金属热处理

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冷作模具钢SKD11的热处理增韧技术

袁志钟, 王梦飞, 张伯承, 段旭斌, 李表敏, 杨海峰, 罗锐, 程晓农

金属热处理 2023, 48 (9): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.001

摘要（136）

PDF （5140KB）（166）

选用热轧和球化退火后的SKD11钢板,对其进行A-Q-A(Austempering-Quenching-Austempering)、Q-T-A(Quenching-Tempering-Austempering)两种复相热处理工艺以及Q-T(Quenching-Tempering)常规热处理工艺,研究不同热处理工艺对钢板微观组织、硬度和冲击吸收能量的影响。结果表明: A-Q-A和Q-T-A热处理试样的组织均为下贝氏体(LB)和马氏体(M)的复相组织,并且残留奥氏体(RA)的含量分别为13.2%和18.6%。经A-Q-A、Q-T-A和常规热处理Q-T后,试样的硬度分别为58.5、58.6和60.5 HRC,冲击吸收能量分别为31.3、27.6和15 J。复相处理的工艺实现了SKD11钢板优异的强韧性配合,为提升冷作模具钢的韧性进行了有益的探索。

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金属材料学的“思想”

袁志钟, 戴起勋, 王安东, 鞠玉琳, 曹甫洋, 罗锐

金属热处理 2023, 48 (5): 1-5. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.001

摘要（128）

PDF （1390KB）（97）

从系统综合角度提炼了金属材料学的“思想”,揭示了金属材料性能演化过程的矛盾规律,归纳了合金元素作用的复杂性,讲述了金属材料组织演化的量变与质变规律,阐明了热处理工艺的多向可变性。

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34CrNi3MoV钢奥氏体晶粒分布规律

郑冰, 徐东, 王怡群, 王学玺, 赵红阳, 巨东英

金属热处理 2023, 48 (7): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.07.001

摘要（97）

PDF （2733KB）（116）

研究了不同保温温度及保温时间对34CrNi3MoV钢奥氏体晶粒长大的影响。通过金相法统计分析了保温温度、保温时间对晶粒平均尺寸、长轴、短轴的影响。结果表明,正态分布方程中标准差与期望大致随保温温度的升高而增加,随保温时间的延长而增加。晶粒长轴、短轴尺寸与平均尺寸关系密切,其比值呈简单的线性关系。晶粒长大的过程中,长轴与短轴的比例基本保持不变,并回归得到晶粒平均尺寸、长轴、短轴尺寸的分布概率表达式。同时在数学规律上对材料学中的遗传性提供一种新的思维方法及可能的解释思路。

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M390高铬高钒粉末冶金工具钢奥氏体化过程中的碳化物演变规律

邓锦强, 张覃轶, 陈俊, 伍冬, 刘伟, 周鸿锋

金属热处理 2023, 48 (11): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.001

摘要（91）

PDF （4216KB）（98）

利用SEM-EDS、TEM和Image-Pro Plus等分析手段研究了M390钢在不同奥氏体化过程中的碳化物演变规律。结果表明,在1075~1150 ℃加热,保温15~120 min奥氏体化条件下,M390钢中碳化物体积分数和平均尺寸随淬火温度升高整体呈现下降趋势。同一淬火温度下,随保温时间延长,碳化物数量整体减少,碳化物平均尺寸先减小后增大,小尺寸碳化物数量先增加后减少,硬度先上升后下降。高温油淬后M390钢中未溶碳化物类型主要是M₇C₃和M₈C₇。在奥氏体化过程中,M390钢中碳化物变化主要是M₇C₃的溶解、长大及再溶解。

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淬火工艺对GCr4Mo4V钢组织及耐磨性的影响

崔毅, 崔继红, 王艳, 张雲飞, 俞峰, 赵英利, 曹文全

金属热处理 2023, 48 (9): 23-29. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.004

摘要（87）

PDF （7786KB）（93）

对“真空感应+保护气氛电渣重熔”工艺制备的退火态GCr4Mo4V钢分别在1090、1120、1150 ℃保温30、60、120 min油淬,并随后连续进行3次回火处理,借助UMT TriboLab摩擦磨损试验机对其开展干摩擦磨损试验,并对其显微组织、表面硬度、磨痕形貌及磨损率的变化规律进行分析,以探究淬火工艺对GCr4Mo4V钢显微组织及干摩擦磨损特性的影响规律。结果表明,1150 ℃淬火温度是GCr4Mo4V钢晶粒急剧长大的临界温度,淬火温度的提高促进了大颗粒碳化物的溶解,保温时间的延长更有利于回火后碳化物的弥散化分布,淬火温度比保温时间对大颗粒碳化物的细化作用影响更大,而晶粒组织与碳化物的细化与弥散化对GCr4Mo4V钢耐磨性提升有积极作用。

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组织均匀化处理对Cr-Ni-Mo钢力学性能的影响

史长鑫, 谷国超, 崔树刚, 许文花, 肖桂勇, 吕宇鹏

金属热处理 2023, 48 (12): 1-6. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.001

摘要（84）

PDF （5916KB）（92）

采用阶梯式循环淬火+调质工艺对AISI 4330钢中产生的带状缺陷进行了均匀化处理,并探究均匀化处理过程的组织演变及其对力学性能的影响规律。结果表明,原始带状缺陷试样为铁素体+珠光体组织,带状组织评级为3级,EPMA结果显示存在较为严重的C、Cr、Mo元素偏析。经过多次高温淬火+调质,带状缺陷组织转变为由铁素体和含Cr碳化物以及回火索氏体组成的均匀组织,元素偏析得到一定程度的改善,C元素扩散明显,Cr、Mo元素偏析仍存在,阶梯式循环淬火的多次相变过程使得组织得到明显细化。此外,试验钢的力学性能得到提升,抗拉强度达到1200 MPa以上,硬度达到350 HBW左右,-40 ℃冲击吸收能量达到64.2 J左右,组织细化同时提高了试样的强度及塑韧性,碳化物的大量析出也有利于提高钢的强度。强度和韧性的提升更能满足压裂泵产品使用要求,提高AISI 4330钢使用寿命。

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钨表面WTaVNbMo难熔高熵合金层的组织与性能

黄天阳, 郑家圣, 田林海, 林乃明, 王振霞, 秦林, 吴玉程

金属热处理 2023, 48 (5): 6-11. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.002

摘要（82）

PDF （2249KB）（101）

采用双层辉光等离子表面冶金技术,以粉末冶金W₁₈Ta₁₈V₂₀Nb₁₈Mo₂₆合金作为源极靶材,控制工件极温度为1200 ℃,源极和阴极电压差分别为300、400和500 V,在纯钨表面制备了WTaVNbMo难熔高熵合金层。用扫描电镜及其所附能谱仪和X射线衍射仪检测合金层的显微组织和相组成,用显微硬度计和电化学工作站测试了合金层的硬度和耐蚀性,利用SRIM软件模拟分析了合金层的抗辐照性能。结果表明,在不同电压差条件下纯钨表面均形成了BCC结构的WTaVNbMo高熵合金层。电压差为400 V时,制备的合金层厚度达到100 μm以上;500 V电压差下制备的合金层表面均匀,组织致密,硬度最高,可以达到1635 HV0.05,耐蚀性良好,自腐蚀电流密度较W基体降低了近两个数量级。辐照模拟结果表明,相比于纯钨,高熵合金层的损伤范围较为集中,投影射程更短,电子阻止本领更大,电离损失速度加快。

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奥氏体不锈钢表面激光熔覆锆涂层的组织及硬度

吴裕, 唐奇, 苏晓峰, 蒋文龙, 周丹晴

金属热处理 2023, 48 (5): 12-17. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.003

摘要（76）

PDF （4859KB）（65）

为了提高常用奥氏体不锈钢的表面性能,延长其服役寿命,拓宽其使用价值,采用激光熔覆技术在一种典型奥氏体不锈钢表面制备了锆涂层,借助金相显微镜、XRD、ECC、EDS对熔覆涂层的微观组织进行了表征,利用维氏硬度测试仪对熔覆涂层和基体的硬度进行了测试。结果表明,锆涂层与基体具有良好的冶金结合,其中涂层晶粒主要呈树枝晶形貌,基体晶粒主要呈含退火孪晶的等轴晶形貌。激光熔覆涂层中Zr、Si元素主要富集在枝晶内,Fe、Cr元素主要富集在枝晶间,Ni、Mn元素分布较均匀。涂层区的硬度(约743.2 HV0.1)相较于基体区(230.5 HV0.1)有了显著提升,约为基体的3.2倍。这可能与涂层部分形成的枝晶结构的微观组织和其中的元素偏聚有关,此外第二相强化也不可忽视。

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冷作模具钢DC53热处理增韧技术

袁志钟, 陈露, 张伯承, 王梦飞, 刘海明, 牛宗冉, 王致远, 程晓农

金属热处理 2023, 48 (10): 15-22. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.10.002

摘要（75）

PDF （6461KB）（28）

采用了A-Q-A(Austempering-quenching-austempering)和A-Q-T(Austempering-quenching-tempering)的复相热处理工艺来提高冷作模具钢DC53的韧性,分析了热处理工艺对DC53钢微观组织和力学性能的影响,并与常规热处理工艺(淬火-高温回火,Q-T)进行对比。结果表明,A-Q-A和A-Q-T试样均得到下贝氏体/马氏体(LB/M)的复相组织,并且残留奥氏体(A_R)的含量分别为21.7%和16.5%,A-Q-A和A-Q-T试样的硬度分别为59.6 HRC和59.9 HRC,略低于Q-T试样的62.3 HRC,但是这两种工艺的冲击吸收能量分别为84.9 J和87.3 J,远高于Q-T试样的35.6 J,其原因是复相组织引起的细晶强化、形变强化以及A_R的增多。因此,LB/M复相热处理工艺实现了优异的强韧性配合,使DC53钢可以用在存在冲击的服役环境中。

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长期时效对镍基高温合金组织和性能的影响

蔡晨阳, 曹铁山, 王威, 迟庆新, 程从前, 赵杰

金属热处理 2024, 49 (1): 9-15. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.01.002

摘要（73）

PDF （3643KB）（37）

对不同时效时间的镍基高温合金的组织进行观察,探究其在高温时效过程中组织及性能的演变规律,利用光学显微镜和扫描电镜对合金时效前后的组织进行了观察,提出了定量分析合金组织演变的方法,并对合金时效前后的硬度进行了测试分析。结果表明,900 ℃无载荷时效20 h后,γ′相呈立方状并且尺寸并无明显变化,时效100 h后,γ′相由立方形开始向圆形转变;时效500 h后,γ′相形状更加不规则,一些γ′与相邻的γ′相连,呈现长条状,但仍有一部分保持立方状;时效2000 h时后,γ′相明显粗化,立方度明显降低。随着时效时间的延长,γ′相尺寸逐渐长大,合金的硬度呈现减小的变化趋向。

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淬火工艺对42CrMo钢刀毂淬硬层深度及力学性能的影响

姜影, 杜水明, 黄俏梅, 沈子达, 游菲

金属热处理 2023, 48 (9): 88-91. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.014

摘要（71）

PDF （1962KB）（37）

采用多用炉选择不同淬火温度、不同淬火介质及碳势浓度,对42CrMo钢刀毂进行淬火,通过力学性能、组织及硬度的检验,研究了各影响因素对刀毂力学性能和淬硬层深度的影响。结果表明,随着淬火介质冷却速度的增加,在850~890 ℃淬火时,刀毂的抗拉强度呈现整体上升的趋势。当淬火温度为850 ℃时,采用淬火介质D时,刀毂的拉伸性能最好,淬透层深度可达到6.0 mm。当淬火温度为870 ℃时,采用C介质,淬透层深度满足客户要求。当碳势为0.6%时,随着淬火温度的升高,刀毂淬透层深度先上升后下降,抗拉强度呈下降趋势,屈服强度及伸长率呈上升趋势。

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Ni含量对NiAl-Cu强化40CrNi3MoV钢组织和力学性能的影响

梁恩溥, 徐乐, 杨勇, 王毛球

金属热处理 2023, 48 (8): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.08.001

摘要（71）

PDF （5523KB）（70）

针对NiAl-Cu析出强化的40CrNi3MoV钢,研究了不同Ni含量对经450~650 ℃回火后的试验钢组织和力学性能的影响。采用OM表征试验钢的显微组织,利用TEM和EDS等手段表征试验钢中析出相,并通过室温拉伸和低温冲击试验测定试验钢的力学性能。结果表明,Ni含量对试验钢的显微组织没有明显影响。Ni含量的提高(3.0%~4.0%)促进了试验钢中富Cu相和NiAl相的析出,增加了纳米粒子析出的数量。Ni含量的提高使得试验钢经500 ℃回火后的抗拉强度和屈服强度分别提高了200 MPa和100 MPa。

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轧机导卫架端头异形截面的感应淬火工艺及畸变控制

王敬伟, 范梅香, 林乙丑, 石如星, 席志永, 刘志刚

金属热处理 2023, 48 (9): 122-125. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.021

摘要（64）

PDF （1291KB）（33）

研究了轧机导卫架端头部位的感应淬火工艺及畸变控制。专门制作了等比端头锻件并进行了感应器加热及冷却测试,同时进行了相关工艺试验,针对导卫架端头异形截面的硬度、畸变、开裂等风险进行了全面评估,基于端头的工艺试验结果,制定了导卫架端头感应淬火工艺方案:加热频率1.7~4 kHz,行走速度150 mm/min,功率90×(14%~24%) kW,并对感应器进行了驱磁设计,采用连续加热连续冷却感应淬火。结果表明,基于端头异形截面结构所设计的仿形感应器经工艺试验验证可实现角度40°的导卫架端头异形截面的感应淬火工艺,通过在感应器上合理设置驱磁区域,有效避免了异形截面端头发生尖角效应,并利于感应加热温度的均匀性。C35E钢端头经感应淬火后硬度达55~60 HRC,通过反畸变操作,总长2120 mm的导卫架端头弯曲畸变控制在1 mm以内。

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NM400钢终轧温度对其相变行为及残余应力的影响

陈浩, 丁文红, 方玉, 鲁小轩, 周莹涛, 陈灏

金属热处理 2023, 48 (9): 14-22. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.003

摘要（64）

PDF （5685KB）（42）

为研究某钢厂NM400钢不同终轧温度下的板形缺陷差异,借助Gleeble-3500热模拟试验机进行了压应力载荷作用下的膨胀试验,研究了终轧温度对NM400钢相变动力学及相变塑性的影响,并利用修正后的相变动力学以及相变塑性参数建立了ABAQUS有限元模型。使用裂纹柔度法对NM400钢进行残余应力测试,并将实测与模拟结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。同时,采用EBSD对不同终轧温度试样的微观组织进行表征分析。结果表明,连续冷却过程中残余应力的形成分为3个阶段,包括温度应力主导阶段、表面相变主导阶段和心部相变主导阶段;终轧温度为860 ℃时,相变速率最大,导致表面先相变体积比820 ℃时大了17%,使心部开始相变时所受到的拉应力水平变大,轧后残余应力亦最大,生产加工过程中产生板形问题;终轧温度对轧后微观组织和相变塑性参数Κ的影响较小,不是造成轧后残余应力差异的决定性因素。

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SWRCH35K冷镦钢的球化退火工艺

田伟, 王兴, 支旭波, 陈宗乐

金属热处理 2023, 48 (8): 190-193. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.08.031

摘要（63）

PDF （2579KB）（26）

为改善SWRCH35K钢的球化组织质量以提高其冷镦性能,并实现热轧后在线退火调控,通过热力学模拟得出SWRCH35K钢的相变点,采用等温球化退火、高温回火和高温回火+等温球化退火分别对热轧材进行热处理。结果表明:等温球化退火后形成的粒状珠光体组织中存在部分长片状碳化物,同时加热温度在两相区的高温段由于先共析铁素体的再析出导致碳化物分布不均匀,并在790 ℃有片状珠光体生成;高温回火可以使片状珠光体中的碳化物转变成粒状,但粒状碳化物存在分布不均匀的现象;高温回火+等温球化退火得到的粒状珠光体组织良好,碳化物分布均匀且未发现明显的长片状碳化物,其最佳的热处理制度为685 ℃×1.5 h空冷+740 ℃×0.5 h炉冷至685 ℃×3 h空冷。

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强制冷却和低温时效对2198-T3/7A04-T6异种铝合金FSW接头组织及性能的影响

孙博, 聂佳民, 李晓丹, 何长树

金属热处理 2023, 48 (9): 8-13. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.002

摘要（61）

PDF （3133KB）（47）

在空冷与强制冷却下对2198-T3/7A04-T6异种铝合金进行搅拌摩擦拼焊,并在焊后对其接头进行低温时效处理,研究了强制冷却和低温时效对焊接接头低硬度区微观组织特征及接头力学性能的影响。研究发现,两种条件下,2198-T3铝合金一侧的热影响区内均出现了低硬度区,但强制冷却＋低温时效条件下接头低硬度区的硬度值明显更高,为94.5 HV0.1,并且接头的平均屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为312 MPa、443 MPa和8.9%,屈服强度和抗拉强度分别达到母材强度的97.5%和96.9%,而空冷＋低温时效条件下仅为母材强度的89.0%和91.6%。强制冷却＋低温时效条件下接头的力学性能更优的主要原因是:焊接过程中施加强制冷却能有效抑制接头低硬度区内θ′相T1相的溶解与粗化,使其在后续低温时效过程中能获得更好的时效强化效果。

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烧结稀土钕铁硼磁体的物理稳定性与提升方法探讨

吴玉程, 刘家琴

金属热处理 2023, 48 (10): 8-14. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.10.001

摘要（59）

PDF （1681KB）（56）

烧结稀土钕铁硼作为一种重要的功能材料,被广泛应用于汽车、医疗器械和航空航天等领域。本文综述了烧结稀土钕铁硼的制备与应用、物理稳定性控制,通过粉末冶金制备工艺,优化稀土钕铁硼合金成分和调控晶界结构,探索影响其稳定性的微观机理,分析烧结钕铁硼磁体在不同条件下的稳定性,指出稀土钕铁硼磁材的化学成分、微观组织结构对其磁场稳定性和温度稳定性的作用。

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汽车轮毂轴承内圈感应回火温度均匀性的数值模拟

魏文婷, 赵天翼, 柯锦哲, 刘青龙

金属热处理 2023, 48 (5): 129-137. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.021

摘要（59）

PDF （3417KB）（25）

采用电磁场与温度场耦合计算仿真模型,研究感应加热工艺参数对异形截面汽车轮毂轴承内圈回火温度场的影响规律,并采用响应曲面法分析感应回火工艺参数的交互影响作用。结果表明,随着感应线圈的频率和电流密度降低,轴承内圈心部与表层温度差缩小,整体升温速率降低;依据对温度差和升温速率的影响显著性程度从大到小对感应加热工艺参数排序依次是:电流密度、频率与空气间隙;基于响应曲面法得到的温度均匀性较优的感应回火工艺参数:频率10 kHz,电流密度19.6×10⁶ A/m²,外侧感应线圈与零件之间的空气间隙8.5 mm,并通过试验验证了温度场数值模拟的有效性;基于回火参数相当的等温回火与感应回火试验,发现两种工艺获得的硬度相近。

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球化退火工艺对渗碳用16MnCr5钢奥氏体晶粒度的影响

郑晓伟, 林再勇, 张剑锋, 金涛

金属热处理 2023, 48 (5): 283-286. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.045

摘要（59）

PDF （1777KB）（47）

为研究16MnCr5钢热轧盘条改制过程中的球化退火对其奥氏体晶粒度的影响,对热轧盘条试样及分别在700、720、740、760、780 ℃保温5 h的等温球化退火试样进行940±5 ℃保温1 h水淬处理,测试试样的奥氏体晶粒度并对比分析。结果表明,通过轧制过程采用“双高”工艺(加热温度1200~1250 ℃,精轧温度950~980 ℃)及800~600 ℃之间快冷(采用风冷,冷却速度≥10 ℃·s^-1),保证铝、氮原子处于固溶态,晶粒度检测前的热处理过程中AlN均匀细小析出,使得16MnCr5钢奥氏体晶粒细小均匀。当在700、720 ℃进行球化退火时,AlN质点均匀细小析出,虽然发生Ostwald熟化长大,但仍小于临界半径,奥氏体晶粒仍细小均匀;随着退火温度的进一步升高,第二相粒子发生Ostwald熟化长大,局部区域的第二相粒子超过其临界半径,局部奥氏体晶粒异常长大而出现混晶。实际生产中,为获得均匀细小的奥氏体晶粒,同时获得良好的球化组织及力学性能,16MnCr5钢采用720 ℃进行球化退火。通过以上控制轧制过程及球化退火工艺,可实现16MnCr5钢的奥氏体晶粒度7.5~7级,满足奥氏体晶粒度≥5级,且没有混晶的要求。

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DQ-T工艺对1000 MPa级高强钢组织和性能的影响

王毅, 韩杰, 刘超, 邓玲蕊, 李辉, 许荣昌

金属热处理 2023, 48 (9): 30-34. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.005

摘要（58）

PDF （3197KB）（56）

研究了直接淬火+回火工艺对1000 MPa级高强钢微观组织结构和力学性能的影响。利用金相显微镜和透射电镜表征了微观组织结构,测试了维氏硬度和拉伸性能。结果表明,随回火温度的升高,显微硬度和抗拉强度的下降趋势分为3个阶段:缓慢下降的Ⅰ_σ阶段(室温~350 ℃)、快速下降的Ⅱ_σ阶段(350~500 ℃)和基本稳定的Ⅲ_σ阶段(500 ℃以上),屈服强度在250~400 ℃之间存在峰值,屈强比上升明显;回火温度达到500 ℃时,伸长率可达到15%以上。850 ℃终轧后在350~450 ℃回火30~60 min,可获得良好的强韧性组合,达到1000 MPa级高强钢的性能指标。马氏体组织内部存在大量的位错亚结构,其中的可动位错能够缓解局部应力集中,降低微裂纹形成的可能性,从而使材料获得较大的均匀塑性变形。

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