金属热处理

任诚, 闵小华, 费琪

2024, 49(9): 1-10. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.001

摘要 ( 104 )

PDF (5708KB) ( 116 )

利用SEM、EBSD等方法研究了固溶时效后Ti-15Mo合金中β基体和晶界处析出α相的变体选择行为。结果表明,固溶态试样由无择优取向的单一β晶粒构成。固溶时效态试样中晶内α相不发生变体选择,但晶内α相变体之间存在自协调现象,并导致各α相变体呈现60°交叉状分布。膜状晶界α相的变体选择受到相邻β晶粒间取向差的影响,取向差较小时会与两侧的β晶粒均保持Burgers取向关系,而取向差较大时会受到界面取向的影响。晶界魏氏组织的变体选择取决于形核位置,形核于膜状晶界α相的魏氏组织选择与晶界α相相同的变体,形核于膜状晶界α相与β基体界面处的魏氏组织同时受到两者的共同影响。

含Cu低碳球扁钢球头与腹板的组织性能差异

梁丰瑞, 苏航, 柴锋, 孙铭璇

2024, 49(9): 11-17. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.002

摘要 ( 39 )

PDF (4682KB) ( 30 )

利用电子背散射衍射(EBSD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和能谱仪(EDS)分析含Cu低碳球扁钢在热轧-感应加热-固溶-时效后的组织演变规律,并根据强化机制,分析造成球头、腹板存在差异的原因。结果表明,在不同热处理阶段,含Cu低碳球扁钢腹板晶粒尺寸均小于球头,腹板处富Cu相析出进程落后于球头,680 ℃时效2 h后,腹板强度及硬度高于球头,伸长率稍弱于球头;热轧-感应加热-固溶-时效过程,球扁钢依次经历热变形、铁素体-奥氏体转变、马氏体相变及回复阶段;造成球头、腹板存在约50 MPa强度差异的原因,富Cu相尺寸差异为主要因素,晶粒尺寸差异为次要因素,位错密度差异为微弱因素。

连续退火对350 MPa级冷轧高耐蚀型耐候钢组织性能的影响

王耐, 马德刚, 李建英, 马光宗, 孙璐, 孙宏亮, 纪明龙

2024, 49(9): 18-23. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.003

摘要 ( 45 )

PDF (3537KB) ( 45 )

利用Gleeble-3500热模拟试验机对350 MPa级冷轧高耐蚀型耐候钢进行模拟连续退火处理,研究了连续退火工艺对其组织性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,试验钢强度先降低后增加,退火温度是影响试验钢组织性能的关键因素,带速、缓冷温度和快冷终止温度对试验钢性能的影响有限。当退火温度＜800 ℃时,试验钢发生回复和再结晶转变,组织为铁素体+碳化物,强度随退火温度升高而降低;当退火温度为800 ℃时,试验钢屈强比达到最小值0.53,呈现双相钢特征,处于奥氏体化温度Ac₁临界退火;当退火温度＞800 ℃时,试验钢发生回复、再结晶和奥氏体化转变,冷却后组织为铁素体+贝氏体+碳化物,强度随退火温度的升高而升高。综合分析,实际生产中可采用低温退火和高温退火两种工艺路线获得满足标准要求的试验钢。

热轧65Mn带钢等温相变行为及组织性能与扁卷的协同调控

田亚强, 么志强, 年保国, 张俊粉, 张晓磊, 宋进英, 张明山, 陈连生

2024, 49(9): 24-30. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.004

摘要 ( 59 )

PDF (5095KB) ( 40 )

利用淬火相变仪得到65Mn钢的等温转变曲线(TTT曲线),基于该曲线研究了不同卷取温度下钢的显微组织与力学性能的演变规律,并对扁卷产生的可能原因和调控方法进行了探讨。结果表明:获得65Mn钢典型显微组织即先共析铁素体和珠光体的温度为600~750 ℃。TTT曲线呈典型C字形,550 ℃为“鼻尖”温度,孕育期较短,仅有0.25 s。其中,在65Mn钢典型组织形成温度范围内,随着温度的升高,孕育期逐渐增大,并且先共析铁素体含量增多,珠光体含量降低。根据实际生产,选取的65Mn钢卷取温度为650~750 ℃,显微组织均为先共析铁素体和珠光体。随着卷取温度由750 ℃降低至650 ℃,先共析铁素体含量由19.4%减少到4.1%,分布状态逐渐由块状分布过渡到网状分布,珠光体片层间距由277.0 nm减少到178.0 nm,使65Mn钢的屈服强度由534 MPa提高到637 MPa,抗拉强度由776 MPa提高到899 MPa,硬度由18.8 HRC提高到24.3 HRC,断裂总延伸率由28.9%降低到19.4%。在实际生产中,基于TTT曲线和不同卷取温度下组织与性能的演变规律调整卷取温度与卸卷前的停留时间,可以实现组织性能与扁卷缺陷的协同调控。

高淬透性高碳铬轴承钢的组织与性能

王秉楠, 贾玉鑫, 王姗姗, 张亚辉

2024, 49(9): 31-35. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.005

摘要 ( 58 )

PDF (2423KB) ( 40 )

对3种高淬透性高碳铬轴承钢GCr18MnMo、GCr18MnMo1和GCr19SiMnMo1进行马氏体淬火和贝氏体淬火处理,对比其显微组织、最大淬透尺寸、残留奥氏体、冲击性能差异。结果表明,淬透性从高至低排序为GCr19SiMnMo1钢＞GCr18MnMo1钢＞GCr18MnMo钢。若以心部硬度≥55 HRC为淬透标准,GCr18MnMo钢最大淬透尺寸约为70 mm,GCr18MnMo1钢最大淬透尺寸约为100 mm,GCr19SiMnMo1钢最大淬透尺寸约为130 mm;3种钢进行贝氏体淬火时,可保证残留奥氏体含量在1%以下;进行马氏体淬火时,GCr18MnMo钢、GCr18MnMo1钢残留奥氏体含量在15%以下,GCr19SiMnMo1钢可通过附加回火在保证高硬度的前提下,将残留奥氏体含量降低到1%以下;3种钢冲击性能接近,且贝氏体淬火后的冲击性能比马氏体淬火后高约70%。壁厚或直径超过ϕ100 mm的零件仅可采用GCr19SiMnMo1钢以保证心部屈氏体符合要求。

长时在役Inconel 783高温合金螺栓的显微组织和力学性能

周浩, 王帅, 曾燕屏, 马志宝, 周德, 郭德瑞, 董树青

2024, 49(9): 36-42. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.006

摘要 ( 32 )

PDF (4015KB) ( 27 )

研究了605 ℃服役约3万小时的Inconel 783合金螺栓,利用Thermo-calc软件对试验材料进行热力学平衡过程的模拟,研究析出相种类、组成与温度的变化趋势。对螺栓的螺纹和光杆部位进行取样研究,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究合金试样的显微组织及析出相特征,并且进行布氏硬度、拉伸、冲击等力学性能测试。结果表明:螺栓光杆处的晶粒尺寸略大于螺纹处,螺纹和光杆部位的γ′及β析出相形貌、尺寸及数量大体一致。此外,γ′相主要呈纳米级小颗粒状;β相主要呈两种特征,一种尺寸比较大分布于晶内及晶界,另一种尺寸相对较小分布于晶界呈网状。同时,在β相内发现γ′相及Heusler-Ni₂AlX相的析出。试验螺栓螺纹处的硬度值高于光杆处,螺纹处的屈服强度均略高于光杆处,但高温下光杆处的断后伸长率和断面收缩率却稍高于螺纹处。

P91钢管的长期高温服役组织与性能

张英伟, 白建强, 白占桥, 李炜丽, 谌康, 董树青

2024, 49(9): 43-46. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.007

摘要 ( 33 )

PDF (1776KB) ( 22 )

P91钢管额定运行温度541 ℃,运行压力17.5 MPa,规格ϕ194 mm×25 mm,服役约7.8万小时后,硬度低于标准下限。采用金相、透射电镜、化学相分析、持久性能等试验方法,对某亚临界锅炉用P91钢管长期服役后的组织和性能开展研究。结果表明:P91钢管长期高温服役后马氏体板条宽化和晶界M₂₃C₆相粗化是导致其高温强度降低的主要原因。通过P91钢管取样持久试验,566 ℃外推10万小时持久强度值为72 MPa,为P91钢剩余寿命评估提供数据参考。

不同等温温度下P92钢的组织演变

赵勇桃, 吴银虎, 鲁海涛, 王瑞, 雷丙旺

2024, 49(9): 47-50. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.008

摘要 ( 38 )

PDF (3683KB) ( 27 )

采用膨胀法,测定了P92钢的组织转变温度,并将其奥氏体化后实施不同温度和时间的等温处理。通过OM和SEM表征分析了不同等温温度、不同时间下P92钢的组织演变规律,并利用维氏硬度计测定其硬度。结果表明,P92钢在370 ℃及以下等温1 h时,会发生马氏体转变,室温组织为马氏体;在400~430 ℃等温1 h时,会发生贝氏体转变;在520~620 ℃等温1 h时,过冷奥氏体相对稳定,在短时间内不发生转变。在650 ℃及以上等温足够长时间时(25 h),过冷奥氏体将发生共析分解,形成类珠光体组织;在680~770 ℃等温25 h时,会有先共析铁素体析出,且随着等温温度的升高,先共析相增多。随着等温温度的升高(160~770 ℃),P92钢硬度整体呈下降趋势,由516 HV降低至163 HV。

LPSO相对超轻Mg-Li合金热变形行为的影响

武华杰, 张宇晴, 邝亚飞, 吴瑞瑞, 王丹, 刘宝胜

2024, 49(9): 51-57. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.009

摘要 ( 33 )

PDF (3658KB) ( 25 )

采用Gleeble-3500热模拟机在250~400 ℃、应变速率为10^-3~1 s^-1的条件下,研究了不同变形温度和应变速率对Mg-5Li-11Gd-1Zn-0.5Zr合金高温流变应力和显微组织的影响,根据Arrhenius模型建立了本构方程,根据动态材料模型理论(DMM)建立了热加工图,得到了最佳热加工参数。结果表明:合金的稳态流变应力随着变形温度的增加而减小,随着应变速率的增加而增加。随着变形温度的增加,长周期堆垛有序(LPSO)相发生扭折或者细化,合金的动态再结晶程度逐渐增加;随着应变速率的增加,LPSO相分布更加均匀,合金的晶粒尺寸逐渐增加。通过计算,合金的热变形激活能为142.65 kJ/mol,由热加工图得出本合金热加工的失稳区及安全区,其易加工区域变形温度和应变速率分别为350~400 ℃、0.011~0.45 s^-1,在此区域内颗粒状分布的LPSO相可促进动态再结晶的发生。

微合金化调控7075铝合金的微观组织与力学性能

陈子健, 林业佳, 李传强, 邓仁昡, 董勇, 章争荣

2024, 49(9): 58-63. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.010

摘要 ( 50 )

PDF (4787KB) ( 29 )

采用同步添加微量Ni、RE(La和Ce)和Mg合金元素,对试验合金的微观组织、相组成、拉伸性能和硬度进行对比研究,以调控7075铝合金的微观组织和力学性能。结果表明:经Ni-RE-Mg微合金化处理后,铸态7075铝合金第二相种类没有发生变化,但其含量有所提高,同时晶粒尺寸得到一定细化;合金的拉伸性能也得到一定提高,当Ni-RE-Mg质量分数为0.2%时,铸态合金的抗拉强度最大,为338 MPa。经固溶时效处理后,总体上合金化元素含量越高,合金中析出的第二相越多,时效硬化现象越明显,当Ni-RE-Mg质量分数为1.0%,经固溶和6 h时效处理后,合金硬度达到最大值155.2 HV0.5。

Mo含量对高碳钢组织和耐磨性的影响

孙陶安, 吴正义, 周继顺, 肖丙政, 王海川, 范鼎东, 邓爱军

2024, 49(9): 64-71. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.011

摘要 ( 37 )

PDF (5990KB) ( 40 )

基于JMatpro软件计算分析了不同Mo含量高碳钢(0.95%C)的组织及相含量随温度的变化曲线和CCT曲线,制定了含Mo高碳钢的热处理工艺;利用金相显微镜、扫描电镜观察和干砂磨损机研究了Mo含量对高碳钢组织和耐磨性的影响。结果表明,基于JMatpro计算分析提出的含Mo高碳钢的热处理工艺为770 ℃保温1 h后水淬,200 ℃回火2 h后随炉冷。经该工艺处理的含Mo高碳钢的组织主要为隐晶马氏体、孪晶马氏体和碳化物颗粒。Mo的添加提高了高碳钢的硬度和耐磨性;当Mo含量为3%时,硬度和耐磨性最好,较无Mo高碳钢分别提高16%和30.84%。Mo含量大于3%时,试验钢的晶界会析出更多难以分解的碳化物,堆积成块状碳化物,造成硬度不均、偏差较大,磨损试验时脱落形成凹坑,降低了钢的耐磨性。

4Cr5Mo2V热作模具钢的CCT曲线及碳化物沿晶析出温度测定

高兴成, 吴博雅, 吴晓春

2024, 49(9): 72-79. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.012

摘要 ( 196 )

PDF (5564KB) ( 32 )

通过热膨胀仪、电阻仪和硬度计,结合扫描电镜和能谱仪,对不同冷速下4Cr5Mo2V钢的组织和硬度进行表征,绘制CCT曲线,并对钢中碳化物沿晶析出温度进行了测定。结果表明,随着冷却速度的降低,硬度降低,组织依次转变为马氏体、贝氏体和珠光体,珠光体和贝氏体转变临界冷却速度分别为0.015 ℃/s和0.25 ℃/s;冷却速度不大于0.25 ℃/s时,钢中有碳化物沿晶析出,且随冷却速度降低,碳化物沿晶析出温度升高,0.01 ℃/s冷却速度下,析出温度最高为1022 ℃。

XGTC300L搪瓷钢的连续冷却转变行为与析出规律

袁静, 陈飞达, 钟海清, 唐小勇, 朱映玉, 冷烨旻, 肖虎, 田世伟

2024, 49(9): 80-85. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.013

摘要 ( 19 )

PDF (5159KB) ( 29 )

采用Gleeble-3500热模拟试验机获得了XGTC300L搪瓷钢在不同冷却速度下的温度-膨胀量曲线,通过对不同冷速下试样的显微组织特征和硬度变化规律进行研究,绘制了钢的动态CCT曲线。结果显示,热变形后的XGTC300L搪瓷钢在0.2~50 ℃/s冷速区间冷却时,其基体组织均为铁素体,且随着冷速的增加铁素体晶粒尺寸逐渐减小。在0.2 ℃/s冷速下,钢的硬度值最低,约为96.6 HV0.1;在0.5~5 ℃/s的冷速区间内,钢的硬度值变化不大,约为110.0 HV0.1;在10~30 ℃/s的冷速区间内,钢的硬度值约为120.0 HV0.1;在50 ℃/s冷速下硬度值达到最高,约为137.9 HV0.1。在30 ℃/s的快冷速下,铁素体的基体和晶界处均发现了含硼碳化物析出,而在0.2 ℃/s的慢冷速下仅有条状渗碳体在晶界析出。在0.2~50 ℃/s冷速区间,随着冷速的增加,相转变开始温度由850 ℃降至810 ℃,相转变终了温度由840 ℃降至750 ℃,且转变时间逐渐缩短。动态CCT曲线中仅发现了铁素体相区,未发现贝氏体或马氏体转变相区。因此XGTC300L搪瓷钢的轧后控冷工艺应采取大于30 ℃/s的较高冷速,以获得较小的铁素体晶粒和一定量的含硼析出物,从而提高其综合性能。

18CrNiMo7-6风电齿轮钢的动态CCT曲线

路峰, 李琦, 孙雪娇, 邱国兴

2024, 49(9): 86-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.014

摘要 ( 28 )

PDF (2752KB) ( 41 )

利用 Gleeble-3800热模拟机对18CrNiMo7-6风电齿轮钢进行1150和1050 ℃下变形30%的双道次压缩试验。测定了0.1~30 ℃/s冷却速率下18CrNiMo7-6风电钢的热膨胀曲线,结合金相-硬度法绘制了18CrNiMo7-6风电齿轮钢的动态连续冷却转变曲线,分析了不同冷却速率下18CrNiMo7-6风电齿轮钢的组织转变情况,探究了冷却速率对其组织演变和硬度的影响规律。结果表明,18CrNiMo7-6风电齿轮钢的相变温度为Ac₁=759 ℃,Ac₃=835 ℃。在高温状态双道次轧制的试验条件下,当冷速小于0.5 ℃/s时,试验钢组织为铁素体+珠光体及少量贝氏体;当冷却速度为0.5~1 ℃/s时,铁素体逐渐消失,钢中开始出现板条贝氏体;随着冷却速度的继续增大,钢中贝氏体组织含量先增加后减少;当冷却速度大于10 ℃/s时,试验钢组织为全马氏体;随着冷速的增加,试验钢的硬度由295 HV逐渐升高至449 HV。

12%Cr超超临界转子钢的静态再结晶行为

张学忠, 刘建生, 焦永星, 李飞, 陈飞

2024, 49(9): 91-95. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.015

摘要 ( 20 )

PDF (2338KB) ( 21 )

通过在Gleeble-1500D热模拟试验机上对12%Cr超超临界转子钢进行热压缩试验,试验按照双道次进行,研究该材料在高温状态下的静态再结晶行为。讨论了应变速率和预应变对材料的静态再结晶行为的影响,阐述了变形温度和道次间隔时间等因素的影响效果。根据试验结果,建立了该材料的静态再结晶动力学模型和静态再结晶晶粒尺寸模型。试验结果表明,温度升高、预应变的增加都会使静态再结晶体积分数增大,而应变速率的增大和道次间隔时间的延长也有利于静态再结晶的发生。通过计算获得该材料的静态再结晶激活能为3.155×10⁵ J/mol,并结合静态再结晶晶粒长大模型,确立了晶粒细化工艺条件。

时效处理对Mg-Y-Gd-Zn-Zr合金中LPSO相演变及性能的影响

任广笑, 王超, 曹喜娟, 王凯, 王红霞, 程伟丽, 牛晓峰

2024, 49(9): 96-102. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.016

摘要 ( 32 )

PDF (3431KB) ( 16 )

利用OM、SEM、XRD、TEM及性能测试等方法研究了铸态、固溶时效态Mg-6Y-3Gd-3Zn-0.5Zr合金微观组织演变及其对力学性能的影响。结果表明,铸态合金由树枝状α-Mg基体、晶界处连续网状18R-LPSO和Mg₂₄(Gd, Y, Zn)₅混合相组成。固溶处理后大部分Mg₂₄(Gd, Y, Zn)₅相与少部分18R-LPSO相回溶到基体内。250 ℃和300 ℃时效处理后,合金基体内析出了大量层片状14H-LPSO、Mg₃(Y, Gd)及Mg₅(Y, Gd)相。400 ℃时效处理后,晶内只析出了14H-LPSO相。铸态合金的抗拉强度和伸长率分别为222.7 MPa和4.1%。时效处理后合金强度均有所下降,伸长率略微上升。400 ℃峰时效合金由于晶内析出的14H-LPSO数量多、尺寸大,抗拉强度下降最多,相比铸态下降了39 MPa。

等温淬火对含铝无碳化物贝氏体钢组织和性能的影响

任鹏帅, 秦凤, 周骞, 赵雷杰, 崔护, 彭子奥, 武常生

2024, 49(9): 103-109. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.017

摘要 ( 24 )

PDF (4141KB) ( 33 )

通过对铝含量为0.60%、1.17%的两种含铝低合金钢进行不同工艺的等温淬火处理,获得了不同微观组织和力学性能的无碳化物贝氏体钢。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪以及冲击和拉伸试验研究了等温淬火工艺对无碳化物贝氏体钢组织性能的影响。结果表明,贝氏体未转变完成时,无碳化物贝氏体钢的微观组织由贝氏体型铁素体、残留奥氏体和较多马氏体构成;而贝氏体转变完成时,无碳化物贝氏体钢的微观组织由贝氏体型铁素体、残留奥氏和极少量马氏体构成;当贝氏体转变完成后,含0.60%Al钢中残留奥氏体尺度分布范围和含量均高于含1.17%Al钢,而1.17%Al钢则有比0.60%Al钢更加细小的贝氏体型铁素体板条;含0.60%Al钢的屈服强度略低于1.17%Al钢,但却表现出明显高于1.17%Al钢的冲击性能、抗拉强度和断裂总延伸率,综合力学性能更加优异。

铬合金化Q&P钢的热处理工艺优化与碳配分行为

张宇, 李圣阳, 魏晓蓼, 柴志松, 李泳

2024, 49(9): 110-116. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.018

摘要 ( 21 )

PDF (3585KB) ( 18 )

设计出新型Cr合金化(＞2%)Q&P钢,研究了淬火及配分工艺对其组织与性能的影响,并通过热动力学计算评估了Cr对Q&P钢残留奥氏体体积分数及碳配分行为的影响。结果表明,淬火温度为230 ℃及配分温度为400 ℃条件下,Cr合金化Q&P钢获得了最佳的强塑性匹配(抗拉强度1180 MPa,断裂总延伸率18.6%),强塑积达到21 GPa·%;同时,400 ℃配分温度下,在较宽的淬火温度区间内(210~270 ℃),Q&P钢强塑积均超过19.5 GPa·%。热动力学计算结果表明,相比常规成分Q&P钢,Cr合金化提高了配分过程中奥氏体碳含量从而提高了Q&P钢中残留奥氏体体积分数及稳定性。

形变热处理对新型无Ti马氏体时效钢焊缝组织与力学性能的影响

张青科, 诸汇涛, 陈根保, 陈立田, 夏亚金, 胡方勤, 宋振纶

2024, 49(9): 117-124. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.019

摘要 ( 21 )

PDF (8313KB) ( 21 )

对新型18Ni基无Ti、Al马氏体时效钢进行了电阻焊和后续的形变热处理,表征了焊接-高温退火-轧制-再结晶热处理-时效过程中焊缝的组织演变与性能变化,分析了形变热处理对焊缝组织、物相与力学性能的影响。结果表明,初始焊缝包括熔化区、过渡区、热影响区,其组织与基体差异明显,但物相基本为马氏体,依次经过1050 ℃高温退火、72.7%冷轧、900 ℃再结晶退火后,焊缝区与基体组织差异逐渐消失,再结晶后焊缝组织、物相、硬度、拉伸强度和延伸率等性能和基体趋于一致,拉伸载荷下焊缝处未出现应变集中和断裂;450 ℃时效后焊缝强度接近2 GPa,表明适当的形变热处理消除了新型马氏体时效钢焊缝组织与基体的差异。

6063铝合金的固溶-风淬-时效工艺

陈岩, 裴悦涵, 张闯, 宋华, 廉法博, 关士学, 汪洋, 王晓雪

2024, 49(9): 125-131. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.020

摘要 ( 28 )

PDF (2866KB) ( 26 )

对6063铝合金的固溶-风淬-时效工艺进行了研究。通过有限元分析计算得到不同风压下的风冷淬火速度,利用正交试验研究了不同固溶温度(540、550、560 ℃)、固溶时间(30、60、90 min)和风淬速度(5、6、7 ℃/s)下的合金性能,在此基础上研究了不同时效工艺(时效温度180、200、220 ℃,时效时间2、4、6 h)下的合金性能,并与国标T6及初始退火态的性能要求进行了对比。结果表明,固溶-风淬工艺对6063铝合金强度的影响因素按降序排列依次为风淬速度、固溶温度和固溶时间;对伸长率的影响因素按降序排列依次为固溶温度、风淬速度和固溶时间。时效温度为180 ℃和200 ℃时,随着时效时间的延长,合金的强度、硬度增加,而伸长率则减小。6063铝合金最佳的固溶-风淬-时效工艺为550 ℃×30 min固溶+7 ℃/s风淬+180 ℃×6 h时效。经该工艺处理后,合金的性能均高于标准T6的要求,且较退火态强度提升1倍多,硬度也明显增大,强化效果显著。

热处理对激光沉积制造Ti-5321近β钛合金组织和性能的影响

魏文逸

2024, 49(9): 132-138. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.021

摘要 ( 23 )

PDF (5751KB) ( 40 )

研究固溶温度对激光沉积制造Ti-5321近β钛合金显微组织与力学性能的影响。结果表明,沉积态Ti-5321合金试样显微组织由板条状的初生α相和β相组成,抗拉强度达到1050 MPa以上,断后伸长率达到4.5%左右,断裂模式为韧脆混合断裂。经770 ℃固溶时效处理后,初生α相含量下降,尖端溶解作用明显,显微组织主要为短棒状α相,析出细针状次生α相,试样抗拉强度达到1180 MPa以上,断后伸长率达到0.8%左右,断裂模式转变为脆性断裂。固溶温度分别为820 ℃和870 ℃时,初生α相含量进一步减少,尖端溶解现象进一步增强,出现等轴状初生α相,次生α相含量增加,试样抗拉强度达到1180 MPa以上,几乎没有塑性。这是因为随着固溶温度的升高,次生α相尺寸减小,抵抗塑性变形能力变强,在外部载荷作用下次生α相与β基体的应变差加大,产生微裂纹,导致塑性变差。

时效温度对6101铝合金组织性能的影响

黄惠毅, 乐永康, 廖斌, 秦颐鸣, 李飞龙, 戴小杰, 杨超

2024, 49(9): 139-143. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.022

摘要 ( 30 )

PDF (3538KB) ( 29 )

对不同前梁出口温度的6101铝合金挤压材进行不同温度的时效处理,通过OM、SEM、EDS、拉伸测试、导电率检测等测试方法对相应热处理后的6101铝合金样品进行了性能检测。结果表明,当前梁出口温度为450 ℃时,采用280 ℃×48 h时效工艺的6101合金的综合性能较优,其抗拉强度为132 MPa,导电率为59.8%IACS;当前梁出口温度为500 ℃时,采用270 ℃×48 h时效工艺的6101合金的综合性能较优,其抗拉强度为141 MPa,导电率为59.7%IACS。在这两种工艺条件下,6101铝合金挤压材都能满足产品强度及导电性能要求。

回火处理对05Cr17Ni4Cu4Nb钢性能及晶间腐蚀敏感性的影响

刘煜, 高宇昊, 刘晓勇, 罗先甫, 王佳, 孙绪鲁, 吴泽鹏

2024, 49(9): 144-151. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.023

摘要 ( 21 )

PDF (4839KB) ( 28 )

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、硬度及冲击试验等手段,观察和测试05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢的组织和性能,通过晶间腐蚀试验研究了回火处理对其晶间腐蚀敏感性的影响。结果表明,经650 ℃×2 h回火处理后,固溶时效态05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢中含Cu弥散强化相密度降低,尺寸增大,逆变奥氏体相沿原奥氏体相及原马氏体板条界处生成并长大,含Cr碳化物分解,Cr元素偏聚析出形成了条状析出相,但分布更为均匀,导致钢的强度降低,韧性提高,并且由于弥补了原贫Cr区的Cr元素,材料的晶间腐蚀敏感性降低。

时效对铸造Al-Si-Cu-Mg合金力学性能和耐蚀性能的影响

夏琳燕, 史湘琴, 刘逸卿, 周模豪, 邓蔚

2024, 49(9): 152-157. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.024

摘要 ( 21 )

PDF (3001KB) ( 27 )

研究了单级、双级时效对铸造Al-Si-Cu-Mg合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效后的显微组织主要由α-Al基体和共晶Si相构成。单级时效处理(170 ℃×10 h)后合金的峰值硬度为151.8 HV0.1,抗拉强度和屈服强度分别为287和252 MPa,伸长率为10.6%,但其耐腐蚀性能较差,最大晶间腐蚀深度达到113.3 μm。与单级时效相比,双级时效(90 ℃×3 h+170 ℃×4 h)可显著改善铸造Al-Si-Cu-Mg合金的力学性能和耐腐蚀性能,其峰值硬度提高了5.7%,抗拉强度和屈服强度分别提高了4.5%和6%,伸长率提高了两倍以上。此外,合金的耐腐蚀性能也得到了改善,最大晶间腐蚀深度为60.0 μm。合金获得较高力学性能和良好的耐腐蚀性能主要取决于均匀、细小的Si相,且灰黑色针状β相与黑色块状组织也相对较少。

热处理工艺对42CrMo-R钢轮箍组织及力学性能的影响

万志健, 安涛, 于文坛, 刘学华, 童乐, 赵海

2024, 49(9): 158-164. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.025

摘要 ( 40 )

PDF (8002KB) ( 40 )

设计并冶炼了42CrMo-R试验钢,并轧成轮箍。采用金相显微镜、扫描电镜及拉伸试验机、硬度计等手段研究了热处理工艺对42CrMo-R钢轮箍组织及力学性能的影响。结果表明,42CrMo-R钢轮箍在830~980 ℃范围内淬火后,组织基体均为板条马氏体,当淬火温度超过890 ℃,板条马氏体占比显著增多;860 ℃淬火时,原奥氏体晶粒尺寸分布均匀并且强度最高,为最佳淬火温度。在520~600 ℃范围内回火,轮箍基体组织均为回火索氏体;随着回火温度的升高,硬度、抗拉强度、屈服强度均呈下降趋势,而断后伸长率、断面收缩率则基本呈上升趋势。42CrMo-R钢轮箍经860 ℃淬火及560~580 ℃回火后,回火索氏体占比较高,存在少量未溶铁素体,R_m、R_p0.2、硬度、断后伸长率与客户要求相比均有较大富余量,具有良好的组织及综合力学性能。

超导磁体热处理对N50H不锈钢铠甲力学性能的影响

涂正平, 吴逸飞, 于安华, 陈晓伟, 王维俊

2024, 49(9): 165-168. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.026

摘要 ( 23 )

PDF (2095KB) ( 19 )

目前,低温超导体(LTS)中应用最成熟的是铌三锡(Nb₃Sn)超导体,高温超导体(HTS)中钇钡铜氧(YBCO)超导体因其优异的性能,且不需要热处理成为中国聚变工程试验堆(CFETR)中超导线圈的候选材料。而316L、316LN、JK2LB等铠甲材料低温下的力学性能不满足未来超导磁体的使用要求。因此,以N50H奥氏体不锈钢为研究对象,对冷加工样品热处理后的力学性能进行测试,探究热处理工艺对N50H不锈钢力学性能的影响。结果表明,在4.2 K下,热处理前的N50H不锈钢试样抗拉强度为1800 MPa左右,屈服强度在1500 MPa以上。经两种Nb₃Sn热处理制度后N50H不锈钢试样的抗拉强度均远大于1800 MPa,屈服强度较未热处理略有提高。同时,断后伸长率在两种热处理制度后均高于25%,对比未热处理时的变化幅度最大为5%左右。验证了N50H不锈钢未来作为YBCO和Nb₃Sn CICC铠甲材料应用的可行性。

焊后热处理对热丝TIG焊接10Cr9Mo1VNb锅炉用钢组织性能的影响

赖春明, 李琴, 周家林, 吴兴欢, 黄艳

2024, 49(9): 169-175. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.027

摘要 ( 19 )

PDF (4246KB) ( 27 )

对10Cr9Mo1VNb锅炉用钢进行了热丝TIG多层多道焊接试验,并对焊接接头进行不同温度(740~790 ℃)和不同时间(1~4 h)的焊后热处理,采用硬度、金相、室温拉伸以及夏比摆锤冲击、SEM等试验手段分析了焊后热处理对接头组织性能的影响。结果表明,焊后热处理可以把焊接过程中接头形成的马氏体转变为回火马氏体,从而使接头各个区域的组织性能的均匀性得到明显改善。在740 ℃下进行热处理,随着热处理时间增加,强度小幅度降低,塑性与韧性均得到进一步改善。而在790 ℃下进行热处理,强度、塑性和韧性会随着时间的增加而降低,这主要是因为接头中M₂₃C₆型碳化物发生了粗化。

预变形对7085超强铝合金环件组织与性能的影响

刘强, 盛智勇, 张超, 李杰, 陈泽, 陈送义, 陈康华

2024, 49(9): 176-184. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.028

摘要 ( 21 )

PDF (5711KB) ( 24 )

通过残余应力、拉伸、冲击、应力腐蚀等试验,结合金相显微镜、扫描电镜以及透射电镜显微组织观察,研究了7085铝合金环件固溶处理后,经1.5%、3%、5%预变形及时效处理后的力学性能以及抗应力腐蚀性能变化规律,并分析相应的微观组织变化特点。结果表明,7085铝合金环件的预变形为3%时,残余应力最大减小87.2%。切向(TD)方向的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率显著高于径向(RD)和轴向(AD)方向。经过预变形后,合金的抗拉强度和屈服强度各向异性指数变化较小,但断后伸长率各向异性指数显著提高。预变形量的增加,有利于提高其抗应力腐蚀性能。观察合金的TEM显微组织可以发现,随着预变形量的增加,合金晶内析出相尺寸不断增大,且密度增加,析出相体积分数增大。晶界析出相(GBPs)不断粗化,析出相粒子间距不断增大,无沉淀析出带(PFZ)宽度逐渐增大。

脱碳退火时间对含Cu取向硅钢组织和织构的影响

滑小杰, 白璐, 张弛, 舒泽腾, 闫成亮, 杨发林, 叶芹, 董香芸

2024, 49(9): 185-190. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.029

摘要 ( 20 )

PDF (5085KB) ( 20 )

对含铜取向硅钢一次冷轧板在840 ℃下进行不同时间(1~13 min)的脱碳退火处理,探究退火时间对取向硅钢C、O含量、初次再结晶晶粒、氧化层和织构的影响。结果表明,随脱碳退火时间的增加,O含量逐渐增加,C含量先降低后保持不变。由于一次冷轧过程中板厚方向受力不均匀,导致钢板再结晶晶粒尺寸不均匀,随脱碳退火时间增加,不均匀性变得更加明显。随脱碳退火时间增加,氧化层厚度增加,旋转立方织构{001}<110>和立方织构{001}<100>占比逐渐降低,{111}<112>织构含量先增加后降低,高斯织构{110}<001>占比基本不变。

时效处理对15-5PH不锈钢室温和低温力学性能的影响

徐锋, 孙强, 贾云浩

2024, 49(9): 191-197. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.030

摘要 ( 23 )

PDF (8392KB) ( 34 )

对15-5PH沉淀硬化不锈钢在1040 ℃保温1 h固溶处理后,进行480 ℃保温不同时间(1、2、4 h)的时效处理,并对其显微组织、断口形貌和性能进行观察和测试,研究时效时间对其室温和-50 ℃低温力学性能的影响。结果表明,随时效时间延长,15-5PH钢室温拉伸性能和冲击性能变化不明显;-50 ℃拉伸性能变化也不明显,但冲击性能显著提高,冲击吸收能量从31.5 J提高到77.5 J,归因于时效保温时间越长,钢中逆转变奥氏体含量越高,导致低温冲击性能越好。

淬火转移时间对16CrSiNi钢回火组织和性能的影响

马蓼奕, 董志, 杨立新, 李世键, 崔晶, 康冲

2024, 49(9): 198-203. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.031

摘要 ( 25 )

PDF (7047KB) ( 21 )

通过调节淬火转移时间,利用万能试验机、金相显微镜和扫描电镜观察和分析,研究16CrSiNi钢在不同淬火转移时间下回火后的力学性能及显微组织变化情况。结果表明,随着淬火转移时间由10 s增加至100 s,16CrSiNi钢回火后的抗拉强度由1154 MPa降低至676 MPa,断后伸长率从16%升高至28%,断面收缩率呈先降低后升高的趋势,先从68%降至52%,再升高至70%;显微组织经历了从板条状马氏体到等轴块状铁素体,再到铁素体与回火马氏体共存,最后出现珠光体的变化,最终的组织主要由铁素体、回火马氏体和珠光体组成。淬火转移时间对于16CrSiNi钢拉伸宏观断口存在显著影响,随着淬火转移时间的增加,断口的纤维区面积逐渐减小,放射区和剪切唇区面积增大,断口形貌由脆性断裂特征向塑性断裂特征转变;其断口均以韧窝特征为主,当淬火转移时间在30 s以内时,韧窝较小且密集,而超过30 s时,韧窝尺寸明显增大。对于直径ϕ10.5 mm的16CrSiNi钢棒,淬火转移时间应控制在30 s以内,以保证其组织和性能基本不受影响。

43 kg/m爬坡式尖轨的离线热处理

杨含, 兰超锋, 王雄, 万静斌

2024, 49(9): 204-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.032

摘要 ( 16 )

PDF (2345KB) ( 15 )

为提升材质为U71Mn钢的43 kg/m爬坡式尖轨离线热处理后的整体性能,避免热处理过程中尖轨小断面台阶处打火缺陷,通过改变机加工顺序和加工量,以及针对不同断面长度区间,采用不同车速和风压的欠速淬火热处理方式,对热处理后的尖轨表面硬度、断面硬度和硬化层形貌及显微组织进行检测分析。结果表明,采用从尖端至35 mm断面统一按35 mm断面尺寸加工,35 mm断面至跟端按成品尺寸加工,热处理后再机加工到成品尺寸的改进工艺后,小断面硬度有了较大的提高,断面硬度达到32.0~34.5 HRC,显微组织为珠光体+少量铁素体,无马氏体、贝氏体等异常组织,并消除了打火缺陷,完全满足相关要求。

小模数地铁联轴器的离子渗氮工艺

陈琳, 李子岩, 白小波, 李双喜

2024, 49(9): 209-215. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.033

摘要 ( 19 )

PDF (3076KB) ( 24 )

针对材料为31CrMoV9合金结构钢、模数为4 mm的地铁联轴器开展离子渗氮工艺研究,采用光学显微镜、显微硬度计和弯曲疲劳试验机对其进行渗氮层表面硬度、渗氮层深度、显微组织分析及弯曲疲劳性能测试。结果表明,保持NH₃流量不变时,随着Ar流量的增加,从齿顶到齿根部渗氮层深度均匀性及齿轮的弯曲疲劳强度增加,表面化合物层厚度更加均匀。最终确定渗氮工艺为540 ℃×36 h,NH₃∶Ar=10∶7,炉压为280 Pa时的离子渗氮工艺满足图纸技术要求,最终经实际生产验证,具有较好的实际操作性。

时效工艺对ADC12铝合金析出相与力学性能的影响

杨哲, 陈水胜

2024, 49(9): 216-220. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.034

摘要 ( 35 )

PDF (1814KB) ( 18 )

对ADC12铝合金分别进行了预时效、单级时效和双级时效处理,并采用微观组织表征、能谱分析及硬度、拉伸、冲击试验,研究了不同人工时效处理对ADC12合金析出相与力学性能的影响。结果表明,不同时效处理导致合金中组织形貌和相组成的差异。预时效处理后,合金的显微组织中形成了弥散的析出相,使冲击吸收能量达到最高值18.60 J;单级时效处理后,合金中析出相呈圆形,抗拉强度达到最高值202.56 MPa;双级时效处理后,形成了细小的针状析出相,硬度达到最高值161.27 HBW。这表明双级时效处理在提高硬度方面效果最好,单级时效处理则在提高抗拉强度方面表现最佳,而预时效处理对提高冲击性能最为有效。

焊后局部热处理区域布置对厚壁圆筒环缝残余应力的影响

刘姿, 孔为民

2024, 49(9): 221-225. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.035

摘要 ( 24 )

PDF (2666KB) ( 24 )

采用粘弹塑性有限元方法,研究了16MND5钢厚壁圆筒在不同局部热处理标准(B31.1、B31.3、ASME section NB、BS2633和AWS D10.10)加热条件下焊接残余等效应力、环向应力及轴向应力的变化及分布情况。综合分析了焊缝中心及其附近区域的焊接残余应力、加热区边缘附加热处理应力,并讨论了加热宽度、保温宽度对焊后局部热处理效果的影响。结果表明,局部热处理后,加热区边缘不均匀加热引起一定的应力上升,保温区的存在可以缓解温度梯度,从而使加热区边缘的附加应力降低。对厚壁圆筒来说按AWS D10.10标准局部热处理时,焊缝中心可达到与整体热处理相当的效果,焊接残余应力消除效果最好。

固溶处理对机车车辆抱轴箱内壁堆焊层组织和力学性能的影响

李喆, 李睿, 蔡磊, 靳军军

2024, 49(9): 226-231. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.036

摘要 ( 14 )

PDF (4097KB) ( 15 )

通过对固溶处理前后修复堆焊层试样进行显微组织观察、力学性能测试以及残余应力测试,分析固溶处理对修复堆焊层强度、韧性和残余应力的影响。结果表明,固溶处理前熔覆区晶粒较大且不均匀,热影响区晶粒粗大,而基材区呈现铁素体与珠光体相间分布。经900 ℃×3.5 h固溶处理后,基材区的铁素体占比增大且分布更均匀,热影响区和熔覆区的粗大晶粒消失,晶粒细化,显著改善了晶界特性和晶粒结构。固溶处理显著提高了堆焊层的抗拉强度,从810 MPa提升至925 MPa,增幅约为14%。此外,固溶处理导致硬度普遍降低,基材硬度从154 HV降至143 HV,热影响区从238 HV降至228 HV,熔覆区从243 HV降至226 HV,同时残余压应力峰值从232 MPa降低至182 MPa,降低幅度达到21.6%。固溶处理通过减少缺陷、改善晶粒均匀性和消除残余应力,提升了材料的塑性变形能力和整体性能。

TC18钛合金棒材的组织-服役性能一致性热处理

尹卫东, 尹慧, 向伟, 罗恒军, 吕孝根, 翟瑞志, 徐邹圆

2024, 49(9): 232-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.037

摘要 ( 18 )

PDF (2942KB) ( 18 )

对TC18钛合金进行不同工艺的单相区热处理(温度为T_β+(15~35) ℃,时间为0.5、1、2、4 h),获得不同晶粒尺寸的初始组织,探究晶粒尺寸对双重退火TC18钛合金棒材性能的影响,得到其组织-服役性能一致性的热处理工艺。结果表明,随平均晶粒尺寸增大,TC18钛合金的抗拉强度先升高后降低,而断后伸长率、断面收缩率和断裂韧度则呈相反趋势。为使TC18钛合金构件既具有较高的抗拉强度,又具有良好的塑性和韧性,晶粒尺寸需控制在300~430 μm范围,对应的单相区温度和保温时间分别为T_β+(25~35) ℃和2~4 h。

均匀化处理对3003铝合金铸锭微观组织的影响

张伟, 陈子健, 蔺永诚

2024, 49(9): 236-241. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.038

摘要 ( 24 )

PDF (4929KB) ( 17 )

将3003铝合金铸锭分别在580~620 ℃进行4~10 h的均匀化处理,研究不同均匀化处理工艺对3003铝合金铸锭微观组织演变的影响。结果表明,3003铝合金铸锭中的析出相主要为MnAl₆((FeMn)Al₆)和Al_0.41MnSi_0.74(Al₁₂(FeMn)₃Si),MnAl₆((FeMn)Al₆)相在均匀化过程中几乎完全溶解;而Al_0.41MnSi_0.74(Al₁₂(FeMn)₃Si)相会在均匀化过程中逐步发生聚合、粗化和回溶行为。随着均匀化温度的升高和时间的延长,析出相的演变会逐渐加快。3003铝合金能快速获得均匀分布、圆润粗大析出相的最优均匀化工艺为600 ℃保温8 h。

时效时间对7175铝合金组织和力学性能的影响

汲庆涛, 孙有政, 杨慧, 赵忠超, 史晓明

2024, 49(9): 242-246. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.039

摘要 ( 28 )

PDF (5155KB) ( 22 )

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、维氏硬度计和万能拉伸试验机系统研究了7175铝合金在120 ℃时效过程中的微观组织变化和力学行为。结果表明,经固溶和时效处理后,7175铝合金组织为典型纤维状组织,未产生明显再结晶,晶粒形貌和第二相在时效过程中无明显差异。随着时效时间的延长,晶界处的析出相尺寸逐渐变大,晶内析出相粒径变大,平均粒径由5.87 nm变为8.38 nm。7175铝合金在120 ℃时效时,硬度在16 h达到峰值,峰值硬度为196.5 HV,16 h时晶内析出相数量多、细小、分布均匀,有效提高了合金的硬度。同时,合金在10~16 h时效时,合金的屈服强度迅速增大,从471 MPa迅速增长到490 MPa,时效时间大于16 h后,屈服强度变化趋近于平缓。

两相区退火温度对汽车用0.2C-8Mn-2Al钢组织与力学性能的影响

曹中玉, 贾华坡, 赵保伟

2024, 49(9): 247-250. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.040

摘要 ( 18 )

PDF (1933KB) ( 15 )

采用扫描电镜(SEM)、拉伸试验等手段研究了两相区退火温度对热轧态0.2C-8Mn-2Al钢微观组织与力学性能的影响。结果表明,退火态0.2C-8Mn-2Al钢组织主要为奥氏体和铁素体。在780~900 ℃区间内,随着退火温度的升高,拉伸前后0.2C-8Mn-2Al钢的奥氏体转变体积分数逐渐提高,0.2C-8Mn-2Al钢的抗拉强度、伸长率和强塑积先升高后降低。900 ℃退火的0.2C-8Mn-2Al钢的奥氏体转变体积分数最高,达到43.4%,840 ℃退火的0.2C-8Mn-2Al钢的抗拉强度、伸长率和强塑积均达到最大值,分别为1208.6 MPa、31.2%和37.71 GPa·%,840 ℃为热轧态0.2C-8Mn-2Al钢的最佳退火温度。

时效处理对固溶冷拉态TB9钛合金组织与性能的影响

李世键, 胡福常, 马蓼奕, 曲凤, 颜照鹏

2024, 49(9): 251-254. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.041

摘要 ( 26 )

PDF (2944KB) ( 14 )

研究了不同时效处理(450~600 ℃×8 h)对固溶冷拉态TB9钛合金组织和力学性能的影响。结果表明:随着时效温度的升高,TB9钛合金的组织结构发生显著变化。在450~500 ℃时效温度下,α相细小且均匀分布,显著提高了合金的硬度和强度,但塑性较差;在550~600 ℃时效温度下,α相尺寸和体积分数增加,晶粒组织趋于均匀。时效温度对强度和塑性有重要影响,450 ℃时效时,合金强度达到峰值,约1700 MPa,而伸长率几乎为零;随着时效温度的升高,合金强度逐渐降低,伸长率逐渐增加,550 ℃时效时,抗拉强度约1400 MPa,伸长率约14%;600 ℃时效时,抗拉强度约1200 MPa,伸长率约22%。较低温度(500 ℃)时效时,合金断口为脆断特征,较高温度(600 ℃)时效时,合金断口为韧性特征。因此,为保证TB9钛合金获得较优的强塑性匹配,最佳时效温度为550~600 ℃。

热处理对奥氏体不锈钢磁导率的影响

兰贤辉, 葛正福, 马鹏, 陈传, 周涛, 刘伟, 李超

2024, 49(9): 255-259. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.042

摘要 ( 19 )

PDF (1967KB) ( 16 )

根据相对磁导率μ概念,对316L奥氏体不锈钢在＜10 Pa真空条件下,进行1050 ℃×2 h热处理,使用斯蒂芬磁导率测量仪Ferromaster Plus间接测量方式,对原始态、热处理态、热处理后加工态试样对应厚度方向和水切割外径面方向的相对磁导率值进行测量并分析。结果表明:相较原始态试样,热处理态试样厚度方向平均磁导率降幅为14.0%,水切割外径面方向平均磁导率降幅为16.2%;相较热处理态试样,热处理后加工态试样厚度方向平均磁导率为1.04,无变化。热处理不但对降低原材料磁导率有明显作用,而且对提高热处理后加工态材料磁导率稳定性有较大贡献。

固溶处理对50Cr-50Ni合金组织与性能的影响

熊伟, 戴志勇

2024, 49(9): 260-264. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.043

摘要 ( 28 )

PDF (3587KB) ( 17 )

为了改进50Cr-50Ni镍基合金性能,提高其应用范围,进行了1180 ℃不同时间的固溶处理试验,并对其显微组织形貌、力学性能和耐蚀性能进行了测试与分析。结果表明,50Cr-50Ni合金在1180 ℃固溶2 h时的组织均匀性较好,伸长率和耐蚀性较好。随着固溶时间的延长,其伸长率和耐蚀性变差,但抗拉强度和硬度提高显著。

井式炉渗碳淬火钢件表面炭黑问题分析

李朝青, 张伟, 李瑶

2024, 49(9): 265-267. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.044

摘要 ( 18 )

PDF (1265KB) ( 17 )

用化学成分分析和理化检测研究了井式炉渗碳淬火的18CrNiMo7-6钢轴类工件表面炭黑产生的原因、纠正的方法以及预防措施。通过将表面炭黑工件进行抛丸、返修淬火,证明表面炭黑来源于淬火工序。试验结果表明,通过调整分阶梯提升淬火碳势0.65%C_p×2 h+0.83%C_p×5 h,提高富化气滴入温度至830 ℃,增加工件间隙至30 mm等措施,可以有效解决工件表面炭黑问题。经过试验验证,钢件表面炭黑在淬火保温阶段产生,通过调整碳势,工件装炉间隙,可以避免钢件表面炭黑的产生。

超声表面滚压工艺对304不锈钢耐腐蚀性的影响

陈新健, 隋荣娟, 王燕飞, 程延海, 高林皓

2024, 49(9): 268-274. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.045

摘要 ( 31 )

PDF (3440KB) ( 10 )

采用超声表面滚压工艺(USRP)对304不锈钢进行表面处理,研究了其对304不锈钢耐蚀性的影响。利用扫描电镜、X射线衍射仪和金属表面粗糙度仪对表面形貌、微观结构、残余应力和粗糙度进行分析。采用电化学测试、邻菲啰啉显色试验评估了氧化膜的耐腐蚀性和完整性。结果表明,经USRP处理后,304不锈钢表面粗糙度R_a由0.60 μm降低到0.28 μm,表面晶粒尺寸从23.13 μm降低到20.80 nm,表面残余应力由20 MPa转变为-329 MPa。与未处理试样比较,超声表面滚压试样的自腐蚀电流密度I_corr最小为0.94×10^-5 A/cm²,降低了71％;氧化膜层电阻R_p达到2.59×10⁶ Ω·cm²,提升了2倍;邻菲啰啉显色值范围变窄,显色面积减小,表明表面缺陷减少,表面氧化膜的质量得到提高。分析认为,超声表面滚压处理促使304不锈钢近表面层晶粒细化、产生残余压应力,使表面缺陷减少、氧化膜更加致密,进而阻滞304不锈钢的电化学反应进程,提高了材料的耐腐蚀性。

TiC含量对AlCoCrFeNi高熵合金熔覆层组织与耐磨性的影响

张宏亮, 王明欣, 张京兵, 李玉涛, 金头男

2024, 49(9): 275-279. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.046

摘要 ( 23 )

PDF (4013KB) ( 10 )

利用激光熔覆法在40CrNiMo钢表面制备AlCoCrFeNi-2xMo-xTiC(x=0、0.1、0.25、0.4)高熵合金熔覆层,通过XRD、SEM、EBSD、TEM及耐磨性试验研究了TiC及Mo含量对AlCoCrFeNi-2xMo-xTiC熔覆层组织与耐磨性的影响。结果表明,当原位生成TiC后,熔覆层的显微组织有BCC和TiC相。随着TiC原子分数不断增加,碳化物析出相尺寸逐渐增大,熔覆层晶粒明显细化,晶粒尺寸由109 μm变为15 μm。AlCoCrFeNi-0.8Mo-0.4TiC熔覆层硬度最高,为750 HV0.3,相比AlCoCrFeNi熔覆层高300 HV0.3。TiC原子分数增加后熔覆层硬度和耐磨性都上升。AlCoCrFeNi熔覆层磨损表面磨屑较多,磨损机制是粘着磨损。AlCoCrFeNi-0.2Mo-0.1TiC、AlCoCrFeNi-0.5Mo-0.25TiC、AlCoCrFeNi-0.8Mo-0.4TiC熔覆层的磨损机理均为磨粒磨损。

45钢表面双辉等离子渗铝处理

刘海量, 徐自立, 刘洋, 胡嘉彬

2024, 49(9): 280-283. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.047

摘要 ( 15 )

PDF (1965KB) ( 14 )

采用双辉等离子渗铝技术和碳氮共渗技术分别在45钢表面制备出Fe-Al-N和Fe-C-N合金层。分析两合金层表面显微硬度以及物相组成,并观察表面的微观结构、元素分布。结果表明,45钢表面形成的Fe-Al-N合金层表面硬度高达750.27 HV0.1,远高于Fe-C-N合金层表面硬度,是基体的3~4倍;两种合金层横截面硬度分布曲线都呈梯度分布;Fe-Al-N合金层表面更加均匀、致密,形成了较好的化合物聚集现象,表现出更好的耐磨性。

基于有限元模拟的无缝钢管穿孔顶头失效分析及激光表面复合处理

母舰, 吴和保, 张讯, 李小龙, 何寅, 李建军

2024, 49(9): 284-289. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.048

摘要 ( 25 )

PDF (2712KB) ( 19 )

采用有限元模拟方法对穿孔顶头进行了温度场、应力场和热-力耦合场分析,确定了顶头穿孔过程中的最大热应力、最大耦合应力、表面最高温度、应力集中区域和疲劳裂纹类型,并对20Cr2Ni4钢进行激光熔覆+高温慢氧化复合处理,以提高顶头的力学性能和抗高温性能。有限元模拟结果表明,顶头的热-力耦合应力为热拉应力与机械压应力的矢量和,耦合应力比热应力峰值回落约5.7%。耦合应力的大小主要受热应力影响,变化趋势和分布则主要受机械应力的影响,顶头失效起源于热疲劳和机械疲劳共同作用下的内表面裂纹源,并沿径向向外表面扩展形成疲劳裂纹。激光表面复合处理结果表明,20Cr2Ni4钢经激光熔覆+高温慢氧化处理后,表面硬度可达494 HV0.025,表面强化层与基体结合牢固,并且氧元素在基体中的含量更少,分布更均匀,可有效提高顶头的使用周期。

无模型自适应控制在大型12Cr2Mo1V钢热处理中的应用

高新勃, 覃庆良

2024, 49(9): 290-296. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.049

摘要 ( 30 )

PDF (2685KB) ( 9 )

针对大口径厚壁12Cr2Mo1V钢的加热及焊后热处理,采用中频感应加热并选择无模型自适应控制(MFAC)算法代替传统的PID算法对其加热温度进行控制。首先分析工件的物理参数,计算出加热频率、线圈电流、电源配置等参数,再通过COMSOL软件将得到的各项参数带入,对现场条件进行磁-热耦合的仿真分析,验证计算数据的可行性;之后在SIMULINK仿真平台上搭建MFAC模型并与传统PID模型作比较,并将两种算法实际应用到现场观测加热效果。结果表明,将大型工件加热到目标温度700 ℃,采用MFAC算法加热的温度波动更小,稳定性更高,均匀性更好。

CrAlN基涂层力学及抗氧化性能研究进展

贺涛, 曹红帅, 李贝贝, 齐福刚, 赵镍, 廖斌, 欧阳晓平

2024, 49(9): 297-307. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.050

摘要 ( 49 )

PDF (4170KB) ( 36 )

CrAlN涂层具有较高的硬度和耐磨性,被广泛应用于切削刀具和模具的表面防护。本文首先介绍了CrAlN涂层的结构及其对涂层力学性能和热分解机制的影响,指出Al元素含量及其存在方式是影响CrAlN晶体结构和性能的重要因素;其次,综述了CrAlN基多元涂层和多层涂层在力学性能、高温抗氧化性能的研究现状,围绕元素掺杂改性和多层涂层结构设计,对比分析各种改性方法的优势与不足;随后,总结了Si、Y、V等元素掺杂对涂层性能的影响,指出构建纳米尺度的多层结构能显著改善涂层性能;最后,讨论了CrAlN基涂层的高温氧化行为和高温失效机制,为CrAlN基硬质涂层的性能优化提供参考。

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