金属热处理

林涛, 闵小华, 鹿超

2026, 51(8): 1-8. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.001

摘要 ( 56 )

PDF (3304KB) ( 67 )

基于镍基高温合金理想成分式,采用“团簇加连接原子”模型解析了DD98M合金,通过降低Cr、Mo和W元素含量,设计出新型合金并命名为DD98MA。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计等对1100 ℃时效不同时间 (10, 50, 100 和250 h)后DD98MA合金的组织与性能进行分析。结果表明,随着时效时间的延长,元素扩散及两相重新分配逐渐弱化γ/γ′两相成分差异,晶格错配度绝对值下降,DD98MA合金因Cr、Mo、W含量降低,整体错配度高于DD98M合金。时效过程中,γ′相体积分数持续降低,平均尺寸增大,其粗化行为遵循Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW)理论;在界面能与弹性应变能的竞争作用下,γ′相形貌由立方体向椭球体到最后不规则形态转变,形状因子持续减小。适度降低Cr、Mo、W元素含量抑制了γ′相分解,延缓了微观组织退化,但会加快γ′相粗化,并减弱基体固溶强化效果。两种合金硬度随时效延长均下降,DD98M合金硬度始终高于DD98MA合金,时效初期两合金硬度差值最大,时效100 h后差值趋于稳定。

新型镍基高温合金基于层错/纳米孪晶-γ′相交互作用的高温力学性能

安腾, 谷雨, 段继萱, 杜金辉, 毕中南

2026, 51(8): 9-18. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.002

摘要 ( 36 )

PDF (6235KB) ( 26 )

通过调控新型镍基高温合金的固溶温度,对合金的微观组织和750 ℃下的力学性能进行了系统性分析,并且利用电子通道衬度成像和透射电镜揭示了高温变形机制与微观组织的关联规律。结果表明,中等晶粒尺寸(42 μm)试样在750 ℃时具有最佳力学性能,屈服强度最高,为1101 MPa,蠕变断裂时间为101 h。750 ℃拉伸与蠕变过程中层错与纳米孪晶切割二次γ′相是试验合金主要微观强化机制。中等晶粒尺寸试样中二次γ′相尺寸、数量增加,强化机制增强,不仅弥补了晶粒适度增大造成的拉伸强度损失,还提高了蠕变抗力;中等晶粒尺寸试样晶粒尺寸增加,晶界总长度减少,减少了晶界滑动引起的孔洞萌生与裂纹扩展,提高了蠕变寿命。在低层错能镍基高温合金中,通过调控固溶温度优化γ′相与晶界结构,可有效激活并强化“层错/孪晶-γ′相”协同机制,为提升高温合金综合性能提供明确途径。

R-ESR工艺制备GH4169高温合金的热变形行为

魏佳琦, 臧喜民, 许斯洋, 安灵子, 李林巍

2026, 51(8): 19-25. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.003

摘要 ( 33 )

PDF (3137KB) ( 25 )

系统研究了采用环形电极电渣重熔工艺(R-ESR)所制备的GH4169高温合金的热变形行为。通过单道次热压缩试验,获取了该合金在温度950~1100 ℃、应变速率0.001~1 s^-1条件下的真应力-真应变曲线,并基于动态材料模型,构建了热加工图,结合显微组织分析了其失稳机理。结果表明,R-ESR工艺显著细化了合金铸态组织,二次枝晶臂间距为74.03 μm,偏析相占比仅为1.55%。热加工图显示,合金在变形末期(真应变0.9)的最优加工窗口为985~1100 ℃、0.001~0.0296 s^-1,最优功率耗散因子为0.47。失稳主要发生于变形温度950~1037 ℃,应变速率0.03~1 s^-1范围内,具体表现为绝热剪切带、偏析相界面裂纹等微观缺陷。R-ESR工艺可以有效抑制有害相析出并提升合金的热加工性。

局部混晶对GH4080A合金环形轧件力学性能的影响

牟旭祥, 王清, 杨家典, 王攀智, 王广成, 匡逸凡, 周磊, 梁宇

2026, 51(8): 26-34. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.004

摘要 ( 27 )

PDF (6568KB) ( 33 )

在GH4080A合金环形构件轧制后表层区域形成了粗晶和细晶共存的混合晶粒结构。为了探究混晶区对局部力学性能的弱化程度,系统分析了直接时效及固溶后时效对轧制试样各区域微观组织演变及其与力学性能的关联性。结果表明,大尺寸环形轧件混晶区域主要分布在表层12 mm深度范围内,其成因可归因于表层再结晶过程的不完全性。无论是直接时效处理还是固溶后时效处理,均无法完全消除表层混晶现象,且热处理工艺的不同导致了区域性的力学性能差异。未经热处理的轧件试样虽然表层存在粗晶组织,但由于高畸变能的作用,各区域强度能保持相对一致,屈服强度可维持在720 MPa水平。直接时效处理后,心部均匀细晶区的屈服强度达到891 MPa,而表层最低屈服强度为815 MPa。经固溶后时效处理,心部细晶粒区的屈服强度为787 MPa,表层最低屈服强度则降至668 MPa。

电磁耦合能场对镍基高温合金力学性能的影响规律

张亮, 李心茹, 于海涛, 孙宏飞, 黄坤兰, 王杰

2026, 51(8): 35-41. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.005

摘要 ( 20 )

PDF (4064KB) ( 16 )

为探索电磁耦合能场对镍基高温合金力学性能的调控规律,以GH4169镍基高温合金为研究对象,研究了不同电磁耦合工艺参数下合金的残余应力、抗拉强度、断后伸长率、硬度及拉伸断口形貌变化规律。结果表明,电磁耦合能场可显著提高GH4169合金试样表面残余压应力平均值并提升应力分布均匀性,也可显著提高GH4169合金的拉伸性能。较未处理试样,在最优工艺参数(电场强度10 V、磁场强度1.5 T)下,GH4169合金试样的残余压应力平均值在X方向和Y方向上分别提升33.7%和53.1%,残余应力均匀性在X方向和Y方向上分别提升41.0%和23.5%;在此工艺条件下GH4169合金试样的维氏硬度没有明显变化,但抗拉强度提升14.2%,断后伸长率提升15.8%。拉伸断口形貌显示,经电磁耦合处理后,撕裂棱分布更均匀且韧窝尺寸、深度显著增加,表明材料的强度与塑性得到了协同提升。

GH4145高温合金螺栓的恢复热处理及高温时效

闫敬明, 张骏, 张建伟, 李俊杰, 吴伟强, 张国镕

2026, 51(8): 42-45. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.006

摘要 ( 22 )

PDF (2393KB) ( 18 )

对服役低硬度GH4145高温合金螺栓进行不同工艺(一次时效、二次时效和固溶+二次时效)的恢复热处理以及后续高温时效。结果表明,3种恢复热处理工艺均可将低硬度GH4145高温合金螺栓的硬度提升至符合标准规定,通过后续566 ℃高温时效1000 h后硬度均升高,且均未超过标准规定上限值。

增材制造XS7镍基高温合金的组织与性能

徐斌, 罗鑫, 郭彦刚, 孙晓

2026, 51(8): 46-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.007

摘要 ( 26 )

PDF (2872KB) ( 17 )

针对新型增材制造专用耐高温XS7镍基高温合金的选区激光熔化(SLM)成形特性、缺陷演变规律及热处理调控机制缺乏系统研究的问题,开展了相关工艺与性能研究。采用SLM技术制备XS7合金试样,结合热力学相图计算指导工艺设计,对比4组不同激光功率与扫描速度组合的打印成形质量,系统分析了打印态、热等静压(HIP)态及两种固溶时效态的微观组织演变规律,并测试了各状态下的室温力学性能。结果表明,XS7合金打印质量对工艺参数高度敏感,最优打印参数为扫描速度800 mm/s、激光功率230 W,可显著降低裂纹密度。HIP处理能闭合内部孔隙与短细裂纹,将致密度提升至99.8%以上,实现柱状晶向等轴晶的完全转变,消除组织各向异性。两种热处理制度可精准调控γ′相的尺寸与分布,其中经1170 ℃固溶2 h + 1050 ℃时效4 h后获得最优强度,但塑性有所损失,而经1170 ℃×2 h固溶+1080 ℃×4 h+930 ℃×20 h双级时效后实现了强度与塑性的最佳匹配。

Cr元素对马氏体耐磨钢组织与性能的影响

肖凌云, 钱亚军, 王尚坤, 王麒, 张青学, 邓想涛, 王昭东

2026, 51(8): 53-62. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.008

摘要 ( 38 )

PDF (7399KB) ( 15 )

为揭示Cr元素对马氏体耐磨钢相变行为、组织、力学性能及抗腐蚀磨损性能的影响规律,本研究首先通过热力学计算辅助确定Cr添加量,并选取4%Cr为目标,制备了0Cr钢和4Cr钢两种试验钢。通过热模拟测定Ac₁与Ac₃并开展连续冷却转变(CCT)试验,发现Cr元素显著抑制铁素体/珠光体转变并提高淬透性,使4Cr钢在更低冷速下即可形成贝氏体/马氏体组织,硬度平台明显提前。进一步对不同淬火温度下试验钢的组织与力学性能进行对比,发现随淬火温度升高,4Cr钢未溶解富Cr碳化物逐步减少、晶粒缓慢长大,硬度与强度小幅下降,而-40 ℃冲击性能呈先升后降的变化趋势,其中930 ℃淬火+200 ℃回火态4Cr钢具有最佳强韧性匹配。此外,在3.5%NaCl、pH=5的石英砂浆料环境中进行腐蚀磨损试验后,与0Cr钢相比,4Cr钢的腐蚀磨损量显著降低,930 ℃淬火+200 ℃回火态4Cr钢具有最优异的抗腐蚀磨损性能。其提升机制可归因于Cr促进形成稳定致密的钝化膜并增强再钝化能力,缩短磨损破膜后的电化学腐蚀时间,从而抑制“腐蚀加速磨损-磨损加速腐蚀”的协同损伤,实现抗腐蚀磨损性能的提升。

层状异构低碳铁素体-贝氏体钢的微观结构与力学性能

王江林, 李俊, 李绍宏, 从前应, 卜恒勇, 李萌蘖

2026, 51(8): 63-72. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.009

摘要 ( 24 )

PDF (6210KB) ( 24 )

通过对冷轧变形量为80%的低碳微合金钢快速加热至830 ℃,进行30~360 s的短时退火处理,制备出具有不同组织特征的层状异构铁素体-贝氏体钢。采用维氏硬度计、万能试验机、扫描电镜和透射电镜等研究了快速退火不同时间后层状异构铁素体-贝氏体显微组织与力学性能的关系,并对其应变硬化行为进行了分析。结果表明:试验钢冷轧后快速加热至830 ℃进行短时退火过程中,变形组织演化主要由回复、再结晶形核长大、相变形核长大3种机制协同控制。冷轧后因高密度位错产生,试样屈服强度、抗拉强度和硬度分别达到1278.9 MPa、1315.8 MPa和342 HV0.1,但延展性受限。退火时间小于120 s时再结晶铁素体的软化效应与贝氏体相变硬化效应共同作用,硬度变化有限,强度呈下降趋势。退火时间大于120 s时贝氏体体积分数显著增加,硬度随之大幅提升。快速退火阶段的回复行为消耗了部分位错,使强度下降,但随退火时间延长,贝氏体相变强化逐步主导,导致强度回升。采用冷轧+退火制备的层状铁素体-贝氏体异构组织实现了强度与延伸率的平衡调控。其中,退火50 s试样因软硬相力学性能差异最显著,形成更强的应变梯度,促进几何必需位错(GNDs)累积,表现出最小的过渡应变值和优异的加工硬化行为,综合性能最佳。

碳和微合金元素对耐火钢高温长时服役过程中组织与强度演变的影响

纪海涛, 左斌, 桂晓露, 柳宇青, 高古辉, 冯春

2026, 51(8): 73-82. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.010

摘要 ( 24 )

PDF (6141KB) ( 15 )

设计了0.12%C-0.06%Nb-0.02%Ti(FR1)和0.15%C-0.02%Nb-0.04%Ti(FR2)两种不同C、Nb、Ti含量的低合金耐火钢,采用SEM、EBSD、TEM和EDS等手段,研究了C含量和微合金化元素对其在600 ℃热暴露不同时间后的组织演变和强度变化的影响。结果表明:经热轧空冷后,两试验钢的组织均由多边形铁素体(PF)及粒状贝氏体(GB)组成,FR1钢和FR2钢中粒状贝氏体的体积分数分别是45%和32%。两试验钢具有相近的室温强度,经热暴露后,两者的屈服强度和抗拉强度均大幅度下降,但FR2钢屈服强度下降的幅度更大。这是由于FR2钢中粒状贝氏体区碳含量更高,较高的碳含量和初始位错密度促进碳化物的析出和长大,使FR2钢中粒状贝氏体在600 ℃热暴露4 h后即发生明显的再结晶。而FR1钢中粒状贝氏体区碳含量和初始位错密度较低,碳化物析出粗化的速率低,推迟了再结晶的发生,因而展现出较高的高温屈服强度。此外,Ti在γ-Fe中的固溶度低,促使Ti在轧制期间于奥氏体中大量析出,这导致FR2钢中保留的固溶微合金元素减少,后期热暴露期间弥散纳米尺寸MC碳化物析出减少,从而使析出强化效果不理想。

终轧温度对900 MPa级工程机械用钢组织与力学性能的影响

龙渊, 郑涵予, 王记铭, 吴昊, 李艳梅

2026, 51(8): 83-89. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.011

摘要 ( 22 )

PDF (5714KB) ( 15 )

为探究热轧工艺对900 MPa级工程机械用钢显微组织与力学性能的影响规律,明确其强韧性调控机制,通过调控精轧终轧温度设计了3种不同热轧工艺进行试验钢制备,分别为再结晶区轧制、临界再结晶区轧制和未再结晶区轧制,试验钢经在线淬火+640 ℃高温回火处理后,通过SEM、EBSD、XRD、拉伸试验、示波冲击试验等手段,系统分析试验钢的显微组织、力学性能及断口特征。结果表明:3种热轧工艺下试验钢组织均为回火马氏体,随着终轧温度的降低,有效晶粒尺寸逐渐细化,大角度晶界比例及位错密度显著升高。未再结晶区轧制试验钢的屈服强度为993 MPa、抗拉强度为1003 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为122 J,均高于其余两种工艺试验钢。未再结晶区轧制工艺通过细晶强化与位错强化协同提升试验钢强度,利用有效晶粒尺寸细化与大角度晶界占比增加提高裂纹扩展功,改善试验钢的冲击性能。

汽车大梁钢均匀化退火过程中Nb、Ti固溶行为的交互影响

宋江森, 瞿伟, 刘玉宝, 任慧平, 何建中, 管文浩, 孙浩元, 高日增

2026, 51(8): 90-97. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.012

摘要 ( 24 )

PDF (4040KB) ( 8 )

设计了Nb、Ti与Nb-Ti复合添加的试验钢,对其进行1250 ℃(1523 K)均匀化退火处理。采用相分析法测定退火不同时间后Nb、Ti的固溶率,并利用X射线衍射(XRD)分析了试验钢中未溶相的晶体结构,最后结合第一性原理计算分析了Nb、Ti的固溶行为的交互影响机理,并分析了未溶相的热力学行为。结果表明:3组试验钢中Nb、Ti元素固溶率均随均匀化退火时间的延长而增加,且增加幅度逐渐趋于平缓。Nb-Ti复合添加试验钢中Nb的固溶率较Nb添加试验钢降低,而Ti的固溶率较Ti添加试验钢提升。通过第一性原理计算可知,Nb添加使得Fe-Ti-C超胞更加稳定,从而增加Ti在试验钢中的固溶度,而Ti添加会降低Fe-Nb-C超胞的稳定性,故而降低Nb在试验钢中的固溶度。由XRD检测可知,未溶第二相以Nb_xO_y、Nb_xS_y、Ti_xO_y、TiN、Ti_xS_y和Ti₄C₂S₂的形式存在,结合热力学计算可知,含Nb、Ti的化合物易在炼钢过程中形成,从而消耗部分Nb、Ti元素,使其在均匀化退火过程中不能完全固溶。

铝和钛含量对00Cr13AlTi铁素体不锈钢组织与性能的影响

张瑶瑶, 龚志华, 李瑞红, 杨承佳, 巴泽尔, 林留隆

2026, 51(8): 98-103. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.013

摘要 ( 26 )

PDF (3353KB) ( 13 )

针对现有00Cr13系纯铁素体不锈钢焊接后需进行退火处理以消除熔融区相变应力的问题,在00Cr13合金中加入了一定量的Al、Ti,并利用Thermo-Calc热力学软件,优化微量元素含量,通过相图计算,获得了全温度范围内不会发生马氏体相变的纯铁素体不锈钢。在实验室冶炼两炉新成分体系的铁素体不锈钢(0.15%~0.20%Ti+0.10%~0.15%Al、0.10%~0.15%Ti+0.15%~0.20%Al),并进行超快冷相变试验和组织性能测试。结果表明:两种新成分体系的铁素体不锈钢加热到860 ℃,在20~160 ℃/s的冷速范围内,均没有发生相变,不同冷速下硬度保持稳定。新成分体系的铁素体不锈钢屈服强度均大于200 MPa,抗拉强度均大于300 MPa,具有优异的塑性。新的纯铁素体不锈钢中Al含量需要保持在0.10%~0.20%,Ti含量保持在0.10%~0.20%,Al+Ti总量≥0.25%,该00Cr13AlTi铁素体不锈钢焊接后不会发生马氏体相变,减少了焊后热处理工序。

预应变对S31603奥氏体不锈钢氢脆敏感性的影响

莫金强, 赵一豪, 张威, 王志国, 王骞, 卫英慧, 侯利锋

2026, 51(8): 104-113. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.014

摘要 ( 22 )

PDF (9233KB) ( 9 )

以S31603为研究对象,通过施加不同的预应变(10%、20%、30%)和电化学预充氢慢应变速率拉伸试验,系统研究了应变对其氢脆敏感性的影响。结果表明,随预应变量的增加,材料的强度提高,氢脆敏感性降低。30%预应变试样的抗拉强度为610 MPa,具有最低的氢脆敏感性。预应变产生的位错和孪晶界增加了材料中的可逆氢陷阱数量,能在一定程度上捕获并分散可扩散氢。由于具有迁移能力并可诱发开裂的“有效氢”减少,材料整体的氢脆敏感性随之下降。

氧硫比对含Ce Q690钢夹杂物演变及力学性能的影响

李平安, 刘鹏, 谢鲁晋, 杨吉春, 吉利

2026, 51(8): 114-123. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.015

摘要 ( 23 )

PDF (7654KB) ( 9 )

通过调控含Ce Q690钢中氧硫比(O/S),研究其对夹杂物演变及力学性能的影响。结合热力学计算、场发射扫描电镜(FE-SEM)、EBSD、夹杂物统计及力学性能测试,分析夹杂物的演变规律及其对钢材强韧性的影响机制。EBSD结果表明,稀土Ce将Al₂O₃夹杂改性为CeAlO₃夹杂后,改善了夹杂物形貌,减小了尺寸,降低了与周围钢基体间的应力和取向差(从2.25°降至1.67°),有效减少了发生应力集中现象的可能性。O/S对夹杂物数量和尺寸的影响显著,在O/S为0.260时,其夹杂物整体尺寸较小(约2 μm),CeAlO₃夹杂数量最多,Al₂O₃夹杂最少,其应力集中现象发生的可能性最低。力学性能测试表明,O/S对试验钢的力学性能影响显著。O/S为0.260的试验钢,其屈服强度为470 MPa,抗拉强度为697 MPa,且其-40 ℃纵向冲击吸收能量达62.6 J,低温韧性优异。综合来看,O/S为0.260的试验钢力学性能最优。

在役P92钢再热蒸汽管道的组织退化及力学性能演变

周浩, 贾金斗, 董树青, 曾燕屏, 刘彦如, 李炜丽, 马志宝, 金亮

2026, 51(8): 124-131. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.016

摘要 ( 16 )

PDF (4378KB) ( 9 )

以某累计服役约9900 h的P92钢再热蒸汽管道为研究对象,在3个典型部位取样(位置1、位置2、位置3),测试其布氏硬度、室温拉伸与冲击性能等力学性能,并结合光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)进行显微形貌表征,以揭示组织退化及力学性能的演变规律。结果表明,P92钢再热蒸汽管道不同取样位置力学性能差异显著,与组织退化程度密切相关。位置1的显微组织以等轴铁素体为主,析出相粗化明显,硬度最低,冲击吸收能量最高,其布氏硬度、R_m、R_p0.2和冲击吸收能量分别为155 HBW、621 MPa、442 MPa 和165 J。位置3仍保持细小的回火马氏体板条和弥散析出相,硬度和强度最高,分别为221 HBW、699 MPa 和525 MPa。位置2的显微组织介于二者之间,冲击吸收能量最低,为12 J。不同取样位置最大硬度差达66 HBW,表明管道组织退化具有明显不均匀性。随服役时间延长,回火马氏体逐渐粗化并向等轴铁素体转变,M₂₃C₆和Laves相在板条界及晶界处析出并长大,MX相则稳定性较好,随着组织的退化,尺寸略有变大。

二次焊接热循环峰值温度对LNG储罐用高锰钢模拟再热粗晶热影响区组织与性能的影响

齐祥羽, 严玲, 吕政赫, 李广龙, 李博雍, 张鹏

2026, 51(8): 132-139. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.017

摘要 ( 23 )

PDF (5198KB) ( 8 )

针对LNG储罐用高锰钢,采用双道次焊接热循环技术研究了二次焊接热循环峰值温度对其再热粗晶热影响区(CGHAZ)组织变化和低温冲击性能的影响规律。结果表明:当t_8/5=30 s时,试验钢未变粗晶热影响区(UA-CGHAZ)、过临界粗晶热影响区(SCR-CGHAZ)、临界粗晶热影响区(ICR-CGHAZ)和亚临界粗晶热影响区(SR-CGHAZ)的-196 ℃冲击吸收能量分别为183、168、154和179 J,显微硬度值分别为170、173、176和168 HV0.5,试验钢再热CGHAZ表现出优异的超低温冲击性能。再热CGHAZ中各亚区的室温组织均为粗大的等轴状奥氏体,平均晶粒尺寸66~82 μm,降低了产生形变孪晶所需的临界切应力,而塑性变形过程中产生大量孪晶是其主要的韧化机制。ICR-CGHAZ组织中奥氏体晶粒边界析出一定量的M₂₃C₆型碳化物,降低了晶界间的结合力,阻碍位错运动,造成应力集中,增大了产生形变孪晶所需的临界切应力,因而超低温冲击性能略有降低,但孪生仍是其主要的塑性变形机制。

固溶温度对7075航空铝合金阳极氧化的影响

孙博玮, 赵俊才, 黄同瑊, 于继海, 王经涛

2026, 51(8): 140-144. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.018

摘要 ( 34 )

PDF (3250KB) ( 12 )

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及EDS能谱分析对7075铝合金板阳极氧化后黑线产生原因进行了分析,并研究了固溶温度对其阳极氧化的影响。结果表明:因板材厚度方向上的T相化合物尺寸和分布不均匀,导致氧化膜厚度不均,从而使板材出现黑线缺陷。随固溶温度提高,T相化合物尺寸及数量减小,分布均匀,可改善氧化膜厚度均匀性,黑线缺陷逐渐减轻。当固溶温度为488 ℃时,黑线缺陷彻底消除。

轧制变形量对TA1纯钛组织演变与各向异性的影响

戴秋昀, 张明玉, 焦继军

2026, 51(8): 145-149. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.019

摘要 ( 20 )

PDF (2679KB) ( 7 )

对TA1纯钛板材进行不同变形量(20%和40%)的轧制和600 ℃×2 h退火处理,研究了轧制变形量对组织、织构与力学性能的影响。结果表明:轧制变形量增大,晶粒细化,孪晶数量增多,且轧向(RD)的演变较横向(TD)更为显著。不同变形量下,板材TD与RD向均保持T型织构,变形量增大,织构强度增加,且RD向织构强度始终高于TD向。不同变形量下,RD向强度优于TD向,表现出明显的各向异性,且40%变形量板材的强度更高。所有试样的断口均呈韧性断裂特征,体现出优良的塑性变形能力。

二次退火对无取向硅钢组织与织构的影响

郝娟娟, 陆斌, 刘朋成, 卢晓禹, 邬宇轩, 冯海涛, 王俊刚, 徐涛

2026, 51(8): 150-154. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.020

摘要 ( 23 )

PDF (3331KB) ( 6 )

采用OM、EBSD及XRD技术研究了二次退火工艺对冲裁加工后无取向硅钢组织、织构及磁性能的影响。结果表明:二次退火促进板厚方向发生再结晶,组织均匀性提高,延长退火时间,晶粒有所长大。二次退火后,主要宏观织构类型未发生变化,仍主要为γ织构、α^*织构、α织构和黄铜型织构,但织构分散性增强。延长二次退火时间,微观织构黄铜型织构和α织构强度先升高后降低。在成品板杂质元素含量较低条件下,二次退火能够消除生产过程冲裁加工过程产生的热应力和加工应力,显著改善冲裁加工后无取向硅钢的磁性能,磁感增幅达0.7%,铁损降幅达18.59%。

热处理工艺对A-100钢组织与性能的影响

阮栋, 刘正东, 许广鹏, 陈正宗, 宋明明, 刘丹

2026, 51(8): 155-162. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.021

摘要 ( 28 )

PDF (3918KB) ( 20 )

为解决A-100超高强度钢力学性能波动问题,采用试验设计(DOE)方法,以淬火介质、冷处理设备及回火处理设备为关键影响因子,构建三因素两水平正交试验方案,通过统计分析方法探究各因素对该钢力学性能的影响规律。结果表明,当采用真空淬火油进行淬火处理、低温试验箱实施冷处理及井式炉开展回火处理时,A-100钢可获得最优强韧性匹配效果:抗拉强度变异系数≤0.17%,断裂韧度变异系数≤2.0%,力学性能稳定性显著提升。统计分析结果显示,在置信度95%的条件下,淬火介质、冷处理设备及回火处理设备对A-100钢抗拉强度的影响均不显著;淬火介质与冷处理设备对断裂韧度的影响同样不显著,而回火处理设备对断裂韧度的影响具有统计学显著性。其作用机制为:回火炉温精度波动会导致钢中M₂C碳化物的尺寸与分布状态发生改变,均匀弥散分布的M₂C纳米颗粒发生粗化与聚集,其与基体间的共格取向关系遭到破坏,使得弥散强化与共格畸变强化的协同作用失效。

淬火温度对工程机械用吉帕钢组织与力学性能的影响

夏文斌, 袁帅杰, 曾杰

2026, 51(8): 163-173. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.022

摘要 ( 21 )

PDF (6648KB) ( 17 )

以不同壁厚(20～40 mm)的吉帕(GPa)级钢无缝钢管为研究对象,分别采用900、920和940 ℃进行淬火处理,并配合650 ℃回火工艺,通过拉伸、低温冲击和硬度测试,结合光学显微镜、扫描电镜、EBSD及透射电镜等手段,对吉帕钢组织演化及性能变化进行了系统分析。结果表明,随着淬火温度由900 ℃提高至940 ℃,?244.5 mm×40 mm钢管调质后硬度由37.5 HRC提高至41.0 HRC,-40 ℃冲击吸收能量由55 J提高至135 J。当淬火温度为920 ℃时,壁厚超过30 mm的钢管未能完全淬透,组织中仍存在上贝氏体和晶界铁素体,碳化物以长条状或不规则状沿晶界和马氏体板条界面析出,不利于低温韧性提升。相比之下,在940 ℃淬火后,即使壁厚达到40 mm,钢管仍可实现充分淬透,组织以均匀的回火马氏体为主,大角度晶界占比由61.6%提高至67.9%,KAM值整体降低,碳化物以细小颗粒状和短棒状弥散分布,有效改善了强韧性匹配。批量生产验证结果表明,采用940 ℃淬火并配合650 ℃回火的优化工艺后,屈服强度和抗拉强度的批量平均值分别为1053和1087 MPa,按平均强度估算的屈强比约为0.969,满足行业标准要求。

热轧保温温度对Ti-Nb回火钢组织与性能的影响

何飞, 袁清, 王宏峰, 包琳琳, 熊乐

2026, 51(8): 174-182. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.023

摘要 ( 24 )

PDF (6232KB) ( 12 )

设计了Nb-Ti系700 MPa级回火钢,系统探究了热轧保温温度(1250、1300 ℃)对其组织演变及强度贡献的影响规律。结果表明,随着热轧保温温度升高,试验钢的强度下降,延伸率略有提高。强度贡献量计算结果显示,不同热轧保温温度下的强度差异源于细晶强化、位错强化与析出强化,其中析出强化起主导作用。热轧保温温度为1300 ℃时,未溶颗粒钉扎作用减弱导致母相奥氏体晶粒长大,继承该结构的贝氏体组织粗化;同时(Nb, Ti)C形核核心减少,析出更接近均匀形核机制,且Gibbs-Thomson效应使回火阶段Ostwald熟化加剧,最终造成第二相颗粒(Nb, Ti)C粗化,钢的强度下降。

Fe-0.30C-1Si-0.75Mn-1.78Cr-0.35Mo新型活塞用钢的热变形行为及热加工图

王国营, 张子健, 彭绍峰, 宋仁伯, 刘献达, 常鹏飞, 王翠亮

2026, 51(8): 183-189. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.024

摘要 ( 20 )

PDF (3343KB) ( 8 )

采用Gleeble-3800热模拟试验机对所设计的Fe-0.30C-1Si-0.75Mn-1.78Cr-0.35Mo新型活塞用钢进行热变形行为研究,其变形温度为850~1050 ℃、应变速率为0.01~10 s^-1、真应变为0.6。根据其不同条件下的真应力-真应变曲线,并利用Arrhenius模型和Zener-Hollomon模型构建该钢的热变形本构方程;根据动态材料模型(DMM)和Prasad失稳准则,建立了该钢在不同应变下(0.2、0.4、0.6)的热加工图。结果表明:变形温度不变时,随应变速率增加,应力升高;应变速率不变时,随变形温度升高,应力降低;降低应变速率和提升变形温度可促进动态再结晶的进行。根据不同变形条件下的峰值应力构建了该钢的热变形本构方程,其热变形激活能为456.625 kJ/mol。所构建该钢的热加工图中很少有失稳区,该钢的最优加工区域为变形温度1000~1050 ℃,应变速率0.01~0.1 s^-1,显微组织观察验证了热加工图对于适宜加工区域的预测准确性。

铁道辙叉用贝氏体钢的组织与性能调控

涂晓洋, 王世元, 张发旭, 邹昌财, 管竺, 葛锐

2026, 51(8): 190-197. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.025

摘要 ( 22 )

PDF (6627KB) ( 11 )

通过扫描电镜、电子背散射衍射、X射线衍射、拉伸试验和冲击试验等手段,研究了等温处理对铁道辙叉用贝氏体钢组织与性能的影响。试验钢经900 ℃奥氏体化后分别冷却至不同等温温度(280~380 ℃)保温40 min后空冷至室温,而后在300 ℃进行回火处理。结果表明:热处理后试验钢组织主要由贝氏体、残留奥氏体和M/A岛组成。试验钢的强韧性受到组织中残留奥氏体含量与形貌、M/A岛数量及尺寸及贝氏体板条厚度的耦合作用影响,300 ℃等温时强韧性匹配最佳。随着等温温度升高,残留奥氏体体积分数呈先升高后降低趋势;屈服强度和抗拉强度均呈先升高后降低再升高的趋势,伸长率呈先升高后降低,冲击吸收能量呈下降趋势。

临界温度循环淬火对NM400低合金耐磨钢组织与性能的影响

马涛, 李相前, 田超, 刘坤, 金璐, 侯东华, 周平, 刘德罡

2026, 51(8): 198-204. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.026

摘要 ( 22 )

PDF (5980KB) ( 10 )

以热轧NM400低合金耐磨钢为研究对象,针对传统淬火+低温回火(QT)工艺下材料韧性偏低的问题,提出临界温度循环淬火(CCQ)工艺。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等多表征手段,结合拉伸、夏比冲击、往复摩擦磨损和硬度试验,系统分析了两相区循环淬火过程中低合金耐磨钢微观组织与性能的演变规律。结果表明,NM400低合金耐磨钢经临界温度(810~860 ℃)循环淬火后,在板条马氏体基体中形成了一定量的铁素体,降低了位错密度。随着保温温度的下降,铁素体的体积分数由6.19%增大至16.82%。经过较高临界温度的循环淬火(如860 ℃),耐磨钢的低温韧性得到提升,同时获得了优异的强度、硬度与耐磨性。

循环淬火工艺对低合金耐磨钢NM500组织与性能的影响

温长飞, 熊进成, 陈奎

2026, 51(8): 205-209. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.027

摘要 ( 21 )

PDF (4422KB) ( 7 )

对低合金耐磨钢NM500进行不同淬火次数(2、3、4、5、7次)的循环淬火处理+回火处理,并与常规淬火(1次)相对比,研究了循环淬火工艺对其组织和性能的影响。结果表明:通过循环淬火可有效细化试验钢中原奥氏体晶粒尺寸,随着循环淬火次数的增加,原奥氏体平均晶粒尺寸逐渐减小。与单次淬火相比,循环淬火5次以上,试验钢的原奥氏体晶粒尺寸减小了约50%。马氏体板条束和板条块的尺寸与原奥氏体晶粒密切相关,随着循环淬火次数增加,板条马氏体尺寸逐渐变小,当循环淬火次数由1次增加到5次时,马氏体板条长度由18.88 μm降至11.93 μm。相比于单次淬火,循环淬火5次试验钢的屈服强度提升了143 MPa,抗拉强度提升了98 MPa,冲击吸收能量提升了12.5 J。

适用于珠光体类耐磨钢的一种节能省时热处理新工艺

王权, 齐璘玉宇, 王子轩, 孙磊

2026, 51(8): 210-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.028

摘要 ( 19 )

PDF (2118KB) ( 24 )

为节约能源,减少环境污染,降低生产成本,缩短生产周期提高生产效率,设计出适用于珠光体类耐磨钢(ZG72Cr2MnMoVCuRE)的节能省时热处理新工艺。试验结果表明,传统热处理和节能省时热处理两种工艺处理试样的显微组织相同,均为珠光体+碳化物,且珠光体片层间距相近,硬度和冲击性能无明显差别;节能省时热处理工艺处理试样的耐磨粒磨损性能略优于传统工艺。节能省时热处理,可节约电量36.13%,缩短热处理时长22.94%,具有较好的社会和经济效益。

长期高温服役TP304H不锈钢的损伤及恢复热处理

汤鹏杰, 于永亮, 梁斌

2026, 51(8): 215-220. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.029

摘要 ( 24 )

PDF (3220KB) ( 13 )

以700 ℃服役10万小时的TP304H不锈钢管为研究对象,分析长期服役后σ相的析出对其显微组织和力学性能的影响,并讨论了固溶处理后的组织和力学性能恢复情况,探索最佳固溶处理工艺。结果表明:经过长期高温服役,单相奥氏体中析出大量σ相,导致塑性和韧性大幅降低,采用固溶处理可以恢复组织和力学性能,显微组织的变化主要体现在σ相的溶解上,其数量、大小和形状会随固溶温度、时间发生变化。固溶处理后材料的拉伸性能、冲击性能和硬度均有较好的恢复,1100 ℃×(0.5~1.0) h是最佳固溶处理工艺。

奥氏体化温度对UNS S41426钢组织与性能的影响

彭俊, 李洪亮, 向鑫, 江南崧, 万五霞, 杨煌光, 杨娥, 姚火能

2026, 51(8): 221-226. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.030

摘要 ( 21 )

PDF (3826KB) ( 15 )

以UNS S41426超级马氏体不锈钢为研究对象,对其进行不同奥氏体化温度(1025、900与850 ℃)淬火及600 ℃回火处理,借助光学显微镜、透射电镜、X射线与电子背散射衍射仪对组织及逆转变奥氏体体积分数进行分析,借助万能拉伸试验机和冲击试验机对其室温强度和-10 ℃冲击吸收能量进行测量。结果表明:不同奥氏体化淬火温度下,回火后试验钢的组织均主要是回火马氏体、逆转变奥氏体加少量渗碳体,基体中有高密度位错存在。随奥氏体化淬火温度降低,钢中逆转变奥氏体体积分数增加,850 ℃淬火温度下,最大为7.5%左右。随奥氏体化温度升高,钢的强度先降低后增加,-10 ℃冲击吸收能量呈降低趋势。850 ℃淬火+600 ℃回火后,冲击吸收能量最大为218 J,同时具有较高的强度,屈服强度和抗拉强度分别为731和854 MPa。

440C钢大长径比滑阀精密偶件热处理工艺优化及畸变控制

王玲玲, 曹尚武, 谢勇, 梁瑞敏, 商怡, 廖翔, 黄龙, 邹爱华

2026, 51(8): 227-233. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.031

摘要 ( 18 )

PDF (3564KB) ( 5 )

440C钢大长径比滑阀精密偶件在加工过程中因特殊结构及难加工材料特性易产生畸变。系统分析了调质处理、去应力及最终热处理优化对工件精度的影响规律。试验表明,引入调质处理可改善组织均匀性,可有效降低总长畸变量至0.14 mm,并改善残余应力分布;增加去应力使残余应力分布变得均匀,将跳动畸变控制在0.02 mm左右;改变淬火气冷压力可更有效控制零件畸变,对工艺优化的影响更为显著。

回火温度对04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢组织与性能的影响

王九花, 石如星, 李洁, 殷立涛, 张博, 元亚莎

2026, 51(8): 234-238. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.032

摘要 ( 36 )

PDF (3199KB) ( 18 )

为满足500 MW级大容量冲击式水电机组大型转轮的使用需求,对04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢锻件进行940 ℃正火及不同温度(520、550、590、610、630和650 ℃)的回火处理,利用光学显微镜观察其微观组织,通过拉伸试验机、冲击试验机和硬度计测试了其性能,采用扫描电镜观察冲击断口形貌确定其断裂机制。结果表明:随着回火温度的升高,板条马氏体逐渐转变为逆转变奥氏体,且逆转变奥氏体含量呈先增后降的趋势;当回火温度为610 ℃时,逆转变奥氏体含量最多。随回火温度的升高,钢的硬度和强度总体均呈先降低后升高的趋势,冲击吸收能量则先升后降。回火温度为550 ℃时,试验钢具有良好的综合力学性能,此时抗拉强度达到805 MPa、冲击吸收能量达到312 J。520~650 ℃回火温度范围内,04Cr13Ni5Mo钢的冲击断口均以韧窝为主,属于典型的韧性断裂。

正火温度对高韧性特厚SA516GR70钢组织与性能的影响

庞周怡, 陆春洁, 曲锦波, 李润杰

2026, 51(8): 239-244. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.033

摘要 ( 23 )

PDF (3474KB) ( 11 )

采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸及冲击试验机等,研究了正火温度及加速冷却对100 mm厚SA516GR70钢组织与性能的影响。结果表明:与轧态相比,正火后铁素体晶粒明显细化,珠光体由大块连续带状分布变为细小团状断续分布,钢板的强韧性显著提高;随着正火温度从860 ℃升高至920 ℃,铁素体晶粒逐渐粗化并趋于等轴化,体积分数减小,珠光体带状特征逐渐减弱,体积分数增加;钢板1/4厚度处的屈服强度逐渐降低,抗拉强度先降低后升高,1/2厚度处的屈服强度与抗拉强度均降低,冲击吸收能量先升高后降低,在880 ℃正火时强韧性最佳。正火后加速冷却+回火处理,钢板组织进一步细化,珠光体呈团状弥散分布,进一步提高了钢板的强韧性,且钢板的强韧性效果随厚度位置向心部移动而逐渐减弱。

退火工艺对钛铝复合板界面组织与性能的影响

雷翰浩, 吴江涛, 高瑞博, 徐鹏, 余伟

2026, 51(8): 245-254. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.034

摘要 ( 21 )

PDF (7863KB) ( 9 )

对500 ℃钛板与200 ℃铝板进行异温轧制,得到钛铝复合板,然后进行不同温度(350、400、450和500 ℃)和时间(1、2和4 h)的退火处理,研究了退火工艺对钛铝复合板的界面组织、元素扩散和力学性能的影响。结果表明:退火温度的升高或退火时间的延长对钛铝复合板界面元素扩散及界面再结晶均有促进作用;350 ℃退火2 h后的剪切强度最高,达到了115.2 MPa,拉剪断口出现在强度更低的铝基体上,说明界面剪切强度应该远高于实测值。过量金属间化合物对于界面结合性能有恶化作用,最佳的退火工艺建议为:400 ℃或450 ℃保温2 h后空冷。

热处理对Ti65钛合金显微组织及力学性能的影响

李曼, 叶森林, 王晓巍, 王德勇, 李东宽, 蔡森, 车安达

2026, 51(8): 255-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.035

摘要 ( 25 )

PDF (4112KB) ( 11 )

对锻态Ti65合金分别进行直接时效以及固溶时效处理,研究了热处理制度以及固溶处理冷速对显微组织和力学性能的影响。结果表明,锻态试样与直接时效处理试样的拉伸性能均未达到技术要求。此外,直接时效处理对Ti65合金的显微组织无明显影响,合金中仍保留大量α_p相。固溶时效处理后,Ti65合金的拉伸性能、高温持久性能和蠕变性能满足技术指标,且固溶处理冷速显著影响合金的显微组织、拉伸性能、高温持久性能和蠕变性能。随着固溶处理冷速的增加(空冷→风冷→油冷),双态组织中β转变组织内部的片层次生α相厚度显著减小,初生α相体积分数略有下降,导致合金的拉伸强度显著提升。此外,Ti65合金风冷试样的高温持久性能和蠕变性能最优。经1023 ℃×2 h(风冷)+700 ℃×4 h(空冷)的固溶时效处理后,Ti65合金具有最优的综合力学性能。

高强钛合金热处理工艺的研究进展

张伦, 冯运莉, 刘国龙

2026, 51(8): 262-269. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.036

摘要 ( 24 )

PDF (4980KB) ( 11 )

高强钛合金广泛应用于航空航天及其他先进工程领域承力构件,承受较大的载荷和较强的温度波动,要求其具有良好的强塑性协同。热处理工艺通过调控微观组织结构,可实现高强钛合金强塑性的协同提升。本文综述了退火处理、固溶时效处理、双级时效处理、热变形处理和表面处理对高强钛合金强度和塑性的协同提升,并展望了未来研究的方向为:工艺成本控制、跨尺度动态表征技术开发及新型合金热处理方案的计算机模拟优化。

试块厚度对Ti-4Al-5Mo-5V-6Cr-1Nb钛合金组织与力学性能的影响

杨平, 胡生双, 高晓颖, 颜家维, 周姗姗, 吴海峰

2026, 51(8): 270-273. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.037

摘要 ( 22 )

PDF (2716KB) ( 6 )

研究了不同试块厚度(30、80、120 mm)对Ti-4Al-5Mo-5V-6Cr-1Nb钛合金的组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明,不同试块厚度的Ti-4Al-5Mo-5V-6Cr-1Nb钛合金经相同固溶和时效处理后,可见明显的原始β晶界,晶界平直,晶内不存在初生α相,晶粒尺寸较为均匀,约250 μm,组织由针状次生α相与残留β相组成。随着钛合金试块厚度从30 mm增加到120 mm,抗拉强度逐渐降低,而伸长率和断面收缩率逐渐提高。该合金最大热处理厚度为120 mm,在此厚度条件下,抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为1304 MPa、1262 MPa、8.5%和12.8%。不同试块厚度钛合金的断裂韧度都满足指标要求,厚度为120 mm时,断裂韧度最高达到73.2 MPa·m^1/2。断裂韧度试样裂纹源区都起源于加工缺口,裂纹前端较为平坦,呈放射条纹形貌。当试块厚度增加后,断裂韧度试样断口的韧窝明显变大和变深,裂纹扩展更加曲折,表现为韧性的增强。

固溶温度及冷却方式对Ti662合金组织、织构以及冲击性能的影响

张晋, 张明玉, 王军, 翟欣姣

2026, 51(8): 274-280. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.038

摘要 ( 18 )

PDF (3601KB) ( 8 )

系统研究了Ti662合金在不同固溶处理条件(温度、冷却方式)下的组织演变、织构特征及冲击性能。结果表明:在α+β两相区(920 ℃)固溶处理时,水冷及空冷均会形成双态组织,二者初生α相特征相似,但水冷试样呈现更强的T型织构。在β单相区(960 ℃)固溶处理后,水冷和空冷均形成粗大原始β晶粒与连续晶界α相,但空冷使晶内次生α相粗化,且水冷试样表现出更显著的R型织构。物相分析显示,水冷试样含α相、α′相和α″相,而空冷试样主要含α相和β相。两相区固溶并空冷处理试样的冲击性能表现最优,冲击吸收能量达26 J,断口呈现典型韧窝特征;相比之下,单相区固溶处理的试样以解理断裂为主,仅见少量浅小韧窝。

热挤压工艺对TB17钛合金组织与性能的影响

李凯, 林海, 袁颖菁, 季显坤, 方爽

2026, 51(8): 281-287. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.039

摘要 ( 19 )

PDF (5113KB) ( 8 )

对TB17钛合金进行不同温度(850、910 ℃)挤压及(α+β)两相区固溶时效处理,并对其挤压态组织及固溶时效后的组织和性能进行了分析,研究了热挤压工艺对其组织与性能的影响。结果表明:挤压温度越高,晶粒尺寸越粗;挤压棒材稳定段外缘至心部等效应变呈非线性递减,挤压等效应变越小,晶粒尺寸越大。固溶时效态棒材各区域均为网篮组织,不同温度挤压棒材的各区域粗片状初生α相含量较为接近;外缘次生α相相比于心部更细小密集,致使外缘拉伸强度高于心部,而塑性低于心部。挤压棒材拉伸性能与β晶粒尺寸无明显关联规律,时效析出的细片层状次生α相尺寸是决定强塑性的主导因素。断裂韧度K_IC值与强度呈负相关,而与塑性呈正相关关系,高的K_IC值对应更大的晶粒尺寸和更粗的次生α相。

固溶冷却速率对Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织与性能的影响

王永红, 吕正风, 郑铖, 王经涛, 黄同瑊, 于继海, 赵晓红, 赵俊才

2026, 51(8): 288-293. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.040

摘要 ( 25 )

PDF (5032KB) ( 14 )

采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、电导率仪和硬度计等探究了不同固溶淬火冷却速率对Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织与性能的影响。结果表明,在固溶后冷却速率最快的水冷条件下,并未观察到MgZn₂平衡相的析出,显微组织中晶粒的晶界清晰可见,而在其他慢速率淬火条件下,由于大量MgZn₂平衡相在晶界和晶内的Al₃Zr粒子上形核析出,导致晶粒晶界不清晰,并且随着平衡相的粗化长大,晶界处无沉淀析出带逐渐变宽。此外,固溶后随着淬火冷却速率的逐渐减小,合金的导电率增大,而显微硬度则呈先减小再增加的趋势。

时效处理对Al-Mg-Si-RE挤压态铝合金各向异性的影响

张野, 吴成杰, 陈明, 林泽楷, 胡振光

2026, 51(8): 294-300. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.041

摘要 ( 24 )

PDF (5496KB) ( 10 )

采用拉伸试验机、SEM、EBSD等方法研究了时效处理工艺对Al-Mg-Si-RE挤压态铝合金的力学性能、晶粒组织和各向异性的影响。结果表明,经550 ℃固溶+170 ℃时效处理后的试样在挤压方向(0°)上的抗拉强度为432 MPa,屈服强度为362 MPa。织构是导致板材各向异性的主要原因,经不同温度时效处理后,合金中不同含量的织构数量表现出不同的力学性能各向异性行为,45°方向上的力学性能均低于0°与90°方向。根据IPA值能较好地预测板材屈服强度的各向异性。时效会使板材的各向异性增强。经时效处理后的挤压态铝合金拉伸断口在0°、90°方向均出现大量的韧窝,呈现韧性断裂。

G20Cr2Ni4A钢制轴承滚子碳氮共渗工艺优化

孙艳平, 王秉楠, 贾玉鑫, 王世统, 冯纪伟

2026, 51(8): 301-305. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.042

摘要 ( 28 )

PDF (3393KB) ( 10 )

G20Cr2Ni4A钢制轴承滚子通常采用渗碳＋高温回火＋碳氮共渗＋冷处理＋低温回火的工艺路线,存在质量控制环节较多、生产周期较长、生产成本较高的问题。基于此,对传统工艺流程进行了优化,设计了渗碳过程中后期直接进行碳氮共渗＋冷处理＋低温回火的工艺流程,并对两个工艺处理滚子的显微组织、氮浓度分布、淬硬层深度、摩擦磨损性能和疲劳性能进行了检测,对比分析两种工艺流程的优劣。结果表明:G20Cr2Ni4A钢制轴承滚子经优化后的工艺处理后,其硬度、硬化层深度与传统工艺相近。相比传统工艺,优化工艺处理滚子的表面氮含量稍高、氮化物尺寸更小、形态多为粒状,且分布更加均匀,淬硬层针状马氏体组织得到细化,残留奥氏体分布更加均匀。因此,其摩擦磨损性能和接触疲劳性能优于传统工艺,滚子使用寿命得到提高。另外,优化后的工艺相比传统工艺,因减少了高温回火和单独碳氮共渗工序,工艺周期可缩短13 h,实际生产周期可缩短1~2天。

退火时间对Fe-12Mn-10Al-1C低密度钢组织与性能的影响

米闯, 杨明维, 孙常宇, 冯运莉

2026, 51(8): 306-311. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.043

摘要 ( 21 )

PDF (6076KB) ( 7 )

以Fe-12Mn-10Al-1C奥氏体-铁素体双相低密度冷轧钢板为研究对象,并通过扫描电镜(SEM)、电子背散射(EBSD)技术、能谱仪(EDS)和电子万能试验机系统研究了在1000 ℃退火条件下不同保温时间对其微观组织演化及力学性能的影响规律。结果表明:随退火时间增加,奥氏体相体积分数增加,平均晶粒尺寸增大,且奥氏体晶粒内部形成退火孪晶以及奥氏体与铁素体相边界VC颗粒析出。同时,条带状δ铁素体逐渐转变为不连续分布,其破碎化程度随退火时间增加而提高。经1000 ℃退火保温3 min处理的试样展现出最优异的综合力学性能,即屈服强度为1048 MPa,抗拉强度为1289 MPa,伸长率为34.5%,强塑积达到44.5 GPa·%。

退火工艺对纯钽组织、织构与硬度的影响

吴昊, 肖胜, 贾志强

2026, 51(8): 312-315. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.044

摘要 ( 24 )

PDF (2445KB) ( 6 )

为明确纯钽退火过程中组织、织构的演变规律,对纯钽进行周向轧制,随后分别进行低温长时退火(1000 ℃×120 min)和高温短时退火(1200 ℃×30 min)处理,利用扫描电镜、电子背散射衍射技术和维氏硬度计对其组织、织构及硬度进行表征。结果表明:通过周向轧制技术能够获得均匀分布的{100}和{111}变形织构;高温短时退火处理后,纯钽晶粒粗大,并形成了强烈的{111}织构,占比达70.9%,但经低温长时退火处理后,纯钽晶粒细小,{100}与{111}织构分布均匀,占比分别为25.8%和12.2%。相比高温短时退火处理,低温长时退火处理后纯钽的平均硬度值提高12.9%。

304不锈钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi/CeO₂复合涂层的组织与性能

李梅英, 李元东, 曹驰, 牛显明, 李乐, 王川

2026, 51(8): 316-324. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.045

摘要 ( 23 )

PDF (6079KB) ( 9 )

利用激光熔覆技术在304不锈钢表面成功制备出掺杂不同含量(0%、1%、2%和3%)CeO₂的AlCoCrFeNi/CeO₂高熵合金复合涂层,并对其物相结构、微观形貌和耐磨耐蚀性能进行了表征。结果表明:所有涂层均由BCC相和FCC相组成,掺杂CeO₂使AlCoCrFeNi涂层晶粒发生细化,CeO₂添加量为2%时,晶粒细化最明显,添加量为3%时,晶粒略有粗化。随CeO₂添加量增加,AlCoCrFeNi/CeO₂高熵合金涂层的耐磨性和耐蚀性均呈现出先增加后降低的趋势。CeO₂添加量为2%时,涂层性能最优,显微硬度为573 HV0.2,磨损率为1.49×10^-7 g·N^-1·m^-1,自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.317 V和5.01×10^-7 A·cm²。

激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金涂层的组织与性能

张帅, 陈乐, 吴思源, 陈嘉琪, 戴万祥, 刘海波

2026, 51(8): 325-331. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.046

摘要 ( 28 )

PDF (2809KB) ( 7 )

采用激光熔覆技术在304不锈钢基材上制备了CoCrFeNiTi高熵合金涂层,结合X射线衍射、扫描电镜及能谱分析表征物相组成与微观结构,并系统测试了显微硬度、摩擦磨损性能及在3.5%NaCl与0.05 mol/L H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明,涂层主要由面心立方(FCC)固溶体构成,并伴随少量第二相结构,显微组织呈现明显的梯度变化特征,涂层区域以细小晶粒为主,界面区域发生明显元素互扩散,形成良好的冶金结合界面。涂层显微硬度为700~790 HV0.5,显著高于基体,磨损率为1.11×10^-9 g/(N·m),较基体降低约50%,摩擦因数稳定在0.213左右。在3.5%NaCl溶液中,涂层试样的自腐蚀电流密度降至2.508×10^-7 A/cm²,表现出较低的腐蚀速率;在0.05 mol/L H₂SO₄溶液中,涂层试样的自腐蚀电位较中性环境正移约35 mV,表明其在酸性条件下仍具有一定的电化学稳定性。性能提升主要归因于激光熔覆过程中形成的细晶组织、多主元固溶体效应以及元素均匀分布所带来的协同强化作用。

热处理原理与工艺的教学“五步法”

熊志平, 李硕, 刘鸿硕, 王迎春, 程兴旺

2026, 51(8): 332-334. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.047

摘要 ( 26 )

PDF (1227KB) ( 15 )

热处理作为材料科学与工程等专业的核心课程,由于涵盖相变原理和热处理工艺,既涉及理论又涉及工程应用,如何帮助学生更深入地理解相变原理、更系统地掌握和运用热处理工艺是目前面临的一个难题。本文提出了“需求分析-相变模拟-工艺设计-性能验证-方案优化”的热处理原理与工艺教学“五步法”,通过多样化需求的教学和练习,有助于学生系统和灵活地掌握知识点,提高其热处理原理与工艺的专业水平。以中国大学生机械工程创新创意大赛——材料热处理创新创业赛的决赛题目为例,通过设计合金(如航空轴承钢30Cr15Mo1N)的热处理工艺规范和技术要求,一方面应用了退火、淬火和回火的热处理工艺知识,另一方面应用了固态相变原理、理解了热处理过程中所发生的相变和微观组织演变。

AI赋能下工程实践课程“赛-教-奖融合”新模式探索——以材料热处理创新创业赛为例

孙世臣, 陈瑞润

2026, 51(8): 335-338. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.048

摘要 ( 19 )

PDF (887KB) ( 8 )

培养数字化工艺设计能力的复合型人才是新时代人才培养的重要目标。为解决热处理教学中课程与实践、理论与产业脱节的痛点,基于建构主义提出一种AI赋能的“竞赛-教学-奖励”融合教学模式。该模式通过“以赛促教”与“奖优促学”,将高水平竞赛真题转化为课程实训案例。数字化技术有效降低了热处理过程中复杂相变理论的认知门槛,突破了传统工艺设计的固化思维。该改革有助于提升学生解决复杂工程问题的创新素养,为新工科背景下数字化人才培养提供了有效范式。

30CrMnSi钢螺钉断裂原因分析

崔景博, 邓振宇, 汪凌波, 殷鹏, 卢振国, 亢飞

2026, 51(8): 339-343. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.049

摘要 ( 28 )

PDF (5113KB) ( 43 )

采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计等对某产品用30CrMnSi钢螺钉断裂原因进行了分析。结果表明:断裂螺钉断口呈沿晶断裂形貌,可见“鸡爪纹”特征及二次裂纹,为典型氢脆延迟断裂特征。组织及硬度分析表明,存在3.0级带状偏析,且整体硬度偏高,显微硬度分布不均。结合该螺钉生产工艺流程,推测其断裂原因主要为镀锌工艺渗氢后除氢处理不充分,同时材料硬度偏高和组织不均匀共同导致氢脆延迟断裂。

40Mn2钢链片调质裂纹失效分析

刘高峰

2026, 51(8): 344-348. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2026.08.050

摘要 ( 25 )

PDF (2230KB) ( 14 )

通过直读光谱仪、金相显微镜和扫描电镜对采用锻造余热淬火、回火后40Mn2钢链片中产生的裂纹缺陷进行原因分析。结果表明,40Mn2钢链片化学成分满足标准要求,裂纹处及其附近非金属夹杂物较少,显微组织为调质组织1级,原奥氏体晶粒度5级。裂纹两侧均未见明显脱碳现象,为典型的淬火裂纹。链片采用锻造后余热淬火,锻造变形量不足以细化晶粒,热处理后存在局部混晶,晶粒粗大,叠加新更换的淬火介质冷却速度过快的综合作用,最终导致淬火裂纹。为了防止40Mn2钢链片产生此类淬火裂纹,应提高锻造比、选择合适的热处理工艺及匹配的淬火介质,并在批量生产前进行小批量试淬作业。

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