其取向强度及长径比随着激光能量密度的提高而增加,但超过一定值后会有所下降。经交叉验证表明,GPR预测的以致密度和组织特征为目标的LPBF优化工艺窗口是可靠的,该方法可拓展应用到其它合金基于多目标的激光增材工艺优化设计中。

退火温度对超深冲搪瓷钢成型性能及再结晶织构的影响

刘再旺, 郭敏, 滕华湘, 杨利斌, 梁轩, 刘广会, 刘顺明

2024, 49(3): 91-97. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.015

摘要 ( 36 )

PDF (2677KB) ( 29 )

在不同温度下对超深冲搪瓷钢进行连续退火,通过拉伸试验机、X射线衍射仪、光学显微镜和透射电镜研究了退火后搪瓷钢的力学性能、再结晶织构、组织及第二相粒子。结果表明,试验钢退火后的再结晶织构主要分布在γ取向线上,织构类型主要为{111}<110>和{111}<112>,是钢板获得高r值的有益类型织构。随退火温度的升高,r值升高,归因于{111}<110>和{111}<112>织构的密度随退火温度的升高而增大,其中{111}<110>织构的密度增幅明显,{111}<112>织构的密度增幅很小甚至减小。{111}<110>织构的密度增幅明显,归因于TiC粒子粗化引起的对{111}<110>织构取向晶粒钉扎的减弱。TiC粒子的粗化是退火过程中{111}取向晶粒,尤其是{111}<110>取向晶粒充分发展的必要条件,是钢板获得优异成型性能的重要因素。同时,随着{111}织构密度的增加,钢板的强度降低,断后伸长率增加,成型性能越好。

退火工艺对热轧态含氮马氏体不锈钢420U6显微组织和硬度的影响

贾元伟

2024, 49(3): 98-102. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.016

摘要 ( 30 )

PDF (3347KB) ( 22 )

热轧态含氮马氏体不锈钢420U6经800~950 ℃加热保温8~48 h退火处理后,采用激光共焦显微镜和维氏硬度计,研究了不同退火工艺下420U6钢的组织形貌和硬度的变化规律。结果表明,退火态组织由铁素体基体和基体上分布的碳化物组成,不同热处理工艺下碳化物的大小和形态明显不同。退火温度在850 ℃下保温16~24 h时,碳化物形态呈球状且大小总体上均匀,其平均尺寸为0.4~0.5 μm。随着退火温度的升高和保温时间的延长,420U6含氮马氏体不锈钢的硬度先降低后小幅升高,硬度的升高主要是由于片状碳化物的出现。

SWRH82B高碳钢热轧盘条心部组织控制

王金涛, 沈奎, 李战卫, 张宇

2024, 49(3): 103-107. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.017

摘要 ( 26 )

PDF (2633KB) ( 23 )

研究了不同吐丝温度以及不同水箱水量分布高-中-低、高-低-高对SWRH82B高碳钢盘条组织和性能的影响。结果表明,将吐丝温度提高到910±10 ℃,水箱水量按高-低-高分布使盘条的心表温差由18 ℃提升到30 ℃,提高心部冷却速度,降低网状渗碳体的产生,使网状渗碳体检出率由70%降低至5%,网状渗碳体级别由E级降为C级,盘条1/4直径位置处索氏体片层间距由153 nm降为138 nm,盘条的抗拉强度由1174 MPa提高至1187 MPa,从Ø6.5 mm到Ø2.1 mm的连续拉拔断丝率由9次/100 t降至1次/100 t,有效改善了热轧盘条的拉拔性能。

热处理对差压铸造ZL201A铝合金壳体内部组织及性能的影响

王亚勇, 曹喜娟, 任广笑, 刘永哲, 郑云凯

2024, 49(3): 108-111. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.018

摘要 ( 29 )

PDF (2327KB) ( 28 )

针对ZL201A铝合金在某型号产品试制过程中出现的本体力学性能无法满足设计验收要求的技术问题,结合ZL201A二元合金性能特点以及实际生产经验,通过制定合理的热处理工艺方案,研究了双级固溶条件下,不同热处理温度及时间对合金显微组织及性能的影响。试验结果表明,ZL201A铝合金在(535 ℃×9 h+545×9 h)双级固溶+160 ℃×6 h时效的热处理方案条件下,表现出来的综合力学性能最佳,此时抗拉强度达到389 MPa,屈服强度达到342 MPa,断后伸长率达到11.5%。该性能结果不仅满足了产品设计要求,同时也为后续的材料工程化应用及系统研究积累了有效的试验数据。

回火温度对深井石油套管用钢组织性能的影响

王娇娇, 赵林林, 高云哲, 石帅, 武晓龙, 赵燕青, 周玉青, 弓俊杰

2024, 49(3): 112-115. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.019

摘要 ( 29 )

PDF (3596KB) ( 36 )

借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、拉伸试验机等设备研究了920 ℃淬火后回火温度对某深井石油套管钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,试验钢在500~600 ℃回火得到回火索氏体,具有较高的强塑性与韧性,强塑积的波动范围为20.5~22.1 GPa·%,冲击吸收能量波动范围为94.6~100.3 J;当回火温度为550 ℃时,深井油套管试验钢具有最佳的综合力学性能,此时抗拉强度为978 MPa,屈服强度为935 MPa,强塑积为22.1 GPa·%,冲击吸收能量为100.3 J。

快速退火对冷轧超低碳钢组织和性能的影响

张瑞, 唐恩, 袁清, 任杰, 莫家璇

2024, 49(3): 116-121. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.020

摘要 ( 28 )

PDF (2959KB) ( 28 )

采用OM、SEM、EBSD和单轴拉伸方法,从某冷轧超低碳钢的显微组织、晶粒尺寸分布、晶粒取向和力学性能4个方面对比分析了常规退火工艺(低温长时间)与快速退火工艺(高温瞬时)。结果表明,冷轧超低碳试验钢在650 ℃快速退火15 s时,屈服强度和抗拉强度分别为445.38 MPa和494.07 MPa,相比常规退火试样性能(屈服强度为274.35 MPa,抗拉强度为388.99 MPa)得到明显提升,同时还保证了24.7%的伸长率。造成常规退火与快速退火试样性能差异的主要原因是晶粒细化与典型的γ取向,其中晶粒细化占主导地位。快速退火具有明显的细晶强化作用,但同时恶化加工硬化能力,从而导致伸长率下降。快速退火会抑制第二相颗粒的析出,且细化第二相颗粒。快速退火试样呈典型的γ取向,更有利于提高轧向性能,但常规退火试样为近γ取向,所以取向的影响较小。

退火工艺对低成本980 MPa级冷轧双相钢组织和性能的影响

刘鹏飞, 关琳, 刘建, 陈宇, 刘宏亮

2024, 49(3): 122-127. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.021

摘要 ( 39 )

PDF (4034KB) ( 43 )

利用Vatron奥钢联热模拟试验机模拟一种980 MPa级冷轧双相钢连续退火过程,采用拉伸试验机、光学显微镜和扫描电镜研究连续退火工艺中均热温度、缓冷温度、过时效温度和带速对双相钢组织及力学性能的影响。结果表明,当均热温度为820、840和860 ℃时,随着均热温度的升高,组织中铁素体的比例不断下降,屈服强度不断提高。当均热温度提高到860 ℃时,组织中出现了一定量的贝氏体,抗拉强度达到了最低值1020 MPa;缓冷温度能够改变马氏体体积分数进而影响双相钢的性能;当过时效温度为250、270、290、310和330 ℃时,随着过时效温度的升高,马氏体发生软化的程度不断加剧,抗拉强度不断降低,断后伸长率不断升高,过时效温度升高到310 ℃以上时,马氏体分解加剧同时析出更多第二相,屈服强度先降低后升高。综合不同退火工艺下的冷轧双相钢的性能调控,最终确定均热温度840 ℃、缓冷温度680 ℃、过时效温度250 ℃和带速120 m/min为最佳的工艺参数,强塑积达到了最大值15.6 GPa·%。

SLD-MAGIC冷作模具钢的热处理微畸变特性及其机理

吴红庆, 毛宏, 邓志鹏, 宁辉, 吴晓春

2024, 49(3): 128-134. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.022

摘要 ( 27 )

PDF (4037KB) ( 21 )

采用真空热处理炉测试了SLD-MAGIC和DC53冷作模具钢样块在1030 ℃淬火、及210 ℃回火和520 ℃回火3种热处理条件下尺寸的畸变率,并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、高精度差分膨胀仪、JMatPro软件等手段对微观结构、马氏体的特征参数、残留奥氏体含量、回火碳化物含量等进行分析。结果表明,SLD-MAGIC钢和DC53钢样块经上述3种热处理后体积膨胀,尺寸畸变率范围在0.02%~0.12%之间,DC53钢在同等热处理条件下平均尺寸畸变率约为SLD-MAGIC钢的1.9~2.2倍;SLD-MAGIC钢25~700 ℃以上的平均热膨胀系数比DC53钢的低0.15×10^-6℃^-1;SLD-MAGIC钢的马氏体碳含量和晶格常数分别为1.34%、2.8894×10^-10m,都比DC53钢小;并且热处理后的残留奥氏体含量和回火碳化物含量都比DC53钢少,因此SLD-MAGIC钢比DC53钢的尺寸膨胀效应更小,SLD-MAGIC钢具有热处理微畸变特性。

PCrNi3MoV高强钢带状组织在调质工艺中的显微特征

杜云飞, 白瑞, 吴璞, 张亚琴

2024, 49(3): 135-140. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.023

摘要 ( 28 )

PDF (5532KB) ( 22 )

PCrNi3MoV高强钢中合金元素在提升淬透性和力学性能的同时,也会在钢中因合金元素偏析形成带状组织。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及电子探针研究了PCrNi3MoV钢中带状组织在不同热处理工艺下的显微特征,结果表明,带状组织在PCrNi3MoV钢的不同热处理阶段始终存在,其微观组织构成及表现形式各不相同;淬火态下,PCrNi3MoV钢带状组织呈大尺寸晶粒和小尺寸晶粒交替分布的显微特征;回火态下,带状组织细晶区马氏体板条束尺寸细小,碳化物析出密度高。带状组织细晶区的显微硬度高于其粗晶区,主要与C元素及Cr、Mo、Mn和V等合金元素的在细晶区偏聚,从而使得该区域内细晶强化及析出强化效应增强。

选区激光熔化Inconel 718合金的沉淀析出行为及力学性能

汪英芝, 郑留伟, 杨飞, 聂豫晋, 孟立鑫, 尹磊, 梁伟

2024, 49(3): 141-146. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.024

摘要 ( 57 )

PDF (5417KB) ( 32 )

采用选区激光熔化成形技术制备了Inconel 718合金,并对沉积态合金进行双时效和固溶+双时效处理。采用扫描电镜、电子背散射衍射仪、透射电镜和万能试验机研究不同热处理状态下合金沉淀析出行为及拉伸性能。结果表明,时效并不能消除Laves相,直接时效后合金中Laves相仍存在,强化相γ'和γ″含量较沉积态有所上升,强度显著提高,塑性明显下降。1150 ℃高温固溶+双时效后合金完全再结晶,亚结构消失,脆性Laves相完全溶解,强化相γ'、γ″相含量大幅提升,强度有所上升,塑性下降,合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到1330 MPa、1110 MPa和16.73%。固溶+双时效工艺在提升材料强度的基础上保证了材料塑性,使Inconel 718合金获得良好的综合力学性能。

EH36钢的氢陷阱及氢脆敏感性

陈翠, 林文洋, 李维娟, 张大征, 李振楠

2024, 49(3): 147-152. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.025

摘要 ( 55 )

PDF (3708KB) ( 26 )

采用氢渗透测试、慢拉伸试验等研究手段,探究EH36钢表面、1/4和1/2厚度处的氢陷阱、氢扩散系数及氢脆敏感性。结果表明,表面及1/4厚度处的显微组织主要为贝氏体,表面处的显微组织较为细小,1/2厚度处主要为铁素体和珠光体。可逆和不可逆氢陷阱密度由表面到1/2厚度处依次降低,氢扩散系数随之依次增大。随充氢电流密度或时间的增加,各厚度处拉伸试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率均有不同程度的降低,氢脆敏感性随之增大;拉伸断口形貌由呈韧性断裂特征的韧窝状逐渐向呈脆性断裂特征的河流状花样转变。表面处的氢脆敏感性最小,1/2厚度处的氢脆敏感性最大;在1/2厚度处的拉伸断口观察到了一些氢致裂纹。

连续油管用低碳微合金钢控轧控冷显微组织与疲劳性能

黄志国, 李艳艳, 蒋波

2024, 49(3): 153-158. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.026

摘要 ( 33 )

PDF (3815KB) ( 32 )

为满足连续油管用低碳微合金钢强韧性要求的针状铁素体和贝氏体复相组织特征,通过设计控轧控冷生产工艺制备了5.3 mm厚的连续油管用热轧板材。通过低周疲劳试验分析了热轧板材的低周疲劳性能,并对低周疲劳断口进行了观察,同时分析了热轧板的力学性能和显微组织。结果表明,采用终轧温度810 ℃、冷却速度为52 ℃/s、卷取温度为450 ℃生产的低碳微合金钢的疲劳寿命为3784周。低周疲劳断口的瞬断区形貌以韧窝为主,断裂方式属于韧性断裂。拟合得出的低周疲劳应变与疲劳寿命的关系公式有较好的拟合效果,可用于预测不同应变幅条件下的疲劳寿命。试验钢力学性能满足要求,显微组织为铁素体、贝氏体与M/A岛,其中铁素体体积分数约为74%,且主要以针状铁素体形式存在,使得试验钢具有良好的疲劳性能。

发动机用SCM435钢的组织与疲劳性能

江畅, 陆恒昌, 韦习成, 董瀚

2024, 49(3): 159-163. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.027

摘要 ( 56 )

PDF (5712KB) ( 32 )

采用SEM、TEM以及拉伸测试等研究SCM435钢在870 ℃淬火、350~650 ℃回火后的组织和力学性能。结果表明,回火温度为350 ℃时,其组织是板条马氏体及少量碳化物;随着回火温度的升高,马氏体的板条形态逐渐消失,碳化物沿板条方向析出长大,其中525 ℃回火后的组织尚有明显的马氏体板条形态并弥散分布着短棒状渗碳体。在试验回火温度范围内调控SCM435钢的力学性能,可以满足8.8~12.9级紧固件的力学性能要求。试验验证了870 ℃淬火+525 ℃回火钢的疲劳性能,中值疲劳极限σ_a50为425 MPa,具有较好的疲劳性能。

一种新型2 GPa级低合金超高强度钢及热处理工艺

于林然, 杨卓越, 苏杰, 丁雅莉, 刘赓

2024, 49(3): 164-167. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.028

摘要 ( 34 )

PDF (2905KB) ( 30 )

在35CrMnSiA钢基础上适当增加Si含量,并添加少量Mo开发出新的2 GPa级40CrMnSi2Mo低合金超高强度钢,并系统地研究淬火温度(875~950 ℃)、回火温度200~300 ℃对40CrMnSi2Mo钢力学性能的影响。结果表明,较高的马氏体开始转变温度会降低马氏体内形成孪晶亚结构的倾向,是40CrMnSi2Mo钢韧性较高的主要原因。添加少量Mo能有效抑制回火脆性,300 ℃回火冲击吸收能量仅降低7.7%。但是,275 ℃和300 ℃回火降低残留奥氏体量使断裂韧性下降。新型40CrMnSi2Mo低合金钢于950 ℃淬火后,在200 ℃和225 ℃回火得到的试样强度高于2 GPa,断裂韧性在85 MPa·m^1/2以上,其强韧性配合明显优于AISI 4340钢和300M钢,而且低成本的优势使其具有较大的应用前景。

Ti62A钛合金固溶过程中初生α相的球化机理

李海涛, 陈冬梅, 官海婷, 袁武华

2024, 49(3): 168-173. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.029

摘要 ( 39 )

PDF (3703KB) ( 30 )

采用OM、SEM和EBSD检测技术,对Ti62A钛合金在910 ℃固溶不同时间时的初生α相显微组织进行表征,探究固溶处理过程中初生α相的演变特征及球化机制。结果表明,锻态Ti62A钛合金初始组织由初生α相、片层α相和残留β相组成,在910 ℃固溶过程中,片层状α相快速溶解,且随着固溶时间延长,初生α相的体积分数先减小后保持不变,但轴径比基本保持在2.1左右。固溶处理过程中,初生α相晶粒内部出现较大的取向差,产生取向不同的α/α晶界。随着固溶时间的增长,长条状初生α相内α/α晶界的取向差大于10°时,晶粒易发生晶界分离,形成新的等轴初生α相。

基于灰色关联度分析的不锈钢离子渗氮层对磨损性能的影响

张碧清, 韩啸, 贺瑞军, 朱硕, 王赟, 郭凯宇

2024, 49(3): 174-181. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.030

摘要 ( 23 )

PDF (4557KB) ( 19 )

通过正交试验和灰色关联度分析研究了1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢渗氮层特性对磨损性能影响的主次关系和规律。采用光学显微镜观察渗氮层显微组织,并采用金相法测量渗层厚度;采用XRD衍射仪分析渗层表面物相;采用维氏硬度计测定渗层表面硬度和硬度梯度;采用SRV摩擦磨损试验机测试渗氮层摩擦磨损性能,并用白光干涉三维表面轮廓仪测定磨痕最大深度和磨损体积,用扫描电镜分析磨损机理。通过灰色关联度分析研究了表面硬度、硬度梯度和渗氮层厚度等渗氮层特性对磨损性能的影响。结果表明,不锈钢渗氮层发生的磨损破坏主要是通过磨粒磨损、黏着磨损和局部疲劳剥落产生;在恒定大载荷200 N条件下,表面硬度、硬度梯度和渗氮层厚度均显著影响其磨损性能,其中渗氮层厚度对磨损性能的影响最显著,随着渗氮层厚度增加,磨损性能下降。

超低碳贝氏体钢双相区回火过程中逆转变奥氏体的演变

杨颖, 潘诗良, 许媛媛, 王泽民, 王占勇

2024, 49(3): 182-189. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.031

摘要 ( 45 )

PDF (5649KB) ( 31 )

将超低碳贝氏体钢淬火后在双相区回火不同时间,利用扫描电镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD),透射电镜(TEM)和X射线应力仪研究逆转变奥氏体演变规律、Ni和Mn元素在基体及逆转变奥氏体中的分配。结果表明,淬火态的试样基体为板条贝氏体加少量残留奥氏体。随着回火时间的延长,基体中出现逆转变奥氏体,且含量先上升后降低,形貌由薄膜状演变成条块状。当回火时间为240 min时,基体中逆转变奥氏体最稳定且含量最高,约15.60%。逆转变奥氏体中Ni和Mn元素含量分别为15.23%和1.42%,远高于基体。当回火时间为1440 min时,逆转奥氏体含量降低至5.50%,部分逆转变奥氏体不稳定,转变为新生马氏体,其中Ni和Mn元素含量分别为12.58%和1.21%,略低于最稳定时逆转变奥氏体中Ni、Mn的含量。

Inconel718高温合金Laves相及碳化物析出机理

郭续龙, 周扬, 陈琦

2024, 49(3): 190-197. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.032

摘要 ( 36 )

PDF (8724KB) ( 40 )

为得到Inconel718高温合金Laves相及碳化物的析出规律,利用Thermal-Calc软件中的镍基数据库计算了平衡态下合金的相组成,采用光学显微镜、扫描电镜和场发射电子探针显微分析仪对合金进行了显微组织观察和能谱分析,并对析出相中的元素偏析状况进行了研究。最后利用高温激光共聚焦显微镜探究了合金的熔化与凝固规律。结果表明,平衡状态下Inconel718合金冷却过程中的相变顺序为液相、L+γ相、L+γ+MC相、L+γ+MC+δ相、γ+MC+δ+η相、γ+MC+δ+η+σ相、γ+MC+δ+η+M₂₃C₆相;合金中Ni、Cr和Fe元素表现为负偏析,以枝晶干分布为主,Nb元素表现为正偏析,以枝晶间分布为主;合金的固相线温度为1380 ℃,在凝固过程中,随着冷却速率的增加,合金开始凝固的温度逐渐降低,实现完全凝固所需的时间减少,液相分数随温度的升高也逐渐减小;此外根据凝固过程中析出相及组织变化,将整个凝固过程分为初始、稳定和最后凝固阶段;凝固结束后合金中二次枝晶间距与冷却速率的1/3次方成反比。

桁架用Nb-Mo微合金中锰钢强化机理及碳化物析出行为

刘敏, 郑志鹏, 甘利红, 刘胤辰, 刘震, 张阳, 冯波, 刘春泉

2024, 49(3): 198-203. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.033

摘要 ( 30 )

PDF (3047KB) ( 28 )

探讨了自制移动式伞型跨越架桁架用Nb-Mo微合金中锰钢在快速加热淬火和奥氏体逆相变(RH-ART)处理后的强化机理和碳化物析出行为。结果表明,微合金试验钢中的(Nb, Mo)C不仅在铁素体晶粒内部以及位错线上析出,起到阻碍位错移动的作用,进而使得试验钢强度提升;并且(Nb, Mo)C在奥氏体与铁素体的晶界处析出,起到拖拽作用,抑制了奥氏体晶粒粗化速率。同时,在快速加热淬火和奥氏体逆相变处理后,大量的纳米级渗碳体析出,这有利于增加中锰钢中残留奥氏体含量。此外,在690 ℃温度下进行奥氏体逆相变,此时基体存在一定量的亚稳态碳化物颗粒,这有助于提高奥氏体的形核速率,还降低了C的平均扩散距离,即提高了奥氏体的生长速率,从而获得更多含量的残留奥氏体。试验钢具有超过49%的残留奥氏体含量,展现出了拉伸强度为779 MPa,断后伸长率为77.7%的优异综合力学性能。

V-N微合金化非调质钢的组织和力学性能

陆凤君

2024, 49(3): 204-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.034

摘要 ( 33 )

PDF (3441KB) ( 23 )

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究一种V-N微合金化非调质钢,分析了V(C,N)的形变诱导析出特性,绘制了析出-温度-时间(Precipitation-Temperature-Time,PTT)曲线;设计了一种形变热处理工艺,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征了微观组织,利用万能拉伸试验机测试力学性能。结果表明,在应力松弛过程中,V(C,N)的鼻尖析出温度在800 ℃左右,保温12 s后开始析出,90 s后析出结束。试验钢在800 ℃的变形量由15%提高到30%时,屈服强度和抗拉强度均逐步提高,分别提高了30 MPa和45 MPa,伸长率在11%~12%的范围内变化,冲击吸收能量由19.5 J提高到了25 J;随着等温变形量的增加,基体晶粒内部的位错密度显著增加,析出相数量增多并且分布更为弥散,晶内和晶界处均发现了长度在50~150 nm、宽度在20~50 nm 尺寸范围的析出相。

Ni₃Al基高温合金的成分设计及室温性能

滕宗延, 许雅南, 王轶农, 刘林, 徐朝晖

2024, 49(3): 209-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.035

摘要 ( 61 )

PDF (4383KB) ( 24 )

为改善Ni₃Al基高温合金的室温性能,基于“团簇加连接原子模型”对Ni₃Al基合金进行了成分设计,考察了合金的显微组织、力学性能和耐蚀性。结果表明,退火前后合金均由β相、α相和基体γ'相组成。1050 ℃×24 h退火后Ni₅Co₅Cr₂Al_2.5Ti_1.5合金中β相和α相在基体中分布均匀,不仅使其呈现出更优的力学性能(最大压缩率为29.35%,屈服强度为1796 MPa,硬度为546.35 HV),还诱导合金发生电偶腐蚀,增强了合金的钝化效果,使合金呈现出更好的耐蚀性(阻抗为7.74×10⁴ Ω,自腐蚀电位为-0.055 V(vs SCE),自腐蚀电流密度为5.93×10^-7 A/cm²)。本文所设计合金的室温力学性能和耐蚀性与Ni₃Al相比均有显著改善,为高温合金的成分设计提供了新的研究思路。

V含量对高氮马氏体不锈钢组织及性能的影响

张浩, 迟宏宵, 王成蹊, 马党参, 林鹏

2024, 49(3): 215-221. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.036

摘要 ( 27 )

PDF (4987KB) ( 20 )

采用光学显微镜、SEM、硬度试验、冲击试验、盐雾腐蚀试验对两种不同V含量(0.32%和0.80%)的高氮马氏体不锈钢(根据V含量分别命名为0.3V钢和0.8V钢)的组织和力学性能进行研究。结果表明,两种不同V含量试验钢的退火组织中均出现碳化物条带,0.8V钢中碳化物条带更加明显,其退火硬度为257.0 HBS,相较于0.3V钢提高7%;V含量的提高能降低淬火后奥氏体晶粒的尺寸和残留奥氏体含量;经相同热处理(1050 ℃淬火30 min +(-73 ℃)冷处理2 h+250 ℃回火2 h)后, 0.3V钢硬度为58.4 HRC,冲击吸收能量为9.4 J,0.8V钢的硬度为54.4 HRC,冲击吸收能量为12.7 J,V含量的增加,降低了马氏体不锈钢的硬度,提高了其韧性;经120 h的盐雾腐蚀后,0.3V钢表面无明显腐蚀坑,腐蚀速率为0.0235 g·m^-2·h^-1,0.8V钢表面有明显的腐蚀坑,腐蚀速率为0.0258 g·m^-2·h^-1,0.3V钢的耐腐蚀性能略优于0.8V钢,即随着V含量增加,耐蚀性略有下降。

微量Ce对热挤压态Mg-2Zn-0.4Ca-0.2Mn合金微观组织、力学性能及导热性的影响

唐贝, 王海丽, 付金龙, 胥珊娜

2024, 49(3): 222-229. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.037

摘要 ( 39 )

PDF (4554KB) ( 29 )

通过近固相线温度挤压方法制备了一种具有高热导率、高伸长率的Mg-2Zn-0.4Ca-0.2Mn(wt%)合金,并探索了微量Ce元素对其微观组织及性能的影响。结果表明,热挤压态合金中晶粒呈双峰结构分布,其平均晶粒尺寸相比铸态晶粒显著下降。Ce的加入一方面使得合金内的第二相由Ca₂Mg₆Zn₃相转变为(Mg, Zn)₁₁Ce相,另一方面未再结晶区域占比从5.4%降低到了1.6%,平均晶粒尺寸从5.29 μm下降到3.68 μm,合金的基面织构强度明显弱化。由于晶粒细化和含Ce第二相的强化作用,合金的屈服强度从原来的163.67 MPa显著提升到237.44 MPa,伸长率从27.45%降低到19.58%,而Ce的添加虽然增加了组织中的第二相体积分数,但同时降低了Zn在基体中的固溶度,因此并未明显降低合金的热导率。

粒度对高体积分数SiC_p/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

崔岩, 孟令剑, 杨越, 蒙毅, 刘园, 曹雷刚

2024, 49(3): 230-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.038

摘要 ( 35 )

PDF (4746KB) ( 20 )

选用平均粒度组成为100% 10 μm、25% 10 μm+75% 76 μm和100% 76 μm的3种不同粒度配比组合的碳化硅颗粒为增强体,以2024铝合金为基体合金,采用热等静压工艺制备SiC_p颗粒体积分数为55%的SiC_p/Al复合材料(分别对应标记为S、G和L),研究碳化硅粒径对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,3种复合材料均由SiC、Al和Al₂Cu相组成。增加细颗粒SiC比例可以提升复合材料的弯曲强度,S、G和L制备态复合材料弯曲强度依次为515、489和422 MPa,相应的断裂应变分别为0.25%、0.30%和0.22%。通过粒度级配可以有效提高制备态复合材料的致密度和断裂应变。经490 ℃高温退火处理后,3种复合材料的弯曲强度分别降低至494、470和368 MPa,断裂应变分别提升至0.43%、0.39%和0.37%。

Nb含量对V-Ti-N工程结构用钢连续冷却转变规律及组织性能的影响

童炀, 张婧, 辛文彬, 罗果萍, 彭军, 侯蹬云

2024, 49(3): 236-243. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.039

摘要 ( 27 )

PDF (8426KB) ( 21 )

利用淬火膨胀仪DIL-805研究了Nb-V-Ti-N微合金钢的连续冷却转变规律,并探讨了Nb含量对钢组织和性能的影响。结果表明,当冷速由0.1 ℃/s增大至30 ℃/s时,发生过冷奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体转变,冷速范围分别为0.1～20、0.1～5、1～30和10～30 ℃/s,且铁素体、珠光体和贝氏体的转变温度随冷速的增大而降低,而马氏体转变温度升高;当Nb含量由0.05%(质量分数)增加到0.10%时,奥氏体中Nb的固溶量增加,CCT曲线略向下移动,Ac₁和Ac₃温度均有所提高。试验钢的显微硬度随冷速的增加不断增大,且当冷速为1～20 ℃/s时,0.10%Nb试验钢的显微硬度高于0.05%Nb试验钢。这主要取决于钢中硬化相的占比、组织的细化程度及碳氮化物的析出。此外,高温奥氏体区析出的亚微米级富Nb碳氮化物不仅能够钉扎晶界而且可作为异质形核核心诱导晶内铁素体的形成,二者共同作用细化组织,提升强韧性。

晶粒组织对Al-Cu合金应力腐蚀开裂行为及导电率的影响

赵忠超, 唐和壮, 曹善鹏, 孙有政

2024, 49(3): 244-250. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.040

摘要 ( 42 )

PDF (5865KB) ( 18 )

通过研究和比较T3511态2224铝合金大尺寸Z字型断面不同位置的组织和应力腐蚀开裂行为,探讨了晶粒形态对抗应力腐蚀开裂能力和开裂方式的影响。结果表明,纤维状晶粒具有较低的应力腐蚀敏感性,在250 MPa应力下具有纤维状晶粒的试样52天断裂,而条状偏等轴晶粒试样的断裂时间仅为42天。条状偏等轴晶晶粒尺寸大且晶界为界面能较大的大角度晶界,晶界强度较低,应力腐蚀裂纹易沿着大角度晶界扩展。不同位置试样的开裂方式均为沿晶开裂,同时Z字型断面不同位置的导电率数值一直保持稳定。

V含量对不锈钢TDVS2001组织性能的影响

裴明德, 李国平, 秦宇航, 张峰, 范新智, 郭宏钢

2024, 49(3): 251-255. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.041

摘要 ( 42 )

PDF (4550KB) ( 23 )

研究了V含量对双相不锈钢TDVS2001组织及性能的影响。利用金相显微镜、SEM、EDS和TEM对析出相及组织进行了表征。结果表明,当V含量在0.11%以下时,显微组织中无钒的析出物,力学性能略有提升,但变化不大;当V含量为0.27%时,铁素体相中析出大量纳米级的钒化物,材料屈服强度提高了68 MPa,冲击吸收能量无明显变化,透射电镜分析钒化物为VN。晶粒尺寸、纳米级VN析出相是其强度升高的主要原因。

合金元素Si、V、Ti对40Cr13马氏体不锈钢组织与性能的影响

刘禹, 孙迎建

2024, 49(3): 256-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.042

摘要 ( 38 )

PDF (4472KB) ( 26 )

利用光学显微镜、扫描电镜、室温拉伸、室温冲击检测等方法研究了Si、V、Ti这3种合金元素对40Cr13马氏体不锈钢显微组织与力学性能的影响。结果表明,在40Cr13马氏体不锈钢中同时加入V、Ti合金元素有效抑制了(Fe,Cr)₂₃C₆类型碳化物的析出;在40Cr13马氏体不锈钢中,通过提高Si元素的含量,能有效地提高试验钢的硬度和冲击性能;加入0.21%V能够提高40Cr13马氏体不锈钢的强度和硬度,但加入0.21%Ti使得40Cr13马氏体不锈钢的强度和硬度有所下降;V、Ti合金元素的同时加入,使得40Cr13马氏体不锈钢抗拉强度和屈服强度略微有所降低,但能有效提高40Cr13钢的冲击性能。

CoNiCrAl涂层及应力对定向凝固镍基高温合金蠕变组织和元素扩散的影响

刘倩, 曹铁山, 王威, 迟庆新, 程从前, 赵杰

2024, 49(3): 262-268. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.043

摘要 ( 28 )

PDF (4363KB) ( 21 )

将附着有/无CoNiCrAl涂层的试样设计为阶梯状,目的是排除其他环境因素的影响,研究950 ℃高温下应力对DZ411高温合金蠕变组织和元素扩散的影响,同时分析涂层对试样的保护作用。结果表明,涂层可以大幅提高试样的蠕变寿命。发现随着试样所受的应力越大,γ'相退化程度越高,紧密度也越高,特别是高应力区的γ'相完全筏化,其余部位呈现不同程度的球化,有涂层试样在高应力区的涂层被严重破坏,低应力区和无应力区的涂层仅发生轻微氧化;无涂层试样表面氧化程度随应力增大而增大,高应力区则较为严重,出现了裂纹、疏松等缺陷,而应力低的位置表面仍较完整。并且元素扩散随应力也发生变化,在试样表面形成了不同的氧化物,其中有涂层试样Ti元素含量从基体到氧化层表面逐渐降低,且随应力降低呈减小趋势,Cr元素含量由表及里持续上升后降低。

45钢激光熔覆TiC涂层的制备及性能

刘志玲, 常明丰, 韩贵生, 戴姣燕, 徐金富

2024, 49(3): 269-274. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.044

摘要 ( 37 )

PDF (3425KB) ( 24 )

利用Ni60+TiC梯度层结构,通过CO₂恒流激光器在45钢表面制备了TiC涂层,研究了工艺参数(激光功率、搭接率和扫描速率)对TiC涂层组织和性能的影响。结果表明,随着激光功率和扫描速率的增加,涂层表面裂纹先减后增,当激光功率为4.0 kW,扫描速率为400 mm/min时,涂层表面裂纹消失;随着搭接率的增加,涂层表面裂纹先增后减,搭接率至50%时,涂层表面裂纹消失。最佳工艺参数为:激光功率4.0 kW、扫描速率400 mm/min、搭接率50%,其处理后的TiC梯度涂层厚度约为1.2 mm,与基体层呈冶金结合,最表层组织为树枝状TiC及少量Ni基固溶体,梯度层组织为TiC+Ni基固溶体,TiC含量由表及里呈梯度减少,Ni基固溶体含量由表及里呈梯度增加;TiC涂层的显微硬度由表及里从1968 HV0.2梯度下降至240 HV0.2;TiC涂层的磨损率为1.757×10^-15 m³/(N·m)。

大型厚壁筒体电磁感应加热均温性控制与参数优化

董佳欣, 罗云, 蒋文春, 谷文斌, 董丕健

2024, 49(3): 275-278. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.045

摘要 ( 33 )

PDF (2632KB) ( 24 )

采用有限元方法对外径Ø1900 mm,壁厚100 mm筒体外壁局部电磁感应加热进行模拟,基于该筒体现场电磁感应加热试验,设计了步进式升温调控方法,分析了不同感应加热参数对筒体局部热处理温度场的影响,得到了最佳感应加热参数。结果表明,根据技术要求,保温温度为595~620 ℃,选取Ø20 mm直径的感应电缆,匝数为16匝,匝间距32 mm,外壁保温宽度为1460 mm,内壁全保温为最佳设计参数。感应加热的电流频率越大,筒体表面的升温速度越快。为了保持温度均匀性,建议合适范围内选取较小频率2 kHz。

管形构件热处理形状系数数值模拟

刘刚, 刘艳梅, 张增光, 康冲, 王新宇, 廖启宇

2024, 49(3): 279-285. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.046

摘要 ( 27 )

PDF (3485KB) ( 34 )

针对现行热处理标准中长管形状系数准确性问题,采用ABAQUS模拟软件提供的Heat Transfer分析模块,统一采用环境辐射传热方式,建立了圆棒直径Ø20~Ø40 mm共21条模拟升温曲线组成的标准样库。利用模拟仿真及数据分析技术,提出了“等效圆棒直径条件厚度对比法”,经过模拟计算得到:短管形状系数为2,长管形状系数为2+2R_内/R_外。

钢轨热处理喷风冷却超音速仿形喷嘴设计及仿真

高明昕, 徐林聪, 汪洋, 杨建, 宋华

2024, 49(3): 286-292. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.047

摘要 ( 25 )

PDF (2554KB) ( 26 )

针对钢轨风冷淬火技术存在的冷却能力弱和冷却均匀性差的突出问题,设计了超音速仿形喷嘴(SP喷嘴),通过超音速射流提高冷却能力,通过对钢轨轨头结构的仿形提高冷却均匀性。使用数值仿真结合试验研究了SP喷嘴对钢轨换热特性的影响。结果表明,SP喷嘴较现有的圆形常速喷嘴、圆形超音速喷嘴和常速仿形喷嘴的冷却能力分别提高了54.22%、13.88%和47.01%,冷却均匀性分别提高了31.11%、31.11%和6.06%。生产时,调节SP喷嘴入口压力,使高温钢轨在冷却至相变结束温度之前(约500 ℃)以接近但不大于其珠光体转变临界冷却速率的速率进行冷却,之后尽可能增大喷嘴入口压力,有利于在保证钢轨热处理性能的前提下提高生产效率。

海洋工程用钢成分和组织及其H型钢生产工艺的研究进展

姚慧琴, 王敬忠, 赵培林, 李超, 杨西荣, 刘晓燕, 罗雷

2024, 49(3): 293-301. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.048

摘要 ( 28 )

PDF (3213KB) ( 38 )

随着我国海洋发展战略的实施,海洋工程用钢的需求和开发将成为国内钢铁行业新的增长点,海洋工程用钢的成分设计、组织设计和生产工艺研究已成为学者们重点关注的热点领域。海洋工程用钢板和H型钢由于断面差异较大,在加工工艺的安排上存在一定差异。本文综述了海洋工程用钢的研究现状及进展,介绍了其成分设计特点及其合金化机理,分析了其不同强度级别的组织设计特征,并从加热温度、轧制和冷却3个方面阐述了海洋工程用钢板和H型钢的生产工艺特点,并对海洋工程用钢生产技术的研究重点进行了总结和展望。

7×××系超高强铝合金在我国轨道交通车辆的研究应用现状与展望

文超, 朱正锋, 王群, 陈送义, 陈康华

2024, 49(3): 302-312. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.049

摘要 ( 42 )

PDF (2110KB) ( 31 )

针对新一代轨道交通车辆制造提出的“绿色、安全、高效、智能”的重大应用需求,高比强度、良好韧性和耐蚀性的7×××系超高强铝合金在轨道交通车辆转向架部件具有重要的应用潜力和发展前景。本文回顾了7×××系超高强铝合金在国内轨道交通车辆的研究与应用现状。针对轨道交通车辆领域对7×××系超高强铝合金制造与服役的新需求,重点回顾和对比了两种典型7×××系超高强铝合金(7050和7085合金)的性能特点和研究现状,并展望了7×××系超高强铝合金在复杂条件下高效、安全和长寿命应用与服役亟需研究与解决的关键问题,期望为新一代轨道交通车辆转向架部件的设计、选材、制造、应用提供参考。

铝锂合金析出强化行为的影响因素及其研究进展

张力文, 刘强, 雷超, 沈雪红

2024, 49(3): 313-319. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.050

摘要 ( 31 )

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可热处理铝锂合金可通过时效强化使合金获得较高的力学性能,而合金的时效强化行为受多种因素的影响。本文从温度、预变形、形变热处理、外加应力以及外加电场角度对合金析出动力学及强化行为的影响进行了总结,通过对影响因素的综述分析,以期为高强铝锂合金的设计及制备提供理论依据。

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