金属热处理

涂宇杰, 李秉宸, 陈浩, 吴晓春

2024, 49(7): 1-8. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.001

摘要 ( 84 )

PDF (5794KB) ( 71 )

基于金属-热-力耦合理论,以压铸模具用H11钢大型模块(500 mm×500 mm×500 mm)为研究对象,建立真空等温淬火过程中模块的多物理场耦合模型,并进行数值模拟研究了模块的温度场、组织场和应力场在不同等温淬火工艺下的变化规律。结果表明,与直接淬火相比,等温淬火工艺可以有效减少模块冷却过程中的心表温差与应力,避免变形和开裂的风险。等温淬火工艺可以在避开珠光体形成和碳化物沿晶析出的前提下提升大型模块心部的贝氏体体积分数,并且随着等温时间的增加,心部贝氏体体积分数也不断增加。利用工业真空炉对模块进行500 ℃等温1 h淬火处理验证,所得模块不同位置的温度变化曲线与模拟结果较为吻合,且真空等温淬火后模块心部生成的贝氏体类型为韧性较好的下贝氏体。

大型薄壁壳体零件高压气淬过程温度均匀性数值模拟

王婧, 张小娟, 仝大明, 顾剑锋, 周钟平, 白鹭, 朱立坚

2024, 49(7): 9-15. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.002

摘要 ( 49 )

PDF (5705KB) ( 32 )

针对航天结构件大型薄壁壳体在真空高压气淬炉内的淬火过程,进行了包括真空炉体和薄壁壳体的流固耦合模拟,获得了壳体冷却过程中的炉内气体流动状态和壳体温度分布,评估了壳体在真空炉内高压气淬时的温度均匀性,并针对不同气体出口位置、不同装炉形式和导流情况模拟了壳体温度分布。结果表明,与原始模型相比,采用1出口方案、1壳体放置在炉膛中心和加入挡板的淬火方式能分别提升壳体温度均匀性8%、30%和12.5%,该结果为控制壳体变形提供了优化的淬火方案。

基于热流固耦合模型的螺旋锥齿轮淬火数值模拟

刘赣华, 邓诗义, 霍小东

2024, 49(7): 16-21. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.003

摘要 ( 36 )

PDF (2435KB) ( 44 )

基于热流固耦合模拟,对45钢螺旋锥齿轮淬火冷却过程进行数值模拟,研究淬火介质流速对淬火结果的影响。结果表明,热流固耦合模拟和传统模拟的冷却曲线与试验测量的最大相对误差分别为9.2%和7.4%,且更加准确地预测淬火介质流动情况下的温度分布,验证了该方法的准确性和便利性。当入口流速为2 m/s时,硬度达到最大值52.0 HRC,且残余应力主要为有利的压应力。

航天器齿轮渗碳淬火分析与畸变控制优化

杨凯, 王鹏坡, 张玉梅, 曾鸿, 张斌, 王天明, 麻瑜梁, 王延忠

2024, 49(7): 22-28. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.004

摘要 ( 40 )

PDF (4477KB) ( 41 )

根据某型号航天器动力齿轮用钢的化学成分,用JMatPro仿真软件计算材料的热物性参数。根据齿轮模型及热处理工艺参数,用Deform有限元软件进行渗碳淬火仿真分析,确定了渗碳过程中的齿面碳含量变化、淬火过程中轮齿显微组织的变化。最后,根据人字齿轮特点及航天器齿轮的精度控制要求,通过改变淬火工艺参数优化淬火后轮齿畸变情况。结果表明,当淬火工艺为在空气中预冷30 s,80 ℃热油淬火1200 s,-100 ℃深冷7200 s时,畸变量控制效果较好,符合产品要求。

TB6钛合金热压缩及织构演变模拟

莫洪生, 崔霞, 朱恩锐, 欧阳德来, 杨超

2024, 49(7): 29-37. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.005

摘要 ( 43 )

PDF (6396KB) ( 27 )

利用Thermecmaster-Z型热模拟试验机研究了TB6钛合金在不同变形条件下的热变形行为(变形温度为1173~1323 K,应变速率为0.001~1 s^-1),运用有限元仿真软件模拟热压缩过程,并对不同变形条件下的应力和应变分布进行了分析。结果表明,数值模拟的应力-应变曲线与试验结果一致。同时,对有限元软件进行了二次开发,模拟出了压缩后合金的ODF图,与实测ODF图具有较高的吻合度。等效应力和等效应变分布不均,最大应力和最大应变均发生在试样中心位置,应力和应变随着变形温度的降低或应变速率的提高而增大。热压缩后该合金的主要织构为R-Cube_ND{001}<110>织构和Cube{001}<100>织构,并且具有一定的遗传性,升高变形温度或增大应变速率可强化主要织构。

基于模拟软件的贝氏体钢轨热处理工艺优化

陈彦孜, 刘馨宇, 苏航, 谢本昌, 岑耀东, 陈林

2024, 49(7): 38-41. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.006

摘要 ( 37 )

PDF (2456KB) ( 24 )

利用DEFORM有限元软件对贝氏体钢轨淬火热处理工艺进行模拟,并与实际淬火处理钢轨的组织和硬度进行对比,研究有限元模拟的准确性。结果表明,贝氏体钢轨模拟淬火处理后,轨头淬透层厚度12 mm、硬度40.42~42.23 HRC,与实际测量淬透层厚度11 mm、硬度40.20~43.40 HRC相近;利用彩色金相法及Image-Pro软件统计得到钢轨轨头位置贝氏体含量约63.80%、马氏体及残留奥氏体含量约36.20%,对比模拟所得结果(贝氏体含量约57.7%、马氏体及残留奥氏体含量约42.3%),误差均在6%左右。证实了有限元模拟结果的准确性,可用于指导实际生产。

利用JMatPro软件模拟计算16CrSiNi钢热处理参数及热物理性能

马蓼奕, 杜青胤, 李世键, 杨立新, 刘刚, 王新宇

2024, 49(7): 42-46. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.007

摘要 ( 43 )

PDF (2973KB) ( 27 )

利用JMatPro软件对16CrSiNi钢进行了热力学平衡相组成、Jominy淬透性、相转变、热物理性能以及淬火和回火后的力学性能模拟计算,得到了16CrSiNi钢的热力学平衡相组成、淬透性曲线、TTA曲线、TTT曲线、CCT曲线、淬火组织、淬火和回火后的力学性能以及不同温度下的密度、热导率、杨氏模量、比热容、泊松比和比焓等热物理性能。

变形热处理对Ti₄₅Zr₂₀Nb₁₅V_(10-x)Al₁₀Mo_x难熔高熵合金组织与性能的影响

李正龙, 庞景宇, 汤广全, 程陆凡, 张财伟, 侯星宇, 李文, 张海峰

2024, 49(7): 47-53. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.008

摘要 ( 30 )

PDF (5038KB) ( 20 )

向Ti₄₅Zr₂₀Nb₁₅V₁₀Al₁₀难熔高熵合金基体中添加微量Mo元素,制备Ti₄₅Zr₂₀Nb₁₅V_(10-x)Al₁₀Mo_x(x=0,0.5,1.0)难熔高熵合金,并对其进行变形热处理以改善其应变硬化能力和提高塑性。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和万能力学试验机等探究了铸态及冷轧变形(变形量80%)后经600 ℃×5 h退火+800 ℃×1 h退火试样的微观结构及力学性能。结果表明,铸态合金为单相BCC结构,添加Mo元素后屈服强度提高,断裂延伸率保持在10%左右。经冷轧退火后,合金为BCC+Al₃Zr₄双相结构,大量近似球形的纳米级Al₃Zr₄相在晶界及晶界附近析出,使合金从应变软化转变为应变硬化,合金屈服强度保持在1100 MPa,断裂延伸率明显提升。Mo含量为0.5%时,冷轧退火后的合金断裂延伸率从铸态时的9.9%提升至16.9%,具有优异的强塑性匹配,且密度仅为5.638 g/cm³。

温轧和临界退火制备超细晶异构双相钢的微观结构及力学性能

颜文超, 高波, 肖礼容, 周浩

2024, 49(7): 54-62. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.009

摘要 ( 24 )

PDF (5806KB) ( 16 )

通过制备超细晶异构双相钢大幅度提升了低碳钢的综合力学性能。首先对低碳双相组织进行300 ℃温轧充分细化初始结构,然后通过740 ℃临界退火处理得到具有高马氏体含量(77%,体积分数)的超细晶异构双相组织,其中铁素体和马氏体的平均晶粒尺寸分别为 0.78和0.39 μm。该超细晶异构双相钢具有优异的综合力学性能,屈服和抗拉强度分别为1.26和1.75 GPa,同时可以保持6.2%的均匀延伸率。在拉伸变形过程中超细晶异构双相钢中铁素体和马氏体之间的力学性能差异产生了显著的异变诱导硬化,可以提高整体的加工硬化率,从而提高低碳钢的强度-塑性匹配。

冷轧Ti-3.5Al-5Mo-4V合金板材再结晶晶粒长大行为及其对时效行为的影响

冀宣名

2024, 49(7): 63-69. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.010

摘要 ( 22 )

PDF (4230KB) ( 12 )

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等研究了冷轧Ti-3.5Al-5Mo-4V合金板材在800~1020 ℃退火15 min时的再结晶晶粒长大行为,同时分析了晶粒尺寸对力学性能及时效析出的影响。结果表明:随着退火温度升高,晶粒快速长大,合金室温抗拉强度和延伸率均降低;晶粒长大的激活能为84.949 kJ/mol,晶粒尺寸与温度之间的关系为D=400 312exp(-84 949/RT)。冷轧板材经800 ℃退火+500 ℃时效8 h后的组织为细小等轴β晶粒上均匀分布着针状次生α相,抗拉强度达到1530.0 MPa的同时,延伸率保持在5.5%。

Al含量及均匀化处理对Mg-Al二元合金组织及阻尼性能的影响

刘华燊, 孙有平, 何江美, 罗国健, 裴梦雨

2024, 49(7): 70-77. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.011

摘要 ( 24 )

PDF (4117KB) ( 8 )

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜以及拉伸试验机等研究了Al含量(0.25%、0.5%、1.0%,质量分数)及均匀化处理(420 ℃×24 h)对铸态Mg-Al合金显微组织、力学性能和阻尼性能的影响。结果表明:Al元素的添加可以减小合金的平均晶粒尺寸,且添加量越多,平均晶粒尺寸越小,而均匀化处理后的平均晶粒尺寸明显增加。随着Al含量的增加,铸态Mg-Al合金的力学性能逐渐增加,Mg-1.0%Al合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率均最高,分别为148.320 MPa、135.862 MPa和8.467%。均匀化处理后Mg-Al合金平均晶粒尺寸的增大导致力学性能有所下降,而Mg-0.5%Al和Mg-1.0%Al合金的伸长率较铸态有所增加。Mg-Al合金的阻尼性能与Al含量呈负相关,同时临界应变振幅随Al含量的增加而逐渐增加,铸态Mg-1.0%Al合金在应变振幅点ε_0.1的阻尼值Q^-1为0.1160,属于高阻尼镁合金范畴(Q^-1≥0.01),而均匀化处理后Mg-Al合金的阻尼值均较铸态有所增加。当频率一定时,Mg-Al合金的阻尼性能随着Al含量的增加而减小,当Al含量一定时,阻尼性能随着频率的增加而减小,均匀化处理对高温时阻尼性能的影响不明显。

长期时效处理对21-4NWNb钢组织与性能的影响

赵守忠, 王守乾, 朱治愿, 闵亮, 徐超凡, 沈佳宝

2024, 49(7): 78-83. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.012

摘要 ( 28 )

PDF (6041KB) ( 34 )

研究了经过标准热处理(1050 ℃×30 min+750 ℃×4 h)的21-4NWNb钢在750 ℃长期时效过程中的组织转变和力学性能变化情况。结果表明,长期时效过程中21-4NWNb钢的晶粒尺寸变化不明显,时效200 h时,组织中分布有少量规则块状M₂₃C₆型碳化物,时效500 h以后,晶内逐渐出现σ相(AB)。21-4NWNb钢硬度在200 h时最高为324 HV,最大抗拉强度为971 MPa,伸长率为22.2%。时效200 h以后,随着时效时间的延长,其硬度和抗拉强度均表现为逐渐下降的趋势;时效2000 h后钢的伸长率降至15%以下。

热浸镀锌对Nb-Ti微合金化S550GD+Z钢力学性能的影响

刘安奇, 亓海全, 郭春成, 王为民, 薛启河, 李文通, 万宇, 笪仲钟

2024, 49(7): 84-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.013

摘要 ( 18 )

PDF (2789KB) ( 5 )

采用TEM、EBSD、物理化学相分析等技术分别对Nb-Ti微合金化S550GD+Z钢热轧板及热浸镀锌板的显微组织、析出相和强化机理进行分析,研究了微合金钢板镀锌后强度提升的机理。结果表明:拉伸测试得出镀锌板较热轧板的屈服强度提升约34.6 MPa,其中锌层强度增量贡献约15 MPa;通过计算得出镀锌板较热轧板的固溶强化增量、细晶强化增量、位错强化增量、析出强化增量、锌层强度增量提供的综合强度提升约47.8 MPa。锌层强度增量是Nb-Ti微合金化S550GD+Z钢板镀锌后强度提升的主要原因。

20Mn23AlV无磁结构钢热轧板的组织性能及动态再结晶行为

罗晓阳, 程刚虎, 靳科, 周维莲, 侯园园, 唐兴昌

2024, 49(7): 91-99. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.014

摘要 ( 20 )

PDF (4985KB) ( 7 )

通过试验研究了20Mn23AlV无磁结构钢热轧板密度、组织及力学性能,并对其进行了多道次热模拟试验,研究了多道次热模拟前后组织及磁性能变化。因Al元素的加入,无磁钢密度较通用钢密度降低了约0.192 g/cm³。无磁钢热轧板平均抗拉强度为721 MPa,屈服强度为371 MPa,断后伸长率为69.5%,具有良好的强塑性匹配。经过多道次热模拟试验可知,20Mn23AlV无磁结构钢经过60%热压缩变形之后,在950 ℃时会发生动态再结晶行为,奥氏体平均晶粒尺寸从10.24 μm减小到6.08 μm。多道次热模拟前后没有发生相转变,经过磁导率测试,多道次热模拟前后相对磁导率分别为1.001和1.002,满足无磁钢对磁性能要求。

添加稀土对Al-Mg-Si合金微观组织和性能的影响

陈保安, 李梦琳, 陈瑞, 多俊龙, 韩钰, 祝志祥, 杨长龙, 缪姚军

2024, 49(7): 100-105. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.015

摘要 ( 26 )

PDF (3563KB) ( 19 )

采用热轧和冷拔法制备了添加稀土(Ce或Sc)和未添加稀土的Al-Mg-Si合金单丝,并对其在175 ℃时效不同时间。采用SEM、TEM进行组织观察,通过电子万能试验机测试合金单丝的抗拉强度和伸长率,并通过微欧计对单丝电阻进行测试。结果表明,添加稀土元素能够改善微米级AlFeSi大颗粒的形貌和尺寸特征;在时效处理过程中,Ce元素对纳米级析出相特征无明显影响,而Sc元素能够抑制纳米析出相的析出和长大过程。含Sc合金中β″相的尺寸最小,分布也更加弥散。175 ℃时效4 h后,3种合金具有良好的综合性能,其中,添加Ce元素后合金的导电率最高(~56.2%IACS),而添加Sc元素后合金的抗拉强度最高(~350 MPa)。

V+Ti微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性

周蕾, 王莹, 张永健, 赵晓丽, 惠卫军

2024, 49(7): 106-112. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.016

摘要 ( 21 )

PDF (3792KB) ( 8 )

利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸和氢热分析试验,结合SEM、TEM及EBSD微观组织分析,对比研究了一种V+Ti微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢在锻态和500 ℃回火态的氢逸出行为及氢脆敏感性。结果表明,具有粒状贝氏体组织的锻态试样经500 ℃处理后块状M/A组元分解,并析出纳米级细小的(V, Ti)(C, N)和渗碳体,这使得回火态试样的抗拉强度降低而屈服强度显著提高。锻态和回火态试样预充氢吸附的氢主要为可扩散性氢,回火态试样中吸附的氢含量略低于锻态试样。以相对缺口抗拉强度降低表征的氢脆敏感性指数由锻态试样的31.8%降低为回火态试样的12.8%,500 ℃回火处理引起的微观组织变化是回火态试样具有优异抗氢脆性能的主要原因。

Al、N含量对齿轮钢奥氏体晶粒度的影响

郭涛, 岁月, 何肖飞, 薛彦均, 黄峰

2024, 49(7): 113-120. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.017

摘要 ( 34 )

PDF (4396KB) ( 20 )

试验研究了两种Al、N含量的齿轮钢在980、1050和1100 ℃奥氏体化后的奥氏体晶粒长大行为,通过试验和模型计算,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和碳膜复型等技术探究AlN析出相的平衡溶解规律及其对奥氏体晶粒度的影响。结果表明,随着Al、N含量的提高,齿轮钢中奥氏体晶粒异常长大的临界温度也随之升高,在Al含量0.038%、N含量0.019%下,试验钢奥氏体化温度可以提高到1050 ℃,且保温6 h后,奥氏体晶粒仍然细小均匀,晶粒度级别在7.5~8级;通过对AlN析出相的分析发现,随着奥氏体化温度的提高,AlN析出相由多边形和近球形向长棒状转变,且尺寸不断变大,AlN析出相等效半径大于30 nm以上时,将会导致AlN析出相无法钉扎奥氏体晶界,产生混晶;由于AlN析出相的粗化与回溶,使得奥氏体的极限晶粒尺寸增长速度越来越快,奥氏体晶粒异常长大的极限钉扎力在0.045~0.095 J/cm³之间。

V-Nb微合金化Q420B大规格角钢的连续冷却转变规律

黄剑涛, 张明赫, 冯运莉, 尹绍江, 陈春生, 王厚昕

2024, 49(7): 121-127. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.018

摘要 ( 19 )

PDF (3894KB) ( 6 )

利用热膨胀仪和Gleeble-3500热模拟试验机测试了V-Nb微合金化Q420B大规格角钢在未变形(静态)和变形(动态)条件下连续冷却转变行为,利用光学显微镜观察了试验钢连续冷却后的组织形貌,并绘制了试验钢的静态和动态CCT曲线。结果表明,试验钢动态CCT曲线相比静态CCT曲线向左上方移动,说明变形加快了试验钢相变速度并提高了试验钢的相变开始和相变结束温度。此外,变形扩大了试验钢珠光体相变区域的同时减小了贝氏体相变区域。静态和动态连续冷却转变过程中,随着冷却速度的提高,试验钢的组织从铁素体和珠光体逐步向着贝氏体和在更快冷速条件下形成的马氏体发生转变,试验钢硬度值逐渐升高。试验钢在奥氏体未再结晶区变形后得到的组织比未变形时得到的组织均匀细小。冷却速度提高可以获得更低的相变温度Ar₃和更细小的铁素体晶粒,与此同时贝氏体组织更加细小。

Zr-Sn-Nb合金的高温-蒸汽氧化行为

陈尧, 余红星, 杨忠波, 张林, 张坤, 岳慧芳, 邬周志

2024, 49(7): 128-131. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.019

摘要 ( 23 )

PDF (1984KB) ( 3 )

对Zr-Sn-Nb合金和Zr-4合金包壳管进行了600~1200 ℃高温蒸汽氧化试验,对比研究了不同温度、不同时间的氧化动力学及其对显微组织、氧化膜厚度的影响。结果表明:Zr-Sn-Nb合金和Zr-4合金在高温蒸汽中的氧化规律基本一致,氧化速率主要与温度有关。经950~1200 ℃蒸汽氧化5000 s后,Zr-4合金的氧化增量明显高于Zr-Sn-Nb合金。氧化温度较低时,合金基体均为单一的α相,随着氧化温度的升高,基体中形成脆性的α-Zr(O)相,经1050 ℃蒸汽氧化2500 s后,Zr-Sn-Nb合金中生成的脆性α-Zr(O)相明显少于Zr-4合金。经较高温度氧化后,Zr-Sn-Nb合金氧化膜依然致密而完整,而Zr-4合金氧化膜开始出现疏松和孔洞。在950~1200 ℃高温蒸汽中,Zr-Sn-Nb合金展现出了更好的抗高温氧化性能。

低合金马氏体耐磨钢的研究进展

李忠波, 吴志方, 吴润

2024, 49(7): 132-138. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.020

摘要 ( 23 )

PDF (1095KB) ( 19 )

综述了低合金马氏体耐磨钢的研究进展,主要涉及成分设计、热处理工艺及其对组织和力学性能的影响和耐磨性能等方面。成分设计主要采用少量多元的成分体系;热处理工艺有再加热淬火-回火处理、直接淬火-回火处理、亚温淬火-回火处理、淬火-配分处理和淬火-配分-回火处理等,通过控制组织形态及分布,实现硬度和性能的合理配合;耐磨性则通过调整化学成分、细化晶粒、优化轧制冷却工艺和适当的回火等得到改善。

DIEVAR热作模具钢的元素偏析及均匀化热处理

杜思敏, 陈文雄, 胡峰荣, 任金桥, 崔小康, 周志明

2024, 49(7): 139-145. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.021

摘要 ( 23 )

PDF (6795KB) ( 9 )

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜能谱分析(SEM/EDS)、电子探针(EPMA)、Thermo-Calc热力学计算等方法,分析了DIEVAR热作模具钢电渣锭的铸态组织、析出相及元素偏析特征,并研究了高温均匀化热处理(1260、1280、1300 ℃)对其微观组织、碳化物及元素分布的影响规律。结果表明,DIEVAR热作模具钢铸态枝晶组织发达,二次枝晶较显著,Cr、Mo、V元素在枝晶间富集,其偏析程度大小顺序依次为Mo＞V＞Cr,枝晶间析出相为M₂₃C₆、M₆C和MC碳化物;随着均匀化温度的升高和保温时间的延长,枝晶组织逐渐变得模糊直至消失,碳化物回溶形成一定的元素扩散区并逐渐扩散,直至与基体充分融合,期间元素扩散快慢程度依次为Cr＞Mo＞V;根据均匀化热处理后枝晶形貌、碳化物回溶、元素扩散及Mo元素的残余偏析指数情况,综合实际工业生产成本考虑,确定DIEVAR钢的最佳均匀化热处理工艺为1280 ℃×8 h。

390 MPa级抗碰撞船体钢的奥氏体连续冷却转变

陈作宁, 师仲然, 胡骞, 展之德, 罗小兵

2024, 49(7): 146-151. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.022

摘要 ( 21 )

PDF (4190KB) ( 11 )

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了390 MPa级抗碰撞船体钢动态和静态条件下过冷奥氏体连续冷却转变行为,通过测定不同冷速下连续冷却过程的膨胀曲线,结合金相-硬度法绘制试验钢的动态和静态CCT曲线。结果表明:与静态条件相比,动态条件下试验钢的铁素体和珠光体转变的冷速区间由0.1~20 ℃/s缩小至0.1~10 ℃/s,贝氏体转变的冷速区间由0.5~40 ℃/s扩大至0.1~40 ℃/s,马氏体转变的冷速区间由40 ℃/s扩大至10~40 ℃/s。动态CCT曲线较静态CCT曲线整体向左上方移动,即扩大了铁素体和珠光体相变区间,并且缩小了贝氏体和马氏体相变区间。

PH13-8Mo不锈钢带状偏析及其在热处理中的演变

陈素明, 岳珊, 胡生双, 赵虎, 李毅, 吴海峰, 欧阳德来

2024, 49(7): 152-156. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.023

摘要 ( 19 )

PDF (9639KB) ( 3 )

以某PH13-8Mo不锈钢轴零件为研究对象,研究了PH13-8Mo不锈钢带状偏析组织特征及其在固溶时效处理中的演变。结果表明,PH13-8Mo不锈钢中存在成分偏析带和δ铁素体偏析带两种类型带状偏析,成分偏析带呈平直连续状分布,δ铁素体偏析带呈平直不连续状分布。成分偏析带中Ni元素正偏析、Fe元素负偏析,Ni、Fe含量分别为11%和72%,分别低于和高于钢中Ni、Fe元素含量。δ铁素体偏析带中Ni、Fe含量分别为4%和71%,均低于钢中Ni、Fe平均含量;Cr、Mo、Al含量分别为17%、4.5%和1.84%,均高于钢中Cr、Mo、Al平均含量。1100 ℃×2 h固溶+540 ℃×4 h时效可有效消除PH13-8Mo不锈钢成分偏析带,但对δ铁素体偏析带消除作用影响不明显。

BTP500钢板过冷奥氏体连续冷却转变行为

董丽丽, 崔成波, 袁晓鸣, 刘泽田

2024, 49(7): 157-160. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.024

摘要 ( 15 )

PDF (2106KB) ( 6 )

对高性能稀土微合金化BTP500钢板奥氏体连续冷却相变行为进行研究,明确所设计的BTP500钢板在不同冷却速率下获得的相种类和获得马氏体组织的具体条件,再根据结果进行小规模工业化试制。结果表明:不同冷速下稀土微合金化BTP500钢板在连续冷却过程中分别发生了铁素体+珠光体的转变(A→F+P)、贝氏体转变(A→B)和马氏体转变(A→M)。由CCT曲线确定BTP500钢板得到完全马氏体的临界冷速为7 ℃/s。采用780 ℃淬火+210 ℃回火工艺小规模工业化试制生产的BTP500钢板显微组织为马氏体,力学性能满足技术协议要求且综合性能优良。

基于改进UNet网络与晶界优化算法的晶粒度评级方法

綦雪倩, 黄晓红, 宋月, 刘彦平, 张露月, 张庆军

2024, 49(7): 161-167. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.025

摘要 ( 18 )

PDF (2436KB) ( 2 )

晶粒大小对金属材料的性能有着不容忽视的影响,人工评级晶粒度难以满足当前金属材料检测需求,因此针对奥氏体组织,提出了基于改进UNet网络及晶界优化算法的晶粒度自动评级方法,并与人工评级结果对比,分析了该方法计算所得奥氏体评级结果的准确率。结果表明,通过改进后的UNet网络对奥氏体晶界进行分割,再结合基于霍夫变换的晶界优化算法对孪晶界以及分支毛刺进行检测并去除,可有效优化晶界提取效果,提高后续晶粒度计算的精度。本文提出的算法所得奥氏体评级结果与人工评级结果的绝对误差在0.25以内,该算法可高效、便捷、准确地完成奥氏体晶粒度的评级。

交流电场增强双相不锈钢S32750中温粉末法渗硼特性

武贤龙, 谢飞

2024, 49(7): 168-172. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.026

摘要 ( 16 )

PDF (2277KB) ( 2 )

对双相不锈钢S32750进行800 ℃常规粉末法渗硼以及交流电场增强粉末法渗硼,并对交流电场渗硼后的试样进行固溶处理。利用光学显微镜、显微硬度计以及X射线衍射仪观察分析渗硼层组织、厚度、硬度以及相结构。结果表明:交流电场增强粉末法渗硼层与常规粉末渗硼的形貌相似,其与基体之间的界面基本平直,呈非锯齿状,与基体结合良好,表层主要为FeB;施加交流电场可以有效促进硼的渗入,提高渗层硬度。但当电流提高至6 A时,渗层中会出现较多微孔。S32750钢在5 A交流电场渗硼后再经固溶处理,渗层厚度略增,FeB相显著减少,Fe₂B增加,渗硼过程中出现的析出相σ固溶进基体,这有助于双相不锈钢韧性的提高。

Y₂O₃添加量对超高速激光熔覆IN718合金涂层组织和耐磨性能的影响

李蕊

2024, 49(7): 173-180. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.027

摘要 ( 18 )

PDF (7552KB) ( 16 )

采用超高速激光熔覆技术制备了添加Y₂O₃的IN718合金复合涂层,分析了不同Y₂O₃添加量对涂层组织形貌、相组成、硬度和耐磨性能的影响。结果表明,Y₂O₃的添加降低或消除了涂层内部的孔洞缺陷,形成了致密且细化的晶粒组织。当Y₂O₃添加量为1.0%时,涂层的硬度最高,平均硬度为380.2 HV0.1,同时还具有较优的耐磨性能,其摩擦因数和磨损量分别为0.66和5.03×10^-4 mm³/(N·m),磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。涂层中弥散分布的Y₂O₃形成新的形核点,从而细化组织晶粒,使涂层硬度和耐磨性能得到了提升。

基体类型对等离子熔覆含钒铁基涂层耐磨性的影响

李百奇, 李婷, 汤文博, 张孟良, 王笑生, 黎文强

2024, 49(7): 181-185. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.028

摘要 ( 16 )

PDF (2663KB) ( 2 )

使用粉末等离子堆焊设备在Q235钢板母材上制备了“铁素体+VC颗粒”(VC_F)和“板条马氏体+VC颗粒”(VC_M)两种组织形态的耐磨合金涂层,并分别对VC_F和VC_M涂层的显微组织、硬度、耐磨性和磨损形貌进行观察和测试。结果表明: VC_F涂层的显微组织为硬质相颗粒分布于铁素体中,VC_M涂层的显微组织为硬质相颗粒分布于板条状马氏体中,且VC_M涂层的硬度和耐磨性均高于VC_F涂层,表明涂层耐磨性的高低不单取决于硬质相的数量,还和涂层基体的组织类型有着较大关系。

中低温退火对MoS₂纳米薄膜形貌、结构及电性能的影响

刘春泉, 熊芬, 马佳仪, 周锦添, 梁泽巽, 黄建平

2024, 49(7): 186-194. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.029

摘要 ( 14 )

PDF (6105KB) ( 4 )

采用射频(RF)磁控溅射室温沉积制备了不同厚度的MoS₂薄膜,然后在95%Ar+5%H₂混合气氛中进行不同退火处理,采用原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱、四探针和霍尔测试仪系统地研究了不同退火条件对MoS₂薄膜结构、表面形貌和电学性能的影响。结果表明:在硅基片生长的MoS₂薄膜均匀连续,退火能有效去除MoS₂中的杂质氧进而改善其结晶性、稳定性和结构完整性。溅射沉积40 min(厚度约为300 nm)时MoS₂薄膜的综合性能较好,经500 ℃退火60 min时,MoS₂薄膜的结晶性和电学性能均较好。

基于双辉技术的气门盘锥面TiN涂层制备和高温摩擦行为

罗长增, 曾笑笑, 魏东博, 李旭聪, 陈月春, 林慕尧, 张平则

2024, 49(7): 195-199. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.030

摘要 ( 13 )

PDF (2563KB) ( 2 )

利用双层辉光等离子表面冶金技术在NCF3015气门合金钢上制备TiN涂层,通过SEM、EDS、XRD、显微硬度计和高温摩擦磨损试验机研究涂层的微观结构形貌、硬度和高温耐磨性。结果表明:TiN涂层以岛状方式均匀生长,表面结构致密;涂层表面平均硬度可达1265.2 HV0.05;在5 N与10 N载荷下,涂层的比磨损率较气门基体分别降低79.3%、79.7%,是高温苛刻条件下气门表面防护的理想材料,可显著提高气门在发动机中的服役寿命。

B₄C添加量对42CrMo钢表面Stellite6+B₄C激光熔覆层形貌与性能的影响

张泽疆, 李新梅, 朱春金, 李航, 杨定力

2024, 49(7): 200-207. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.031

摘要 ( 17 )

PDF (3927KB) ( 7 )

针对采煤机截齿表面改性问题,利用X射线衍射仪、扫描电镜、维氏显微硬度计、多功能摩擦磨损试验机和电化学工作站研究了不同B₄C添加量 (3%、5%、7%) 对42CrMo钢表面激光熔覆Stellite6+B₄C熔覆层截面形貌、显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明:当B₄C添加量为3%和5%时,熔覆层截面形貌较好,当B₄C添加量为7%时,熔覆层表面出现较多缺陷。随着B₄C添加量的提升,熔覆层显微硬度从781.04 HV提升到1044.72 HV,平均摩擦因数下降,磨损量先减小后增大。当B₄C添加量为7%时,熔覆层平均摩擦因数为0.42,但由于其成形质量较差,导致其磨损量较高,为1.9 mg,当B₄C添加量为5%时,熔覆层磨损量最小,为0.6 mg。熔覆层的耐腐蚀性随B₄C添加量的增加先增强后降低,当B₄C添加量为5%时,熔覆层的自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,电荷转移电阻R_ct最大,熔覆层的耐腐蚀性最好。

20MnCr5钢内星轮的渗碳淬火工艺优化

丁忠, 孟祥刚, 李晓天, 顾嘉诚, 徐杰

2024, 49(7): 208-211. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.032

摘要 ( 21 )

PDF (1724KB) ( 9 )

为提高内星轮的表面硬度、耐磨性且确保心部韧性,对20MnCr5钢内星轮的渗碳淬火工艺进行了优化。结果表明,在扩散碳势0.75%和淬火碳势0.65%、油冷搅拌速度1100 r/min条件下经(935±10) ℃×295 min+830 ℃×30 min渗碳淬火后,20MnCr5钢内星轮的硬度和有效硬化层深度均符合技术要求。经400次循环寿命试验,原渗碳淬火工艺处理内星轮表面可见磨损和剥落,经优化后的渗碳淬火工艺处理的内星轮表面仅出现轻微擦痕,耐磨性较工艺优化前明显提高。

基于TMCP的油井管用30MnNbRE钢形变热处理工艺

汤雪娇, 包喜荣, 王晓东, 宋操

2024, 49(7): 212-219. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.033

摘要 ( 16 )

PDF (4954KB) ( 3 )

采用Gleeble-3500热模拟试验机对油井管用30MnNbRE钢进行热压缩试验,研究了30MnNbRE钢的再结晶行为。基于PQF工艺,设计并模拟了30MnNbRE钢TMCP在线形变热处理工艺,并与传统离线热处理工艺的微观组织和力学性能进行对比分析。结果表明,油井管用30MnNbRE钢在实际穿孔过程中可采用动态再结晶型控制轧制,连轧可采用静态再结晶型控制轧制,定(减)径可采用未再结晶型控制轧制。相比传统离线热处理工艺,TMCP在线形变热处理生产的30MnNbRE钢的马氏体板条可细化至0.536 μm,NbC尺寸约为88.9 nm,屈服强度提高至1169 MPa,冲击吸收能量提高至98.7 J。

调质工艺优化对ZG34CrNiMo钢组织和低温冲击性能的影响

李子岩, 崔宇, 许鸿翔, 王新华, 赵少甫, 郭敬强, 陈生超

2024, 49(7): 220-224. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.034

摘要 ( 20 )

PDF (2458KB) ( 7 )

采用光学显微镜、扫描电镜和力学性能测试等方法研究调质工艺对ZG34CrNiMo钢U形试块心部显微组织、力学性能和冲击断口形貌的影响。结果表明,相比于常规调质工艺,ZG34CrNiMo钢经优化调质工艺(增加高温正火、提高淬火液冷速和高温回火快冷)处理后,淬火冷却过程U形试块心部组织充分完成马氏体转变,晶粒度等级由7.6级提升至8.3级,冲击试样断口形貌上观察到大量椭圆形韧窝,心部试样的-35 ℃低温冲击能量平均值由7.23 J提升至43.00 J。采用微量V或稀土元素改善钢材成分,心部试样综合力学性能进一步显著提升,尤其是-35 ℃低温冲击能量平均值达到77.00 J。

电流退火对Fe₇₈Si₉B₁₃合金性能及塑性变形的影响

牛小淼, 金涛, 王泽, 王涛

2024, 49(7): 225-230. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.035

摘要 ( 20 )

PDF (2479KB) ( 3 )

通过传统退火和电流退火改变Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金薄带的塑性,对退火样品进行纳米压痕测试和塑性成形试验,验证两种退火工艺下Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金薄带的性能和成形效果。结果表明,当两种退火工艺的温度相同时,Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金薄带经电流退火后的硬度和弹性模量较低,塑性成形效果更佳,其中300 ℃电流退火20 min后的纳米压痕位移最大,非晶合金塑性变形行为的改善也最为明显。

热加工与快速凝固对Ni-Co-Al三元合金微观组织演变的影响

李伯奎, 周菲, 崔艳娜, 李明, 周阳, 王俊

2024, 49(7): 231-240. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.036

摘要 ( 14 )

PDF (7455KB) ( 2 )

Ni-Co-Al三元合金因其典型的相变过程以及良好的热加工性能,成为Ni基合金相变与结构、功能应用研究中的重要模型合金。针对Ni基合金功能化应用过程中对微结构单元的尺寸与取向控制要求,研究了不同合金成分、热加工过程以及快速凝固过程对合金的晶粒尺寸、晶粒取向及显微硬度的影响规律。结果表明,电弧熔炼工艺得到的合金铸锭经冷轧-退火处理后,合金晶粒尺寸得到明显细化,平均尺寸约为30 μm;而真空甩带快速凝固得到的合金条带中,其晶粒尺寸进一步降低,约为10 μm。另外,快速凝固过程可以使得合金晶粒取向得到明显改变,由传统加工过程中的{101}取向转变为{100}择优取向,有利于Ni基合金微纳结构单元及有效比表面积的优化控制,有望进一步提高Ni基合金的结构与功能化应用潜力。

退火温度对激光选区熔化成形TA15钛合金微观组织与力学性能的影响

蒋军杰, 王永彪, 肖志玲, 樊江磊, 张正文

2024, 49(7): 241-248. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.037

摘要 ( 16 )

PDF (7617KB) ( 2 )

研究了退火温度(650~900 ℃)对激光选区熔化成形TA15钛合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,随着退火温度升高,SLM成形TA15钛合金中的细针状α′马氏体逐渐分解为α+β相,α相由细针状逐渐转变为层片状,β相主要在α′马氏体晶间以及内部晶格缺陷富集处析出。退火后试样晶粒取向差分布与SLM成形态试样非常类似,具有强烈的组织遗传性。在650~800 ℃退火温度区间内,随着退火温度升高,试样的强度和硬度下降,伸长率提高。当退火温度为900 ℃时,试样抗拉强度和伸长率分别为1117 MPa和11.2%,展现出最优的综合力学性能。

正火温度对胀断连杆用36MnVS4和46MnVS5钢组织及性能的影响

卢明霞, 张磊, 王新社

2024, 49(7): 249-253. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.038

摘要 ( 17 )

PDF (1863KB) ( 6 )

以目前广泛用于汽车胀断连杆的中碳非调质钢36MnVS4和46MnVS5钢为对象,对比研究了其不同正火温度下的力学性能差异和组织转变规律,并分析了强化机理。结果表明,随着正火温度的升高,36MnVS4钢和46MnVS5钢的屈服强度、抗拉强度和硬度均逐渐增加,且46MnVS5钢的抗拉强度和硬度均大于36MnVS4钢。当在990 ℃以下正火时,46MnVS5钢的屈服强度大于36MnVS4钢,而在990 ℃以上正火时,46MnVS5钢的屈服强度小于36MnVS4钢。1140 ℃以上正火时,36MnVS4钢断面收缩率和伸长率较46MnVS5钢更高,韧性较好。36MnVS4钢和46MnVS5钢力学性能上的差异主要是由于36MnVS4钢中先共析铁素体含量多于46MnVS5钢,且1200 ℃正火后的先共析铁素体中析出强化相V(C, N)也多于46MnVS5钢,因此36MnVS4钢的塑性更好。但从胀断连杆的生产工艺及性能要求出发,由于韧性的提高对连杆的胀断加工不利,而46MnVS5钢具有良好的综合力学性能且较36MnVS4钢更具成本优势,因此胀断连杆用钢宜选择46MnVS5钢。

退火温度对超高强度无取向硅钢组织与性能的影响

姜世勇, 陈祥, 林媛, 张文康

2024, 49(7): 254-260. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.039

摘要 ( 34 )

PDF (3712KB) ( 10 )

研究了保温时间2 min、不同退火温度对3.52%Si-1.10%Al无取向硅钢再结晶组织、织构、力学性能及磁性能的影响。结果表明,试验钢的开始再结晶温度约为630 ℃,低于630 ℃退火时,退火板的显微组织与冷轧板非常相似,未发生明显变化。高于630 ℃退火时,退火板中开始出现再结晶,再结晶分数随退火温度升高而明显增加。再结晶晶粒的尺寸随退火温度升高而缓慢增大,但在500~790 ℃整个试验温度区间内,再结晶晶粒尺寸均未发生明显长大,远未达到最佳晶粒尺寸状态。冷轧板织构主要是α线织构和γ线织构,η织构强度较弱。随退火温度升高,α线织构强度明显降低,790 ℃时{001}<110>和{112}<110>织构已全部消失;γ线织构{111}<110>强度随退火温度升高先降低后又升高。{111}<112>织构变化规律与{111}<110>织构大体相同,大于690 ℃较高温度退火时,对磁性能有利的η织构{100}<001>和{110}<001>强度明显增加。随退火温度升高,产品铁损P_1.5/50呈单调下降趋势,而磁极化强度J₅₀₀₀和J₁₀₀₀₀呈单调上升趋势。随退火温度升高,屈服强度一直呈下降趋势,但在不同的温度区间内,下降的速率不同。在再结晶刚开始的610~630 ℃和再结晶比例迅速增加的670~690 ℃两个温度区间,下降速率出现两个峰值,其他温度区间下降速率变得较为缓和。在630~670 ℃区间退火,可生产出R_p0.2≥650 MPa而磁性能优良的超高强度无取向硅钢产品。

热处理工艺对8 mm厚TC4钛合金板微观组织和强度的影响

丁屹, 李爱国, 李贤君, 白玉宏, 蒋秋娥, 彭光华, 罗平, 侯俊卿

2024, 49(7): 261-266. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.040

摘要 ( 21 )

PDF (4624KB) ( 3 )

研究了不同加热温度、冷却速度和保温时间对8 mm厚TC4钛合金板料微观组织和强度的影响。结果表明,加热温度对TC4钛合金微观组织和强度的影响显著。当加热温度从800 ℃提升到850 ℃时,发生再结晶且α相趋于等轴化、均匀化,强度下降,当加热温度达到900 ℃时,等轴状α相比例增多,β相尺寸和含量增大且内部析出少量的α′相,强度提高。当冷速大于10 ℃/s时,均发生马氏体相变且冷却速度越快马氏体相变趋势越大,强度越高;当保温时间从180 s增加至600 s时,屈服强度和抗拉强度分别提升6.1%和7.9%,当保温时间继续增加至900 s时,强度提升较小。

退火处理对纯铜微观组织及力学性能的影响

蒙品品, 张晓波

2024, 49(7): 267-273. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.041

摘要 ( 16 )

PDF (6771KB) ( 3 )

采用OM、SEM、拉伸试验对不同工艺退火后T2纯铜的显微组织和力学性能进行研究。结果表明,退火温度的升高与退火时间的延长导致了T2纯铜微观组织中再结晶组织以及退火孪晶含量增多,进而使得退火纯铜的塑性增强。纯铜经150 ℃退火60 min后,在晶界强化、位错强化以及孪晶的多重作用下,室温抗拉强度达到了309.1 MPa,断后伸长率为16.7%,相较于原始纯铜室温抗拉强度提升了11.6%,伸长率提升了34.7%。通过高温拉伸试验得出,纯铜在100 ℃退火30 min后表现出优异的热稳定性。

热处理工艺对Al-6.5Zn-2.3Mg-2.5Cu-0.1Zr-0.2Sc合金组织和力学性能的影响

徐双钱, 戴志勇, 王子瑜

2024, 49(7): 274-280. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.042

摘要 ( 17 )

PDF (3415KB) ( 3 )

为了满足高速列车关键零部件的轻量化需求,开发Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc系铸造铝合金。熔炼铸造了Al-6.5Zn-2.3Mg-2.5Cu-0.1Zr-0.2Sc合金,并对其进行了均匀化处理及固溶时效(T6)处理。对T6态合金在室温和200 ℃拉伸性能测试,并用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段对其微观组织特征进行表征。结果表明,在120 ℃时效10 h时,晶内析出相主要为GP区。随着时效时间的增加,部分GP区转变成η′相,在时效22 h时能够明显观察到η′相的存在,在时效34 h时,部分η′相逐渐长大转变成粗大的η相。200 ℃拉伸试验结果表明,22和34 h时效态合金的抗拉强度分别为617.7和575.9 MPa,屈服强度分别为600.5和560.7 MPa,断裂机制均为韧性断裂。

阳极氧化对酸性盐雾环境中铝锂合金性能的影响

于娟, 冯朝辉, 陈高红, 伍镭

2024, 49(7): 281-286. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.043

摘要 ( 16 )

PDF (2384KB) ( 2 )

通过表面形貌观察、腐蚀速率分析、室温拉伸等方法,研究阳极氧化工艺对暴露在酸性盐雾腐蚀环境中的铝锂合金腐蚀行为和抗拉强度的影响。结果表明,未经阳极氧化处理的合金暴露在酸性盐雾环境中24 h后,即发生明显腐蚀,腐蚀面积为58.417%,144 h后的腐蚀形貌更加均匀,腐蚀面积达到88.350%,腐蚀增量速率随盐雾腐蚀时间的延长明显降低,腐蚀不同时间后的铝锂合金的抗拉强度均为400 MPa左右;经过硫酸阳极氧化和硼硫酸阳极氧化后的铝锂合金发生腐蚀需要的时间增加,腐蚀速率缓慢,暴露在酸性盐雾环境中240 h后未发现明显腐蚀,360 h后的腐蚀面积仅约7%,腐蚀不同时间后的铝锂合金的抗拉强度为500 MPa左右;阳极氧化处理后,铝锂合金表面形成了氧化膜,阻挡了腐蚀溶液中Cl^-的侵蚀,显著提高了铝锂合金在酸性盐雾环境中的耐腐蚀性能和抗拉强度。

基于碳偏析指数的高碳钢盘条网状渗碳体控制技术

郭大勇, 高航, 潘阳, 宫文赫, 王秉喜, 杨迎强

2024, 49(7): 287-293. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.044

摘要 ( 15 )

PDF (10042KB) ( 2 )

开展了基于碳偏析指数的高碳钢盘条网状渗碳体控制技术研究。结果表明,对于碳含量为0.82%C的高碳钢,当碳偏析指数达到1.23和1.37时,采用20 ℃/s的冷却速度无法完全抑制先共析渗碳体的产生,试样在室温呈现先共析渗碳体、马氏体和珠光体混合组织,处于这种组织状态的盘条不适于拉拔。当碳偏析指数为1.17时,在冷却速度达到10 ℃/s条件下,试样网状渗碳体达到0级,索氏体化率达到90%,试样未见马氏体组织,具有这种组织的盘条适于拉拔。当碳偏析指数为1.00时,在0.25~10 ℃/s的冷速范围,高碳钢试样网状渗碳体为0级,未见马氏体组织。通过本文试验研究表明,在高碳钢盘条的生产过程需要建立基于碳偏析指数的网状渗碳体控制技术,满足用户对盘条拉拔性能的要求。

低成本无钒热轧钢筋HRB400E的生产工艺优化

刘阳, 高茗, 马莉, 胡祯, 孙中梅, 张士震

2024, 49(7): 294-300. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.045

摘要 ( 17 )

PDF (3583KB) ( 2 )

研究了HRB400E无钒盘螺钢筋的未再结晶区温度和动态CCT曲线,得出了钢筋的工业化生产工艺。结果表明:当应变速率为0.2 s^-1时,HRB400E钢在970 ℃热轧时发生明显的再结晶,当热轧温度降低到850 ℃及其以下时,HRB400E钢发生部分再结晶或未发生再结晶;当冷却速度小于3 ℃/s 时,HRB400E钢的组织为铁素体和珠光体,冷却速度在5~15 ℃/s时,得到铁素体、珠光体和贝氏体组织,冷却速度大于15 ℃/s时,得到珠光体和贝氏体组织。根据试验结果,设置开轧温度为(950±15) ℃,进精轧温度为(870±10) ℃、吐丝温度为(870±10) ℃,1~4号风机开度分别为90%、90%、70%、70%的生产工艺。采用此优化工艺试生产时,钢筋的屈服强度R_p0.2≥409.5 MPa,同圈差≤32.6 MPa,最大力总延伸率A_gt≥10.26%,微观组织由铁素体和珠光体组成,全流程吨钢成本可降低16元左右。

奥氏体化前预变形对低碳微合金纳米钢组织和性能的影响

刘红亮, 唐恩, 林鹏, 张瑞, 袁清

2024, 49(7): 301-306. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.046

摘要 ( 18 )

PDF (3446KB) ( 2 )

在常规冷轧+退火制备低碳纳米钢工艺的基础上增加奥氏体化前预变形处理,从组织、析出和性能分析了奥氏体化前预变形对低碳微合金纳米钢的影响。结果表明,在常规冷轧+退火工艺基础上采用奥氏体化前预变形制备的纳米钢抗拉强度为1043.1 MPa,延伸率为6.1%。其强度相比原始粗晶态钢提升524.5 MPa,延伸率急剧下降。奥氏体化前预变形+冷轧+退火工艺可以得到纳米级别的铁素体晶粒,且不会影响NbC析出颗粒的作用,因此可以保证纳米钢的强度,而延伸率下降的主要原因是奥氏体前预变形为晶界处的渗碳体颗粒提供缺陷能,促进晶界处渗碳体发生粗化,恶化晶界强度。此外,晶界处粗化的渗碳体缺少钉扎几何必需位错的能力。

基于正交分析法探究600 MPa级水电钢的热处理制度

陈捷, 高天宇, 王爽, 王勇, 王亮亮

2024, 49(7): 307-312. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.047

摘要 ( 15 )

PDF (3061KB) ( 3 )

基于正交试验分析法分析了淬火温度、淬火时间、回火温度及回火时间4因素对600 MPa级水电钢抗拉强度和低温冲击性能的影响,研究了不同热处理制度下试验钢的力学性能变化规律及显微组织演变。结果表明,对试验钢抗拉强度的影响主次序列为淬火保温时间、回火温度、淬火温度及回火保温时间,对低温冲击性能的影响主次序列为淬火保温时间、回火温度、回火保温时间及淬火温度;延长淬火保温时间并提高淬火温度有利于试验钢显微组织中贝氏体含量升高,进而提高试验钢强度;试验钢冲击性能与显微组织中铁素体含量呈正相关;900 ℃淬火,保温75 min,570 ℃回火,保温150 min的热处理制度下,试验钢的显微组织为板条贝氏体、粒状贝氏体及少量多边形铁素体,可实现其强度及冲击性能的最优匹配。

退火工艺对高锰TWIP钢组织及耐蚀性能的影响

艾根根, 姜凤阳, 思芳, 刘江南, 卫娜, 王俊勃

2024, 49(7): 313-321. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.048

摘要 ( 15 )

PDF (6081KB) ( 2 )

采用光学显微镜以及配有电子背散射衍射系统的扫描电镜对25.8Mn-3.95Cr-2.83Al-0.33C-0.015N高锰TWIP钢经不同退火温度及时间处理后的微观组织进行观察与分析,并用标准三电极系统的电化学工作站对其耐蚀性能进行检测。结果表明,在600~1000 ℃退火25 min后,试验钢的晶粒随退火温度的升高而变大,Σ3和Σ9晶界的比例均先升高后降低,在800 ℃时达到最大。试验钢的耐全面腐蚀性能随退火温度的升高而提高,在1000 ℃退火时达到最优,而在退火温度为700 ℃时耐局部腐蚀性能最强。在1000 ℃退火5~25 min时,试验钢的晶粒尺寸随退火时间的延长而逐渐增加,低Σ晶界的比例先降低后增加,退火5 min时Σ3和Σ9晶界比例最大,退火25 min时耐蚀性能最佳。

回火对直接淬火A387Gr11CL2钢板组织和性能的影响

赵希庆, 王付杰, 张丙军

2024, 49(7): 322-325. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.049

摘要 ( 13 )

PDF (2885KB) ( 2 )

在宽厚板生产线进行了A387Gr11CL2钢板直接淬火工艺试验,随后进行了不同工艺的回火试验。结果表明,直接淬火+回火工艺可以获得性能满足ASTM A387/A387M-17标准要求的钢板,最佳回火工艺为750~760 ℃回火保温100 min。740~750 ℃回火时,显微组织中板条边界清晰,板条界面上有大量细小的碳化物,760 ℃回火时,板条边界逐渐融合,碳化物仍然存在,回火温度780 ℃时,板条合并变宽,碳化物完全消失。模拟焊后热处理之后钢板的强度和硬度小幅下降,断后伸长率略有上升,-30 ℃冲击吸收能量没有明显变化。

焊接工艺对1Cr16Ni4Mo2Cu2W1VN钢和Co6B合金堆焊层相容性的影响

吴伟建, 刘城淼, 李权

2024, 49(7): 326-330. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.050

摘要 ( 17 )

PDF (2292KB) ( 3 )

对比分析了氧乙炔焊和氩弧焊两种焊接方法下,热处理前后1Cr16Ni4Mo2Cu2W1VN钢表面Co6B堆焊层的组织性能,探究焊接工艺对1Cr16Ni4Mo2Cu2W1VN钢与Co6B合金相容性的影响。结果表明,1Cr16Ni4Mo2Cu2W1VN钢与Co6B合金具有良好的相容性。较氩弧焊堆焊层,氧乙炔焊堆焊层熔合过渡区宽,硬度较氩弧焊堆焊层高7.3 HRC。经固溶+深冷+回火热处理后,氧乙炔焊堆焊层致密,组织细小、均匀,硬度45.3 HRC,冲击吸收能量84.7 J,表现出更优的综合性能。

汽车用6014铝合金冷轧板的热处理工艺

张新宇, 隋欣, 罗旭东, 程素玲, 张义, 陈金生, 张伟

2024, 49(7): 331-335. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.051

摘要 ( 27 )

PDF (3240KB) ( 15 )

采用室温拉伸、导电率、金相显微镜(OM)与扫描电镜(SEM)研究固溶时间对170 ℃×12 h人工时效后6014铝合金冷轧板材力学性能、导电率和显微组织的影响。结果表明,随固溶时间的延长,黑色Mg₂Si相逐渐回溶,富铁相尺寸逐渐变小。当固溶时间为120 min时,基本完成β-Al₅FeSi相向α-AlFeSi相转变,板材拉伸性能呈先升高后不变再下降的趋势,当固溶时间为10 min时,板材时效后性能最佳,抗拉强度、屈服强度、伸长率与导电率分别为321.33 MPa、300.26 MPa、10.93%与51.53%IACS。

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