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（235）

PDF （5140KB）（289）

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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TC11钛合金热变形行为及微观组织演变

吕学春, 赵文革, 袁明荣, 李恒

金属热处理 2023, 48 (5): 279-282. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.044

摘要（96）

PDF （2582KB）（240）

研究了TC11钛合金在高温下的变形行为以及显微组织变化。结果表明,在变形过程中,合金的流动应力随着变形温度的升高以及应变速率的降低而降低;同时合金的流动应力软化程度随着应变速率的升高而增加。通过真应变为0.6的热加工图分析可知,能量耗散率最高出现在940 ℃,0.001 s^-1的条件下,达到0.71;塑性失稳区出现在920～930 ℃、0.9～10 s^-1的变形工艺参数范围。TC11钛合金在热变形过程中,应变速率的增加、变形量的增加以及变形温度的升高都有利于促进α相的动态再结晶。

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固溶时效处理对ZL108铝合金冲击性能的影响

谭国寅

金属热处理 2023, 48 (5): 291-293. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.047

摘要（46）

PDF （1272KB）（227）

采用光学显微镜、扫描电镜和冲击试验机研究了固溶时效处理后ZL108铝合金的冲击性能变化。结果表明,铸态组织主要由α固溶体和粗大的共晶硅组织及块状的初晶硅组成。经过固溶时效处理后析出相变得细小且分布均匀,形貌类似短棒状或者珊瑚状,能更好地钉扎位错,有助于材料冲击性能的提升。铸态试样中由元素不平衡分配导致产生了大量的难熔共晶硅和块状初晶硅。经固溶时效处理后析出相粒子在高温作用下不断破碎,大部分已重溶进入基体,残存的析出相粒子尺寸更为细小,能够更好地协调基体形变,将试样的冲击性能提升了6.6倍。

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热处理工艺模拟专用材料数据库的设计与实现

张伦凤, 王治涵, 赵俊渝, 安康, 徐骏, 顾剑锋

金属热处理 2023, 48 (9): 247-252. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.042

摘要（72）

PDF （3415KB）（212）

材料参数是热处理工艺模拟中至关重要的数据支撑,但目前国内相关的材料数据库十分缺乏,少数现有数据库存在数据准确性低、完整性差、无法共享等问题,且仅通过化学成分区分材料,无法应对热处理工艺模拟对参数的需求。为此,设计出以化学成分与微观组织为主的数据结构体,自主开发了一款在线的专用材料数据库。该数据库针对热处理工艺模拟所需的材料参数特性,优化设计了数据存储结构。采用B/S架构设计实现了数据共享,同时提高了数据使用便捷性。另外,该数据库通过采用数据挖掘技术,引入了多元线性回归、贝叶斯线性回归、决策树和随机森林4种机器学习算法,建立了一种创新的数据提取机制。可通过对现有数据的应用分析确定有效的数据提取策略,进而获取当前所需的实际数据,初步解决了当前普遍存在的数据缺失问题,有力支撑了热处理工艺模拟的开展。

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稀土元素Ce与Y对JG4246A合金高温氧化行为的影响

陈崇林, 王均安, 余建波, 涂玉国, 张朦, 李梦丽

金属热处理 2023, 48 (5): 78-82. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.013

摘要（59）

PDF （2724KB）（193）

在第二代高温合金JG4246A中分别添加不同含量的稀土元素Ce和Y,得到含0.012Ce(质量分数,%,下同)、0.017Ce、0.034Y、0.061Y四种合金铸锭,研究了在1100 ℃下Ce与Y对合金高温抗氧化性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)分析了氧化膜的物相组成以及氧化表面的形貌。结果表明,JG4246A合金在1100 ℃空气中恒温氧化过程中,添加稀土元素可以减少合金的氧化质量增加,氧化动力学符合抛物线规律;相对于稀土元素Y,Ce对减缓JG4246A合金的高温氧化速率的作用更显著;稀土元素的添加没有改变氧化膜的表面形貌,但是生成的尖晶石型氧化物使氧化膜更加致密,能够抑制阳离子的向外扩散,降低氧化反应速率,从而提高高温抗氧化性能。

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化学成分对X32双金属锯条用钢热处理性能的影响

曾斌, 汪净, 梁亮, 陈刚, 苏斌

金属热处理 2023, 48 (5): 83-89. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.014

摘要（86）

PDF （4321KB）（189）

为开发合金含量更低、更经济的X32钢材,制备了两种不同C、N含量的X32钢,通过性能和组织的表征来探讨其可行性。测定了两种X32钢的静态CCT曲线,研究了两种钢钢轧中间坯样热处理后的显微组织和力学性能,并通过两种X32冷轧带钢的工业化试制对热处理试验结果进行验证。研究表明,X32钢通过提高钢水中C、N含量,采用钒碳、钒氮微合金化技术,可实现明显的显微组织细化和强度、硬度提升。在不影响质量的前提下,采用钒碳、钒氮微合金化技术,提高C、N含量来降低Ni、Cr、Mo合金含量是可行的,这为开发更经济的新型X32钢指明了方向。

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3.1%Si取向硅钢显微组织和宏观织构演变

刘永珍, 董丽丽, 刘宝志, 张浩, 麻永林

金属热处理 2023, 48 (9): 238-241. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.040

摘要（80）

PDF （2289KB）（179）

采用蔡司显微镜、X射线衍射仪等检测手段分析Si含量为3.1%的取向硅钢在生产各个阶段(一次冷轧、脱碳退火、二次冷轧、高温退火、拉伸平整退火)的组织形貌和宏观织构。结果表明,Si含量为3.1%的普通级取向硅钢显微组织类型为铁素体,经脱碳退火初次再结晶后平均晶粒尺寸为10.23 μm,经高温退火二次再结晶后晶粒尺寸达到2.0 cm,经拉伸平整退火后取向硅钢的平均晶粒尺寸为2.3 cm,且均匀性提高。在脱碳退火阶段完成初次再结晶后的织构类型以γ织构为主,有一部分高斯织构{110}<001>,经高温退火二次再结晶后织构类型以高斯织构{110}<001>为主,经拉伸平整退火后,高斯织构达到最强最锋锐的程度。

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亚临界热处理对高铬铸铁组织及性能的影响

袁志钟, 刘海明, 鞠玉琳, 陈露, 牛宗冉, 王致远, 曹甫洋, 程晓农

金属热处理 2024, 49 (10): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.10.001

摘要（244）

PDF （4765KB）（173）

针对高铬铸铁常规淬火-回火过程能耗高的问题,对3种合金成分的高铬铸铁进行亚临界热处理试验,并研究了该工艺对其组织、硬度和表面耐磨性的影响。结果表明,经500~650 ℃保温1~14 h亚临界热处理后,高铬铸铁组织主要是残留奥氏体、M₇C₃碳化物、(Fe, Cr)₂₃C₆碳化物、Mo₂C碳化物和珠光体;3种高铬铸铁硬度在550~600 ℃保温6~12 h内均有峰值,峰值硬度最高为57.4 HRC,Mo元素对硬度的影响最大。高铬铸铁在保温过程中析出二次碳化物促使奥氏体发生珠光体相变,珠光体的相变强化和二次碳化物析出强化作用在长时间保温过程中逐渐降低;碳含量相对最高的共晶高铬铸铁经600 ℃保温8 h后耐磨性能最佳。由此可知,提升高铬铸铁耐磨性首先应提高共晶碳化物数量,其次添加Mo等元素提升析出强化效果。

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电致热处理工业纯铝线的强度演化规律

章益, 侯嘉鹏, 袁衢龙, 张振军, 陈玲, 张哲峰

金属热处理 2023, 48 (5): 49-53. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.008

摘要（53）

PDF （3454KB）（169）

分别采用干燥箱和施加电流装置对工业纯铝线进行了传统的退火处理和电致热处理,并研究了不同温度下退火处理和电致热处理对工业纯铝线强度和微观组织的影响规律及机制。结果表明,当热处理温度相同时,与退火态工业纯铝线相比,电致热处理态工业纯铝线的抗拉强度更低,晶粒尺寸更大,施加电流在工业纯铝线内晶界处导致的局部焦耳热温升是电致热处理态工业纯铝线晶粒尺寸更大的主要机制,也是导致电致热处理态工业纯铝线强度更低的本质。

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H13钢激光淬火工艺优化及组织性能

马欣, 史强, 陈雁忠, 李强, 张月婷, 赵龙

金属热处理 2023, 48 (7): 266-270. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.07.044

摘要（68）

PDF （2574KB）（160）

采用激光淬火对H13钢表面进行强化处理,通过正交试验中的极差分析进行淬火工艺优化,研究了最佳工艺参数下试样的硬度和摩擦磨损性能,并对激光淬火表面进行物相组成分析和显微组织观察。结果表明,最佳激光淬火工艺参数为激光功率600 W,扫描速度6 mm/s,搭接率为20%,该工艺下H13钢淬硬层的平均硬度为774 HV0.1,约为基体的3倍,淬硬层深度为0.87 mm,摩擦因数和磨损量约为0.367和0.0015 g,分别较基体下降了50%和60.5%。淬硬层主要为板条状和针状的混合马氏体,还有残留奥氏体和少量渗碳体。

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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（141）

PDF （1390KB）（158）

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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奥氏体化温度对空冷条件下40CrMnSi2Mo钢组织与力学性能的影响

于林然, 刘赓, 杨卓越, 苏杰, 宁静, 丁雅莉

金属热处理 2024, 49 (12): 1-8. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.12.001

摘要（179）

PDF （5846KB）（158）

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)等研究了不同奥氏体化温度(875~975 ℃)对新型Cr-Mn-Si系高强度中碳低合金40CrMnSi2Mo钢在空冷条件下的微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,奥氏体化温度为875 ℃和900 ℃时,空冷条件下基体以马氏体组织为主,基体中存在少量未溶相(NbC),原奥氏体晶粒细小稳定性高,抗拉强度分别为1997 MPa和2003 MPa,断后伸长率分别为11.0%和12.0%,断裂韧度分别为70.3 MPa·m^1/2和73.6 MPa·m^1/2。奥氏体化温度为975 ℃时,NbC溶解度增加,钉扎晶界作用减弱,奥氏体晶粒长大稳定性降低,空冷条件下获得粗大贝氏体/马氏体复相组织,抗拉强度为1980 MPa,断后伸长率为10.5%,断裂韧度仅为77.6 MPa·m^1/2。奥氏体晶粒细化对40CrMnSi2Mo钢的强韧性改善效果不明显。试验钢在950 ℃奥氏体化处理后获得超细贝氏体/马氏体复相组织,力学性能达到最佳匹配,抗拉强度为最大值2040 MPa,断后伸长率为12%,同时具有较高的断裂韧度值(86.6 MPa·m^1/2)。

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超细晶铁素体双峰结构及其对中碳钢力学性能的影响

张家豪, 李红斌, 赵志浩, 徐海卫, 韩赟, 田亚强, 陈连生

金属热处理 2023, 48 (5): 54-59. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.009

摘要（70）

PDF （4849KB）（155）

对含碳0.49%的中碳钢在两相区不同温度下淬火,随后冷轧50%并退火,制备中碳钢铁素体双峰结构。通过扫描电镜(SEM)、背散射电子衍射(EBSD)对双峰结构进行表征,并通过室温拉伸试验分析了双峰结构对力学性能的影响。结果表明,随两相区淬火温度的升高,铁素体平均晶粒尺寸减小;当淬火温度为770 ℃时,试验钢的强度最高,750 ℃时伸长率最高,760 ℃时强塑积最高。当亚微米晶比例为31.4%,粗细晶峰值晶粒尺寸为2.51和0.79 μm时,试验钢具有较好的强塑性匹配。

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等离子喷涂纳米粉体制备技术及涂层研究进展

陈柏森, 孟君晟, 王铀, 史晓萍

金属热处理 2023, 48 (7): 223-236. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.07.039

摘要（60）

PDF （3299KB）（151）

在现代工业中,等离子喷涂技术已成为提高机械零件表面耐磨、耐蚀性的重要方法。纳米粉体作为喷涂材料,能有效提高等离子喷涂涂层的耐磨、耐蚀、抗氧化等性能,在零部件表面防护应用方面具有研究价值,对于节能环保具有重要意义,已成为国内外表面改性领域的研究热点。基于此,在大量文献研究基础上,根据纳米粉体的制备方式,从固相法、液相法、气相法3方面分析总结了国内外关于纳米粉体再造粒技术的研究,阐述了纳米粉体喂料的制备方式,包括喷雾干燥法、机械研磨法、液相前驱体合成法,并重点分析了液相前驱体合成法的制备方式。从等离子喷涂纳米粉体的选择到涂层的制备,详细综述了纳米涂层在耐磨、耐蚀、热障及自润滑方面的应用成果,还归纳分析了等离子喷涂技术中工艺参数(喷涂功率、喷涂距离、喷枪移动速度、喷涂气体参数)对纳米涂层质量的影响规律。最后,探讨了当前等离子喷涂纳米粉体喂料制备中尚需解决的问题和不足,并展望了等离子喷涂纳米涂层的未来研究方向。

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面心立方高熵合金中层错能对变形机制的影响

张波, 李杰, 吴凯迪, 牛利冲, 万德成, 冯运莉

金属热处理 2023, 48 (8): 225-234. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.08.037

摘要（180）

PDF （4336KB）（150）

高熵合金可以通过改变合金元素种类及配比等方法,调控合金体系的层错能及相稳定性,进而改变合金塑性变形机制,最终获得优异的综合力学性能。综述了面心立方高熵合金中影响层错能的因素,以及层错能对变形机制的影响,对通过调整层错能改变变形机制的激活顺序,进而影响力学性能的方法进行了展望。

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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（98）

PDF （2249KB）（142）

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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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（99）

PDF （1681KB）（142）

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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灰铸铁表面渗硫层的摩擦磨损性能

李业林, 贾波, 史正良, 胡文祥, 关蕴奇, 郑慧芸

金属热处理 2023, 48 (10): 266-273. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.10.041

摘要（47）

PDF （3505KB）（139）

通过低温离子渗硫技术和化学转化技术,分别在灰铸铁表面制备固体润滑层渗硫层和磷酸盐层,采用SEM-EDS、XRD、纳米压痕仪、X射线应力分析仪分析了两种固体润滑层表面的组成元素、组织结构、厚度、硬度、残余应力及磨痕形貌,通过摩擦磨损试验对比研究了灰铸铁基材及表面固体润滑层的减摩耐磨性能,并用三维白光干涉仪对摩擦磨损试验后的磨痕体积进行分析。结果表明,灰铸铁表面磷酸盐层及渗硫层表面的多孔结构都具备储油润滑的特性,但渗流层的表面硬度及残余压应力都比磷酸盐层高,且渗硫层是活性硫原子渗入到基体内而形成的具有减摩润滑作用的共价键化合物FeS,而且灰铸铁基体与渗硫层的对磨过程中还伴有活性硫原子的转移及重组的动态平衡过程。因此在同等试验条件下,与磷酸盐层相比,渗硫层的摩擦因数降低了23.5%,渗硫层的磨损量降低了31.6%,即渗硫层的减摩耐磨性能比磷酸盐层更优,压缩机内零部件渗硫处理后的能效(COP)提升效果显著。

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热处理对激光熔覆钴基合金涂层硬度与耐磨性的影响

杨栋杰, 白峭峰, 欧阳昌耀, 王蕊, 卫润泽

金属热处理 2023, 48 (7): 271-276. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.07.045

摘要（45）

PDF （3881KB）（138）

采用激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备钴基合金涂层,对钴基合金涂层进行了不同工艺的热处理。对不同工艺热处理试样组织进行了分析,讨论了不同工艺对钴基合金涂层硬度和耐磨性的影响。热处理试样的硬度相较于未处理试样均得到了提高。其中950 ℃分别处理1和2 h的试样硬度变化相似,分别为51.35和51.15 HRC,再后续825 ℃时效后的硬度分别为52.50和52.08 HRC。未处理试样的磨损量最高,耐磨性表现最差;其中 950 ℃×1 h + 825 ℃×24 h磨损量减少约5.3%; 950 ℃×3 h+825 ℃×24 h 磨损量减少约12.8%,表现出较好的耐磨性能。

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磁-热耦合退火对CGO钢Goss晶粒取向度的影响

董丽丽, 刘永珍, 麻永林, 刘宝志

金属热处理 2023, 48 (5): 287-290. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.05.046

摘要（47）

PDF （876KB）（137）

采用实验室自主研发的磁-热耦合处理装置,利用X射线衍射仪和磁性能测量仪对不同参数磁-热耦合拉伸平整退火后的CGO钢组织、Goss取向晶粒偏差角以及磁性能进行检测分析。结果表明,磁-热耦合退火能够促进CGO钢拉伸平整过程中晶粒长大,同时减小Goss取向晶粒偏差角最大值,从而改善其磁性能。在 750 ℃下施加12 mT磁场时,磁-热耦合退火作用效果最为显著,Goss取向晶粒偏差角最大值较未施加磁场时减小2.76°,铁损值降低,磁感应强度提高。

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