金属热处理

刘朝辉, 曹炜鹏, 李杰, 冯运莉

2025, 50(4): 1-8. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.001

摘要 ( 26 )

PDF (7940KB) ( 13 )

采用真空电弧熔炼法制备了Al₁Fe₄₉Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀、Al₁Fe_48.5Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀C_0.5、Al₁Fe_48.475Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀C_0.5B_0.025 3种成分的高熵合金,再经热轧、均匀化退火、冷轧和700 ℃退火30 min处理,采用XRD、EBSD和万能试验机研究C、B间隙原子对高熵合金微观组织和力学性能的影响。结果表明, C、B间隙原子的添加使高熵合金在热轧+均匀化退火后的晶粒尺寸变小,在700 ℃退火后的再结晶程度降低,组织中位错密度和小角度晶界含量增加,降低了退火孪晶的形成能力。B元素的添加强化了晶界,增加了晶界内聚力,降低了变形过程中晶间断裂的概率,提升了塑性,使Al₁Fe_48.475Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀C_0.5B_0.025合金表现出优异的强塑积,达42.11 GPa·%。

BCC/B2基难熔高熵合金的组织与性能研究进展

王镇华, 刘海洋, 王瑞, 高直, 唐丽娜, 王清

2025, 50(4): 9-18. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.002

摘要 ( 16 )

PDF (2682KB) ( 10 )

难熔高熵合金是由高熔点的前过渡族元素混合而成的具有简单晶体结构的复杂成分合金。从其成分特点出发,将难熔高熵合金体系进行分类,详细综述了其成分、相组成、组织特性、性能(力学性能和功能性)。大多数难熔高熵合金以BCC/B2为基,具有优异的力学性能、良好的抗辐照性能、抗氧化性能、阻尼性能以及含能特性等,表现出作为结构功能一体化材料应用的巨大潜力,有望在核反应堆、航空航天、能源化工、机械电子等领域得到应用。尤其是一些难熔高熵合金具有高熔点、优异的高温组织稳定性和高温力学性能,展现出巨大的高温应用价值。此外,针对难熔高熵合金所面临的主要问题和挑战,对其发展和应用前景进行了展望。

激光功率对CrCoFeNiMoSi_1.2B_1.1高熵合金激光熔覆涂层微观组织及耐蚀性的影响

蒋赛男, 解芳, 翟长生, 张玺, 张欣

2025, 50(4): 19-27. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.003

摘要 ( 11 )

PDF (4992KB) ( 7 )

研究了激光功率对CrCoFeNiMoSi_1.2B_1.1高熵合金(HEA)涂层的显微组织及耐蚀性的影响。结果表明,不同功率下涂层均为单一FCC结构,涂层截面可分为基体、热影响区、熔合区和HEA涂层区,熔合区在激光功率为2600 W时呈致密柱状晶和等轴晶组成的混晶结构,在激光功率为2200 W和3000 W时为细密等轴晶,HEA涂层为枝晶结构,且Mo在枝晶内富集。当激光功率为2600 W时,涂层的FCC相有着更好的结晶度和更少的晶界/晶格缺陷,且具有更低的自腐蚀电流密度(2.40 μA/cm²),更高的自腐蚀电位(-0.2760 V),更大的阻抗模值(34 713.63 Ω·cm²)和电荷转移电阻(3.22×10⁴ Ω·cm²),表现出更为卓越的电化学腐蚀性能。这可归因于涂层具有更高的结晶度、更少的晶界/晶格缺陷、更致密的结构和钝化膜以及单一FCC固溶相的综合作用。

球磨工艺和退火处理对机械合金化制备FeCrNiMo高熵合金粉末微观结构的影响

伽亮亮, 张金伟, 赵奔奔, 张曼

2025, 50(4): 28-33. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.004

摘要 ( 8 )

PDF (4044KB) ( 4 )

采用机械合金化制备FeCrNiMo高熵合金粉末,研究了球磨过程控制剂添加量、球磨时间和退火处理对FeCrNiMo高熵合金粉末的制备和其微观结构的影响。结果表明,在球磨过程中加入适量质量分数的无水乙醇可以提升高熵合金粉末经机械合金化后的出粉率。随着球磨时间的延长,衍射峰峰位出现偏移,峰形变宽,高熵合金粉末发生冷焊现象。当球磨50 h时,峰形基本不再发生改变,高熵合金粉末颗粒分布较均匀,且具有较好的细化效果。FeCrNiMo高熵合金粉末经400、500和600 ℃退火1 h后,粉末相组成未发生改变,仍由FCC+BCC相组成。随着退火温度的继续升高,高熵合金粉末中析出Co₇Mo₆和Mo_1.24Ni_0.76相,且粉末颗粒团聚增大。

热处理对Fe₃₅Mn₃₅Ni₁₀Cr₁₀Al₁₀高熵合金显微组织和硬度的影响

白莉, 刘蒙恩, 王方丽, 彭莉

2025, 50(4): 34-39. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.005

摘要 ( 12 )

PDF (3138KB) ( 7 )

通过真空电弧熔炼制备了Fe₃₅Mn₃₅Ni₁₀Cr₁₀Al₁₀高熵合金,并对其进行了1200 ℃×2 h固溶和600 ℃×4 h时效处理。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和显微硬度计对高熵合金的微观组织结构和硬度进行了测试。结果表明,Fe₃₅Mn₃₅Ni₁₀Cr₁₀Al₁₀高熵合金铸态组织为树枝晶,晶内为FCC相,枝晶间为BCC相,且在BCC相区均匀分布大量的B2相纳米粒子。在1200 ℃固溶2 h后,高熵合金组织由树枝晶转变为等轴晶,晶内为有序的B2相,仅在晶界处存在少量的FCC相。继续在600 ℃时效4 h后,B2相向FCC相转变导致高熵合金中B2相体积分数减小,并且在B2相区内析出α-Mn结构的椭球状纳米粒子。大量B2相以及α-Mn结构的椭球状纳米粒子的出现分别提高了Fe₃₅Mn₃₅Ni₁₀Cr₁₀Al₁₀高熵合金固溶态和时效态的硬度,分别为419和517 HV0.5,相较于铸态硬度分别提高了51%和86%。

稀土Ce对低合金耐磨钢组织与性能的影响

孙建昌, 牛泽鹏, 穆鸿敏, 武卓杰, 马国强, 于彦冲, 韩建超

2025, 50(4): 40-47. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.006

摘要 ( 14 )

PDF (6161KB) ( 7 )

以ZG25CrNiMo低合金耐磨钢为研究对象,制备了不含Ce与含0.021%Ce的两组试验钢。首先研究淬火温度对硬度的影响,以确定最佳热处理工艺;随后研究稀土Ce对试验钢中夹杂物、显微组织、冲击性能和耐磨性的影响并分析其作用机理。结果显示,ZG25CrNiMo低合金耐磨钢最佳热处理方案为980 ℃×1 h正火+675 ℃×1 h回火+970 ℃×1 h水淬+205 ℃×1 h回火。与未添加Ce相比,添加0.021%Ce后,试验钢中夹杂物由形状不规则且尺寸较大的Al₂O₃和MnS夹杂物改性为小尺寸、球形的Ce₂O₂S稀土夹杂物。热处理后试验钢的硬度由512 HV0.1提升至538 HV0.1;单位面积内马氏体板条群增多,马氏体板条束宽度由0.50 μm降至0.36 μm;试验钢－40 ℃冲击吸收能量由20.7 J提升至32.0 J,25 ℃冲击吸收能量由31.3 J提升至44.7 J,冲击性能显著增加;120 min冲击磨损失量由660 mg降至550 mg。磨损后试样表面犁沟深度变浅,剥落坑占比显著降低,耐磨性提升20%。稀土Ce对低合金耐磨钢ZG25CrNiMo夹杂物的改善及显微组织的细化是试验钢冲击性能及耐磨性提升的主要原因。

Nb、V微合金化Q355B钢的组织与性能

张立冰, 程陆凡, 陈昊, 石全强, 严伟, 罗贯虹, 李瑞平, 王威

2025, 50(4): 48-54. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.007

摘要 ( 9 )

PDF (4385KB) ( 5 )

研究了Nb、V微合金化对正火态、淬火态和回火态Q355B钢微观组织与力学性能的影响。结果表明,Nb、V微合金化后,试验钢奥氏体晶界处存在未完全溶解的球状MC碳化物,这些碳化物钉扎奥氏体晶界,阻碍高温下奥氏体晶界的运动,有效地细化了900 ℃正火和900 ℃淬火态试验钢的原始奥氏体晶粒。另外,Nb、V微合金化增加了淬火态试验钢中马氏体的比例,提高了淬透性。经900 ℃淬火和450~530 ℃回火后,试验钢的强度随回火温度的升高呈现先增加后降低的趋势,而延伸率始终保持在25%以上,且回火温度为480 ℃时的强度最高。结合微观组织和力学性能分析结果确定480 ℃为最佳回火温度,该温度下Fe₃C碳化物在马氏体基体内均匀弥散分布,显著增强了析出强化效应。此外,Nb、V微合金化进一步优化了Q355B钢的组织结构,促进了棒状MC型碳化物的析出。在480 ℃回火后,Q355B钢和Nb-V-Q355B试验钢的屈服强度分别达到469 MPa和582 MPa,延伸率分别为26.5%和25.0%。由此可见,Nb、V 微合金化在确保良好塑性的同时,使屈服强度提升了113 MPa。

汽车齿轮渗碳钢热处理过程中的晶粒长大和不均匀性原位观察

钟正根, 莫家璇, 刘红亮, 张瑞, 胡海江, 张志成, 袁清

2025, 50(4): 55-64. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.008

摘要 ( 7 )

PDF (18218KB) ( 4 )

采用高温激光共聚焦显微镜对两种不同成分汽车齿轮渗碳钢20CrMnTi在正火-伪渗碳过程中的奥氏体晶粒长大进行原位观察研究,从奥氏体晶粒长大和晶粒不均匀性因子以及第二相颗粒分布来揭示正火-渗碳工艺下的组织演变规律。结果表明,正火-伪渗碳热处理过程中,Nb-Ti-Mo钢奥氏体晶粒尺寸始终要小于Ti-Mo钢,且奥氏体晶粒尺寸不均匀性因子也始终小于Ti-Mo钢,这与其中的(Nb, Ti, Mo)(C, N)颗粒具有较好的抗熟化作用有关。另外,两种钢的奥氏体晶粒尺寸不均匀性因子均随着正火和伪渗碳保温时间的延长而逐渐增大,但伪渗碳过程的奥氏体晶粒尺寸不均匀性因子要略大于正火过程。此外,在伪渗碳阶段,Nb-Ti-Mo钢奥氏体晶粒尺寸不均匀性因子发生急剧增大的情况要晚于Ti-Mo钢。相比于保温时间,奥氏体晶粒尺寸对温度具有更高敏感性,温度的波动容易造成晶粒的明显长大。

国内外高Mo型压铸模具钢的研究现状

杨少朋, 赵爱军, 张炎杰, 王可印, 许晶晶, 张经纬

2025, 50(4): 65-71. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.009

摘要 ( 7 )

PDF (1109KB) ( 5 )

高Mo型压铸模具4Cr5Mo2V钢是高端进口压铸模具Dievar钢的国产化钢种,基于前期研究人员对该类钢种的研究,总结了该类压铸模具钢的化学成分对组织及性能的影响,最佳热处理工艺选择,退火、淬火及回火过程中碳化物的析出演变机理。同时,提出后续应在碳化物相互作用机制和微合金化作用机理上进一步开展研究。

0.5%Mo添加对NM400级耐磨钢组织性能的调控

马瑞杰, 许立雄, 张毅, 皮昕宇

2025, 50(4): 72-79. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.010

摘要 ( 5 )

PDF (7491KB) ( 3 )

通过光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和JMatPro软件模拟,系统研究了添加0.5%Mo对NM400级耐磨钢微观组织演变、相变行为及力学性能的作用机制。研究表明,钼元素的引入显著提升了试验钢的淬透性,促使材料在较低冷速下即可形成板条马氏体组织。随着M₂C型碳化物析出量的增加,分级组织结构得到显著细化,从而协同强化了晶粒细化和固溶强化的效果。相较于未添加钼的0Mo钢,含0.5%Mo的试验钢在保持良好塑性的同时,其屈服强度和抗拉强度分别提升至996.6 MPa和1350.0 MPa,但断裂总延伸率略有下降。

Ag、Sc联合微合金化对Al-Cu-Li合金组织及高温性能的影响

郝时嘉, 李国爱, 刘惠, 罗开军, 陈宗强, 李占强

2025, 50(4): 80-84. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.011

摘要 ( 6 )

PDF (3040KB) ( 5 )

通过250 ℃、300 ℃下的力学性能测试和显微组织分析,研究了Ag、Sc元素微合金化对Al-Cu-Li合金组织和高温性能的影响。结果表明:Ag、Sc元素联合微合金化的Al-Cu-Li合金在250 ℃下拥有较高的高温力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为340 MPa、297 MPa和11.1%;用Sc代替Ag微合金化时Al-Cu-Li合金在300 ℃下拥有优异的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为325 MPa、292 MPa和9.3%。250 ℃时,高温稳定强化相T₁相在晶界和晶内的大量析出是提高Al-Cu-Li合金的高温强度的主要原因。Ag、Sc联合微合金化会细化Al-Cu-Li合金晶粒,用Sc代替Ag微合金化后,Al-Cu-Li合金铸态组织得到进一步细化,细化的晶粒更有利于再结晶,高温保温促进再结晶晶粒粗化,二次中温热轧使再结晶晶粒再次变形,使合金在300 ℃下拥有较好的高温强塑性匹配。

C、N含量对NS1402耐蚀合金晶间腐蚀性能的影响

舒玮, 谷宇

2025, 50(4): 85-88. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.012

摘要 ( 6 )

PDF (2069KB) ( 3 )

研究了不同C、N含量对NS1402合金晶间腐蚀性能的影响。结果表明,NS1402合金试样经675 ℃和750 ℃敏化处理后的微观组织中无析出物产生。675 ℃敏化条件下,当N含量小于0.01%时,降低C含量对合金晶间腐蚀速率的影响较小。敏化温度升高至750 ℃后,C、N含量均在0.01%以上的晶间腐蚀试样表现出较为严重的腐蚀特征,平均腐蚀率为0.03 mm/月,腐蚀深度达24 μm。C、N含量降低至0.01%以下后,合金在750 ℃敏化条件下表现出优良的耐晶间腐蚀性能,平均腐蚀率只有0.01 mm/月。

高强度奥氏体不锈钢中析出相的热力学计算与试验分析

俞占扬, 信瑞山, 曹晨星, 王建强, 姚斌, 王利伟, 赵吉庆

2025, 50(4): 89-94. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.013

摘要 ( 5 )

PDF (2909KB) ( 3 )

基于Thermo-Calc热力学软件计算了新型高强度奥氏体不锈钢的平衡相图及析出相中元素含量变化,同时结合SEM和TEM分析方法,对固溶处理试验钢中析出相类型进行判定,并计算了钢中C、Nb、V、N、Ni、Mo、Cr和Mn元素含量变化时析出相的析出温度和析出量。结果表明,经固溶处理后,新型高强度奥氏体不锈钢中析出相主要为大尺寸棒状析出相和细小球状析出相,均为Z相。Z相主要受C、Nb、V、N元素的影响,随C、V含量增加,Z相析出温度降低;随Nb、V含量增加,其析出量增加;随着N含量增加,Z相析出量降低。Ni、Mo、Cr和Mn元素对Z相的析出影响较小。综合考虑元素在材料中的固溶强化、析出强化作用和对晶界腐蚀的影响,在成分范围内,C、Nb和N元素是试验钢成分优化的重点。

新型低合金铁素体低温钢的连续冷却转变行为

陈立, 高建文, 张可, 魏宏宇, 张明亚

2025, 50(4): 95-100. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.014

摘要 ( 4 )

PDF (5506KB) ( 3 )

采用Gleeble-3800热模拟机、OM和Vickers硬度计等手段,通过热膨胀法和金相-硬度法,研究了冷却速度对低合金铁素体低温钢组织、硬度及相变行为的影响,并绘制了低温钢的连续冷却转变曲线。结果表明,当冷速为0.1~1 ℃/s时,低温钢的组织为铁素体、珠光体以及贝氏体,且贝氏体含量随冷速增加不断增大,低温钢的硬度也由166 HV0.5增加至217 HV0.5;当冷速为3~15 ℃/s时,过冷度的增大抑制了先共析铁素体转变,铁素体含量减少,低温钢的组织为铁素体和贝氏体,且组织细小均匀,低温钢的硬度不断增大,升高至224~243 HV0.5;当冷速为20~40 ℃/s时,较大的过冷度使得过冷奥氏体发生马氏体转变,此时低温钢的组织为铁素体和贝氏体以及少量的马氏体,显微硬度继续增大,当冷速为40 ℃/s时,硬度达到最大值290 HV0.5。综合考虑塑韧性和硬度,新型低合金铁素体低温钢的最佳控冷区间为3~15 ℃/s。

V(C, N)在钒微合金钢中析出行为的热力学计算与试验分析

孙希庆, 刘全彬, 李秋魁, 杨波, 李春诚

2025, 50(4): 101-105. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.015

摘要 ( 5 )

PDF (2274KB) ( 4 )

利用FactSage软件进行热力学计算、制备添加和不添加0.05%V的试验钢,并使用扫描电镜和显微硬度计,研究了钒微合金钢中V(C, N)的析出规律。计算结果表明,随着V含量的增加,V(C, N)相析出量逐渐增加,V含量超过0.02%以后,V(C, N)相初始析出温度增加并不明显。经950 ℃淬火和550 ℃回火处理后,试验测得0.05%V微合金试验钢中V(C, N)相析出量最大,硬度达到最大值。随着模拟卷取温度降低,0.05%V试验钢硬度先增再降最后增大,硬相马氏体组织增加,但V(C, N)相析出量先增大后减少,400 ℃析出量达到峰值,可见试验钢的硬度受组织特征和析出相的共同影响。

700 ℃长期时效对GH4706合金组织及力学性能的影响

黄嘉良, 徐烨玲, 侯翔益, 王冲, 段然, 黄烁, 廉心桐

2025, 50(4): 106-113. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.016

摘要 ( 4 )

PDF (6651KB) ( 3 )

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)以及拉伸测试分析了GH4706合金经700 ℃长期时效后组织变化和力学性能,研究GH4706合金在长期时效中的晶粒异常长大的原因。结果表明:GH4706合金在700 ℃时效5000 h后,晶内γ′相由圆盘状转变为长条状,晶界处长针状η相呈现魏氏体分布,η相尺寸变长导致两侧γ′析出贫化区(PFZ)变宽,弱化晶界,影响合金力学性能;随着时效时间的延长,大角度晶界数量逐渐减少,孪晶数量降低,晶粒通过合并共有孪晶的方式实现粗化和长大。在长期时效过程中,随着时效时间的延长,合金的力学性能呈现出持续下降的趋势。

热处理工艺对铝铜合金微观组织和近奇异晶界比例的影响

陈松, 冯欣颖, 徐刚, 林燕, 王卫国

2025, 50(4): 114-127. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.017

摘要 ( 4 )

PDF (9331KB) ( 4 )

选用具有高层错能面心立方结构的2017铝合金为研究对象,以基于晶界工程中退火孪晶优化工艺处理过后试样内部统计的晶粒尺寸、再结晶程度和{111}/{111}近奇异晶界比例为衡量标准,采用三因素三水平正交试验探究了时效状态(80、110、140 HV)、轧制变形量(15%、45%、75%)、退火温度(440、460、480 ℃)3种工艺参数对材料组织的影响,利用电子背散射衍射(EBSD)和五参数分析相结合的表征方法测定试样的各项晶界数据,再基于正交试验的极差分析依次指出影响晶粒尺寸、再结晶程度、{111}/{111}近奇异晶界比例程度的主次因素排序。最后通过晶间腐蚀测试、电化学测试和重叠极图迹线分析对比以{111}/{111}近奇异晶界比例为主衡量因素下好中差3种正交试验方案的腐蚀性能差异。结果表明,{111}/{111}近奇异晶界耐腐蚀性好,能打断一般晶界的连通性,抑制晶界腐蚀,因此{111}/{111}近奇异晶界比例较高的最优方案的耐腐蚀性能最好。

长期时效对DZ411合金组织与硬度的影响

杨罡正亮, 曹铁山, 王威, 李萍, 赵杰

2025, 50(4): 128-133. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.018

摘要 ( 5 )

PDF (3384KB) ( 4 )

为探索长期时效处理对DZ411合金组织与硬度的影响,利用场发射扫描电镜和维氏硬度计对不同温度长期时效后DZ411合金进行微观组织观察和硬度测量,对γ′相形状、尺寸和数量进行定量表征,探讨了γ′相定量参数与硬度之间的变化关联。结果表明:热处理态合金为γ/γ′两相共存的显微结构,其中γ′相为立方状,分布较为均匀,并存在葵花状的共晶组织与一定量的块状碳化物。长期时效处理后,γ′相的尺寸逐渐增大,立方度降低,粒子密度减小,面积分数几乎不变,且温度越高定量参数变化速率越快;γ′相长大受到合金元素扩散控制,长大动力学遵循LSW机制;合金的沉淀强化作用减弱,硬度值降低。

反向等温挤压2024铝合金薄壁管的组织演化及增韧机理

李琦伦, 张晓波, 乔及森

2025, 50(4): 134-142. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.019

摘要 ( 7 )

PDF (7639KB) ( 5 )

利用SEM及TEM表征手段对反向等温挤压2024铝合金薄壁管及其退火处理后的组织演变及强韧性机理进行了研究。结果表明,挤压过程,由于塑性变形诱导细小S(Al₂CuMg)相沿挤压方向析出,同时保留均匀化态T(Al₂₀Cu₂Mn₃)弥散相,T相兼具抑制再结晶和弥散强化双重作用,且产生高密度位错并形成亚晶结构,从而导致挤压态合金的抗拉强度增至304.73 MPa,断后伸长率达12.3%。退火处理后,S相部分粗化削弱析出强化作用,但位错缠结网络促进亚晶细化,并增强晶界钉扎效应,使塑性进一步提高(断后伸长率达15.7%)。同时,S相取向性减弱趋于等轴化,降低各向异性,使合金强度下降。

奥氏体晶粒细化与亚Ms点等温淬火协同作用对中碳贝氏体钢组织与性能的影响

刘浩, 赵雷杰, 王艳辉, 张孜, 周骞, 曾洪涛, 杨国强, 岳赟

2025, 50(4): 143-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.020

摘要 ( 6 )

PDF (3961KB) ( 6 )

对加热至1100 ℃的中碳富硅合金钢进行了水冷与炉冷两种方式的预处理,并重新加热至930 ℃,然后分别在260 ℃(亚Ms温度)与320 ℃(Ms点以上)两个温度进行等温淬火处理。使用扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸与冲击试验等手段研究了奥氏体晶粒细化与等温温度对中碳无碳化物贝氏体钢组织与力学性能的影响。结果表明,水冷预处理态试验钢重新奥氏体后晶粒尺寸约为55 μm,远远低于炉冷预处理态再奥氏体化晶粒尺寸(约155 μm)。由于原始奥氏体晶粒尺寸的减小,相较于炉冷态试验钢,水冷态试验钢等温淬火后贝氏体板条细化,块状M/A岛尺寸变小但数量增加。对于水冷与炉冷两种预处理态试验钢,亚Ms点等温淬火可明显细化M/A岛尺寸,因而具有更高的强塑积与冲击性能。

晶粒细化与析出相耦合作用对304不锈钢晶间腐蚀行为的影响

齐祥羽, 赵苗苗, 杜林秀, 严玲

2025, 50(4): 149-155. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.021

摘要 ( 10 )

PDF (5484KB) ( 7 )

通过深冷轧结合逆相变退火方式对304不锈钢进行组织纳米化,采用电子背散射衍射、电子探针和透射电镜研究了析出相与晶粒尺寸因素协同作用对304不锈钢晶间腐蚀性能的影响。结果表明,深冷轧试验钢在700 ℃分别退火20、60和120 min后得到的初始组织晶粒尺寸分别为0.34、0.67和1.12 μm,3种退火样品中均存在大量的富Cr碳化物析出相,且析出相为M₂₃C₆;退火试样经650 ℃敏化2 h后,放入微沸的H₂SO₄-CuSO₄溶液中浸泡16 h后,700 ℃退火20 min制备的纳米/超细晶304不锈钢与同温度下制备的微米晶钢相比,具有相似的耐晶间腐蚀性能。初始组织中形成的富Cr碳化物析出相会极大地削弱晶粒细化对材料耐晶间腐蚀性能带来的积极作用。

激光粉末床熔融制备奥氏体不锈钢的晶界特征分布与性能

曹李策, 申发磊, 潘来涛, 李晨晨, 杜文祥, 方晓英

2025, 50(4): 156-161. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.022

摘要 ( 5 )

PDF (3475KB) ( 3 )

采用激光粉末床熔融(LPBF)工艺,利用高能量密度和层间停留打印策略制备了316L奥氏体不锈钢,并对其进行了1300 ℃固溶处理,研究了不锈钢的显微组织、力学性能及耐腐蚀性能。结果表明,LPBF打印316L不锈钢具有近等轴的组织形貌,且晶内产生大量退火孪晶,Σ3ⁿ(n=1, 2, 3)晶界比例高达47.3%,表明LPBF过程中的热循环诱发了316L不锈钢动态再结晶行为。与后续固溶处理引发静态再结晶的试样相比,LPBF试样具有更高强度的同时仍具有优异的耐腐蚀性能。分析认为,动态再结晶后的均匀细小等轴晶组织和高比例的特殊晶界是LPBF试样分别可以提升强度和耐腐蚀性能的重要原因。

时效时间对沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金亚稳点蚀性能的影响

闫英杰, 路鹏江, 张钰昆, 曹睿

2025, 50(4): 162-167. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.023

摘要 ( 4 )

PDF (3528KB) ( 3 )

对固溶态Fe-Ni基奥氏体合金在740 ℃进行不同时间的时效处理,通过动电位极化测试、恒电位极化测试对合金的耐亚稳点蚀性能进行表征,随后采用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)对其点蚀形成原因进行分析。结果表明:固溶态(980 ℃保温1 h后空冷)合金耐亚稳点蚀性能最好;740 ℃时效不同时间(4、8、16、32 h)合金中,时效4 h合金点蚀产生于富Al析出物周围,时效8、16、32 h合金点蚀发生在富Ti析出物,两种析出物均贫Ni;随时效时间增加,析出物尺寸变大,贫Ni区域相应变大,贫Ni区发生亚稳点蚀。

成形温度对热冲压钢零件组织性能与尺寸精度的影响

刘浩, 王晨磊, 谭宁

2025, 50(4): 168-174. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.024

摘要 ( 5 )

PDF (3759KB) ( 3 )

以某钢厂4种不同强度级别热冲压用钢为对象,采用实验室几字型模具开展不同成形温度的热冲压淬火试验,研究了成形温度对热冲压零件组织性能与尺寸精度的影响。结果表明:随着成形温度的降低,600 MPa热冲压零件组织中马氏体含量减少,马氏体形态由块状向颗粒状转变,抗拉强度逐渐下降;1000 MPa和1500 MPa热冲压零件组织分别在成形温度降至700 ℃和650 ℃时出现铁素体,力学性能在600 ℃时发生显著下降;2000 MPa热冲压零件在不同成形温度下的组织均为全马氏体,力学性能下降不明显。在成形温度为700 ℃时,对比不同强度级别热冲压零件尺寸回弹量数据得出零件尺寸精度排序为1500 MPa＞2000 MPa＞600 MPa＞1000 MPa,相变膨胀量变化规律与热冲压零件尺寸回弹规律基本一致。

回火工艺对制动杠杆用17Cr16Ni2不锈钢螺栓力学性能的影响

李艳军, 陈波, 张亚楠, 董晨曦, 李雄兵

2025, 50(4): 174-179. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.025

摘要 ( 5 )

PDF (3371KB) ( 2 )

列车制动杠杆用17Cr16Ni2不锈钢螺栓在服役过程中,不仅要求螺栓具备较好的拉伸性能,同时也要求具有良好的冲击性能。回火工艺是调控和改善17Cr16Ni2不锈钢材料力学性能的关键。设计了不同的回火处理工艺,通过拉伸试验和冲击试验测试了回火处理后试样的拉伸性能和冲击吸收能量,并对组织和冲击断口形貌进行了观察。结果表明,两次回火处理在保证17Cr16Ni2不锈钢螺栓拉伸性能的同时,可显著提高其冲击性能。17Cr16Ni2不锈钢螺栓合适的热处理制度为:1000 ℃×180 min淬火+635~650 ℃一次回火+600~620 ℃二次回火,经该工艺处理螺栓的抗拉强度达910.0~957.0 MPa,屈服强度为746.5~829.0 MPa,室温冲击吸收能量最高可达50 J,远超设计技术要求。

轧制工艺对Q&P钢组织及力学性能的影响

张梦岚, 许德明, 张定坤, 邓秋阳, 方琳华, 游诗琪, 邓思洋

2025, 50(4): 180-187. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.026

摘要 ( 7 )

PDF (3108KB) ( 2 )

采用相同成分和厚度的C-Si-Mn钢热轧板和冷轧板进行临界区奥氏体化,然后分别进行直接水淬和淬火-配分(Q&P)处理,利用SEM、EBSD、TEM、拉伸试验机等研究不同试样的组织及力学性能。结果表明,直接水淬试样的组织主要为铁素体和马氏体,其中冷轧板组织形态以块状为主,热轧板以板条状为主。经过Q&P处理后,冷轧Q&P钢和热轧Q&P钢的残留奥氏体含量显著升高,主要形态分别为块状和板条状。相较于冷轧Q&P钢,热轧Q&P钢残留奥氏体体积分数和残留奥氏体碳含量更高,且尺寸较小。相较于直接水淬试样,Q&P处理后试样的强度降低,但塑性和强塑积明显更高。热轧Q&P钢表现出比冷轧Q&P钢更佳的塑性和强塑积,其获得最佳塑性主要归因于较高含量的残留奥氏体以及残留奥氏体更高的机械稳定性,这能显著扩展TRIP效应区间。因此,相比直接淬火工艺,采用Q&P工艺能显著提高钢的延伸率和强塑积,采用初始组织为马氏体+铁素体的热轧板进行Q&P处理可得到比初始组织为珠光体+铁素体的冷轧板更好的强塑性。

动车12.9级螺栓用SCM435钢的热处理及其性能

齐程, 王啸宇, 马金锁, 谢家成, 王加杰, 杨益春, 吴萌, 毛向阳

2025, 50(4): 187-192. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.027

摘要 ( 5 )

PDF (3214KB) ( 2 )

针对12.9级高强度动车用螺栓,研究了螺栓用SCM435钢的热处理工艺及其力学性能、耐延迟断裂性能和高周疲劳性能。结果表明,SCM435钢的最佳淬回火工艺为880 ℃×30 min淬火+500 ℃×60 min回火,该工艺处理试样的性能达到12.9级螺栓的强塑性要求。最佳热处理工艺下,螺栓钢试样延迟断裂强度比DFSR为0.69;经拉-拉疲劳试验测得,应力级别为3级,拉-拉疲劳强度为(756±441) MPa。

退火温度和时间对铜铝复合材料组织与性能的影响

张丛睿, 刘涛, 赵帆, 丁一, 刘新华

2025, 50(4): 193-199. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.028

摘要 ( 7 )

PDF (6766KB) ( 2 )

研究了退火温度和时间对连铸-轧制成形铜包铝复合扁排显微组织、硬度和界面结合强度的影响。结果表明:铜包覆层在150 ℃和200 ℃退火60 min时仅发生回复现象, 硬度在120 HV0.025左右;在250 ℃退火时开始发生再结晶,在350 ℃退火时发生完全再结晶,硬度下降至61 HV0.025。铝芯在150~250 ℃退火60 min时仅发生回复现象,硬度在45 HV0.025左右;在300 ℃退火时开始发生再结晶,在350 ℃退火时发生完全再结晶,硬度下降至23 HV0.025。退火温度由150 ℃升高至300 ℃,铜铝复合界面层厚度由0增大至1.0 μm,界面结合强度由75.0 MPa降低至66.0 MPa;退火温度升高至350 ℃后,界面层厚度增大速度变快,400 ℃退火时的界面层厚度为7.6 μm,界面结合强度为45.7 MPa。在300 ℃退火时,退火时间由10 min延长至90 min时,铜包覆层再结晶程度逐渐提高,硬度由120.3 HV0.025下降至63.8 HV0.025;退火时间达到90 min后,为部分再结晶组织,进一步延长退火时间,显微组织和硬度变化不大。退火时间由10 min延长至120 min时,铝芯的再结晶程度略有增大,硬度由41.3 HV0.025降低至33.8 HV0.025;铜铝复合界面层厚度由0.2 μm增大至1.3 μm,界面结合强度由80.0 MPa降低至62.3 MPa。

能量密度对选区激光熔化AlSi12合金成形质量的影响

杨政, 吴敬, 高杰, 卢云

2025, 50(4): 200-207. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.029

摘要 ( 6 )

PDF (3944KB) ( 2 )

为明确激光能量密度作为选择性激光熔化(SLM)工艺优化依据的可靠性,本文通过正交试验设计,考察体能量密度(不同激光功率、扫描速度和扫描间距的工艺组合)对SLM成形铝合金组织和性能的影响。利用SLM成形技术制备AlSi12合金,通过光学显微镜、扫描电镜和室温拉伸试验对合金的致密度、熔池尺寸、微观组织和力学性能等进行表征和研究。结果表明,在相同体能量密度下,随着激光功率的提升,熔池加深,熔池边缘热影响区的等轴晶比例下降,细晶区组织逐渐粗化;随着扫描速度的提升,熔池变宽,细晶区等轴枝晶比例增大,粗晶区组织细化,热影响区细小Si颗粒逐渐增多。体能量密度不能作为成形件质量判断的唯一影响因素。激光功率对致密度、抗拉强度和屈服强度的影响最大,而扫描速度对伸长率影响最大。合金试样在激光功率为300 W、扫描速度为1200 mm/s和扫描间距为60 μm时力学性能最优,抗拉强度为447.1 MPa,屈服强度为433.7 MPa,伸长率为7.6%。

热处理对RAFM钢挤压管组织和力学性能的影响

曹萍, 王国波, 陈登武, 苏诚

2025, 50(4): 207-212. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.030

摘要 ( 7 )

PDF (6385KB) ( 2 )

对经双真空熔炼结合多道次热锻再热挤压成形的ø57 mm×6 mm规格RAFM钢挤压管材进行780~1200 ℃热处理,研究了不同热处理温度下挤压管的组织和力学性能。研究表明,在780~1200 ℃热处理时,RAFM钢挤压管的组织随热处理温度升高的演变为:回火板条马氏体组织(780~900 ℃)、马氏体基体+铁素体+细小弥散分布碳化物组织(950~1000 ℃)和板条马氏体组织(1050~1200 ℃)。RAFM钢挤压管的室温抗拉强度、屈服强度和硬度随热处理温度的升高呈先下降再上升的趋势,伸长率则呈先上升再下降的趋势。经850 ℃热处理后,RAFM钢挤压管获得相对优异的室温伸长率及相对较低的强度,便于后续的生产加工。

固溶工艺对2A12铝合金组织与性能的影响

李侠, 贾品峰, 耿旭, 崔东卫

2025, 50(4): 213-217. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.031

摘要 ( 8 )

PDF (2352KB) ( 3 )

采用差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段,研究了2A12合金固溶过程中残余相的溶解行为。结果表明,轧制态2A12合金的过烧温度为509.6 ℃,合金中主要相为Al、Cu、Mg的非平衡凝固共晶残余相。固溶过程中,合金中的非平衡共晶相逐渐熔断并球化,偏析元素向基体中溶解;随着固溶温度的升高,试样的硬度增大,这是由于试样中的非平衡共晶相更多地溶入基体,基体固溶度提高,增加了溶质原子溶入溶剂晶格的数量,使硬度增大。

冷轧工艺对超薄取向硅钢磁性能及织构的影响

何承绪, 马光, 程灵, 韩钰, 刘洋

2025, 50(4): 218-222. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.032

摘要 ( 4 )

PDF (3681KB) ( 2 )

对超薄取向硅钢进行不同工艺的冷轧及820 ℃再结晶退火处理,研究了冷轧工艺对超薄取向硅钢磁性能及织构的影响。结果表明,不同冷轧工艺下,冷轧态试验钢均形成{111}<112>织构,并含有大量的剪切带组织。为获得优异的磁性能,不同的冷轧工艺需匹配不同的退火工艺,首道次压下率43%~52%、退火时间25 min和首道次压下率29%~37%、退火时间20 min时,均可获得70%~75%比例η线织构且平均晶粒尺寸~35 μm的组织,此时带材磁性能达到最佳,磁感应强度B₈₀₀≥1.80 T、铁损P_1.5/400≤12.5 W/kg。首道次轧制压下率越小,相应的退火时间越短,组织均匀性越好,工业生产时可适当降低首道次冷轧压下率。

过时效温度对1.2 GPa高强钢组织与性能的影响

武鑫, 张洪杰, 王玉慧, 艾兵权, 李浩, 顾明磊, 李健

2025, 50(4): 223-226. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.033

摘要 ( 4 )

PDF (1862KB) ( 3 )

利用Gleeble-3800热模拟试验机对C-Si-Mn-Cr-Mo-B系1.2 mm厚1.2 GPa级高强钢冷硬态原料开展不同过时效温度试验,重点研究不同过时效温度对其力学性能与组织的影响规律。结果表明:过时效温度为260~340 ℃时,随过时效温度升高,抗拉强度单调下降,屈服强度及屈强比单调提升,断后伸长率变化规律不明显;快冷温度联动升高,冷却过程的过冷度降低,进而马氏体含量逐渐降低甚至晶粒内部出现白色粒状第二相析出,浮凸特征逐渐弱化,大角度晶界逐渐变多,铁素体晶粒内部(Fe, Mn)_xC_y析出相量逐渐减少。退火温度为800 ℃、过时效温度为280 ℃试制工艺下,成品力学性能满足国标要求,成功应用于前保险杠横梁的辊压成形。

调质工艺及夹杂物对150 KSI级深井用钢组织和性能的影响

胡瑞海, 倪燕红, 李博鹏, 曾云, 郑锦锋

2025, 50(4): 227-230. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.034

摘要 ( 3 )

PDF (2141KB) ( 2 )

采用光学显微镜、扫描电镜、ASPEX扫描分析仪、拉伸试验、冲击试验等研究了回火温度、时间和夹杂物对150 KSI级30CrNi2MoV深井用钢调质处理后的显微组织和力学性能的影响。结果表明,在860 ℃淬火+590~610 ℃回火60 min时,随回火温度的升高,30CrNi2MoV钢的屈服强度由1152 MPa下降至1058 MPa,抗拉强度由1239 MPa下降至1135 MPa,断后伸长率由17%提升至19%,断面收缩率由56%提升至61%,常温冲击吸收能量最低值由80 J提升至99 J。在600 ℃回火60~240 min时,随着回火时间的延长,晶内析出物增多。在600 ℃回火60 min条件下,夹杂物指数由12.8降低至1.1时,试验钢的冲击吸收能量平均值由57 J提高至95 J。

连续退火过程中的时效处理对冷轧低碳钢组织及性能的影响

熊俊伟, 许立雄, 柳会梅, 孙昌政, 胡海江

2025, 50(4): 231-236. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.035

摘要 ( 3 )

PDF (3866KB) ( 2 )

采用某连续热镀锌/连续退火两用机组对两种冷轧低碳钢(0.076%C和0.140%C)进行在线连续退火处理,研究了快冷后的时效开始温度对其组织和性能的影响规律。结果表明,快冷后的时效开始温度在400~480 ℃时,随时效开始温度降低,两种钢的强度略微增加,伸长率变化也很小。此外,时效开始温度对铁素体形貌影响很小,但会改变第二相微观形貌。当时效开始温度为480 ℃时,预先析出的渗碳体保持原有的片层形貌;当时效开始温度为450和400 ℃时,渗碳体主要呈现球状或颗粒状形貌,分布在晶内和晶界,晶内渗碳体尺寸较小,一般在纳米级别,晶界处少量渗碳体析出尺寸相对较大。

加热温度对高碳低合金耐磨铸钢组织和性能的影响

王权, 孙婷婷, 高思远, 魏文强

2025, 50(4): 237-240. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.036

摘要 ( 3 )

PDF (2818KB) ( 2 )

对高碳低合金耐磨铸钢进行860~940 ℃×2 h风冷间断控制冷却+550 ℃×2 h去应力回火处理,并对热处理后试验钢的组织、硬度和冲击性能进行了观察和测量。结果表明,随着加热温度的升高,试验钢硬度值呈先增加后降低的变化规律,变化范围较窄,为32.9~38.7 HRC,冲击吸收能量呈整体下降的趋势,断口形貌由韧窝+准解理向准解理转变。在860~940 ℃加热温度范围内,组织均为珠光体+碳化物,但随着加热温度的升高,珠光体组织的片层间距变宽,由0.123 μm增加到0.169 μm。

退火处理对近α型TA15钛合金组织和硬度的影响

俞翔, 袁秦峰, 陈岩, 刘涛

2025, 50(4): 241-246. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.037

摘要 ( 3 )

PDF (3769KB) ( 3 )

对冷轧态Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V(TA15)钛合金薄板分别进行不同温度(750~980 ℃)的常规退火处理和双重退火处理,研究了退火制度对其组织和硬度的影响。结果表明,TA15钛合金冷轧薄板在低于相变点温度退火时,可得到等轴α_P相组织,在近相变点温度(965 ℃)退火后,得到α_P、α_S双态组织;退火温度高于相变点时,α_P相消失,组织为粗大魏氏α_W相。TA15钛合金冷轧薄板经近相变点一次退火+两相区二次退火后,获得α_P、α_W和α_S相三态组织。常规退火情况下,随退火温度升高,TA15钛合金冷轧薄板硬度先降低后增大;965 ℃×30 min,WQ+920 ℃×100 min,AC双重退火处理后,因α_S相粗化,导致硬度较常规退火低。

热处理对离心复合铸造支承辊工作层组织和力学性能的影响

朱健, 邵黎军, 方平, 储恩杰

2025, 50(4): 246-251. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.038

摘要 ( 3 )

PDF (3820KB) ( 2 )

为研究淬回火工艺对立式离心复合铸造支承辊工作层组织与力学性能的影响,在支承辊的工作层上取样进行热处理试验,并进行显微组织观察和力学性能试验。结果表明,最终调质处理后支承辊工作层的组织为回火马氏体+贝氏体+残留奥氏体+碳化物颗粒,碳化物颗粒细小均匀弥散分布;通过对比分析发现,离心复合支承辊最佳的淬火和回火温度分别为1000 ℃和500 ℃,工作层硬度达63.9 HRC、抗拉强度达549 MPa,拉伸断口呈准解理形貌并存在典型的片状组织,冲击断口呈现典型的沿晶开裂特征,断口解理面细化,碳化物颗粒细小均匀分布。

TA7钛合金渗氮层的磨损机制

张永亮, 贺瑞军, 朱硕, 韩啸, 孔令利, 王赟, 郭凯宇

2025, 50(4): 252-258. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.039

摘要 ( 6 )

PDF (6561KB) ( 3 )

利用离子渗氮技术在TA7钛合金表面制备了渗氮层。采用摩擦磨损试验机、X射线衍射仪、硬度计、扫描电镜、透射电镜等对渗氮层的微观组织、表面硬度、摩擦学性能与磨损机制进行了研究。结果表明,TA7钛合金经800 ℃离子渗氮10 h后,渗氮层厚度约5 μm,物相主要由TiN和Ti₂N组成。渗氮层表面硬度可达1183.6 HV0.05,与未渗氮试样相比提高了约2.6倍。渗氮层提高了TA7钛合金的耐磨性能,与未渗氮试样相比,磨损率降低99.3%以上。TA7钛合金经离子渗氮后,磨损机制由剧烈的磨粒磨损转变为轻微的粘着磨损和氧化磨损。渗氮层磨痕亚表面物相主要为Ti₂N,摩擦诱导周期性结构是渗氮层摩擦的主要作用机制。

P92钢渗铝工艺的优化

赵勇桃, 王瑞, 王玉峰, 任慧平

2025, 50(4): 259-263. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.040

摘要 ( 3 )

PDF (2680KB) ( 2 )

通过在渗铝剂中加入一定量的稀土(SmCl₃),采用低温粉末包埋渗铝法,在不同温度和时间条件下对P92钢进行渗铝。通过OM、SEM对渗铝层形貌进行观察,通过EDS和XRD分别对渗层截面元素分布和物相结构进行分析,利用显微硬度计测定渗铝层的表面显微硬度。结果表明,550 ℃渗铝6、8、10 h后P92钢表面未发现渗铝层,750 ℃渗铝10 h时渗铝层存在疏松多孔等缺陷,650 ℃渗铝层质量较好,未发现缩孔裂纹等缺陷。P92钢在650 ℃渗铝6、8、10 h对应的渗铝层平均厚度分别为27、30、31 μm。渗铝层的硬度比P92钢的基体硬度高260 HV0.025左右。P92钢在650 ℃渗铝后表层物相为AlFe₃、AlCrFe₂相,在750 ℃渗铝后表层物相为AlFe。

Cr-Co-Mo轴承钢的渗碳层组织及摩擦磨损性能

李海宏, 朱留平, 庞学东, 孙勇, 迟宏宵, 谷金波

2025, 50(4): 264-269. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.041

摘要 ( 4 )

PDF (4314KB) ( 2 )

利用金相显微镜、扫描电镜、硬度测试及Thermo-Calc软件计算等方法研究了经1060 ℃淬火、-73 ℃冷处理两次和540 ℃回火两次的Cr-Co-Mo渗碳轴承钢的渗碳层组织特征及摩擦磨损性能。结果表明,试验钢在980 ℃经50 h低压脉冲渗碳处理后,渗碳层主要含有M₂₃C₆碳化物,同时也含有M₇C₃和M₆C碳化物。渗碳显著提高了试验钢的硬度,表面硬度提高约230 HV,渗层深度约为1.52 mm。试验钢未渗碳时的摩擦因数较大,且磨损体积约为渗碳钢的5倍。经渗碳后的渗碳层仅发生轻微磨损,耐磨性能得到显著改善,主要磨损机制仍为黏着磨损和磨粒磨损。

活性屏等离子体源渗氮距离对2Cr13钢渗层组织与性能的影响

李广宇, 黄俊杰, 栾媛, 张翠, 雷腾, 许伊婷

2025, 50(4): 270-276. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.042

摘要 ( 2 )

PDF (4094KB) ( 2 )

对2Cr13不锈钢进行活性屏等离子体源渗氮处理,研究了2Cr13不锈钢试样与金属屏距离对渗层相结构和性能的影响,并与传统直流离子渗氮技术进行对比。结果表明,两种渗氮工艺处理后,2Cr13不锈钢表面均形成了均匀、致密的渗层,活性屏等离子体源渗氮试样的化合物层厚度均低于直流离子渗氮试样。活性屏等离子体源渗氮试样与金属屏距离由50、100 mm增加到200 mm时,渗层化合物层厚度分别由18、15 mm降低至6 mm。距金属屏50 mm和100 mm试样的渗层物相组成基本相同,主要是ε-Fe_2-3N、γ′-Fe₄N和α_N,而距金属屏200 mm试样的渗层由α-Fe和ε-Fe_2-3N相构成。两种工艺处理渗层的表面硬度达1305~1442 HV0.2,是基体硬度的3~4倍。活性屏等离子体源渗层的摩擦学性能与电化学腐蚀行为均优于直流离子渗氮,摩擦因数保持在0.62~0.70、自腐蚀电位在－0.11~－0.18 V。

回火温度对高碳H13钢渗碳层组织及硬度的影响

郭浩, 李志龙, 王彪, 尚勇, 杨栋才, 王花

2025, 50(4): 277-282. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.043

摘要 ( 3 )

PDF (5242KB) ( 2 )

为提高高碳H13钢表面硬度及耐磨性能,对高碳H13钢进行了渗碳+调质处理,并对渗碳层组织、硬度进行了分析。结果表明,渗碳+调质处理可提高高碳H13钢的硬度;高碳H13钢经920 ℃渗碳、1050 ℃油淬和510 ℃回火后的硬度最高。采用该工艺处理的高碳H13钢刀圈相比仅调质处理的高碳H13钢刀圈,在同等磨损条件下的掘进距离提高约36%。

表面机械滚压处理对2024铝合金表面粗糙度及性能的影响

王强, 吕心如, 孙志豪, 李静, 王洪涛

2025, 50(4): 282-289. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.044

摘要 ( 3 )

PDF (5807KB) ( 3 )

对退火态2024铝合金进行不同加载方式(应力控制和应变控制)和加工道次的表面机械滚压处理(SMRT),研究表面机械滚压处理对其表面粗糙度及性能的影响。结果表明:经表面机械滚压处理后,随着滚压道次的增加,试样表面粗糙度先降低再升高;试样内部形成了硬度梯度结构,随距表面距离的增加,显微硬度呈递减趋势,试样强度提升,塑性略有下降,疲劳寿命大幅提升。经应力控制滚压处理5道次后,2024铝合金试样的综合性能最优,表面粗糙度最低为0.280 μm,硬化层深度达600 μm,屈服强度增强至213 MPa,抗拉强度提升至353 MPa,平均疲劳寿命是退火态的2倍,由8.7万次提升至17.4万次。

船用柴油机凸轮轴失效分析及复合喷丸强化处理

姚亚俊, 吴心波, 罗长增, 李成艳, 徐得石, 姜传海

2025, 50(4): 290-295. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.045

摘要 ( 4 )

PDF (3811KB) ( 5 )

对某船用柴油机凸轮轴经耐久循环试验后凸轮桃尖剥落问题进行了失效分析,并给出了提高凸轮轴接触疲劳强度的复合喷丸强化方法。结果表明,凸轮轴的显微组织、硬度、淬硬层深度均处于正常范围,其失效原因为接触疲劳剥落。采用陶瓷丸0.15A+玻璃丸0.07A的复合喷丸处理后,凸轮表面残余压应力场分布均匀,表层残余压应力提升到1284 MPa、次表层残余压应力提升到1322 MPa,表层残留奥氏体含量降低到0.8%,表层硬度提升到971 HV0.05。这表明复合喷丸强化可有效解决凸轮轴接触疲劳剥落的问题。

激光辅助冷喷涂制备SiC-316复合涂层的组织与性能

于宝义, 马洪迪, 郑黎

2025, 50(4): 295-301. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.046

摘要 ( 2 )

PDF (3500KB) ( 2 )

采用激光辅助冷喷涂(LACS)技术在Q235钢基体上制备了316L及SiC-316L复合涂层,根据不同激光功率下316L涂层的质量确定制备SiC-316L复合涂层的激光功率,进而对比研究了两种涂层的显微组织、物相组成、硬度和耐磨性。结果表明,激光功率的提升能明显降低316L涂层孔隙率并提升涂层与基体的结合强度。激光功率为500 W时,316L涂层孔隙和微裂纹最少,SiC-316L复合涂层中SiC颗粒在复合涂层中分布均匀,两种涂层均未发生明显氧化、相变现象,涂层与基体的结合机制均为机械结合与冶金结合共存机制。316L涂层和SiC-316L复合涂层的平均硬度分别达到437.7和490.5 HV0.3。常温磨损条件下,SiC-316L复合涂层的摩擦因数较316L涂层降低了35%;600 ℃高温磨损条件下,SiC-316L复合涂层的摩擦因数较316L涂层降低了18.4%,SiC-316L复合涂层表现出更加优异的耐磨性能。

激光冲击热障涂层高温热循环应力演变及裂纹扩展的有限元模拟

樊小可, 陈瑞芳, 叶云霞, 花银群, 蔡杰, 戴峰泽

2025, 50(4): 302-312. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.047

摘要 ( 7 )

PDF (6716KB) ( 4 )

通过改变热生长氧化物(TGO)生长速率和形貌建立激光冲击(LSPed)热障涂层模型,与未激光冲击(Non-LSPed)涂层的界面应力进行对比仿真,从应力演化的角度分析激光改性对于热障涂层高温热循环的影响,并在TC/TGO界面引入内聚力单元,研究激光改性对热障涂层界面裂纹的影响。结果表明,相同TGO形貌下,在TGO表面,LSPed试样的应力值小于Non-LSPed试样,激光改性降低了此区域产生褶皱翘曲、层裂和剪切破坏的风险;在TGO/BC界面,氧化前期LSPed试样的应力值偏大,但在氧化后期Non-LSPed和LSPed试样应力值基本接近,表明LSP改性对于TGO/BC界面应力影响较小。不同TGO形貌下,整体上LSPed试样应力小于Non-LSPed试样,表明LSP改性可有效地降低涂层界面应力值。Non-LSPed试样在热循环35次时,TC/TGO界面在波峰位置区域出现裂纹,随着循环次数增大,裂纹向波谷处扩展,LSPed试样热循环50次后未出现裂纹。

ZL101A铝合金箱盖的热处理变形控制

刘克, 陈建文, 周洪刚, 吴永福, 左经纬, 罗艺, 彭政, 王鑫铭

2025, 50(4): 313-317. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.048

摘要 ( 6 )

PDF (2448KB) ( 3 )

针对某ZL101A合金制G型箱盖热处理后存在平面翘曲变形的问题,采用数值模拟方法预测箱盖易变形部位,进而制定防变形措施。首先建立温度-传热-应力应变的多场耦合模型,采用JMatPro软件计算ZL101A合金的比热容、热传导率等热物性参数,实测并计算水和AQ260水溶液的换热系数,在此基础上,采用ANSYS有限元方法模拟了装炉方式和淬火介质对G型箱盖淬火变形的影响,并结合模拟结果进行了工艺试验。模拟结果表明,吊挂+PAG水溶液淬火处理箱盖的变形最小,平面翘曲变形值为3.5603 mm。考虑箱盖铸态存在约1 mm变形,实际生产时无法满足机加工≤4 mm的要求,因此采用增强结构刚性的方案来控制箱盖的变形。工艺试验结果表明,点焊拉筋或附铸加强筋的方式均可减少箱盖热处理时的平面翘曲变形,且吊挂+PAG水溶液+附铸加强筋的方案控制热变形效果最优,试验3件箱盖平面翘曲变形均≤2.5 mm,满足机加工要求。

滚珠丝杠用4150棒材感应淬火工艺及线圈仿真优化

杨雷, 袁世峰, 郝庆乐, 李光煜, 王陆军, 王生希

2025, 50(4): 317-322. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.049

摘要 ( 5 )

PDF (2990KB) ( 4 )

通过有限元软件Ansys Maxwell,建立了感应线圈与感应淬火工件之间的电磁场-温度场耦合数学模型,得到感应加热过程中的磁场分布与工件温度场分布,并通过感应淬火试验对模拟结果进行了验证。结果表明,所设计的感应线圈可使磁场聚集在工件淬火区域表面,实现感应加热,且3匝线圈加热10 s效果最优,工件表层最高温度约为903 ℃,达到设计预期。感应淬火试验结果与模拟结果吻合较好,丝杠坯料的硬化层深度为4.6 mm,硬度分布为半马鞍形,表面硬度明显提升,达到61.5 HRC,达到工艺要求。表明感应线圈设计合理,感应淬火工艺适当,可应用于高精度保持性滚珠丝杠坯料的生产。

GB/T 7216—2023《灰铸铁金相检验》标准解读

张振威, 马裕辰, 赵洁, 蒋锐, 陈敏, 李爽, 李曙

2025, 50(4): 323-329. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.04.050

摘要 ( 3 )

PDF (1817KB) ( 3 )

在与GB/T 7216—2009对比的基础上,从标准适用范围、术语和定义、检测项目和评级图谱及结果表示方面对GB/T 7216—2023进行了解读。GB/T 7216—2023中更改了标准的适用范围及各种组织类型的测量方法和参照图谱;增加了术语和定义、石墨含量计算方法和石墨形状长度表述示例;附录部分增加了与ISO 945-1:2019的对比情况及典型片状石墨分布形态和石墨类型图像分析识别方法。

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