金属热处理

黄元春, 雒晓宇, 刘宇, 王旭, 王舟

2021, 46(1): 1-6. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.001

摘要 ( 325 )

PDF (657KB) ( 244 )

通过高温拉伸试验,研究了GWZ1031K镁合金在250~400 ℃、变形速率为0.2 mm/min条件下的高温变形行为。使用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等方法对微观组织和拉伸断口进行观察。结果表明,在不同温度下,GWZ1031K镁合金的高温拉伸应力-应变曲线均出现峰值,峰值应力随变形温度的升高而减小,而塑性则随着变形温度的升高呈现非线性快速升高,特别是在400 ℃时合金出现超塑性现象。结合高温力学性能测试对应的微观组织和断口形貌分析可以得出,GWZ1031K镁合金在250~350 ℃的温度区间内,具有较好耐热性能(高温抗拉强度)。

固溶温度对2205双相不锈钢组织和硬度的影响

高晓丹, 李晶琨, 任学平, 闫强

2021, 46(1): 7-10. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.002

摘要 ( 312 )

PDF (579KB) ( 193 )

以热轧态2205双相不锈钢为原材料,在1000~1350 ℃对其进行30 min的固溶处理,通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计等对固溶处理后的2205双相不锈钢的组织和硬度进行表征。结果表明,随着固溶温度的升高,铁素体含量增加,奥氏体含量减小,双相不锈钢组织发生再结晶和晶粒长大。铁素体与奥氏体中Cr、Mo、Ni元素发生均匀化,即两相中各元素的含量差异降低。当固溶温度为1050 ℃时,铁素体与奥氏体含量基本相当。2205双相不锈钢的硬度随着固溶温度的上升而增加;当固溶温度由1150 ℃升高至1200 ℃时,其硬度值陡然上升。为了获得较低的硬度以便进行后续的冷加工,2205双相不锈钢的固溶温度应控制在1000~1150 ℃。

深冷处理对YG10硬质合金磨损性能的影响

闫献国, 姚永超, 陈峙, 郭宏, 李帆, 侯强

2021, 46(1): 11-18. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.003

摘要 ( 168 )

PDF (582KB) ( 85 )

以YG10硬质合金为研究对象,深冷处理技术为手段,采用正交试验的方法,在不同深冷温度、深冷时间、交变次数的情况下对其进行深冷处理,并对处理后的试样进行磨损试验、硬度试验和显微组织分析试验。结果表明,最优深冷处理工艺使YG10合金显微硬度提升33.6%,耐磨性提升72.8%,深冷温度是影响YG10合金耐磨性能最大的因素。究其原因,微观形貌上η相的弥散分布和粘结相Co相的致密变化提高了硬质合金的耐磨性能。

真空退火处理对冷喷涂铝基复合材料组织与性能的影响

王强, 翟乐, 牛文娟, 张明星

2021, 46(1): 19-27. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.004

摘要 ( 124 )

PDF (583KB) ( 57 )

采用冷喷涂增材制造工艺制备了Al-25Al₂O₃、Al-50Al₂O₃和Al-75Al₂O₃(体积分数,%)具有不同体积含量Al₂O₃颗粒的铝基复合材料,并采用SEM、EBSD、硬度测试和拉伸测试等测试方法分析了真空退火处理对冷喷涂铝基复合材料的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Al₂O₃颗粒的加入增加了冷喷涂增材材料的强度和硬度,并随着Al₂O₃含量的增加而增强。这是由于冷喷涂过程中Al₂O₃颗粒的锤击作用导致机械互锁以及严重塑性变形和动态再结晶引起的晶粒细化。退火后材料的强度和硬度将逐渐降低,伸长率逐渐增加,材料内部的组织结构逐渐变得均匀。

热处理工艺对KD级抽油杆用钢组织和性能的影响

孙晓冉, 郑文跃

2021, 46(1): 28-31. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.005

摘要 ( 137 )

PDF (579KB) ( 69 )

采用力学、OM、SEM和TEM研究了某KD级抽油杆用试验钢经3种不同的工艺热处理后力学性能及微观组织的变化。结果表明:经室温入炉回火热处理的材料可获得的综合力学性能较好。500 ℃入炉回火的热处理工艺使材料冲击性能最差,其原因是粒状贝氏体中M+A岛分布不均匀、形状各异且以带尖角的大块状居多,造成应力集中;第二相颗粒析出物的存在使得材料具有较高的强度。

回火温度对42CrMo钢组织和力学性能的影响

吕超然, 史超, 蒋伟斌, 刘进德, 徐乐, 王毛球

2021, 46(1): 32-37. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.006

摘要 ( 338 )

PDF (585KB) ( 235 )

通过显微组织观察和力学性能检测,分析了42CrMo钢在不同回火温度下微观组织形貌和力学性能的变化。通过三维原子探针(3DAP)技术分析500 ℃回火温度下42CrMo钢中元素分布情况,研究了Cr、Mn、Mo等合金元素对钢性能的影响。结果表明,42CrMo钢水淬后在450 ℃回火时显微组织为回火屈氏体,在500~650 ℃区间回火时显微组织均为回火索氏体,随着回火温度的增加,颗粒状碳化物增多;抗拉强度和规定塑性延伸强度降低,-40 ℃低温冲击性能升高。在500 ℃回火可达到12.9级螺栓力学指标(R_m≥1200 MPa,KV₂≥27 J),力学性能最佳,且满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。3DAP结果表明,钢中的合金元素通过固溶强化和沉淀强化提高了钢的性能。

热氢处理对TA15钛合金组织及性能的影响

郝国建, 杨刚, 梁培新, 朱卫东, 孙剑飞, 陈哲铭

2021, 46(1): 38-42. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.007

摘要 ( 118 )

PDF (582KB) ( 52 )

采用真空气相热氢处理炉得到不同氢含量的TA15钛合金试样,利用扫描电镜、夏比冲击设备以及带传感器的机床等对不同氢含量的钛合金试样进行切削力获取及组织形貌观察,研究热氢处理过程中不同氢含量TA15钛合金试样的组织结构演变和力学性能规律。结果表明,TA15钛合金试样热氢处理后会出现不同程度的组织细化;热氢处理后的TA15钛合金试样的主切削力会随着氢含量的增加而增加,在氢含量为0.51%时,主切削力随着切削速度增加而减少,其他氢含量的TA15钛合金试样的主切削力随切削速度增加而先增加后减小;热氢处理后的TA15钛合金试样冲击吸收能量会随着氢含量的增加而降低。

退火温度对CSP冷轧低碳高强钢带组织和性能的影响

赵小龙, 王雄, 罗晓阳, 狄彦军, 蔺晓亮, 冯力

2021, 46(1): 43-49. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.008

摘要 ( 96 )

PDF (580KB) ( 48 )

以低碳高强钢冷轧钢带为研究对象,利用光学显微镜、场发射扫描电镜、全自动拉伸试验机等设备对试验钢进行组织观察和性能测试。结果表明:试验钢带采用520~580 ℃退火后,铁素体晶粒形态变化较小,呈变形纤维状,组织中分布的渗碳体数量较少,其屈服强度、抗拉强度变化较小,屈强比维持在0.9以上,伸长率为1%左右;采用610~700 ℃退火后,变形的铁素体周围出现了无畸变的再结晶晶粒,再结晶晶粒会随着退火温度的升高而长大成等轴状铁素体,渗碳体的球化过程是导致组织中颗粒状渗碳体数量增多的主要原因,其屈服强度、抗拉强度迅速下降,伸长率迅速增加,屈强比呈下降趋势,在670 ℃时达到最小值0.86;采用730~760 ℃退火后,铁素体晶粒充分长大,晶粒形态变化较小,组织中几乎没有游离的渗碳体存在,渗碳体仅在晶界上聚集分布呈片层状,其屈服强度、抗拉强度缓慢下降,伸长率缓慢增加,屈强比呈上升趋势,在760 ℃时达到0.91。综合考虑,试验钢带的最佳退火温度为670 ℃。

退火工艺对DP590GA双相钢组织和性能的影响

李慧远, 戴杰涛, 冼玲标, 任建平, 李烈军

2021, 46(1): 50-54. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.009

摘要 ( 116 )

PDF (584KB) ( 70 )

研究退火工艺及快冷工艺对C-Mn系DP590GA双相钢性能和组织的影响。结果表明,该试验钢的规定塑性延伸强度随着均热温度的提高而上升,且温度越高规定塑性延伸强度的增加越显著;而伸长率随着均热温度的提高,先上升后下降;而快冷终止温度提高时,试验钢的强度上升,塑性下降。该试验钢在820 ℃进行退火时,可获得较优的力学性能,规定塑性延伸强度达到400 MPa,抗拉强度达到625 MPa,伸长率达到25.5%。

两相区回火温度对含7%锰Q690钢组织和性能的影响

刘岗, 孙新军, 梁小凯

2021, 46(1): 55-60. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.010

摘要 ( 80 )

PDF (639KB) ( 43 )

采用SEM、XRD、TEM和Thermo-Calc软件计算等手段研究了两相区回火温度对0.02C-7Mn钢的组织和性能变化的影响。结果表明,淬火后试验钢组织以淬火马氏体为主,伴有极少量的残留奥氏体;两相区回火后,基体组织以回火马氏体为主,出现逆转变奥氏体,空冷后转变为残留奥氏体。随着回火温度的升高,残留奥氏体的含量逐渐增加,在650 ℃回火后到达峰值为18.78%;与此同时出现了6.57%的ε-马氏体。两相区回火后,试验钢的抗拉强度均有下降,但是屈服强度有不同程度的升高,这归因于回火过程中位错密度的下降以及弥散第二相的析出。另外,ε-马氏体的存在不仅迅速降低了屈服强度,而且还损害了韧性。在600 ℃回火后,试验钢具有优异的综合力学性能(横向:抗拉强度为984 MPa、屈服强度为973 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为163 J,纵向:抗拉强度为947 MPa、屈服强度为919 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为186 J),满足Q690用钢的力学性能需求。

热处理工艺对510 MPa级船板用钢组织及性能的影响

刘璇, 赵刚, 李大航, 周洪庆, 张友鹏, 朱义轩, 吴宇新

2021, 46(1): 61-64. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.011

摘要 ( 111 )

PDF (581KB) ( 57 )

分别采用870、900、930 ℃淬火及620、650、680 ℃回火,研究不同热处理制度对510 MPa级船板用钢原始奥氏体晶粒度、显微组织、强韧性的影响。结果表明:510 MPa级船用试验钢随870、900、930 ℃淬火温度的升高,晶粒度变为7.5、7、6.5级,强度、平均冲击吸收能量下降;不同温度淬火试验钢随620、650、680 ℃回火温度升高,强度下降,平均冲击吸收能量均呈现先升高后下降趋势;510 MPa级船用试验钢在900 ℃×1.5 h淬火+650 ℃×2 h回火时具有优良的强韧性配合。对于强度有更高要求的试验钢可以选择870 ℃×1.5 h淬火+620 ℃×2 h回火。

奥氏体化及回火温度对E550级低温钢组织和性能的影响

谢章龙, 陈锋, 胡其龙, 王兆华

2021, 46(1): 65-69. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.012

摘要 ( 103 )

PDF (581KB) ( 45 )

利用光学显微镜、扫描电镜、拉伸和冲击试验机等手段,研究了E550级高强度钢850~1000 ℃系列奥氏体化温度下组织演变规律和不同回火温度下的组织性能。建立了奥氏体化温度与奥氏体晶粒尺寸的数学关系模型,模型计算结果与实测值高度吻合。检测了不同奥氏体化温度试板分别在600 ℃和670 ℃回火后的组织和力学性能,结果表明:奥氏体化温度选择880~930 ℃范围得到原奥氏体晶粒均匀细小,配合670 ℃回火,得到的综合性能优良。

淬火温度对2200 MPa级超高强度钢力学性能与微观组织的影响

张鹏杰, 王春旭, 厉勇, 韩顺, 刘少尊

2021, 46(1): 70-74. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.013

摘要 ( 127 )

PDF (583KB) ( 40 )

采用力学性能测试、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等材料分析方法研究了淬火温度对2200 MPa级超高强度钢的力学性能及微观组织的影响。结果表明,试验钢最佳淬火温度为1025 ℃,再经后续热处理能获得最佳的强韧性匹配,此时抗拉强度为2244 MPa,屈服强度为1836 MPa,U型缺口冲击吸收能量为59 J,断裂韧性为57.7 MPa·m^1/2。淬火温度较低时,出现粗大一次碳化物富Mo型M₆C碳化物,严重影响强度和韧性。随着淬火温度升高,一次碳化物逐渐减少,直至1000 ℃完全消失,当淬火温度高于1025 ℃时晶粒显著粗化,晶粒尺寸成为主要的负面影响因素。

固溶处理对GH4169合金晶粒长大和硬度的影响

付建辉, 周扬, 赖宇, 陈琦

2021, 46(1): 75-79. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.014

摘要 ( 135 )

PDF (583KB) ( 222 )

研究了GH4169合金在不同固溶温度和保温时间下进行固溶处理时晶粒长大的规律和其对硬度的影响。结果表明:该合金的δ相溶解温度在980～1000 ℃之间,不同固溶处理条件下GH4169合金的晶粒长大具有不同特点,在低于δ相溶解温度热处理时晶粒长大缓慢,当热处理温度高于δ相溶解温度时,晶粒尺寸随热处理温度的升高而快速长大;建立了GH4169合金在1000 ℃以上热处理过程中的晶粒长大动力学模型,晶粒长大的激活能为285.013 kJ/mol;GH4169合金的硬度随固溶温度的升高和保温时间的延长而降低,且合金的晶粒尺寸和硬度值遵循Hall-Petch关系。

深冷处理在ZL204铝合金中的应用

李敬民, 李凤春, 滕宇, 周文凤, 汤光平

2021, 46(1): 80-83. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.015

摘要 ( 122 )

PDF (584KB) ( 77 )

研究了不同深冷处理工艺对ZL204铝合金力学性能以及残余应力消除效果的影响。结果表明,固溶后直接进行深冷处理,然后再进行人工时效时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率与未深冷相比均得到一定的提升。另外,深冷处理的残余应力消除效果明显好于传统的去应力时效以及时效+循环热处理。ZL204铝合金最佳的残余应力消除工艺为540 ℃×9 h固溶,60 ℃水淬+-196 ℃×1 h深冷,在空气中放置1 h+175 ℃×3 h人工时效,空冷。

18CrNiMo7-6渗碳钢等温正火新工艺探讨

牛文明, 张贵阳, 左永平, 王涛

2021, 46(1): 84-87. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.016

摘要 ( 147 )

PDF (580KB) ( 89 )

18CrNiMo7-6渗碳钢采用常规等温正火处理,极易产生粒状贝氏体组织,很难有效改善二次带状。对18CrNiMo7-6渗碳钢等温正火新工艺的组织和性能进行了研究,具体工艺为40 mm的试棒保温结束后,直接浸入正火液冷却至700～750 ℃出液,迅速转移到等温炉650 ℃等温5～7 h。结果表明,采用等温正火新工艺,获得了铁素体+片状珠光体的平衡态组织,消除了粒状贝氏体,晶粒大小均匀,无明显混晶,有利于降低热处理畸变;硬度达到170～185 HBW,有利于后续机加工。

热处理工艺对P20模具钢组织和性能的影响

黄标彩, 宁博, 陈玉叶, 武会宾, 魏勇, 詹光曹, 严晓敏

2021, 46(1): 88-91. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.017

摘要 ( 182 )

PDF (580KB) ( 64 )

采用洛氏硬度和扫描电镜对“淬火+回火”、“正火+回火”和“热轧+回火”3种热处理工艺后P20钢的性能和组织进行对比分析。结果表明:3种工艺制备的试验钢回火热处理前的硬度虽有不同,随着回火温度升高硬度的变化趋势却相似,均呈现“缓降-陡降-再缓降“的趋势,其中580~600 ℃回火温度区间为3种工艺所共同具有的硬度“陡降”区间,此区间所对应的硬度范围分别为“淬火+回火”37.12~32.31 HRC,“正火+回火”34.87~31.07 HRC,“热轧+回火”35.00~31.63 HRC;“陡降”区间与GB/T 1299—2014所要求的硬度范围28~36 HRC基本重合。而对于相同的回火温度,“淬火+回火”试样的硬度值比“热轧+回火”试样的要高,而“正火+回火”试样的硬度比“热轧+回火”试样的要低。

铌对高强度51CrV钢组织及性能的影响

王佳敏, 曹宇, 向浩亮, 曹祥智, 宋新莉, 刘中柱

2021, 46(1): 92-96. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.018

摘要 ( 131 )

PDF (584KB) ( 65 )

借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与万能拉伸试验机等研究了铌元素的添加对51CrV钢奥氏体晶粒尺寸、淬火和回火组织以及力学性能的影响。结果表明:0Nb和0.02wt%Nb试验钢的奥氏体平均晶粒尺寸分别为10.0 μm和3.1 μm,添加0.02wt%Nb的51CrV钢奥氏体晶粒尺寸显著细化、板条马氏体尺寸减小,回火过程中析出碳化物的尺寸更细,两种试验钢850 ℃淬火+400 ℃回火后,屈服强度均大于1300 MPa,抗拉强度均大于1400 MPa。而加入0.02wt%Nb试验钢由于晶粒细化,断后伸长率达到9.50%,不含Nb试验钢伸长率为8.69%。51CrV钢添加微量的Nb元素在保证高强度的同时,塑性得到提高,综合性能比无Nb钢优异。

镁与热处理对Al-4Si-(xMg)合金导电性及力学性能的影响

叶辉, 崔晓丽, 崔红卫, 李星辉, 祝泽, 赵娟

2021, 46(1): 97-103. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.019

摘要 ( 110 )

PDF (585KB) ( 38 )

利用SEM、XRD、EDS、硬度计及电阻率测试仪等方法分析Mg元素和不同热处理对Al-4Si-(xMg)(x=0~1.5%,质量分数)系列合金导电率及硬度的影响。结果表明:随Mg添加量增加,铸态合金的导电率和硬度先增后减,最佳添加量为1.1%。Mg使铸态合金硬度显著增加,但恶化了其导电率。Al-4Si-(xMg) 合金经不同热处理后,合金导电率大幅提高,硬度略有降低。其中,固溶时效对合金导电率的提高最显著,硬度降低幅度最小,使Al-4Si-1.1Mg合金导电率和硬度匹配关系最好。通过Mg元素和固溶时效的协同作用,可使铸态Al-4Si合金导电率由43.3%IACS提高至50.9%IACS,硬度由41.5 HV0.5增加至84.3 HV0.5。

新型Fe_80.5Si_7.2B_12.3非晶合金带材的退火工艺与磁性能

宋苏, 陈文智, 张广强, 郑伟, 张迁, 邢彦兴, 周少雄

2021, 46(1): 104-108. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.020

摘要 ( 106 )

PDF (654KB) ( 52 )

研究了新型Fe_80.5Si_7.2B_12.3非晶合金带材在不同退火工艺下的磁性能及磁损耗特性,并与传统的铁基非晶合金Fe₈₀Si₉B₁₁进行了对比。结果表明:新型Fe_80.5Si_7.2B_12.3非晶合金带材比Fe₈₀Si₉B₁₁具有更高的饱和磁感应强度,在励磁磁场强度为3500 A/m下其磁通密度值为1.607 T;在f=50 Hz、B_m=1.4 T下,经无磁场退火处理后其磁损耗高于Fe₈₀Si₉B₁₁,达到0.411 W/kg;经纵磁退火后磁损耗与Fe₈₀Si₉B₁₁基本相当,其值为0.197 W/kg;经横磁退火后损耗仅为0.175 W/kg低于Fe₈₀Si₉B₁₁,而且初始磁导率和恒磁导率均优于Fe₈₀Si₉B₁₁;新型Fe_80.5Si_7.2B_12.3非晶合金带材的最佳退火温度区间(360~400 ℃)与Fe₈₀Si₉B₁₁相当。

基于22MnB5钢的铌钒微合金化热成形钢的研发

刘纲, 干勇, 刘崇, 马鸣图, 吴坚, 杨应东, 胡春林

2021, 46(1): 109-113. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.021

摘要 ( 103 )

PDF (647KB) ( 46 )

基于现有热成形零件冷弯性能不足、氢脆敏感性强等共性技术问题,在22MnB5钢的基础上采用Nb、V微合金化的设计思路,对试验钢的显微组织、淬透性和极限尖冷弯性能进行研究。结果表明:微合金化前后22MnB5热成形钢的显微组织均为全马氏体,但是微合金化后的试验钢组织更为细小;Nb-V微合金化能有效提高22MnB5热成形钢的淬透性,其淬硬层深度达到13～14 mm,并且试验钢的极限尖冷弯角达到58°～72°,进一步拓宽了热冲压成形的工艺窗口。综合分析试验钢微观组织、淬透性能及极限尖冷弯性能的检测结果,添加0.04%Nb和0.04%V实现复合微合金化,提升材料的综合强塑性,满足了高冷弯性能汽车零部件用材需求。

Nb微合金化对Cr-Ni-Mo渗碳齿轮钢组织和性能的影响

桂伟民, 刘义, 周根树, 何亮亮, 王梦梦, 汤文馨

2021, 46(1): 114-119. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.022

摘要 ( 100 )

PDF (648KB) ( 50 )

研究Nb元素对Cr-Ni-Mo系合金在不同渗碳热处理工艺下组织和性能的影响。结果表明,不同渗碳工艺下Nb元素对表面硬度及表面残留奥氏体含量、非马组织影响不大。但是,通过Nb元素细化晶粒的试验钢,在较长的渗碳工艺下能使得有效硬化层深加深10%且获得更细的表层马氏体片层组织。

汽车用800 MPa级冷轧低合金高强钢的研制

王科强, 刘仁东, 郭金宇, 付薇, 黄秋菊, 孙荣生

2021, 46(1): 120-124. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.023

摘要 ( 122 )

PDF (648KB) ( 62 )

采用C-Si-Mn-Nb-Ti-Cr-Mo合金成分体系,全流程控制关键生产工艺参数,研发出具有良好塑性和成形性的800 MPa级冷轧低合金高强钢。结果表明,试验钢的显微组织由铁素体、马氏体和少量贝氏体组成,铁素体基体中有弥散分布的第二相粒子和碳化物沉淀相。试验钢的屈服强度在800 MPa以上,断后伸长率大于10.5%,抗拉强度和屈服强度相差小于35 MPa,扩孔率在56.5%以上,180°冷弯角度下弯曲无可见裂纹,表现出良好的成形性能。

550 ℃表面渗氧对Ti-6Al-4V合金耐磨性能的影响

杨杰, 张青科, 李琼, 宋振纶, 吴晓春

2021, 46(1): 125-132. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.024

摘要 ( 74 )

PDF (653KB) ( 38 )

对Ti-6Al-4V合金550 ℃的空气中渗氧60 h后的表面形貌、显微组织、成分、硬度、划刻性能和耐磨性进行研究,并与未处理的钛合金进行了比较。结果表明,渗氧后的钛合金表面粗糙度有所增加,表层形成约3.5 μm厚的渗氧层,X射线衍射(XRD)检测到了锐钛矿相、金红石相、板钛矿相TiO₂和Al₂O₃相。渗氧层的显微硬度和纳米硬度分别为804.6 HV0.025和14.5 GPa,比未处理的基体提高了143.7%,且压痕周围未见裂纹;渗氧后钛合金表面最大划痕深度由12 μm降至4 μm,磨损率由354.33×10^-6mm³/Nm降至1.44×10^-6mm³/Nm,渗氧层的主要磨损机制为轻微的磨粒磨损。表面渗氧显著提高了Ti-6Al-4V钛合金表面硬度和耐磨性,同时其内部组织粗化和软化不明显,可作为提高钛合金表面耐磨性能的潜在方法。

稀土Ce对激光熔覆高硼贝氏体涂层性能的影响

张坚, 黄道思, 赵龙志, 焦海涛, 唐延川, 刘德佳, 赵明娟, 李劲

2021, 46(1): 133-137. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.025

摘要 ( 105 )

PDF (647KB) ( 34 )

利用激光熔覆制备了不同Ce含量的高硼贝氏体涂层。采用扫描电镜对不同Ce含量的涂层组织进行表征;利用显微硬度计检测熔覆层显微硬度;通过万能拉伸机测试熔覆涂层的断裂韧性;用往复摩擦磨损试验机测试涂层的磨损性能。结果表明:经稀土Ce改性后,初生奥氏体晶粒尺寸减小,晶间网格状硼化物形态得到改善,呈现断网或颗粒状。三点弯曲断裂韧性得到改善,断口由沿晶脆断转变为准解理断裂。随着Ce含量的增加,熔覆涂层平均摩擦因数先减小后增大,磨痕中都存在严重的疲劳剥落。

粉末电爆喷涂方法制备Ti₃SiC₂涂层

刘宗瀚, 朱亮, 林巧力, 张爱华, 李楚

2021, 46(1): 138-142. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.026

摘要 ( 102 )

PDF (650KB) ( 47 )

在自制的连续送粉电爆喷涂设备上,以Ti₃SiC₂粉末为电爆喷涂材料制备了Ti₃SiC₂涂层。根据所制备涂层的表面形貌和截面特征,分析了充电电压、粉末粒径、石墨掺入量对电爆喷涂过程的影响。结果表明,粉末粒径为28 μm,充电电压高于15 kV、掺入的石墨粉为10%时,涂层沉积率较高,均匀性较好。XRD分析表明,涂层由TiC与Ti₃SiC₂组成。采用胶结对偶试样拉伸试验法测定的涂层结合强度大于37 MPa。分析认为,掺和石墨粉可提高电爆时粉末的导电性,减少粉末粒子外边缘的沿面放电,使粉末获得更加充分的加热,有利于涂层的形成。

铬过渡层对氮化铬/镁合金膜基界面结合强度的影响

刘瑞霞, 郭锋, 韩海鹏

2021, 46(1): 143-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.027

摘要 ( 84 )

PDF (646KB) ( 32 )

为了提高磁控溅射氮化铬膜与镁合金基底的结合强度,在两者之间以不同工艺溅射沉积铬过渡层,分析并讨论了铬过渡层对膜基界面结合强度的影响及其机制。结果表明,在镁合金/氮化铬之间增加铬过渡层可提高表征膜基结合强度的膜层破裂临界载荷,且当铬过渡层的溅射工艺为溅射功率100 W、负偏压30 V、基底温度25 ℃、溅射时间4 min时膜层破裂临界载荷最大,此工艺下铬过渡层表面在微观上具有最大的粗糙度和最小的突起间隔;铬过渡层增强界面结合的作用主要表现为改善了氮化铬与镁合金基底之间的结合状况,与铬/氮化铬接界面积较大且能有效机械互锁、铬过渡层缓减了界面应力等机制有关。

DZ125定向凝固合金的喷丸工艺

王欣, 杨清, 于鹏, 马世成

2021, 46(1): 149-153. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.028

摘要 ( 94 )

PDF (650KB) ( 49 )

针对DZ125合金开展铸钢丸喷丸强化研究,分析了多种喷丸强度、覆盖率条件下合金700 ℃旋弯疲劳性能、表面残余应力和硬度梯度。结果表明:随喷丸强度的增大,中值疲劳寿命估计量逐渐增大,高喷丸强度时,700 ℃/500 MPa中值疲劳寿命估计量是原始试样的2倍;随表面覆盖率的增大,中值疲劳寿命估计量呈现先增大后稳定的趋势,当覆盖率达到400%时,中值疲劳寿命估计量达到稳定;高喷丸强度且表面覆盖率达到400%时疲劳极限为480 MPa,较原始试样疲劳极限(400 MPa)提高20%。残余应力和组织强化机制是DZ125合金喷丸的强化因素,随着喷丸强度的增大,残余压应力数值略有减小,但均明显大于原始状态;高喷丸强度时,覆盖率400%时DZ125合金表面产生超过200 μm深度的硬度场,且表面硬度较基体(430 HV0.1)提高37%。当缺口部位实际载荷大于屈服强度时,疲劳过程中残余应力和硬度都将明显松弛,经历700 ℃/600 MPa/1.5×10⁵周次的断裂试样,表面残余应力降低54%,表面硬度下降14%。

铝合金无沉淀析出带的研究进展

廖斌, 曹玲飞, 吴晓东

2021, 46(1): 154-160. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.029

摘要 ( 115 )

PDF (647KB) ( 79 )

综述了过去50年来铝合金中无沉淀析出带(PFZ)的研究,重点论述了PFZ的主要形成机理、影响因素及其对合金性能(主要为力学性能和耐腐蚀性能)的影响,系统介绍了PFZ在形成机理及对合金性能上所持的不同观点及其相关理论。最后,提出了对铝合金中PFZ方面存在的难点以及重点研究方向。

时效处理对新型Al-5.6Zn-1.6Mg-0.15Zr合金显微组织及耐腐蚀性能的影响

黄元春, 谭维杨, 张传超, 王艳玲

2021, 46(1): 161-166. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.030

摘要 ( 105 )

PDF (650KB) ( 37 )

通过晶间腐蚀试验(IGC)、剥落腐蚀试验(EXCO)及电化学腐蚀试验,结合光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及配套能谱分析仪(EDS)和透射电镜(TEM)等手段,研究Al-5.6Zn-1.6Mg-0.15Zr合金板材在120 ℃下时效不同时间后微观组织、腐蚀状态及耐腐蚀性能的变化。结果表明:新型Al-5.6Zn-1.6Mg-0.15Zr合金整体耐腐蚀性能较好,其晶间腐蚀和剥落腐蚀敏感性随着时效时间的增加明显降低,经电化学腐蚀试验所得极化曲线也表现出了相同的趋势。时效处理对合金耐蚀性的影响主要与晶界析出相η(MgZn₂)和无沉淀析出带(PFZ)的变化有关。随着时效时间的增加,晶界析出相聚集粗化,且由连续析出转变成不连续析出,无沉淀析出带变宽,这些变化使得阳极腐蚀通道被切断,腐蚀不能连续进行,从而提高了合金的耐腐蚀性能。

高压扭转变形Mg-Zn-Y合金的组织演化和时效行为

王金辉, 尹晓明, 李彦生, 渠成, 徐瑞

2021, 46(1): 167-172. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.031

摘要 ( 74 )

PDF (647KB) ( 46 )

采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和显微硬度计研究了高压扭转(HPT)变形Mg-Zn-Y合金的微观组织演变和时效行为。结果表明,在HPT变形前后,合金中的第二相颗粒是W相和Mg₂₄Y₅相,且在HPT处理后没有观察到任何新沉淀物的形成,说明HPT变形并未导致合金发生相变。同时,发现HPT变形过程是伴随着形变孪晶的产生和大量位错增殖而进行的,其中形变孪晶在HPT处理过程中被第二相颗粒所细分。与未变形合金相比,HPT变形可以加速时效进程,即在更短的时效时间达到相对高的峰值硬度。对HPT变形7圈的试样进行175 ℃×8 h时效处理后,峰值显微硬度达到约114 HV0.1。经过时效处理后,析出相优先在位错和孪晶界处形核,说明位错和孪晶界充当析出相优先形核位点。

Zr与固溶处理对Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金耐腐蚀性能的影响

姚旭东, 孙博林, 蔡振飞, 江斌, 马扬洲, 凤晓华, 宋广生

2021, 46(1): 173-180. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.032

摘要 ( 84 )

PDF (650KB) ( 63 )

以Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金作为研究对象,分别进行合金化和固溶处理,研究Zr的添加及固溶处理对镁合金Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce耐腐蚀性能的影响,并探究合金化和热处理对镁合金耐腐蚀性能影响机理。结果表明:Zr的加入和固溶处理均有效提高了材料的耐腐蚀性,其中Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce-0.7Zr镁合金固溶试样具有最优异的耐腐蚀性能。研究表明合金化及热处理对镁合金的组织和耐腐蚀性均具有重要影响。

后处理对选区激光熔化成形K536合金显微组织及力学性能的影响

王栋, 苏梦瑶, 莫战海, 徐杏杏, 周晓卫, 谢晓林

2021, 46(1): 181-186. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.033

摘要 ( 89 )

PDF (646KB) ( 39 )

采用选区激光熔化技术成形K536合金并对其进行后处理,分别分析了沉积态、退火态、退火+固溶态、退火+固溶+热等静压态合金试样的显微组织和力学性能。结果表明:沉积态试样横、纵向截面均产生微裂纹;退火态试样的横向截面组织为等轴晶,纵向晶粒形态为柱状晶,且晶粒尺寸波动较大,形成了交替分布的细晶区和粗晶区;退火+固溶态试样发生部分再结晶,在再结晶部分可以观察到孪晶的存在,且出现明显的等轴晶组织,晶粒大小不均匀,晶界析出物呈长条状形态;经热等静压处理后试样的晶粒明显增大,沉积态产生的裂纹基本愈合,且高温持久性能指标达到ASTM标准要求,其晶内析出的碳化物分布均匀,晶界处的碳化物呈链状分布。

贝氏体含量对F/B双相管线钢力学性能的影响

史显波, 殷培华, 严伟, 单以银, 任毅

2021, 46(1): 187-192. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.034

摘要 ( 84 )

PDF (647KB) ( 50 )

采用700、720、740、760 ℃临界区热处理的方法,依次获得了4种不同贝氏体体积分数(16%、28%、41%、48%)的铁素体/贝氏体(F/B)双相管线钢。利用SEM、TEM及力学性能测试手段,研究了贝氏体含量对管线钢的强度、塑性和韧性的综合影响规律。结果表明,相比原始组织,F/B双相管线钢具有较低的屈服强度和相当的抗拉强度,从而具有较好的应变能力,表现为较低的屈强比,较高的伸长率和加工硬化指数。贝氏体含量对F/B组织管线钢的强度、伸长率和加工硬化指数影响较小,对冲击性能的影响显著。贝氏体含量在40%左右时可获得最佳的强度、塑性和韧性。

含铜超级奥氏体不锈钢的析出行为

李兵兵, 陈海涛, 郎宇平, 屈华鹏, 田志凌, 陈清明

2021, 46(1): 193-199. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.035

摘要 ( 104 )

PDF (650KB) ( 58 )

含Cu超级奥氏体不锈钢经1200 ℃保温2 h固溶后,在600、700、800、900、1000和1100 ℃分别进行2 h时效处理,然后采用Thermo-Calc热力学计算、SEM、EDS及TEM等方法对析出相进行研究。结果表明,所有试验钢在低温600~800 ℃时效时析出相主要为沿晶σ相,在中温900 ℃时效时析出相主要是沿晶的块状σ相和晶内圆棒状的Laves相与长针状、梭状的χ相,在高温1000 ℃时主要是沿晶块状σ相,时效温度升高到1100 ℃时无析出相;随着温度的升高,析出相尺寸增大,析出相总量先增加后减少,在900 ℃时达到峰值;Cu的增加促进了Laves相与χ相的析出。

终轧温度对443铁素体不锈钢组织、织构及成形性能的影响

任娟红, 陈安忠, 王长波, 钱张信, 高仁强

2021, 46(1): 200-203. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.036

摘要 ( 64 )

PDF (654KB) ( 31 )

通过光学显微镜、EBSD等分析技术,研究了终轧温度对443超纯铁素体不锈钢显微组织、织构、成形性能及抗表面起皱性能的影响规律。结果表明,降低终轧温度有利于促进443钢热轧退火态及冷轧退火态的再结晶,并使冷轧退火态组织更为细小均匀;降低终轧温度可有效强化冷轧退火态的γ纤维织构,是提高r值和杯突值、改善冷轧退火板成形性能、抗表面起皱性能的有效方式。

高铁刹车盘用CrMoV钢的高温热塑性

王程明, 安治国, 孙晓冉, 孙岩, 海岩

2021, 46(1): 204-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.037

摘要 ( 74 )

PDF (529KB) ( 40 )

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了600~1350 ℃范围内高铁刹车盘用CrMoV钢的高温热塑性,利用扫描电镜观察断口形貌,利用光学显微镜观察断口截面显微组织。结果表明:试验钢在600~1350 ℃范围内存在3个脆性温度区间,即熔点~1320 ℃的第Ⅰ脆性区、1100~1000 ℃区间的第Ⅱ脆性区和800~650 ℃区间的第Ⅲ脆性区,晶界V(C,N)和VN的析出是造成第Ⅱ脆性区塑性恶化的主要原因,在制定轧制工艺时应避开这些区域。

β退火参数对Ti6Al4V合金组织和性能的影响

谭海波, 师周龙, 张书美, 朱娟娟

2021, 46(1): 209-213. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.038

摘要 ( 88 )

PDF (529KB) ( 65 )

钛合金β退火产生的片层组织可以显著提高材料的损伤容限性能。通过不同的β退火温度和冷却速率试验研究了β退火参数对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响。结果表明:β退火温度在T_β+10 ℃~T_β+50 ℃范围内,随着退火温度的提高,β晶粒尺寸不断长大,温度提高到T_β+50 ℃,合金强度、塑性降低明显;β退火保温时间基本与退火温度对组织和性能的影响规律一致,即保温时间延长强度和塑性降低,但断裂韧性提高;去应力退火温度在一定范围内提高,α片层厚度增加,抗拉强度和规定塑性延伸强度降低,塑性和断裂韧性提高;β退火后冷却速率对材料组织性能影响较大,冷速越大,α片层厚度、晶界α宽度和α集束尺寸明显减小,拉伸强度提高,但塑性下降。

大型航空构件专用热氢处理炉流-热-固耦合仿真分析

乔达, 卞祥德, 付经伦, 丁林超, 王同, 陆文林

2021, 46(1): 214-219. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.039

摘要 ( 87 )

PDF (520KB) ( 54 )

采用冷壁结构设计的大型航空构件专用热氢处理炉结构复杂,多层隔热结构炉胆隔热屏板厚度极薄,导致网格划分和模拟计算十分困难。本文采用等效热阻的简化思路,在保证计算精度的前提下,将多层结构的炉胆等效为一层,节约了计算资源,实现了热氢处理炉的全尺寸流-热-固耦合仿真。评估了热氢处理炉的隔热效果,在炉温1000 ℃时,炉胆外壁面温度只有200~350 ℃,呈条纹状分布;冷壁结构设计的炉壳外层壁面温度约25 ℃,具有较好的保温隔热效果;最大热应力264 MPa,位于料台底座;拉伸性能测试表明,料台底座Q235钢经300 ℃渗氢处理后抗拉强度约为565 MPa,安全系数为2.14。本文分析了热氢处理炉的温度场、热应力场,并评估了其安全储备系数,为大型热氢处理炉全尺寸仿真提供了思路,为结构设计提供了数据支撑。

核电站用钢制安全壳纵焊缝的焊后热处理畸变

胡广泽, 王刚, 于杰, 晏桂珍

2021, 46(1): 220-224. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.040

摘要 ( 80 )

PDF (522KB) ( 55 )

基于SYSWELD软件对钢制安全壳筒体环建立了有限元模型,对拟定的筒体纵焊缝热处理工艺采用有限元法进行了模拟分析,计算了热处理后的畸变和残余应力,并将数值模拟分析的畸变数据与实测数据进行了对比,证明了拟定的工艺满足产品技术要求,可为超大型容器局部焊后热处理提供参考。

基于钢中残留奥氏体定量的EBSD扫描面积参数优化

崔桂彬, 鞠新华, 孟杨, 尹立新

2021, 46(1): 225-229. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.041

摘要 ( 96 )

PDF (527KB) ( 50 )

为了优化基于残奥定量的EBSD扫描面积参数,详细研究并讨论了置信区间和A类标准不确定度与扫描面积参数的关系。研究表明,综合考虑与扫描面积参数优化有关的扫描视场数(n≥6)、置信区间、A类标准不确定度、分析时间等主要影响因素可知,扫描总面积须达到65 000 μm²。

DP980-GA双相钢色差斑和黑点缺陷分析与控制

张鹏, 刘学良, 周屿, 贾冬梅

2021, 46(1): 230-234. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.042

摘要 ( 165 )

PDF (518KB) ( 103 )

利用扫描电镜分析了DP980-GA双相钢镀层表面出现色差斑和黑点缺陷的原因,阐述了缺陷形成的机理。结果表明:退火炉加热段的湿气氛不充分、氢气含量过高,快冷段的带钢温度过低,引起Mn、Cr等合金元素在基体表面的氧化富集,影响Zn-Fe之间的扩散均匀性;带钢经热处理后入锅温度过高,镀层的热镀锌合金化程度加剧,导致基体铁从金属氧化物边界扩散显著。在实际生产中,通过调整退火炉的湿气氛注入量,注入方式由带钢的单面改为双面;提高带钢的快冷温度;降低炉内热区的氢气含量和带钢的入锅温度等措施,合金化镀层表面的色差斑和黑点缺陷得到了较好控制。

台架试验中齿轮断齿的原因分析

何亮亮, 王元栋, 王梦梦, 侯圣文, 王妍

2021, 46(1): 235-238. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.043

摘要 ( 117 )

PDF (524KB) ( 67 )

采用显微组织分析,结合断口形貌分析、齿形齿向分析对齿轮断齿原因进行失效分析。结果表明,齿根圆角表层非马氏体组织深度不符合技术要求,但非本次断齿的主要原因。齿轮断齿根本原因为齿根次表面存在大尺寸氧化物夹杂,在试验持续受力过程中以该夹杂为疲劳源发生鱼眼状疲劳断裂。

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