金属热处理

杨恬, 许军锋, 李卓

2021, 46(2): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.001

摘要 ( 83 )

PDF (694KB) ( 45 )

共晶高熵合金具有高硬度、高耐腐蚀性、高耐磨性、极好的铸造性、优异的抗氧化性和磁性等诸多传统合金无法比拟的特点,是传统物理冶金领域对合金设计的一次突破,为新材料、新性能的探索开辟了新的平台。虽然目前已出现多种类型的共晶高熵合金,但对共晶高熵合金的性能和设计思路还缺乏宏观的认识。本文将综述近年来共晶高熵合金的设计方法:试验法、代换法、伪二元法和计算相图法,对比分析每种方法的优缺点,进一步分析共晶高熵合金的结构特征和热机械处理对其组织和力学性能的综合影响,总结共晶高熵合金设计可能出现的问题,并展望其未来的研究方向。

氮含量对无镍含钼奥氏体不锈钢相变的影响

翁建寅, 彭伟, 宁小智, 刘腾轼, 鲍贤勇, 李北, 董瀚

2021, 46(2): 8-13. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.002

摘要 ( 59 )

PDF (624KB) ( 27 )

以Cr₁₈Mn₁₄Mo₃无镍含钼不锈钢为基本成分,设计并冶炼了电渣重熔锭实测氮含量为0.008%~0.770%的4炉高氮CrMnMo奥氏体不锈钢(氮含量设计范围为0.004%~0.850%),对各试验钢的平衡相转变进行了热力学计算,对试验钢的显微组织形貌进行了观察。结果表明:试验钢的氮含量在0.40%到0.85%区间内时,在900~1200 ℃内存在较宽的单相奥氏体区。通过计算获得了不同氮含量钢的平衡相转变图,试验钢中δ铁素体的最大析出量随着氮含量的升高而降低,当N含量在0.77%时,δ铁素体最大析出量约为30%;获得了试验钢加热时δ铁素体析出温度与氮含量的关系式为T_δ=876+433w(N);随着氮含量的升高,试验钢在冷却时Cr₂N的析出温度逐渐升高,其定量关系式为T_Cr₂N=711+350w(N)。

稀土元素La对300M钢疲劳性能的影响

刘跃, 韩顺, 厉勇, 王春旭, 高远航, 王瑞, 李建新

2021, 46(2): 14-19. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.003

摘要 ( 59 )

PDF (616KB) ( 33 )

采用力学性能测试、疲劳断口形貌及裂纹源非金属夹杂物扫描电镜分析等方法,研究了稀土元素La对300M钢常规力学及高周疲劳性能的影响,以及稀土La对300M钢非金属夹杂物形态及尺寸的改性作用。结果表明:添加0.006%(质量分数)的稀土La对300M钢的常规力学性能影响较小,却显著提高300M钢的高周疲劳性能;300M钢加入稀土La后,其疲劳极限σ_-1由867 MPa提高至940 MPa;添加稀土La改性后的钢中夹杂物尺寸变大,并转变为含S、O的稀土夹杂物,其硬度、弹性模量、膨胀系数与钢基体更接近,有效减小了夹杂处的应力集中,有利于提高钢的高周疲劳性能。

高强度矿用圆环链23MnNiMoCr54钢的研发与应用

郭晓霞, 温慧, 李志豪

2021, 46(2): 20-24. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.004

摘要 ( 63 )

PDF (614KB) ( 20 )

对23MnNiMoCr54钢采用Gleeble3500热模拟机、TEM及SEM等试验方法进行基础数据分析及成分设计优化,通过制定合理的冶炼、轧制及退火工艺,成功开发出高强度矿用圆环链用钢。分别向用户提供试制的成品钢材样钢,样钢通过测试其各项指标均达到了GB/T 10560—2017规定的C级圆环链的要求。

Nb对Q345低Mo耐火钢CCT曲线的影响

万荣春, 孙锋, 付立铭, 单爱党

2021, 46(2): 25-29. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.005

摘要 ( 51 )

PDF (618KB) ( 20 )

通过测定两种不同Nb含量的Q345级低Mo(约0.25 wt%)耐火钢连续冷却转变(CCT)曲线,研究了Nb对Q345低Mo耐火钢CCT曲线的影响。试验结果表明,添加Nb元素可以使Q345级低Mo耐火钢的CCT曲线向右移动,贝氏体相变临界冷却速度降低,同时降低试验钢奥氏体临界转变温度,抑制奥氏体转变为珠光体,从而有利于贝氏体相变。此外,要获得Q345级低Mo耐火钢F+B+P的理想组织,不添加Nb试验钢的最佳冷却速度应在0.28 ℃/s左右,添加Nb试验钢的最佳冷却速度应在0.14 ℃/s左右。

选区激光熔化TC4合金微观组织研究进展

孙京丽, 柯林达, 肖美立, 杜磊, 陈舸, 刁威, 聂敬敬

2021, 46(2): 30-36. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.006

摘要 ( 73 )

PDF (618KB) ( 31 )

选区激光熔化成形技术是制造TC4钛合金等难加工金属的一种非常有前景的方法,内部组织的难以控制是制约其大规模应用的一个瓶颈。本文概述了选区激光熔化成形中加工参数对TC4合金显微组织、残余应力分布的影响,以及热处理后显微组织的变化这3个方面的研究进展,并对今后组织相关的研究发展方向进行了展望。

亚稳态ARB-Cu的微观结构与力学行为对退火工艺的响应关系

李小红, 姜庆伟, 李敏, 杨鹏

2021, 46(2): 37-44. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.007

摘要 ( 54 )

PDF (615KB) ( 19 )

为研究退火热处理对累积叠轧法(ARB)制备的亚稳态超细晶纯铜的微观结构和力学性能的影响,在100~250 ℃内对ARB-Cu分别退火10、30及60 min。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和万能力学试验机对ARB-Cu的微观结构、力学性能以及断口形貌进行了分析。结果表明:随着退火温度的升高,ARB-Cu晶粒尺寸略有长大,亚晶粒弥散分布,位错密度逐渐降低,晶粒形状由不规则态转变为等轴晶粒。ARB-Cu在100~250 ℃分别退火10 min和30 min后,屈服强度和抗拉强度随着退火温度升高呈现先升高后降低的变化趋势。显微硬度随退火温度升高和退火时间增加逐渐下降。在150 ℃退火30 min,ARB-Cu的强度和塑性达到退火态最优匹配。ARB-Cu的断裂机理由叠轧态的解理断裂逐渐变为退火态的韧性断裂,其塑性变形能力得到改善。

过共析钢轨钢的连续冷却转变行为

王东梅, 赵磊城, 陈林, 董瑞

2021, 46(2): 45-49. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.008

摘要 ( 59 )

PDF (616KB) ( 23 )

以碳含量(质量分数)大于0.9%的过共析钢轨钢为研究对象,采用L78淬火膨胀仪研究了其在连续冷却过程中的微观组织及力学性能演变规律,并建立了过共析钢轨钢的连续冷却曲线,为制定过共析钢轨钢的合理轧后冷却工艺提供了理论依据。结果表明:当冷却速度在5~10 ℃/s内时,能够有效减少渗碳体与马氏体等异常组织的产生以及细化珠光体的片层间距,从而提高过共析钢轨钢的力学性能。

GH3230合金M₂₃C₆型碳化物的析出行为

杜星霖, 鞠泉, 马惠萍, 杜金辉

2021, 46(2): 50-54. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.009

摘要 ( 63 )

PDF (618KB) ( 25 )

研究了固溶态GH3230合金在800~1100 ℃时效不同时间下的碳化物析出行为。结果表明:GH3230合金固溶态组织主要为γ相+初生粒状碳化物M₆C+少量晶界粒状碳化物M₂₃C₆。试验合金在800~1100 ℃短时时效后,晶界和晶内析出的碳化物主要为M₂₃C₆型。其中晶界粒状M₂₃C₆型碳化物有沿着晶内长大的倾向,并逐渐变成胞状碳化物。在同一时效温度下,晶内碳化物析出数量会随着时效时间的增加而增加,此后会逐渐回溶,回溶开始的时间会随着时效温度的提高而逐渐提前。

热处理工艺对5Cr5Mo2V钢组织与性能的影响

殷军伟, 周健, 蒋业华, 迟宏宵, 林鹏

2021, 46(2): 55-60. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.010

摘要 ( 81 )

PDF (616KB) ( 24 )

利用洛氏硬度计及场发射扫描电镜等研究了奥氏体化温度和回火温度对热锻模具用钢5Cr5Mo2V组织和性能的影响。结果表明:试验钢经过不同温度的淬火和回火处理后,组织均为回火马氏体+残留奥氏体+碳化物。当5Cr5Mo2V钢在920~1030 ℃淬火时,随淬火温度升高硬度值增加并于1030 ℃达到最大值62.53 HRC,之后硬度值趋于稳定,且在1030 ℃淬火时晶粒较为细小,超过1030 ℃淬火晶粒开始粗化;试验钢在480~550 ℃回火时,硬度值随回火温度升高逐渐增加,并于550 ℃出现二次硬化峰值,但在此温度下试验钢的冲击性能为最低,此后随回火温度升高冲击性能逐渐增加,当回火温度为600 ℃时,试验钢在维持较高硬度(49 HRC)的同时,冲击吸收能量可达21 J,故5Cr5Mo2V钢的最佳热处理工艺为:1030 ℃淬火30 min后油冷,随后在600 ℃回火(2 h)2次空冷。

高饱和磁感Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3非晶铁芯的退火及浸漆工艺

宋苏, 陈文智, 张广强, 刘洋, 郑伟, 张迁, 周少雄

2021, 46(2): 61-65. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.011

摘要 ( 62 )

PDF (624KB) ( 22 )

研究了不同磁场退火和浸漆固化工艺对Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3非晶合金环形铁芯损耗和磁性能的影响,并与1K101合金铁芯进行了对比。结果表明:与1K101合金相比,Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的最佳退火温度低于1K101合金,其中纵磁退火时达到最低,为330 ℃。纵磁退火Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯有着更高的饱和磁感应强度,B_{3500 A/m}=1.611 T。经350 ℃无磁场退火处理后,Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的损耗P_{50 Hz, 1.4 T}=0.360 W/kg,稍高于1K101合金;经330 ℃纵磁退火处理后,Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的损耗P_{50 Hz, 1.4 T}=0.257 W/kg,也高于1K101合金;经350 ℃横磁退火处理后损耗P_{50 Hz, 1.4 T}=0.163 W/kg,低于1K101合金。纵磁退火Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯经浸漆固化处理后,磁通密度B_{800 A/m}=1.341 T,比纵磁退火1K101合金浸漆固化铁芯高15%;纵磁退火且浸漆的Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯损耗低于1K101合金浸漆铁芯,且随着频率升高优势更加明显;当频率大于1000 Hz时,纵磁退火且浸漆的Fe₈₂Si_3.8B_13.₉C_0.3合金铁芯的损耗值低于未浸漆铁芯。

喷丸对马氏体耐热钢高温蒸汽氧化行为的影响

谌康, 蔡文河, 杜双明, 董树青, 高大伟, 白银

2021, 46(2): 66-73. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.012

摘要 ( 58 )

PDF (627KB) ( 21 )

利用高温蒸汽氧化试验装置对比研究P92、G115钢以及喷丸的G115钢的高温蒸汽氧化行为,结果表明,这3个试样的650 ℃蒸汽氧化动力学曲线符合ΔW＝ktⁿ规律。相同蒸汽氧化时间下G115钢的氧化质量增加远小于P92钢,主要是因为G115钢中富Cr层的形成和富Cu相在氧化层界面的析出。经喷丸处理的G115钢氧化质量增加小于未喷丸的G115钢,喷丸后的G115钢表面产生大量塑性变形,从而引入高密度的位错和滑移带,且内壁马氏体板条发生碎化,马氏体板条界增多。大量增加的滑移带、位错及马氏体板条界为Cr元素向表面扩散提供了通道,加快了基体中Cr元素向表面的扩散速度,是提高抗蒸汽氧化性能的主要原因。

喷丸和盐酸酸洗对2205双相不锈钢热轧板氧化层微观结构的影响

王剑, 孟浩杰, 李朋, 李国平, 李俊, 刘洁, 韩培德

2021, 46(2): 74-80. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.013

摘要 ( 72 )

PDF (614KB) ( 15 )

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)配合能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)研究了 2205双相不锈钢热轧板经过退火和喷丸处理后的氧化层组成和结构,并分析了盐酸及混酸(HNO₃+HF)酸洗后表面钝化膜微观组织结构,利用电化学测试手段分析了酸洗后钢的耐蚀性,进一步提出了热轧退火2205双相不锈钢板在喷丸和酸洗过程中氧化层去除演变模型。结果表明:喷丸处理对于2205双相不锈钢表层富Fe氧化物的去除效果明显,但是不能去除内层致密的富Cr氧化层。盐酸预酸洗由外向内可以进一步去除喷丸后致密氧化层,硝酸和氢氟酸终酸洗可去除退火产生的贫Cr层,使得钢表面形成富含Cr₂O₃的钝化膜。2205双相不锈钢经混酸终酸洗后表现出比盐酸预酸洗后更高的自腐蚀电位和更大的容抗弧半径,说明混酸酸洗有利于提高2205双相不锈钢的耐蚀性能。

直齿齿轮类零件的喷丸工艺试验

杨扬, 车永平, 海侠女, 李阳, 王晔

2021, 46(2): 81-86. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.014

摘要 ( 56 )

PDF (743KB) ( 38 )

以某公司零件的喷丸工艺开发为切入点,在模拟直齿齿轮的阿尔门试片工装的研究设计下,完成了直齿齿轮类零件喷丸工艺试验,保证了齿面与齿根喷丸状态与残余应力的一致性,为后续喷丸工艺开发提供了新思路。

回火温度对DP600钢氢扩散及氢脆敏感性的影响

王贞, 刘静, 黄峰, 毕云杰, 柯书忠

2021, 46(2): 87-94. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.015

摘要 ( 54 )

PDF (615KB) ( 21 )

利用慢应变速率拉伸和双电解池氢渗透试验,结合SEM、TEM、EBSD表征手段研究了不同回火温度下DP600钢中显微组织变化对其氢扩散及氢脆敏感性的影响。结果表明,DP600钢的氢脆敏感性和有效氢扩散系数均随回火温度的升高呈下降趋势,这主要与钢中位错、小角度晶界等可逆氢陷阱浓度降低以及碳化物/基体界面、大角度晶界等不可逆氢陷阱浓度增加有关。其中弥散分布的碳化物使碳化物/基体界面捕获的氢原子分布均匀,导致试验钢的氢脆敏感指数由44.6%(270 ℃)下降至1.8%(350 ℃)。综合考虑回火温度对试验钢强度和氢脆敏感性的影响,DP600钢的最佳回火温度为330 ℃。

镐型截齿深冷工艺的多目标优化模型

闫献国, 李帆, 陈峙, 姚永超

2021, 46(2): 95-99. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.016

摘要 ( 46 )

PDF (614KB) ( 17 )

为优化镐型截齿硬度、耐磨性、冲击性能3项性能指标,对镐型截齿材料实施深冷处理,并取得了良好效果。为得出镐型截齿整机产品最优深冷工艺组,从多目标规划角度,基于QFD模型构建了镐型截齿深冷工艺多目标优化模型,并寻优得出镐型截齿整机产品的最优深冷工艺组为:深冷温度77 K,深冷时间24 h,交变2次。且通过试验验证了此模型的有效性。

不同气体流量比对Cu/a-C∶H复合薄膜结构及摩擦学性能的影响

孟杰, 田林海, 刘颖, 周兵, 吴玉程, 于盛旺, 吴艳霞

2021, 46(2): 100-104. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.017

摘要 ( 49 )

PDF (616KB) ( 29 )

采用磁控溅射技术结合等离子体气相沉积技术,通过调节CH₄与Ar的气体流量比例,获得了不同Cu含量的Cu/a-C∶H复合薄膜。采用XPS、Raman等表征方法分析了不同气体流量比对Cu在复合薄膜中的存在形式及薄膜结构的影响,利用纳米压痕仪测量了复合薄膜的硬度与弹性模量,采用往复式摩擦磨损试验机、白光干涉仪、FESEM等分析了复合薄膜在空气中的摩擦学性能及相关机理。结果表明:随着CH₄在混合气体中所占比例增加,复合薄膜中sp²C含量升高,Cu含量降低,Cu晶粒的尺寸变小,复合薄膜的硬度逐渐升高,韧性降低。CH₄气体流量比为60%、Cu含量为 6.68at%的复合薄膜具有较高的硬度、良好的韧性以及在空气中最低的摩擦因数(0.091)与磨损率(1.77×10^-6 mm³·N^-1·m^-1),这与复合薄膜中sp²C含量及Cu纳米粒子的尺寸和含量有关。

深冷及深冷后回火处理对截齿硬质合金头耐磨性的影响

董良

2021, 46(2): 105-108. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.018

摘要 ( 62 )

PDF (617KB) ( 19 )

选取YG8硬质合金作为掘进机截齿硬质合金头的材料,研究深冷工艺和深冷后回火工艺对YG8硬质合金耐磨性和平均摩擦因数的影响,并通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)探究两种工艺对YG8硬质合金相组织的影响。结果表明,深冷后回火处理在减少YG8硬质合金磨损量方面更明显。深冷处理在降低YG8硬质合金平均摩擦因数方面更有效。深冷处理和深冷回火后处理后YG8硬质合金的η相含量基本一致,但深冷后回火处理更容易促进η相的均匀分布。

GH4169合金铸态组织特征及均匀化处理工艺

蒋世川, 张健, 韩福

2021, 46(2): 109-117. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.019

摘要 ( 79 )

PDF (616KB) ( 27 )

通过CLSM、OM和SEM等测试方式,研究了GH4169合金铸态组织和均匀化热处理工艺对晶粒尺寸、析出相、氧化层厚度以及溶质元素均匀性的影响。研究表明,铸态组织枝晶间存在Laves相、δ相、γ′相和MC碳化物等析出相,主要偏析元素Nb在铸锭中心偏析最严重;在第一段1160 ℃×16 h,第二段1190 ℃×30 h均匀化处理后,合金铸锭可以达到最合适的均匀效果,Nb元素残余偏析系数δ在0.2左右,晶粒尺寸约6117 μm,氧化层厚度约为41.6 μm。

高速及重载道岔在线热处理钢轨压型跟端的感应热处理

张大伟

2021, 46(2): 118-124. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.020

摘要 ( 66 )

PDF (608KB) ( 17 )

为使高速及重载道岔AT钢尖轨跟端锻造热处理后组织与性能满足最新标准和线路使用要求,采用自主研发钢轨全断面感应加热+喷风冷却生产线,对高速及重载道岔60AT2-U71MnG及60AT1-U75V在线热处理钢轨压型跟端进行了热处理工艺试验,观察了硬化层的显微组织,检测了钢轨化学成分、硬化层深度、表面硬度、断面硬度、抗拉强度、伸长率及疲劳性能。结果表明,60AT2-60 kg/m(U71MnG材质)及60AT1-60 kg/m(U75V材质)在线热处理钢轨压型跟端经热处理后,钢轨轨头中心踏面硬化层深度不小于30 mm,显微组织为索氏体,表面硬度不小于320 HBW,抗拉强度不小于1200 MPa,伸长率不小于11%,表面硬度变化范围小于30 HBW,热影响软化区小于40 mm,弯曲疲劳强度达到200万次不断,各项技术指标均满足相关要求,可满足线路使用需求。

淬回火对10Cr5MoVRE钢组织性能的影响及其第二相析出行为

石晓霞, 李晓, 任慧平, 靳燕, 贾鹏霞

2021, 46(2): 125-129. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.021

摘要 ( 56 )

PDF (610KB) ( 18 )

以10Cr5MoVRE钢为研究对象,对轧态及淬回火(QT)态试样组织性能进行对比研究,利用TEM和能谱仪对QT态试样析出物进行观察分析。力学性能检测结果表明,QT态试样获得了较好的强韧性配比,相较于轧态试样,QT态试样伸长率提高了93.8%,0 ℃条件下的冲击吸收能量提高了6倍以上。借助SEM观察的轧态及QT态10Cr5MoVRE试验钢低温冲击断口形貌,轧态试样的低温冲击断口形貌为脆性解理断裂,QT态的为韧性韧窝断裂。借助OM观察分析,轧态试样组织为粒状贝氏体而QT态为回火索氏体。QT态10Cr5MoVRE钢第二相析出物的TEM观察分析结果表明,碳化物析出相主要是碳化钒、碳化钼及碳化铬形成的复合相,显微夹杂物析出相则是Al₂O₃、MnS、Ca₃(PO₄)₂及稀土化合物等组成的复合夹杂物。

锻后固溶预处理对H13钢退火组织和冲击性能的影响

孙立国, 周健, 马党参, 迟宏宵

2021, 46(2): 130-135. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.022

摘要 ( 51 )

PDF (611KB) ( 18 )

利用相分析、SEM及TEM试验方法,结合Thermo-Calc热力学软件计算了H13钢平衡相图,研究了不同固溶预处理及等温球化退火工艺对H13热作模具钢的组织和冲击性能的影响。结果表明:H13钢经1000、1050和1100 ℃固溶预处理后,随着固溶温度的升高,以V为主的MC型未溶碳化物数量逐渐减少,1100 ℃固溶预处理后,未溶碳化物基本溶解,同时晶粒粗化;经过固溶预处理及等温球化退火后,试验钢中碳化物分布均匀性和圆整度均提高,但1100 ℃固溶时晶粒尺寸粗化,退火过程形成粗大网状碳化物并沿粗大马氏体界面形核,降低了组织均匀性。H13钢经1000 ℃固溶预处理等温退火后,冲击性能较好,随着固溶预处理温度的升高,试验钢的冲击性能呈现明显的下降趋势。

回火温度对Cr5NiMoVNb支承辊用钢组织与性能的影响

李彦龙, 吴琼, 刘常升

2021, 46(2): 136-139. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.023

摘要 ( 41 )

PDF (608KB) ( 18 )

为了研究回火温度对Cr5NiMoVNb支承辊用钢显微组织及力学性能的影响,采用扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计、拉伸试验机和冲击试验机对不同回火温度下Cr5NiMoVNb钢进行了测试。结果表明:Cr5NiMoVNb钢的回火态组织以回火马氏体为主,并含有少量的残留奥氏体。回火过程中伴随有碳化物的析出和马氏体相变。随着回火温度的升高,Cr5NiMoVNb钢的强度(抗拉强度与屈服强度)与硬度逐渐降低,塑性(伸长率与断面收缩率)与韧性(冲击吸收能量)逐渐提高。在试验选定范围内,520 ℃回火的Cr5NiMoVNb钢的硬度、抗拉强度、断面收缩率和冲击吸收能量分别达到53.5 HRC、1735 MPa、25.2%和7.3 J,综合力学性能最优。

回火保温时间对A-100钢力学性能和组织的影响

胡生双, 史利利, 何坤, 赵刚, 王清, 王文博, 王亚星

2021, 46(2): 140-143. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.024

摘要 ( 53 )

PDF (610KB) ( 19 )

采用力学性能测试、显微组织观察和断口失效分析等方法研究了回火保温时间对淬火+深冷处理后的A-100超高强度钢组织和力学性能的影响。结果表明,A-100超高强度钢482 ℃回火时在板条马氏体晶界上会析出逆转变奥氏体,马氏体周围析出M₂C型碳化物,且随回火保温时间增加,逆转变奥氏体数量增多、分散更均匀,马氏体晶粒尺寸有所增大;回火保温时间从5 h增加到8 h,规定塑性延伸强度从1890 MPa降低到1728 MPa,下降约8.57%;抗拉强度从2045 MPa降低到1988 MPa,下降约2.78%;而断裂韧性却从98.75 MPa·m^1/2上升到114.3 MPa·m^1/2,增加约15.74%。增加回火保温时间,冲击断口的韧窝区面积降低,平均韧窝区面积约占总断口面积由回火保温5 h的86.2%降到回火保温8 h的70.1%。

热处理温度对窄深槽类零件环保铬镀层组织与性能的影响

洪子康, 骆祎岚, 朱巧莲, 朱世根

2021, 46(2): 144-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.025

摘要 ( 54 )

PDF (607KB) ( 26 )

采用环保三价铬电镀工艺对窄深槽类零件进行电镀铬后,再对铬镀层进行不同温度(0~400 ℃)的热处理,研究热处理温度对窄深槽类零件环保铬镀层组织和性能的影响,并对热处理前后铬镀层的微观形貌、相结构、显微硬度、结合力和耐磨性进行了分析。结果表明:镀态镀层表面存在微裂纹,经热处理后微裂纹间隙扩大,并且随着温度的升高,镀层结构逐渐由非晶转变为晶态,显微硬度、结合力及耐磨性可得到一定程度的改善。经400 ℃热处理后铬镀层各项性能表现最佳,显微硬度为781 HV0.1,结合力超过40 N,磨损体积最小为0.0136 mm³。

退火温度对新能源汽车用含Ce无取向电工钢组织和织构的影响

孔祥兵, 任慧平, 金自力, 李涛, 吴忠旺

2021, 46(2): 149-152. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.026

摘要 ( 61 )

PDF (611KB) ( 23 )

采用SEM、EBSD和XRD等分析手段研究了退火温度对含Ce新能源无取向电工钢组织及织构的影响。结果表明:800 ℃退火后,试验钢边部和中心部位均能观察到再结晶组织及亚晶组织,α线织构中的{112}<110>取向密度最高,γ线织构中的{111}<112>取向密度较弱,退火板存在少量η织构;830～920 ℃退火后,温度越高,再结晶越充分,α线织构取向密度下降,γ线织构取向密度增加,η织构基本消失;试验钢在950 ℃退火后发生了完全再结晶,平均晶粒尺寸为48.29 μm,γ线织构中的{111}<112>取向密度最高,为11.36。

大直径锻造耐磨钢球的热处理工艺

高丽梅, 侯建民, 梁柱, 孙晓磊

2021, 46(2): 153-156. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.027

摘要 ( 68 )

PDF (613KB) ( 22 )

采用二次加热淬火和低温回火工艺改善ø120 mm锻造耐磨钢球的使用性能,研究了二次加热淬火工艺中不同升温速率和淬火冷却时间对钢球硬度分布、冲击性能和显微组织的影响。得出钢球的最佳热处理工艺为:以2.8 ℃/min的速率升温至840 ℃并保温1 h,出炉空冷至800 ℃后淬入35 ℃水中冷却 350~400 s,然后出水空冷至80 ℃以下并在200 ℃回火4 h,炉冷至80 ℃以下出炉空冷。此工艺下耐磨钢球表面至心部硬度均在58~60 HRC范围内,且球心处室温无缺口冲击吸收能量≥15 J,单颗落球次数大于5000次,证明此工艺方法可提高大直径锻造耐磨钢球的质量和寿命。

热处理对双FCC相CoCrFeNiCu高熵合金组织与性能的影响

张骁, 刘亮, 商剑, 赵作福, 张越, 齐锦刚, 王冰

2021, 46(2): 157-160. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.028

摘要 ( 63 )

PDF (613KB) ( 32 )

用真空感应熔炼法制备了CoCrFeNiCu高熵合金,研究了不同退火温度对合金组织及力学性能的影响。结果表明,铸态CoCrFeNiCu合金具有双FCC相结构,分别为富Cu相和贫Cu相,而且相分离现象随热处理温度的升高逐渐明显。铸态合金的组织形貌为典型树枝晶组织,随热处理温度的升高,富铜相增多,枝晶间隙变宽,且出现了大量纳米颗粒。经600 ℃退火处理后,合金的屈服强度和断裂强度显著提高,屈服强度达到233 MPa,断裂强度接近铸态合金的3倍,并且伸长率无明显降低。

热成形钢的脱碳影响因素分析

陈波, 魏焕君, 耿志宇, 华永兴, 张继国, 薛力强, 毕彦雷

2021, 46(2): 161-167. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.029

摘要 ( 67 )

PDF (612KB) ( 25 )

采用Gleeble-3500热力模拟试验机模拟热成形工艺过程,分析了不同加热温度(890~950 ℃)、保温时间(240~1000 s)、化学成分(T1500HS和CR1300/2000HS钢两种不同材料)及不同表面涂油(有油和无油)对冷轧热成形钢表面脱碳的影响。结果表明,在正常加热温度(910~950 ℃)、保温时间(240~480 s)和炉内有良好保护气氛条件下,冷轧热成形钢热成形后脱碳较少;随着加热温度升高、保温时间延长、C含量增加、涂油量增多,冷轧热成形钢热成形后脱碳层深度增加;当脱碳层深度不大时(≤20 μm),脱碳层对热成形后材料拉伸性能影响很小;脱碳层对热成形后材料硬度有较大影响,脱碳层深度增大,硬度减小。

不同热处理状态Al-Mg-Si合金的热压缩力学行为及微观组织

刘伟, 刘巍, 邹文杰, 吴远志, 邓彬, 刘安民, 叶拓

2021, 46(2): 168-172. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.030

摘要 ( 61 )

PDF (609KB) ( 25 )

利用Gleeble-3500热模拟试验机对不同热处理状态的Al-Mg-Si合金进行了高温压缩试验,研究了变形温度为100~400 ℃和应变速率为0.01 s^-1条件下固溶态和时效态合金的热压缩流变行为。结果表明:合金在压缩变形过程中主要经历了应变硬化和稳态变形两个阶段。流变应力随变形温度的升高而下降,同一变形温度下,时效态合金的流变应力高于固溶态合金的流变应力,随着变形温度的升高,两种状态合金的流变应力差值越来越小。在热变形过程中,合金内部产生了大量的位错组织,时效态合金中由于有弥散分布的析出相钉扎位错,其位错分布更均匀,因而变形抗力更大,随着变形温度升高,位错密度下降,合金在高温条件下软化的主要机制为动态回复。

粉末形貌对选区激光熔化316L不锈钢力学性能的影响

张亚民, 吴姚莎, 杨均宝, 刘孝青

2021, 46(2): 173-177. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.031

摘要 ( 65 )

PDF (611KB) ( 35 )

以气雾化316L不锈钢粉为原料,结合等离子球化和选区激光熔化技术制备了不锈钢块体,并用XRD、SEM、激光粒度仪、振实密度仪和万能力学试验机等对等离子球化粉体和选区激光不锈钢块的组织结构和性能进行了表征。结果表明:316L不锈钢粉经等离子球化处理后,不规则扁平状颗粒数量减少,球形颗粒数量增加,振实密度与松装密度的比值(HR值)从1.28减少到1.08,流动性得到明显改善。等离子球化颗粒经SLM成形后的块体物相组成与前驱粉体一致,均为典型的奥氏体不锈钢组织(γ-Fe+α-Fe)。与气雾化块体相比,等离子球化块体力学性能和致密性均有一定程度提高,这主要归因于经等离子球化处理后的前驱粉体致密度提高,球形度增加且流动性良好。

不同冷速对700 MPa级汽车大梁钢过冷奥氏体转变的影响

赵楠, 薛峰, 潘进, 郭维超, 李建朝

2021, 46(2): 178-181. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.032

摘要 ( 59 )

PDF (608KB) ( 20 )

在DIL805L型淬火膨胀仪上测定了一种700 MPa级汽车大梁钢(700L)的连续冷却转变曲线(CCT曲线),结合金相-硬度法分析其相变规律、相变组织及影响因素。结果表明:试验钢的临界点Ac₃=898 ℃,Ac₁=772 ℃;当冷速小于0.5 ℃/s时,过冷奥氏体的转变产物为铁素体、珠光体和少量贝氏体;当冷速大于0.5 ℃/s时,珠光体消失;当冷速为5 ℃/s时,铁素体消失,转变产物全部为贝氏体;当冷速为10 ℃/s时,转变产物中出现少量马氏体组织,随着冷速增大,马氏体逐渐增多,贝氏体逐渐减少直至完全消失;随着冷速的提高,试验钢的硬度逐渐增大,当冷速为10 ℃/s时,硬度值有明显大幅度的增加。

渗氮温度对42CrMo钢零件表面后氧化渗层的影响

孟璇, 岳佳宏, 孔令飞, 杨阳, 贾鹏

2021, 46(2): 182-184. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.033

摘要 ( 75 )

PDF (611KB) ( 24 )

采用硬度测试、显微组织观察、脆性等级和疏松等级评价等方法研究了渗氮温度对42CrMo钢零件渗氮后氧化渗层性能的影响。结果表明:在渗氮后氧化处理过程中,渗层的表面硬度随着渗氮温度的升高出现先增后降的趋势;渗层深度和疏松等级随渗氮温度的升高而增加,但脆性等级变化不大。当渗氮温度为560 ℃时,42CrMo钢零件可获得表面硬度≥600 HV、渗层(白亮层)深度≥15 μm、1级脆性等级、2级疏松等级的优秀渗层。

低碳钢表面激光熔覆不锈钢的组织和性能

王戈, 富玉竹, 姚权桐, 佟伟平

2021, 46(2): 185-189. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.034

摘要 ( 68 )

PDF (612KB) ( 31 )

采用JHM-1GY-400型脉冲Nb∶YAG固体激光器和316L不锈钢粉末在20低碳钢表面制备了激光熔覆层。利用OM、XRD、SEM等表征方法分析了不锈钢熔覆层的物相组成和显微组织,并分别利用旋转摩擦试验机和电化学工作站对熔覆层和基材的耐磨损和耐腐蚀性进行了研究。试验结果表明,不锈钢熔覆层厚度约为50 μm,由γ相(奥氏体)和α相(铁素体)组成,其显微组织主要包括细小的树枝晶、粗大的胞状晶以及平面晶;不锈钢熔覆层表面硬度约为基材的2倍,摩擦因数比基材低0.0418,磨损量更低,不锈钢熔覆层比基材具有更高的耐磨性。与基材相比,不锈钢熔覆层具有更低的自腐蚀电流和更高的自腐蚀电位,其耐腐蚀性能更优异。

激光冲击强化对7050-T7451铝合金残余应力和力学性能的影响

韩培培, 权纯逸, 焦清洋, 陆莹, 赵栋, 乔红超, 赵吉宾

2021, 46(2): 190-195. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.035

摘要 ( 45 )

PDF (614KB) ( 18 )

对7050-T7451铝合金试样进行激光冲击强化,研究不同激光功率密度和冲击次数对铝合金残余应力和性能的影响。试验结果表明:激光冲击强化可以有效提高试样表面显微硬度,且硬度随着冲击次数的增加而增大,最高达172 HV0.05,较未强化试样提高了17%,硬度影响层深度可达750 μm。当激光功率密度为7.28 GW/cm²时,激光冲击1次后试样表面粗糙度为0.279 μm,比原始磨削表面的粗糙度下降了22.5%,随着冲击次数的增加,表面粗糙度逐渐增大,但均小于原始表面粗糙度。激光冲击强化可以大幅提高试样表面残余压应力,当激光功率密度为7.28 GW/cm²、冲击3次时残余压应力最大,可达－227.0 MPa。当激光功率密度为4.37 GW/cm²、冲击3次时,激光冲击强化可以有效提高试样的疲劳寿命(大于10⁶次),相比未强化试样提高2.3倍。激光冲击强化后表面残余压应力和显微硬度大幅提升可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升7050-T7451铝合金的抗疲劳性能。

Ti-6Al-4V合金表面激光熔覆TiAlSi+xB₄C涂层的组织及耐磨性

高苑, 刘冉, 吴韬, 马文, 韵茗香, 朱远志

2021, 46(2): 196-199. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.036

摘要 ( 60 )

PDF (614KB) ( 24 )

利用激光熔覆在Ti-6Al-4V合金表面制备了TiAlSi+xB₄C涂层,分析比较不同B₄C含量对于涂层显微组织、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:B₄C含量不同,涂层中的物相种类差别不大;涂层的微观形貌由颗粒状晶、层状晶、胞状晶和短棒状晶组成;不同B₄C含量涂层的显微硬度分布趋势大致相同,与基材相比均有明显的提高,随着B₄C含量的增高,整体上涂层显微硬度逐渐增大,当B₄C的含量为8%时,涂层的显微硬度最高,达到1216 HV0.1,约为基体的4.2倍;而当B₄C含量过高时,涂层硬度降低,且涂层中出现微裂纹。通过磨损试验表明,不同B₄C含量的涂层耐磨损性能均明显的优于Ti-6Al-4V合金基体,含8%B₄C的涂层磨损量最小。熔覆不同含量B₄C的涂层明显改善了基体Ti-6Al-4V合金的表面性能。

12CrNi3A钢凸轮轴的激光熔覆再制造技术

何建群, 吴成武, 王靖雯, 王文涛, 刘志伟, 韩景伟, 殷子强, 成巍

2021, 46(2): 200-203. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.037

摘要 ( 65 )

PDF (611KB) ( 28 )

采用2 kW光纤激光器,在12CrNi3A钢制喷油泵凸轮磨损面获得了高硬度激光熔覆层,通过表面PT探伤、维氏硬度计、光学显微镜、摩擦磨损试验对熔覆层的完整性、硬度、显微组织及性能进行了表征。结果表明:熔覆层厚度约1 mm;显微硬度650 HV,熔覆层组织致密、晶粒细小,与12CrNi3A钢呈冶金结合;熔覆层的耐磨性优于凸轮本体,凸轮轴修复质量好,满足使用要求。采用激光熔覆技术实现了喷油泵凸轮轴严重损伤升程表面的修复,克服了常规修复手段易导致整轴畸变的问题。

多晶材料细观力学建模与模拟软件的开发与应用

薛轩, 申刚, 杨幸运, 顾剑锋, 王婧, 张伟民

2021, 46(2): 204-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.038

摘要 ( 54 )

PDF (507KB) ( 21 )

Thermal Prophet-RVE是最近自主开发的一款基于实际微观组织数据的多晶材料细观力学模拟软件。本文着重对其软件架构、基本功能及技术特点进行介绍,并模拟了铁素体/马氏体双相钢生产过程马氏体相变引起的变形和双相组织在拉伸载荷作用下的细观力学行为。结果表明,基于材料实际微观组织数据构建的微结构模型能够高度还原组织相组成以及晶粒之间的几何拓扑关系,由此建立的细观力学模型能够对多晶材料在复杂热力耦合作用下的变形行为以及整体力学性能进行可靠预测。

热氢处理炉真空加热温度场数值模拟与分析

王同, 陆文林, 李勍, 杜春辉, 陈旭阳, 薛丹若

2021, 46(2): 209-212. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.039

摘要 ( 61 )

PDF (506KB) ( 22 )

钛合金热氢处理技术是利用氢在钛合金中的可逆化作用,改善钛合金微观组织与机加工性能的一种新技术。其中,热氢处理炉是钛合金加热渗氢、脱氢的重要设备,加热均匀性和加热效率是加热室设计过程中需考虑的关键技术,会直接影响钛合金热氢处理过程中的效率和质量。针对适用于钛合金的热氢处理炉进行真空加热过程温度场数值模拟分析,建立真空加热数学模型,对空载状态下的数值模拟和试验结果进行比较,二者基本相符,在此基础上深入研究了负载状态下加热功率、发热带宽度等设计参数对加热均匀性和加热效率的影响。结果表明:选择合理的加热功率、发热带宽度能够适当提高加热效率和加热均匀性。

40CrNiMo7钢锻轴淬火开裂的原因分析

张家文, 付天亮, 吴昊, 王昭东

2021, 46(2): 213-217. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.040

摘要 ( 76 )

PDF (507KB) ( 21 )

通过宏观形貌观察、化学成分分析、硬度测试、金相分析、能谱分析等方法,对40CrNiMo7钢锻轴开裂的原因进行了分析讨论。结果表明,锻轴的裂纹属于淬火纵向裂纹,钢中Cr元素含量偏高,增加了开裂倾向,试样表层有较多TiN夹杂物以及Al₂O₃、MnS等夹杂,同时试样有0.6 mm左右的脱碳层,促进了裂纹的形成。淬火时产生的组织应力使表面呈现拉应力状态,并在脱碳层和非金属夹杂物的影响下超过了材料的断裂强度而产生了开裂。

重型汽车后桥主动锥齿轮的失效分析

程源, 胡芳忠, 胡乃悦, 汪开忠, 王良林, 金国忠, 郝震宇

2021, 46(2): 218-222. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.041

摘要 ( 70 )

PDF (509KB) ( 22 )

采用扫描电镜、光学显微镜、火花放电原子发射光谱仪、定氢仪以及布氏硬度计对重型汽车后桥主动齿轮失效原因进行了分析。结果表明:失效齿轮的各项性能指标均满足标准要求,氢含量较低,失效原因主要是由于预紧力过大致使在齿轮轴尾部螺纹空刀槽与花键连接处应力集中导致的延迟断裂失效。

机器人用关节减速器的失效分析及改善措施

黄彬, 常安全, 潘安霞, 王晓雨

2021, 46(2): 223-227. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.042

摘要 ( 57 )

PDF (689KB) ( 28 )

结合理化检测分析和有限元应力分析,研究了机器人用关节减速器摆线轮及行星轮在寿命试验过程中接触疲劳失效的成因。结果表明:摆线轮齿面失效形式为胶合,行星轮齿面失效形式为过度磨损。摆线轮和行星轮齿面接触疲劳强度设计值均满足服役要求,所用材料符合设计要求。根据金相检测结果,行星轮表面热处理性能不符合设计要求,导致齿面硬度和接触疲劳强度下降,这是行星轮失效的主要原因。且基于分析结果提出了行星轮后续制造工艺的改进措施。

40CrMnMo钢钻杆料的裂纹缺陷分析

钟彬, 陈义庆, 孟凡磊, 高鹏, 艾芳芳, 李琳, 伞宏宇

2021, 46(2): 228-231. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.043

摘要 ( 61 )

PDF (507KB) ( 24 )

利用OM、SEM、EDS等技术手段对产生裂纹的40CrMnMo钻杆料进行失效原因分析。结果表明:钻杆料显微组织为回火索氏体,晶粒细小均匀,夹杂物为D0.5级,组织未见异常;裂纹形成于淬火过程中,热应力和组织应力致使40CrMnMo钻杆料淬火开裂,开裂位置可见明显氧化,未见脱碳,裂纹扩展中产生二次裂纹;同时,高温回火后裂纹继续扩展,尖端持续氧化。基于失效分析,通过适当降低淬火加热温度和稳定淬火油的性能,可以避免开裂。

冷却过程H₂含量对800 MPa级热镀锌双相钢性能及表面质量的影响

富聿晶, 刘宏亮, 付东贺, 陈宇, 马峰

2021, 46(2): 232-236. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.044

摘要 ( 55 )

PDF (582KB) ( 17 )

针对目前热镀锌双相钢在生产过程中随着合金元素的添加而出现的表面质量问题,对热镀锌双相钢表面出现小黑点以及麻面缺陷进行了显微组织分析,研究了不同冷却段H₂含量对800 MPa级热镀锌双相钢力学性能及表面质量的影响。结果表明,随着热镀锌冷却段H₂含量的不断增加,试样的屈服强度及抗拉强度明显升高,主要因为H₂含量增加造成试样在冷却过程中马氏体转变量的增加,从而提高了综合力学性能;同时表面小黑点及麻面缺陷数量明显减少,试样在冷却过程中得到了还原,减少了Mn、Si等元素氧化物,保证了试样形成致密的抑制层,但H₂含量超过10%后对表面质量影响变小并且伸长率下降明显,所以考虑能耗,冷却段H₂投入量应控制在10%。

罩式退火Ti-IF钢的粗晶缺陷成因及对策

田飞, 王自荣, 李昭东, 李雷

2021, 46(2): 237-241. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.02.045

摘要 ( 68 )

PDF (505KB) ( 22 )

通过对罩式退火卷粗晶缺陷分布、不同程度粗晶缺陷试样中FeTiP的析出和Ti-IF钢FeTiP析出溶解温度及晶粒长大行为的分析,找到了粗晶缺陷的成因,并得到了解决粗晶缺陷的方法。结果表明:780 ℃或略高的温度是晶粒粗化临界温度,FeTiP析出相细小粒子的溶解导致了析出相粒子分布状态发生明显变化,此为诱发晶粒异常长大导致粗晶缺陷的根本原因。钢卷外圈局部过热导致退火温度超过了780 ℃,导致钢卷外圈产生了粗晶缺陷,通过在罩式炉退火工艺高温升温阶段添加适温保温平台,可有效解决粗晶缺陷问题。

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