金属热处理

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谐波减速器刚轮用材质摩擦磨损性能分析

邵洙浩, 杨大伟, 吴咏锦, 刘钊, 赵亮

金属热处理 2024, 49 (1): 47-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.01.007

摘要（54）

PDF （3885KB）（225）

通过对合金成分、显微组织和耐磨性的定量分析,对比了两种球墨铸铁(QT1和QT2)和40Cr钢的刚轮摩擦磨损性能。结果表明,QT1和QT2基体组织分别为珠光体、针状铁素体和残留奥氏体,两者石墨球尺寸细小且圆整度较高。QT1和QT2球墨铸铁的磨损位置较为集中,起伏波动小,最大磨痕深度分别为3.7 μm和2.6 μm,而40Cr钢多为深浅不一的犁沟,起伏波动大,最大磨痕深度为7.6 μm。与40Cr钢相比,两种球墨铸铁具有良好的耐磨性和更低的摩擦因数,国内谐波减速器企业可采用球墨铸铁作为刚轮材料代替40Cr钢。

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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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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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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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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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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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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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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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β型Ti-15Mo合金中α相变体选择

任诚, 闵小华, 费琪

金属热处理 2024, 49 (9): 1-10. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.09.001

摘要（128）

PDF （5708KB）（132）

利用SEM、EBSD等方法研究了固溶时效后Ti-15Mo合金中β基体和晶界处析出α相的变体选择行为。结果表明,固溶态试样由无择优取向的单一β晶粒构成。固溶时效态试样中晶内α相不发生变体选择,但晶内α相变体之间存在自协调现象,并导致各α相变体呈现60°交叉状分布。膜状晶界α相的变体选择受到相邻β晶粒间取向差的影响,取向差较小时会与两侧的β晶粒均保持Burgers取向关系,而取向差较大时会受到界面取向的影响。晶界魏氏组织的变体选择取决于形核位置,形核于膜状晶界α相的魏氏组织选择与晶界α相相同的变体,形核于膜状晶界α相与β基体界面处的魏氏组织同时受到两者的共同影响。

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Zn/Mg比对7075铝合金显微组织、力学性能和耐蚀性能的影响

何宗政, 吴名冬, 袁硕, 姚树伟, 肖代红, 黄兰萍, 刘文胜

金属热处理 2024, 49 (5): 1-9. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.05.001

摘要（185）

PDF （9223KB）（127）

通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验、硬度测试及腐蚀测试等方法,研究了不同Zn/Mg比(质量分数)对7075铝合金组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,随着Zn/Mg比由1.76增加到2.90,铸态铝合金晶粒尺寸增大,铝合金的T6时效硬化速率加快,达到峰值硬度的时间缩短。Zn/Mg比的增加导致T6峰时效态铝合金的再结晶率降低和低角度晶界占比增加。Zn/Mg比为2.10时,T6峰时效处理下铝合金的抗拉强度为634 MPa,屈服强度为588 MPa,伸长率为8.4%;T74时效态的抗拉强度为613 MPa,屈服强度为542 MPa,伸长率为8.9%。两种时效状态下的铝合金(Zn/Mg比为2.10)均在拥有良好强度的同时保持着较高的伸长率。随着Zn/Mg比由1.76增加到2.90,时效态铝合金的耐蚀性能降低。且T74时效处理后铝合金的耐蚀性能优于T6峰时效态下的铝合金。

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压铸模具用H11钢大型模块真空等温淬火过程的数值模拟

涂宇杰, 李秉宸, 陈浩, 吴晓春

金属热处理 2024, 49 (7): 1-8. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.001

摘要（102）

PDF （5794KB）（126）

基于金属-热-力耦合理论,以压铸模具用H11钢大型模块(500 mm×500 mm×500 mm)为研究对象,建立真空等温淬火过程中模块的多物理场耦合模型,并进行数值模拟研究了模块的温度场、组织场和应力场在不同等温淬火工艺下的变化规律。结果表明,与直接淬火相比,等温淬火工艺可以有效减少模块冷却过程中的心表温差与应力,避免变形和开裂的风险。等温淬火工艺可以在避开珠光体形成和碳化物沿晶析出的前提下提升大型模块心部的贝氏体体积分数,并且随着等温时间的增加,心部贝氏体体积分数也不断增加。利用工业真空炉对模块进行500 ℃等温1 h淬火处理验证,所得模块不同位置的温度变化曲线与模拟结果较为吻合,且真空等温淬火后模块心部生成的贝氏体类型为韧性较好的下贝氏体。

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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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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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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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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

金属热处理 2024, 49 (4): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.04.001

摘要（117）

PDF （5141KB）（114）

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。

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淬火冷却技术现状及标准研究

胡小丽1，李俏1, 左训伟2，陈乃录2

金属热处理 doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2017.02.023

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20Mn23AlV无磁结构钢热轧板的组织性能及动态再结晶行为

罗晓阳, 程刚虎, 靳科, 周维莲, 侯园园, 唐兴昌

金属热处理 2024, 49 (7): 91-99. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.014

摘要（35）

PDF （4985KB）（108）

通过试验研究了20Mn23AlV无磁结构钢热轧板密度、组织及力学性能,并对其进行了多道次热模拟试验,研究了多道次热模拟前后组织及磁性能变化。因Al元素的加入,无磁钢密度较通用钢密度降低了约0.192 g/cm³。无磁钢热轧板平均抗拉强度为721 MPa,屈服强度为371 MPa,断后伸长率为69.5%,具有良好的强塑性匹配。经过多道次热模拟试验可知,20Mn23AlV无磁结构钢经过60%热压缩变形之后,在950 ℃时会发生动态再结晶行为,奥氏体平均晶粒尺寸从10.24 μm减小到6.08 μm。多道次热模拟前后没有发生相转变,经过磁导率测试,多道次热模拟前后相对磁导率分别为1.001和1.002,满足无磁钢对磁性能要求。

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变形热处理对Ti₄₅Zr₂₀Nb₁₅V_(10-x)Al₁₀Mo_x难熔高熵合金组织与性能的影响

李正龙, 庞景宇, 汤广全, 程陆凡, 张财伟, 侯星宇, 李文, 张海峰

金属热处理 2024, 49 (7): 47-53. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.07.008

摘要（62）

PDF （5038KB）（106）

向Ti₄₅Zr₂₀Nb₁₅V₁₀Al₁₀难熔高熵合金基体中添加微量Mo元素,制备Ti₄₅Zr₂₀Nb₁₅V_(10-x)Al₁₀Mo_x(x=0,0.5,1.0)难熔高熵合金,并对其进行变形热处理以改善其应变硬化能力和提高塑性。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和万能力学试验机等探究了铸态及冷轧变形(变形量80%)后经600 ℃×5 h退火+800 ℃×1 h退火试样的微观结构及力学性能。结果表明,铸态合金为单相BCC结构,添加Mo元素后屈服强度提高,断裂延伸率保持在10%左右。经冷轧退火后,合金为BCC+Al₃Zr₄双相结构,大量近似球形的纳米级Al₃Zr₄相在晶界及晶界附近析出,使合金从应变软化转变为应变硬化,合金屈服强度保持在1100 MPa,断裂延伸率明显提升。Mo含量为0.5%时,冷轧退火后的合金断裂延伸率从铸态时的9.9%提升至16.9%,具有优异的强塑性匹配,且密度仅为5.638 g/cm³。

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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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