《金属热处理》杂志创刊于1958年,由中国机械工业联合会主管,中国机械总院集团北京机电研究所有限公司、中国机械工程学会热处理分会、中国热处理行业协会联合主办。全国优秀科技期刊,机械、冶金行业核心期刊,材料热处理行业会刊。是一本全面报道材料热处理学科进展和先进适用技术的综合性技术刊物,也是展示我国热处理行业工艺装备技术水平和企业技术进步的一个重要窗口,不仅在热处理行业有广泛的知名度,而且在机械、冶金、汽车、航空、航天、船舶等制造领域也拥有很大的影响力。

本期栏目

材料研究  组织与性能  工艺研究  数值模拟

表面工程  教学与实践  失效分析  现场经验

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    2024年 第49卷 第4期   刊出日期: 2024-04-25
  • 材料研究
    Cu对390 MPa级CrNiMo系低合金船用钢板力学性能的影响
    李为先, 彭伟, 胡杰, 刘腾轼, 周路海, 董瀚
    2024, 49(4):  1-7.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.001
    摘要 ( 58 )   PDF (5141KB) ( 38 )  
    以不含Cu(961-Base)和含1wt%Cu(961-Cu)的CrNiMo系低合金船用钢板为研究对象,测试其经两次淬火+高温回火后的室温拉伸和低温冲击力学性能。通过热膨胀相变仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等技术手段研究了Cu对试验钢显微组织、力学性能、析出相和织构特征的影响。结果表明,不含铜钢的Ac1和Ac3温度分别为767 ℃和905 ℃,含Cu钢的Ac1和Ac3温度分别为762 ℃和895 ℃,且含铜钢的铁素体/贝氏体转变温度范围更低。经热处理后试验钢的显微组织均为板条贝氏体(LB)和少量准多边形铁素体(QPF),含铜钢的板条细化使大角度晶界比例提高了6.8%,更有利于阻碍裂纹扩展。含铜钢的屈服强度和抗拉强度分别比不含铜钢提升了84 MPa和68 MPa,低温冲击吸收能量从220 J提升到267 J。二者的冲击断口均以剪切唇和纤维区为主,含铜钢具有更大的剪切断面率。fcc结构的富Cu相在基体和位错线处非均匀析出,呈球状或棒状,产生析出强化作用。两种试验钢均以α和γ织构为主要织构特征,其中含铜钢含有更高比例的有利于变形的γ织构。
    制备工艺对(La, Ce)-Fe-B永磁材料CeFe2相含量与磁性能的影响
    董福海, 章明, 李永峰
    2024, 49(4):  8-12.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.002
    摘要 ( 20 )   PDF (2131KB) ( 8 )  
    分别使用退火和快淬工艺制备了名义成分为(LaxCe1-x)3.0Fe14B(x=0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35)合金近平衡态和非平衡态试样。采用X射线衍射及热磁曲线分析了La含量对合金中CeFe2相的含量和磁性能的影响。结果表明,合金中CeFe2相的含量随La替代量的增加而单调降低,且非平衡态试样中含有比同等名义成分近平衡态试样更少的CeFe2相,说明制备工艺对CeFe2相的含量影响较大。随La含量的增加,非平衡态试样的饱和磁化强度、剩磁、最大磁能积都有所提高,矫顽力先升高后降低,这是磁晶各向异性场降低与微结构优化的共同作用结果。另外,La不能像其他稀土金属一样进入CeFe2相。
    52CrMoV4弹簧扁钢的端淬特性
    张文涛, 刘超, 杜垚, 闵永安
    2024, 49(4):  12-17.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.003
    摘要 ( 19 )   PDF (3390KB) ( 5 )  
    在大规格52CrMoV4热轧弹簧扁钢上取样,进行端淬试验,研究900 ℃×1 h的正火预处理和850、900 ℃的奥氏体化对52CrMoV4钢端淬性能的影响。结果表明,热轧扁钢在850 ℃端淬后,淬火硬度较低,端淬硬度曲线波动较大,带状组织明显,该温度端淬在一定程度上反映了钢材成分均匀程度。热轧扁钢在900 ℃端淬后能够获得更高的硬度。端淬前的正火处理能使整体硬度得到提升,但其提升效果不如提高淬火温度明显。52CrMoV4钢板簧生产中,采用900 ℃淬火能稳定获得60 HRC左右的高硬度,提升钢板弹簧的淬火工艺性。
    SrSO4增强自润滑CoCrW基复合材料的制备及高温摩擦学性能
    郭贺, 崔功军, 韩文鹏, 刘燕萍, 寇子明
    2024, 49(4):  18-25.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.004
    摘要 ( 22 )   PDF (4852KB) ( 6 )  
    为提高轴套和轴承的高温耐磨性,制备了SrSO4(4.0%, 9.0%, 14.0%)增强自润滑CoCrW基复合材料,系统研究了SrSO4对复合材料显微组织和高温摩擦学性能的影响。结果表明,SrSO4在烧结过程中分解,原位生成Cr2O3、Cr2S3、CoCr2O4和SrCrO4相。磨损表面形成了含有原位生成的固体润滑剂、氧化物以及摩擦时的化学反应产物的润滑膜,提高了CoCrW基复合材料的高温润滑性能。综合来看,含有9.0%SrSO4的CoCrW基复合材料具有理想的摩擦学性能。
    1900 MPa级耐热轴承钢的热变形行为与热加工图
    郭春成, 亓海全, 迟宏宵, 谷金波, 刘安奇, 王为民
    2024, 49(4):  26-34.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.005
    摘要 ( 20 )   PDF (6081KB) ( 9 )  
    使用Gleeble-3500热力模拟试验机对1900 MPa级耐热轴承钢进行热压缩试验,研究其在变形温度900~1150 ℃、应变速率0.001~10 s-1、应变量为0.8情况下的热变形行为和组织演变。分析变形温度和应变速率对试验钢流变行为的影响,基于Arrhenius模型构建应变量范围为0.1~0.8的本构方程,根据动态材料模型(DMM)绘制应变量为0.2、0.4、0.6和0.8下的热加工图,分析不同热加工区试验钢的微观组织演变以验证得到的最优热加工区。结果表明,在ε·= 0.001~10 s-1 和变形温度为1050~1150 ℃的变形条件下,真应力-真应变曲线在加工硬化后都出现明显平台,这体现出动态回复(DRV)特征;在ε·= 0.001~10 s-1 和变形温度为900~1100 ℃的变形条件下,曲线体现出明显峰值,这体现出动态再结晶(DRX)型特征。建立本构方程并对其进行验证,流变应力试验值与计算值的相关系数R=0.973,较高的相关系数表明建立的流变应力本构模型能够比较精确地预测合金的流变应力。热加工图表示试验范围内最佳的工艺参数为,变形温度1070~1150 ℃,应变速率0.01~0.1 s-1
    合金化镀锌双相钢DP980的研制开发
    张亮, 黄学启, 刘李斌, 李振, 谢春乾, 史昌, 刘兴全
    2024, 49(4):  34-37.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.006
    摘要 ( 16 )   PDF (1730KB) ( 5 )  
    在实验室试验研究的基础上,依托工业连续热镀锌(CGL)生产线成功开发了合金化镀锌双相钢DP980-GA产品。产品基体的微观组织由铁素体、马氏体及很少量的贝氏体组成;镀层相结构由靠近基体的厚度0.6 μm薄层Γ相、主体δ相和表层少量ζ相构成,镀层Fe含量适中,控制在10.5%左右。产品的力学性能表现出较低的屈强比(0.624)、良好的伸长率以及较好的扩孔率。量产产品已批量应用于A柱内板等零件,其屈服强度、抗拉强度、伸长率等指标具备良好的过程能力。
    S355低合金结构钢的动态连续冷却转变曲线及力学性能
    黄东, 蒋义然
    2024, 49(4):  38-41.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.007
    摘要 ( 21 )   PDF (1820KB) ( 5 )  
    采用Gleeble-3800热模拟试验机测定了S355低合金结构钢的动态CCT曲线,并通过室温拉伸试验、低温冲击试验、显微组织观察等手段,研究了不同轧制温度与冷却方式对S355结构钢的组织与力学性能的影响。结果表明,当冷却速度<10 ℃/s时,S355结构钢相变产物为铁素体、珠光体与贝氏体。冷却速度在10~15 ℃/s范围时,S355钢相变产物为铁素体、贝氏体。轧制后采用水冷冷却的S355钢的强度和屈强较高,低温冲击性能较低。采用空冷冷却的S355结构钢强度和屈强比较低,低温冲击性能较高。轧制温度840 ℃,空冷轧制的S355钢综合力学性能可满足BS EN 10225—2009的要求。
    合金元素对高碳珠光体盘条钢组织和性能的影响
    唐恩, 彭侠超, 刘红亮, 张瑞, 王坤
    2024, 49(4):  42-47.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.008
    摘要 ( 18 )   PDF (3621KB) ( 5 )  
    设计了3种不同微合金元素V、Nb含量的高碳钢盘条钢,通过拉伸性能测试、组织观察、母相奥氏体晶粒尺寸统计等分析了微合金元素对盘条钢的强化作用。结果表明,V钢的抗拉强度为1282.7 MPa,总延伸率为13.08%,相比于基础钢强度增加约156.5 MPa,总延伸率略有提高。V+高Nb钢的抗拉强度为1287.0 MPa,总延伸率为12.38%,相比于基础钢强度增加约160.8 MPa,总延伸率提高0.25%。对于高碳珠光体钢,添加适量V可以起到细化珠光体片层间距的作用,但是继续添加Nb并不会进一步细化珠光体片层间距,对于抗拉强度的提升无显著作用,因此加入0.1%V后无需再加Nb。微合金元素V的添加除了细化母相奥氏体晶粒,还提升了盘条钢的加工硬化能力,主要是由于珠光体片层间距得到细化,终端盘条钢成品表现出较好抗变形能力。
    组织与性能
    深冷轧制及时效处理过程中Cu-Fe合金的组织性能演变
    马启东, 张宇博, 岳世鹏, 陈佳乐, 李廷举
    2024, 49(4):  48-54.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.009
    摘要 ( 17 )   PDF (4186KB) ( 3 )  
    利用SEM、XRD、TEM、力学性能及导电性能测试研究了Cu-5Fe合金在深冷轧制及时效过程中组织和性能的演变规律。结果表明,变形量为90%时,相比室温轧制,深冷轧制后合金的位错密度更高,Cu基体晶粒和Fe相的细化更显著。时效温度为500 ℃时,深冷轧制试样中析出的纳米Fe相更加细小,数量更多,这是因为深冷轧制试样中更高的形变储能和位错密度更有效地促进了Fe相析出。经过90%变形量深冷轧制和500 ℃时效1 h后,Cu-5Fe合金的抗拉强度为551.5 MPa,导电率为69%IACS,综合性能优于室温轧制结合时效处理后的合金,这归因于深冷轧制试样再结晶后的晶粒仍小于室温轧制试样的,同时深冷轧制试样中更多纳米Fe相带来的析出强化效果更强,对合金的导电性影响也更小。
    热处理及Cr含量对珠光体钢轨钢疲劳裂纹扩展的影响
    王东梅, 蒋宏利, 王业双, 刘东, 刘畅, 陈林
    2024, 49(4):  55-61.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.010
    摘要 ( 16 )   PDF (3883KB) ( 4 )  
    利用SincoTec电磁共振高频疲劳试验机测定了Cr含量不同的两种珠光体钢轨钢的疲劳性能。通过对疲劳裂纹扩展速率曲线、疲劳断口形貌以及断口夹杂和析出进行分析,研究了热处理工艺及Cr含量对钢轨钢的疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,低Cr试验钢最佳热处理工艺是以8 ℃/s的冷速冷却至560 ℃等温30 s,相比于轧态,疲劳寿命由78.8万次提高到91.4万次,提升了16.0%。而相同热处理条件的高Cr试验钢的疲劳寿命由轧态的81.2万次提高到104.3万次,提升了28.4%。优化热处理工艺和Cr含量的提高改善试验钢的疲劳性能归因于珠光体片层间距以及珠光体团尺寸的显著减小。因为一方面其增加了裂纹扩展阻力,降低疲劳辉纹间距的同时增加疲劳台阶数量;另一方面其还能够阻碍疲劳主裂纹的生长,增加能够得到二次裂纹的晶粒位相,提高二次裂纹发生概率。此外,Cr含量提高还能促使(Fe, Cr)3C第二相粒子在试验钢疲劳Ⅱ区的析出,这能够阻碍位错运动,进而降低疲劳裂纹扩展速率。
    热处理制度对高纯钴微观组织及磁性能的影响
    徐国进, 韩思聪, 朱孜毅, 罗俊锋, 何金江, 陈畅, 陈桂
    2024, 49(4):  61-65.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.011
    摘要 ( 13 )   PDF (3675KB) ( 5 )  
    对99.999%高纯钴进行350、450和550 ℃的热处理,利用光学显微镜、电子背散射衍射技术及振动样品磁强计分析了热处理后高纯钴的微观组织、织构及磁性能。结果表明,热处理温度对高纯钴的相含量、晶界含量及晶粒织构有明显的影响,350 ℃热处理后的组织全部为密排六方相(HCP相),具有较强的织构;在相变温度427 ℃以上的450和550 ℃热处理后的组织为HCP相和FCC相两相共存,小角度晶界占比急剧降低,大角度晶界占比大幅提升,并产生了两种特殊晶界:相变孪晶界70.5°/<1120>和退火孪晶界(∑3晶界)60°/<111>。高纯钴经350 ℃热处理后的组织极密度最大,[0001]织构含量最大,且相对磁导率最低,为6.1。当高纯钴在相变温度以上热处理时,磁导率大幅升高。
    激光增材制造316L不锈钢退火过程中微观组织演变和力学性能
    郑磊, 徐达, 鲁宇杰, 廖文超, 殷安民, 陈候
    2024, 49(4):  66-77.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.012
    摘要 ( 19 )   PDF (17577KB) ( 6 )  
    利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700 ℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750 ℃退火后,熔池内胞状和长条柱状亚结构转变为球形亚结构组织和三角形的点状凹坑形组织。随着退火温度的升高,晶粒尺寸先减小后增大,位错密度重新排序,胞状亚结构的溶解,亚结构组织,变形组织和大小角度晶界的演变反映着位错密度的降低,导致强度的下降和塑性的增强。在600 ℃×120 min退火时屈服强度为484.2 MPa,抗拉强度为665.6 MPa,伸长率为47.7%,在850 ℃×120 min退火时屈服强度为410.4 MPa,抗拉强度为639.1 MPa,伸长率为59.7%;随着保温时间的延长,变形组织转变为亚结构组织;在650 ℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.1%增多到82.3%;在850 ℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.9%增多到59.2%。
    热处理工艺和铜含量对高硅无取向硅钢织构的影响
    薛润东, 方锡祯
    2024, 49(4):  78-82.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.013
    摘要 ( 13 )   PDF (2601KB) ( 5 )  
    采用背散射电子衍射技术(EBSD)对无Cu与含Cu高硅无取向硅钢热处理过程的织构进行了检测,分析了微量Cu元素对高硅无取向硅钢织构的影响,并对其微观机理进行了探究。结果表明,在1000 ℃高温再结晶退火时,添加微量Cu元素对硅钢成品的织构起到明显的恶化作用;高温退火工艺可以更充分发挥剪切带优化织构的作用,但含微量Cu元素的无取向硅钢对剪切带优化织构有明显的抑制作用,其原因与基体中弥散析出的含Cu析出相有关。
    长期时效对GH4169合金组织与性能的影响
    陶天成, 臧凯, 朱治愿
    2024, 49(4):  83-88.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.014
    摘要 ( 18 )   PDF (4741KB) ( 6 )  
    分析了GH4169合金经960 ℃×1 h+720 ℃×8 h+620 ℃×8 h标准热处理后再经650 ℃长期时效(100~4000 h)后的组织演变规律和力学性能,探究合金在长期时效过程中的组织演变与力学性能变化之间的关系。结果表明:合金在650 ℃时效100~800 h时,晶内会持续析出较多细小γ″、γ′相,晶界处伴有δ相析出,合金的硬度呈上升趋势;时效1600~2400 h时,γ″、γ′相逐渐长大,δ相逐渐粗化并且周围出现贫γ″区,合金硬度上升趋缓;时效3200~4000 h时,γ″、γ′相粗化明显且晶内大量γ″相转变为δ相,合金的硬度下降。长期时效过程中合金的抗拉强度及屈服强度变化规律与硬度一致,塑性呈现不断下降的趋势。
    GH4730合金累积变形过程中的组织演变规律
    王成宇, 安腾, 谢兴飞, 吕少敏, 曲敬龙
    2024, 49(4):  88-94.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.015
    摘要 ( 12 )   PDF (5825KB) ( 4 )  
    为获得均匀的细晶组织,对GH4730合金进行了多次累积变形试验,并用OM、SEM和EBSD对微观组织进行分析。结果表明,随着变形次数和变形量的增加,合金的再结晶比例逐渐增大,未再结晶晶粒的尺寸和数量逐渐减小。再结晶机制以不连续动态再结晶(DDRC)为主,连续动态再结晶(CDRX)为辅,DDRX主要发生在硬取向晶粒之间,残留的未再结晶晶粒的Taylor因子普遍较大。未再结晶组织中存在大量细小的共格γ′相,较大的不共格γ′相分布在完全再结晶区域的晶界处,其尺寸为1.1~1.4 μm。随着变形次数和变形量的增加,一次γ′相逐渐变粗,面积分数显著增大,二次γ′相数量显著减少。
    成品退火工艺对Zr-4合金管材显微组织和力学性能的影响
    渠静雯, 李博帅, 张海芹, 石明华, 陈秋羽, 李洁, 王曦
    2024, 49(4):  95-103.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.016
    摘要 ( 17 )   PDF (7447KB) ( 5 )  
    通过金相、室温拉伸、室温爆破、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)试验研究了不同成品退火工艺对Zr-4合金包壳管显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,在480~525 ℃的温度范围内,Zr-4合金管处于去应力再结晶的中间状态,并随退火温度的升高或退火时间的延长,轧制变形组织向基本再结晶组织转变,再结晶程度逐渐提高,最大晶粒尺寸呈增大趋势,平均晶粒尺寸变化规律不显著;不同退火工艺管材均析出密排六方结构的Zr(Fe, Cr)2和立方结构的ZrFe2两种第二相粒子,Zr(Fe, Cr)2第二相粒子尺寸差异较大且数量占比大,ZrFe2第二相粒子尺寸较小且数量占比小,第二相粒子尺寸随退火温度的升高或保温时间的延长逐渐增大,但第二相结构未发生变化;室温拉伸及爆破强度随退火温度的升高或保温时间的延长呈降低趋势,拉伸断后伸长率和爆破周向延伸率呈增大趋势,变化趋势随管材再结晶程度的不断提高而逐渐变缓,呈非线性变化。
    工艺研究
    自然时效耦合预拉伸提升Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能和腐蚀抗力
    董泰励, 李昉, 陈庚, 张晨, 郭子龙, 陈康华, 陈送义
    2024, 49(4):  104-110.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.017
    摘要 ( 16 )   PDF (3775KB) ( 12 )  
    采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、拉伸试验、剥落腐蚀和晶间腐蚀等手段研究了不同自然时效时间耦合3%预拉伸对Al-Zn-Mg-Cu合金时效析出组织、力学和耐腐蚀性能的影响。结果表明,自然时效4天耦合3%预拉伸能调控后续时效过程中晶界附近的时效析出行为,显著地减小晶界附近无析出带宽度。其原因是自然时效4天后晶界附近无析出带存在大量溶质原子,再经3%预拉伸在晶界附近无析出带产生大量位错,促进后续时效过程析出相形核,从而减小晶界附近无析出带。窄的晶界附近无析出带能避免位错的塞积,抑制孔洞长大和裂纹扩展,显著提高合金的伸长率。同时在阳极溶解过程中,减少被腐蚀的阳极暴露面积,从而降低腐蚀速率,增加剥落腐蚀和晶间腐蚀抗力。自然时效4天耦合3%预拉伸工艺获得的抗拉强度、伸长率和最大晶间腐蚀深度分别为562 MPa、17.23%和191.4 μm。
    退火工艺对30Cr15Mo1N钢组织和力学性能的影响
    李菁菁, 王存宇, 杜敏, 徐海峰, 俞峰, 曹文全
    2024, 49(4):  110-115.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.018
    摘要 ( 15 )   PDF (2981KB) ( 5 )  
    对比研究了软化退火和球化退火工艺对热轧30Cr15Mo1N钢线材析出相特征,淬火、深冷、回火处理后微观组织和力学性能的影响。结果表明,退火后析出相为Cr2(C,N)、M23C6,球化退火试样析出相尺寸更细小,球化效果更好,分布更均匀,软化退火试样具有更高的强度,其抗拉强度为819 MPa,比球化退火试样高63 MPa,球化退火试样在拉伸过程中出现不连续屈服现象。软化退火试样中更多的析出相有效抑制了再加热过程中晶粒长大,使其在热处理后具有更细小的晶粒尺寸,硬度达到61.4 HRC,高于球化退火试样。
    热处理对增材制造TS5镍基高温合金组织与性能的影响
    谭科杰, 谢锦丽, 秦海龙, 徐斌, 董行, 毕中南, 张继
    2024, 49(4):  116-122.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.019
    摘要 ( 11 )   PDF (3817KB) ( 4 )  
    采用选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备TS5镍基高温合金,通过不同保温温度、升温速率和保温时间的热处理工艺,分析了热处理对SLM成形TS5合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态TS5合金裂纹占比0.07%,平均晶粒截面粒径为66.94 μm,具有低的打印成形开裂倾向与稳定的成形组织。沉积态TS5合金以0.1 ℃/s升温至900 ℃时,γ′相在升温过程中析出。而较快的升温速率可以抑制TS5合金在升温过程中γ′相的析出,特别是当升温速率大于50 ℃/s时,γ′相的析出被完全抑制。在850 ℃下分别保温10、60、240 min时,γ′相体积分数分别为26.2%、37.7%和47.1%,析出量逐渐增加;γ′相尺寸分别为22.2、40.5、58.9 nm。拉伸测试显示,沉积态TS5合金随着热处理温度升高,抗拉强度逐步降低,650 ℃与750 ℃的屈服强度分别为873 MPa和768 MPa;850 ℃和950 ℃的拉伸过程出现脆断现象。电子背散射衍射(Electron back-scatter diffraction,EBSD)发现裂纹主要出现在大角度晶界处。综上所述,合理的快速升温配合短时保温有利于避免升温过程的相变内应力,有效提升晶界强度,对SLM成形TS5合金避免热处理过程的畸变开裂至关重要。
    等温淬火对高钒耐磨合金组织与力学性能的影响
    谢红申, 李明, 冷婉晴, 刁晓刚, 李洲, 徐流杰
    2024, 49(4):  123-131.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.020
    摘要 ( 11 )   PDF (6655KB) ( 4 )  
    采用砂型铸造工艺制备了高钒耐磨合金,研究了不同等温淬火温度对高钒耐磨合金组织与力学性能的影响。结果表明,经过200~300 ℃等温淬火处理后,可得到由贝氏体铁素体板条与薄膜/块状残留奥氏体组成的纳米贝氏体基体组织,碳化物无明显变化,硬度和冲击吸收能量较铸态合金显著提升。降低等温淬火温度对奥氏体向贝氏体的转变有促进作用,并对贝氏体组织产生明显的细化作用。随着等温温度由300 ℃降低到200 ℃,贝氏体铁素体条与片状奥氏体膜的厚度分别由50~200 nm和35~185 nm降低到20~100 nm和20~125 nm,合金的硬度由53.3 HRC升高59.3 HRC,冲击吸收能量轻微降低。与回火马氏体基体的合金相比,贝氏体基体合金的硬度降低,但合金的冲击性能显著提高。200 ℃等温淬火后,合金的硬度比回火马氏体基体合金降低1.7%,冲击吸收能量比回火马氏体基体合金提高60%。
    高能电脉冲处理对海洋结构用钢焊接接头组织及性能的影响
    王艺橦, 侯华兴, 张弛, 潘栋
    2024, 49(4):  131-137.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.021
    摘要 ( 12 )   PDF (6599KB) ( 2 )  
    研究了单一温度/组合式电脉冲技术对一种海洋结构用低合金钢焊接接头组织及性能的影响。结果表明,两种电脉冲技术均可显著细化晶粒并提高其低温冲击性能。电脉冲处理可降低新相形核的势垒,提高奥氏体的形核率,同时改变位错组态,从而达到细晶强化和位错强化的效果。与未处理焊接接头相比,单一温度电脉冲500 ℃试样的母材晶粒尺寸降低93.3%,性能最优的组合式电脉冲900 ℃+650 ℃试样的焊缝区-40 ℃冲击吸收能量提高200.12%,-60 ℃冲击吸收能量提高146.99%,强塑积提高36.61%。
    脉冲磁场时效处理对A356铝合金组织和性能的影响
    翟鹏飞, 潘浩, 邢淑清, 宫美娜, 刘永珍, 麻永林
    2024, 49(4):  138-145.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.022
    摘要 ( 9 )   PDF (4516KB) ( 2 )  
    通过金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(SEM)和万能试验机研究了不同频率下的脉冲磁场时效处理对A356合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,与0 Hz时效处理相比,合金经过不同频率的脉冲磁场处理后微观组织得到改善,力学性能明显提升。当脉冲磁场频率为60 Hz时,合金的抗拉强度和屈服强度分别达到358 MPa和278 MPa,在满足工厂技术要求的前提下,工艺耗时比工厂T6热处理工艺缩短570 min。分析表明,不同频率的脉冲磁场时效处理合金具有不同的吉布斯自由能和扩散速率,改变合金晶粒、共晶Si和Si颗粒的尺寸和形貌,从而对合金的综合性能产生影响。
    高温形变对精细钢丝用高碳钢盘条珠光体团尺寸的影响
    郭大勇, 高航, 潘阳, 杨迎强, 王秉喜, 宫文赫
    2024, 49(4):  146-149.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.023
    摘要 ( 9 )   PDF (2644KB) ( 2 )  
    开展了高温形变对高碳钢盘条珠光体组织转变和珠光体团尺寸影响的试验研究。结果表明,高温形变使珠光体的形核率和长大速率增加,奥氏体向珠光体的转变速率加快。高温形变使试样室温珠光体团细化,珠光体团尺寸分布均匀性得到提升。在形变量分别为20%和40%条件下,相变时间为3 s时,试样的珠光体转变量由不形变条件下的11%增加到32%和53%;试样的珠光体团尺寸由不形变条件下的53.2 μm降低到37.8 μm和23.1 μm,标准差由不形变条件下的29.9 μm降低到11.8 μm和7.9 μm。实际生产可以通过提高轧制速度的方法,细化 LX80A高碳钢盘条的珠光体团,降低盘条珠光体团尺寸分布标准差,从而提高盘条的拉拔性能。
    不同退火工艺对5182铝合金板材表面质量的影响
    孙宁, 王经涛, 李涛, 王芝东, 迟蕊, 徐志远, 杨立民, 郭丰佳
    2024, 49(4):  150-156.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.024
    摘要 ( 10 )   PDF (5233KB) ( 15 )  
    通过阳极氧化覆膜、拉伸试验系统地研究了不同退火工艺处理的5182铝合金板材的显微组织及拉伸性能。结果表明,退火时间越长,板材再结晶晶粒尺寸越大,大小晶粒的变形不同步会导致屈服平台缩短;提高退火温度可降低基体中的位错密度,水冷可阻碍溶质原子向位错扩散,降低溶质原子与位错的交互作用,有利于消除板材冲压过程中的吕德斯带。随着退火温度的提高,5182铝合金板材的抗拉强度和屈服强度均降低,且在相同温度退火时,炉冷合金板材的强度低于空冷和水冷,伸长率则变化不明显。
    不同固溶制度对2219铝合金晶粒生长的影响
    林锡悦, 李贤君, 巫小林, 董承智, 贾巍, 刘文斌, 徐兵权, 杨杰
    2024, 49(4):  157-161.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.025
    摘要 ( 10 )   PDF (3993KB) ( 2 )  
    探究了8 mm厚的2219铝合金在不同固溶制度下的晶粒生长情况,分析其演变规律并确定了较佳的固溶制度。将2219铝合金试样加热至不同温度(525、535、545 ℃)并保温不同时间(30、50、70 min)后水冷至室温。采用金相显微镜对固溶前后试样的晶粒尺寸进行了表征。结果表明,固溶温度越高,保温时间越长,固溶程度越充分,晶粒尺寸越大,最大可达303 μm,但晶粒尺寸过大会影响材料的力学性能,使材料的硬度整体呈现先增后减的趋势,并且会发生过烧现象。结合试样硬度,厚度为8 mm的2219铝合金较佳固溶制度为535 ℃保温70 min。
    磁场处理对YG8硬质合金性能及耐磨性的影响
    韦辽, 杨屹
    2024, 49(4):  161-167.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.026
    摘要 ( 9 )   PDF (2544KB) ( 2 )  
    通过显微组织观察、力学性能试验、摩擦磨损试验和车削试验,研究了磁场处理对YG8硬质合金微观组织、力学性能及耐磨性的影响,并对磁场处理刀具的切削性能进行了评价。结果表明,经脉冲磁场处理后,YG8硬质合金试样断裂韧性有所提高,耐磨性显著增强,摩擦因数减小,同时硬质合金刀具切削的工件表面光滑平坦,整体加工质量高。在脉冲磁场作用下,材料会发生磁致塑性效应,为位错运动提供驱动力,使位错更容易产生增殖和滑移,位错密度增加,从而使材料力学性能显著提高,改善耐磨性能。
    挤压316H奥氏体不锈钢大口径管材的晶粒度控制
    贾晓斌, 秦瑞廷, 涂明金, 李媛媛, 胡永平, 周仲成
    2024, 49(4):  168-174.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.027
    摘要 ( 11 )   PDF (5287KB) ( 3 )  
    系统研究了不同变形量、变形速率、冷却方式、固溶处理温度对316H奥氏体不锈钢晶粒度的影响,并开展了挤压大口径316H奥氏体不锈钢工程化试制。结果表明,变形量越大,晶粒越细小,挤压变形量为80%时,挤压后的晶粒度可达4级以上;在相同变形速率情况下,试样的晶粒尺寸与冷却方式关系明显,水冷、空冷和3 min保温再空冷方式的晶粒尺寸依次增大;在相同的冷却速度条件下,变形速率越快,晶粒尺寸越细小,但随着冷却力度的减弱,晶粒尺寸差距逐渐减少。固溶处理温度对晶粒尺寸长大的作用远大于固溶时间的作用,成形后固溶处理对晶粒的均匀化起到一定的作用,但固溶温度过高会使晶粒迅速长大,固溶处理温度和保温时间应该控制在1050 ℃和40 min内。
    稳定化退火对新型5×××铝合金组织与性能的影响
    孙进宝, 王少华, 刘惠, 李国爱, 王海龙, 张景亮, 周志宇
    2024, 49(4):  175-182.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.028
    摘要 ( 11 )   PDF (4169KB) ( 7 )  
    采用扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜、晶间腐蚀质量损失测试和室温拉伸性能测试等手段,研究了稳定化退火温度和时间对新型5×××铝合金组织与性能的影响规律。结果表明,随着稳定化退火温度的升高,5×××铝合金静态再结晶过程趋于完全,{001}<100>织构组分逐渐占据主导地位。不同稳定化退火处理对铝合金的室温拉伸性能无显著影响。当稳定化退火温度为200~260 ℃时,保温20 min就会加速β相在晶界上的沉淀和球化,连续分布的网状析出相会严重恶化合金的耐晶间腐蚀性能;当稳定化退火温度为270~300 ℃时,保温10~60 min后,合金晶间腐蚀产生的质量损失满足标准ASTM G67中小于15 mg/cm2的要求。因此,最佳稳定化退火工艺参数为:保温温度270~300 ℃,保温时间10~60 min。
    固溶处理对高速轧制N06625镍基合金线材组织与性能的影响
    谷宇, 王岩, 李吉东, 曾莉, 韩东
    2024, 49(4):  182-185.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.029
    摘要 ( 12 )   PDF (2185KB) ( 4 )  
    采用高速线材轧制机组实现了大卷重N06625合金线材的生产,并对其不同温度(1000~1200 ℃)固溶后的组织与性能开展了研究。结果表明,N06625合金高速轧制线材的轧态晶粒尺寸极其细小,其合理的固溶处理制度为1180~1200 ℃×40 min;经1200 ℃固溶后,线材的强度和硬度较低,伸长率及断面收缩率优异,完全满足后续拔丝生产,且此时合金的组织调整完全,即发生完全静态再结晶,基体中只有少量小尺寸的Nb析出物,不会对后续冷拔变形产生不利影响。
    固溶工艺对Mg-7.5Gd-3Y-0.5Zr合金微观组织及动态冲击行为的影响
    王树梁, 王春光, 李爱菊, 王雪兆
    2024, 49(4):  186-194.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.030
    摘要 ( 10 )   PDF (6432KB) ( 9 )  
    通过光学显微镜、扫描电镜及能谱分析得到不同单级和双级固溶工艺下合金的显微组织,并利用分离式霍普金森压杆对合金进行动态冲击试验,研究了固溶工艺对Mg-Gd-Y-Zr合金微观组织及动态冲击行为的影响机理,分析了最优固溶工艺下合金的抗冲击性能。结果表明,合金的最优单级固溶工艺为520 ℃×6 h,最优双级固溶工艺为350 ℃×6 h+520 ℃×1 h。与单级固溶处理相比,双级固溶处理后合金的晶粒尺寸明显降低,富稀土方块粒子成分发生变化,Y含量明显增加,Gd和Y含量接近。单级固溶处理合金在应变速率为3649 s-1时的抗压强度最高,为503 MPa,动态析出粒子及方块状富稀土粒子的协调作用是其保持优异抗冲击性的重要原因;双级固溶处理合金在应变速率为4056 s-1时的抗压强度最高,为534 MPa,较单级固溶处理时的抗冲击性能显著提升,这主要得益于晶粒尺寸减小和富稀土粒子与动态析出粒子的协同作用。
    淬火水温及深冷处理对超高强Al-Zn-Mg-Cu合金组织及性能的影响
    马志锋, 王海龙, 赵唯一, 付祎磊, 陆政
    2024, 49(4):  195-200.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.031
    摘要 ( 13 )   PDF (3145KB) ( 4 )  
    研究了淬火介质(水)温度和深冷处理对Al-Zn-Mg-Cu合金的后续时效微观组织和力学性能的影响。结果表明,Al-Zn-Mg-Cu合金时效前增加深冷处理对强度影响较小,但是可以提升合金的断后伸长率。不同水温淬火影响Al-Zn-Mg-Cu合金的力学性能,室温水淬时合金经固溶+时效后的力学性能最好,抗拉强度为720 MPa,断后伸长率为7.70%,断裂韧度为32.37 MPa·m1/2,经固溶+深冷+时效后的塑性提升,断后伸长率增加到8.90%,断裂韧度增加到36.61 MPa·m1/2。深冷处理不改变合金时效过程中析出相的种类,仍然为η′相,但会使η′相数量增加,分布更加均匀弥散,晶界处的析出相间距也增大并呈断续分布的状态。深冷处理能够使合金的断裂韧度更加稳定,降低合金因为淬火水温不同对性能的影响。
    热处理对锻态TC21钛合金组织及性能的影响
    何睿, 王杰, 尹慧, 翟瑞志, 向伟, 吕东莉, 尹耀吉
    2024, 49(4):  201-208.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.032
    摘要 ( 11 )   PDF (6395KB) ( 2 )  
    设计12种固溶+时效处理工艺,对不同固溶温度(880~920 ℃)与时效温度(500~650 ℃)锻态TC21钛合金的显微组织与力学性能进行研究。结果表明,随着固溶温度的升高,初生α相的含量降低、尺寸变小,钛合金的塑性也随之变差;在同一固溶温度下,时效温度变化影响次生α相的含量及尺寸,随时效温度的升高,次生α相的弥散程度增大,钛合金的屈服强度呈先增后降的趋势,当时效温度过高,达到650 ℃时,次生α相会变粗大。只进行920 ℃×2 h固溶处理的试样Rp0.2=1107.0 MPa,Rm=1238.5 MPa,后续时效处理的加入使屈服强度与抗拉强度大幅提升,通过920 ℃×2 h固溶+590 ℃×4 h时效处理可使锻态TC21钛合金获得优良的综合力学性能,Rp0.2=1237.7 MPa,Rm=1322.0 MPa。
    热处理对ZM51镁合金高周疲劳性能的影响
    张凯, 穆桐, 崔文明, 李铸铁, 臧昊良, 梁锡炳, 王纪兴, 岳天豪
    2024, 49(4):  208-213.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.033
    摘要 ( 11 )   PDF (871KB) ( 3 )  
    采用升降法和成组法对挤压态、固溶态、T6欠时效态及T6峰时效态ZM51镁合金进行应力比为-1的疲劳性能测试,获得了ZM51镁合金在不同热处理状态下的疲劳强度(循环周次为1×107)和S-N曲线,研究了不同热处理工艺对ZM51镁合金高周疲劳性能的影响;同时,通过疲劳断口分析获得ZM51镁合金的高周疲劳断裂机理。结果表明,经过固溶处理(320 ℃×1 h+380 ℃×3 h)后,ZM51镁合金疲劳强度明显下降,由挤压态的124 MPa降低为94 MPa,经过后续的T6时效处理,合金疲劳强度升高,T6欠时效态(90 ℃×32 h+175 ℃×2 h)疲劳强度为107 MPa,T6峰时效态(90 ℃×32 h+175 ℃×14 h)疲劳强度为130 MPa。疲劳断口分析表明,ZM51镁合金高周疲劳断裂机理为“拉伸孪生-退孪生”。
    航天用7050铝合金锻件热变形及热处理工艺
    范曦, 盛智勇, 姜敖, 倪珂, 肖雨晴, 赵永兴
    2024, 49(4):  214-219.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.034
    摘要 ( 10 )   PDF (2957KB) ( 7 )  
    通过光学显微镜、透射电镜、室温拉伸以及电导率测试,研究了时效工艺及最终道次锻压变形量对7050铝合金锻件组织及性能的影响。结果表明,随着双级时效时间的增加,7050铝合金锻件的抗拉强度和屈服强度下降,电导率和伸长率增加。经过120 ℃×6 h+168 ℃×12 h的最佳时效工艺处理后,锻件性能满足新一代某型号7050铝合金锻件的性能要求。最终道次变形量对7050铝合金锻件的三向力学性能影响较大,在最佳的时效工艺下,最终道次变形量为45%时,可获得最优的综合性能,三向抗拉强度、屈服强度和伸长率均满足指标要求。
    空气气氛条件下加热温度对45钢脱碳层深度的影响
    许成, 杨玉, 王润琦, 佟欣儒, 任俊威
    2024, 49(4):  219-222.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.035
    摘要 ( 11 )   PDF (3894KB) ( 2 )  
    研究了空气气氛条件下不同加热温度(700~1300 ℃,随炉升温,达温后保温1 h,出炉空冷)对45钢表面脱碳层深度的影响,并分析了其脱碳机理。结果表明,随着加热温度的升高,45钢表面总脱碳层深度增加。700 ℃加热时几乎不产生脱碳现象,750~800 ℃主要为完全脱碳组织,850~900 ℃为完全脱碳组织与部分脱碳组织共存,950 ℃及以上主要为部分脱碳组织。
    数值模拟
    2A14铝合金构件淬火过程的数值模拟及试验验证
    邓肖峰, 杨宇辰, 石伟
    2024, 49(4):  223-228.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.036
    摘要 ( 10 )   PDF (3710KB) ( 2 )  
    为了预测2A14铝合金大型构件淬火后的残余应力与变形,采用热膨胀试验、高温拉伸试验和材料计算方法,建立了2A14铝合金淬火过程材料模型。基于在线测量2A14铝合金淬火过程的温度变化数据和XRD测量淬火后的残余应力数值,通过反传热法计算了C形环试样淬火过程的表面换热系数,并通过模拟计算了C形环试样淬火过程的温度、应力和开口距离变化。结果表明,淬火后C形环开口距离增加量的仿真计算结果为0.1158 mm,实际测量结果为0.1657 mm。仿真计算结果与实测结果吻合。
    不同淬火油对18Cr2Ni2MoVNbA钢渗碳淬火组织和变形影响规律的数值模拟
    樊朋煜, 翟鹏远, 刘克, 李国栋, 吴玉广, 李峰诚, 邹伟
    2024, 49(4):  229-236.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.037
    摘要 ( 10 )   PDF (5204KB) ( 3 )  
    通过冷却特性曲线经反传热计算出LBA 15C和MT355淬火油的换热系数,利用有限元计算了采用这两种淬火油淬火时18Cr2Ni2MoVNbA钢C形缺口试样冷却过程中不同位置的组织、温差及变形变化规律,并通过组织分析、变形测量和硬度检测对模拟结果进行了试验验证。结果表明,采用这两种淬火油时,18Cr2Ni2MoVNbA钢渗碳淬火后的组织均以马氏体为主,且由于LBA 15C淬火油的冷却速度快于MT355淬火油,经LBA 15C淬火油淬火后的马氏体含量略高。淬火后C形试样缺口均表现出收缩变形,且采用LBA 15C淬火油的淬火过程热应力更大,变形更大。综合考虑组织、应力和变形,宜选择MT355淬火油进行淬火。
    钛合金表面激光熔覆Ni60A合金涂层熔凝行为的数值模拟与试验验证
    龚玉玲, 龚非, 陈林, 徐晓栋, 钟奕慧, 黄云超
    2024, 49(4):  237-243.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.038
    摘要 ( 8 )   PDF (3355KB) ( 3 )  
    为了准确预测同轴送粉激光熔覆过程中熔覆层的几何形貌和动态熔凝行为,利用COMSOL Multiphysics软件建立了Ti6Al4V合金表面激光熔覆Ni60A合金涂层过程中多相耦合数值模型,并通过单道激光熔覆试验进行了验证。结果表明,模拟结果与试验实际测量的熔覆层截面宽度、高度、深度及稀释率的偏差率分别为-2.63%、12.19%、4.55%和-1.94%,初步验证了模型预测几何形貌的可靠性。另外,为了探究Ni60A合金涂层的熔凝行为,通过模拟进一步获取了熔池内的温度梯度G和凝固速率R的分布图,并结合熔覆层SEM观察表征,建立了晶粒特性与凝固参数之间的关系,发现晶粒类型(平面晶、柱状晶和等轴晶)主要受温度梯度和凝固界面过冷度的影响,而晶粒尺寸主要受凝固速率控制。
    A286高温合金薄壁圆管局部梯度性能设计与实现
    王程民, 冯治国, 江玉莲, 陶亮, 莫宁宁
    2024, 49(4):  244-250.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.039
    摘要 ( 12 )   PDF (3113KB) ( 3 )  
    基于A286高温合金抽芯铆钉薄壁圆管退火的工艺要求,建立电磁场和温度场双向耦合的局部感应加热模型,研究电磁场和温度场的分布规律,然后进行了感应退火试验验证。结果表明,导磁体能够有效控制磁力线的分布,使用导磁体能够大幅度提高局部的磁通密度,进而提高加热效率。计算得到的温度梯度明显,表面温度分布曲线表现为两边低中间高的单峰曲线,退火后的硬度分布曲线则表现为两边高中间低的单峰曲线,低硬度区长约3.5 mm。对于退火后薄壁管的组织分布,非退火区呈现冷加工态组织,退火区的再结晶现象明显。
    表面工程
    可控离子渗入渗氮处理对25Cr3Mo3NiNbZr钢力学性能的影响
    龙李威, 王晓变, 罗德福, 郭星影, 曾汇松, 陈端杰
    2024, 49(4):  251-256.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.040
    摘要 ( 18 )   PDF (4239KB) ( 3 )  
    采用XRD、光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机和冲击试验机研究了可控离子渗入(PIP)渗氮处理对25Cr3Mo3NiNbZr钢组织和力学性能的影响。结果表明,PIP渗氮处理可在25Cr3Mo3NiNbZr钢表面形成硬度高于900 HV10的渗氮层,表面显微压痕无开裂和塌陷现象,脆性为1级。断口分析表明渗氮层区域呈解理断裂特征,拉伸过程渗氮层无崩落现象,与基体结合强度高。渗氮层的形成可以起到阻碍材料塑性变形的作用,PIP渗氮后25Cr3Mo3NiNbZr钢的强度无明显变化,塑性和韧性降低。
    高能喷丸强化工业纯铁的疲劳裂纹扩展性能
    刘荣伟, 黄志国, 刘翔宇, 孙杨锋, 魏艳东, 崔喜贺, 侯和龙, 胥林东
    2024, 49(4):  257-263.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.041
    摘要 ( 12 )   PDF (4537KB) ( 2 )  
    采用高能喷丸在工业纯铁表面形成了自纳米化层,通过疲劳裂纹扩展试验对母材和高能喷丸试样进行对比分析,研究了高能喷丸对疲劳裂纹扩展速率、显微组织、显微硬度和疲劳断口形貌的影响规律。结果表明,高能喷丸对疲劳裂纹萌生及应力强度因子低于50 MPa·m1/2的疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用,但对应力强度因子高于50 MPa·m1/2的疲劳裂纹扩展影响不明显。高能喷丸后试样表层组织出现晶粒严重破碎、挤压,表面硬度较母材提升约40%,但随深度的增加硬度迅速降低。高能喷丸的最大影响深度达到3.88×10-4 mm,试样由表及里可划分为表层破坏区域—纳米层—晶粒严重变形区—晶粒变形区—未受影响区,不同区域之间无明显界限。
    激光熔覆钴基合金研究进展及其在核领域的应用展望
    任维泽, 段绪星, 裴泽宇, 陈青, 赵子锐
    2024, 49(4):  264-273.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.042
    摘要 ( 11 )   PDF (2993KB) ( 3 )  
    激光熔覆是一种先进的表面改性技术,具有变形量小、稀释率低、熔覆层与基材结合强度高等优点。钴基合金具有优异的耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特性,通过激光熔覆技术制备的钴基合金熔覆层可以提高零件在特殊的服役环境(高温、高压、强辐射)下的工作性能和使用寿命。此外,激光熔覆钴基合金技术已受到国内外专家学者的高度关注,并广泛应用于核工业、轨道交通、水电等领域。本文分析了激光熔覆钴基合金技术的国内外研究现状,总结了钴基合金材料体系、工艺参数、性能研究、工业应用方面的研究成果。最后针对激光熔覆钴基合金技术在核领域的应用进行了展望。
    横拉机H13钢耐磨导轨激光表面淬火+渗氮复合处理
    林春旭
    2024, 49(4):  274-278.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.043
    摘要 ( 11 )   PDF (2029KB) ( 3 )  
    为提高横拉机H13钢耐磨导轨的使用寿命,对导轨(心部硬度约300 HV0.3)分别用激光表面淬火、气体渗氮、激光表面淬火+气体渗氮进行表面强化处理,以表面硬度、硬化层深度、硬度梯度为依据进行耐磨性的对比分析。结果表明,气体渗氮表面硬度高(>980 HV0.3),但硬化层深度较浅(仅能达到约0.27 mm);激光表面淬火成倍增加硬化层深度(可达约0.7 mm),但表面硬度不及气体渗氮(最高仅达到764 HV0.3);先激光表面淬火(P=2500 W,v=4 mm/s)后气体渗氮(540 ℃×25 h)复合处理则能兼有两种工艺的优点,获得更高的表面硬度(>980 HV0.3)和硬化层深度(可达0.61~0.67 mm),能有效提高导轨的耐磨性。
    WC含量对WC-Ni60喷焊层微观组织和硬度的影响
    赵虎林, 苟藏红, 袁永峰, 曹静, 赵昕
    2024, 49(4):  278-283.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.044
    摘要 ( 12 )   PDF (4889KB) ( 2 )  
    使用氧乙炔火焰喷焊工艺在A3钢板上制备了不同WC含量(10%、20%、30%、40%、50%)的WC-Ni60合金粉末喷焊层,通过对比分析,研究了不同WC含量对喷焊层的微观组织和硬度的影响。结果表明:喷焊后的WC-Ni60合金层与A3钢板基体结合处形成“白亮带”共晶组织,冶金结合良好;随着WC含量的增加,喷焊层的微观组织中WC颗粒逐渐增多,显微硬度也越大,喷焊层的显微硬度可达基体材料的2倍以上。但是在WC含量超过30%以后,微观组织中容易出现气孔等缺陷。
    教学与实践
    基于“新工科”的《热处理原理与工艺》类课程教学内容改革
    熊志平, 王迎春, 程兴旺
    2024, 49(4):  284-287.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.045
    摘要 ( 9 )   PDF (965KB) ( 2 )  
    《热处理原理与工艺》既是金属材料领域的核心课程,又和工程实践结合非常紧密。该课程一直沿用20世纪的教学大纲,教学内容过于陈旧,又由于该课程“理论性、抽象性、综合性与实践性强”,导致学生难以融会贯通,遇到实际热处理问题无从下手。基于“新工科”对人才培养的新要求,需对课程内容进行系统的改革。首先,提取该课程的核心知识点——固态相变原理,并深化其教学,提高学生的理论水平。其次,通过精简钢材的传统热处理工艺,使学生更为系统地掌握热处理工艺。最后,通过融入新发展的热处理工艺,以及其他重要金属材料的相变和热处理工艺,进一步帮助学生深刻理解固态相变原理,并培养学生的创新性思维,使其具备解决金属材料热处理相关问题的能力。
    工程教育专业认证背景下《热处理原理与工艺》教学探讨
    张剑平, 黄俊, 徐吉林
    2024, 49(4):  288-292.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.046
    摘要 ( 13 )   PDF (1434KB) ( 3 )  
    随着世界科技和文化交流的日益密切,对工程技术人员的能力也提出了更高要求。工程教育专业认证正是顺应这一时代潮流,为我国工程技术人员的培养指明了方向。围绕工程教育专业认证的核心理念,对以学生能力培养为目标的《热处理原理与工艺》课程的教学进行了探讨。在课程目标、学情、课程内容的分析上,探索了包括类比、讨论、案例、探究和翻转课堂的综合教学方法,取得了一定的教学成效。
    失效分析
    30CrMnSiA钢架圈零件裂纹产生原因分析
    董娜, 徐周珏, 李想军, 周武风, 陈启芳, 谭睿琪, 杨羲阳
    2024, 49(4):  293-296.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.047
    摘要 ( 17 )   PDF (3347KB) ( 10 )  
    某飞机零件架圈由30CrMnSiA钢板加工而成,该零件经过调质处理后,探伤检查发现多个零件的耳片处有裂纹产生。采用宏微观形貌分析、化学成分检测和力学性能检测等方法对该批次零件开裂原因进行了综合分析。结果表明,该架圈的开裂属于原材料质量问题,由于原材料退火不充分,存在严重偏析,导致局部硬度偏高,最终产生淬火裂纹。
    某50CrVA弹簧钢零件断裂原因分析
    崔景博, 汪凌波, 国飞, 卢振国
    2024, 49(4):  296-299.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.048
    摘要 ( 13 )   PDF (3209KB) ( 2 )  
    采用金相显微镜、扫描电镜、氧氮氢分析仪等设备对某50CrVA弹簧钢零件断裂原因进行了分析。结果表明,50CrVA弹簧钢零件断裂均发生在直角拐角的应力集中处,经过镀锌后,由于除氢处理不完全,产生了氢脆。对此提出了改进措施,如及时更换钝化的落料模具,增加除氢处理的时间。
    现场经验
    水基金属清洗剂在链条零件热处理中的应用
    代玉杰, 李存志
    2024, 49(4):  300-302.  doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.049
    摘要 ( 9 )   PDF (1324KB) ( 3 )  
    介绍了水基金属清洗剂的组成及清洗机理,并根据日常使用中存在的问题进行了原因分析,详细描述了水基金属清洗剂工作液的配置步骤、日常维护时的注意事项以及如何更换工作液。水基金属清洗剂能够解决目前链条零件由于清洗效果差而导致的各种问题,并且节能、高效、环保。