金属热处理

高天宇, 乔珺威, 吴玉程

2021, 46(4): 1-8. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.001

摘要 ( 196 )

PDF (747KB) ( 199 )

高熵合金是一种原子排列有序,化学无序的新型多主元合金。通过改变合金元素的种类和浓度,能够调控合金系统层错能及显微组织的相稳定性,进而诱发形变孪晶、马氏体相变等塑性变形机制,最终使合金获得突出的综合力学性能。这种高熵合金的设计理念称为“亚稳工程”。亚稳高熵合金的显微组织、相结构及变形机制与合金体系的层错能密切相关。在FeMnCoCr系亚稳高熵合金中,随着系统层错能降低,面心立方结构稳定性下降,从而激活应变诱导马氏体相变(γ→ε),实现了合金强度和塑性的同时提高。本文主要介绍了FeMnCoCr系亚稳高熵合金的成分设计、制备及加工方法、微观结构和力学性能,并对亚稳高熵合金未来的研究方向进行了展望。

Ti微合金化非调质钢中碳化物析出行为及其对再结晶的影响

刘洁, 徐乐, 何肖飞, 李晓源, 王毛球

2021, 46(4): 9-15. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.002

摘要 ( 108 )

PDF (605KB) ( 62 )

通过Gleeble-3800热模拟试验机研究了变形温度850~1200 ℃,应变速率0.1 ~10 s^-1条件下Ti微合金化非调质钢的奥氏体动态再结晶行为。分析变形温度、变形速率、碳氮化物的析出行为对奥氏体动态再结晶的影响,计算动态再结晶激活能,获得动态再结晶状态图和热加工图。结果表明,随着Ti含量从0增加为0.042%和0.063%,钢中碳氮化物的析出量分别为0%、0.040%和0.038%,呈现出先增加后减少的趋势,相应的动态再结晶的激活能分别为360.218、394.015和378.247 kJ/mol,0.042%Ti含量的非调质钢激活能最高。通过功率耗散图和塑性失稳图的叠加得到了热加工图,获得了Ti微合金化非调质钢的最佳热加工工艺范围是900~1050 ℃的变形温度,0.1~0.2 s^-1的变形速率和1100~1200 ℃变形温度,0.1~4 s^-1变形速率。

Sn-Co合金热处理过程中的CoSn₂→CoSn₄相变

吕冠辰, 梁文雷, 索玉松, 李磊

2021, 46(4): 16-19. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.003

摘要 ( 86 )

PDF (609KB) ( 45 )

对Sn-1.3wt%Co合金进行215 ℃下保温5、10、15 min并淬火的热处理,借助光学显微镜、扫描电镜和能谱仪研究了原始CoSn₂相的相变产物和形貌变化。结果发现:热处理导致Sn-1.3wt%Co合金发生了CoSn₂→CoSn₄相变;原始CoSn₂相局部溶解且生成的CoSn₄相相较于原始CoSn₂相位置有所扩展;两相相似的晶体结构和原子排列是CoSn₂相易转变为CoSn₄相的重要原因。

汽车用超高强度钢的合金化方式及组织控制

梁静宇, 石增敏, 谢镐, 邓李辰贵, 李光宇, 戴雷

2021, 46(4): 20-25. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.004

摘要 ( 138 )

PDF (609KB) ( 88 )

超高强度钢因其优异的强度及塑韧性而在汽车行业得到广泛应用。针对汽车用超高强度钢,详细介绍了其合金化方式及强化机制,并详细阐述了奥氏体相及其相变所产生的组织增塑效应,以及对组织的调控方法。

铁含量对铸态铝铁合金力学性能及组织的影响

郑文悦, 陈庆吟, 洪静, 侯嘉鹏, 王强, 张哲峰

2021, 46(4): 26-29. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.005

摘要 ( 83 )

PDF (604KB) ( 53 )

采用拉伸试验机、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和三维纳米X射线显微镜等分析手段研究了铁含量对铸态Al-Fe合金力学性能和微观组织结构的影响。结果表明:随着铁含量的增大,铸态Al-Fe合金抗拉强度和屈服强度增大,断后伸长率下降。大量的球状Al₆Fe析出相和杆状Al₃Fe析出相分布在试验合金铸锭晶界附近,与铸态Al-1.8Fe合金相比,铸态Al-2.6Fe合金具有更小尺寸的晶粒和更大尺寸的Al₃Fe析出相。尺寸更小的晶粒导致铸态Al-2.6Fe合金的强度高于铸态Al-1.8Fe合金,而铸态Al-2.6Fe合金伸长率更低的主要原因是具有更大尺寸的脆性Al₃Fe析出相。

W-Mo-V改进型H13模具钢的力学性能与磨损行为

杨成康, 程晓农, 张洁, 鞠玉琳, 罗锐, 丁恒楠

2021, 46(4): 30-36. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.006

摘要 ( 201 )

PDF (606KB) ( 32 )

研究了自主研发的W-Mo-V系改进型H13模具钢(HBJ3钢)经500、550和600 ℃回火后的显微组织、力学性能和磨损行为,并与H13钢进行了对比。结果表明,与H13钢相比,HBJ3钢经600 ℃回火后的硬度和抗拉强度均有明显提高。在回火温度为500、550和600 ℃时,HBJ3钢的摩擦因数和磨损率均低于H13钢,磨损率分别低38%、58%和64%。HBJ3钢的磨损机理主要是氧化磨损和磨料磨损,而H13钢还有剥层磨损机制。

模拟火灾温度对Q460FRW钢组织和抗震性能的影响

戴忠伟, 何宜柱, 杜晓洁

2021, 46(4): 37-41. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.007

摘要 ( 72 )

PDF (608KB) ( 24 )

为研究Q460FRW钢经火灾后的抗震性能,在250~650 ℃范围内对TMCP态试样进行了6组模拟火灾保温试验,并对保温后的显微组织、拉伸断口形貌和室温拉伸性能进行了分析。结果表明:TMCP态试样的组织为粒状贝氏体,随着保温温度的升高,粒状贝氏体中的铁素体基体不断长大,马氏体/奥氏体(M/A)组元逐渐分解并由多边形岛状逐渐转变为层状;屈服强度和抗拉强度随保温温度的升高均呈先增大后减小趋势,屈强比逐渐增大,塑性和抗震性能不断下降。当火灾温度低于550 ℃、持续时间少于1 h时,试验钢抗震性能仍能满足GB/T 19879—2015和GB/T 28415—2012标准对高性能建筑用钢和耐火钢的要求。

热处理工艺对7%Cr钢显微组织及耐蚀性能的影响

顾洋, 宋帅, 武会宾, 张志慧, 张鹏程

2021, 46(4): 42-48. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.008

摘要 ( 109 )

PDF (604KB) ( 51 )

利用质量损失法和电化学方法测试了3种不同组织类型的7%Cr钢在CO₂环境中的腐蚀行为,并通过EBSD和SKPM手段从晶界和表面电势角度分析了组织类型引起的耐蚀性能差异原因。结果显示:7%Cr钢轧态组织为贝氏体+铁素体,淬火态组织为淬火马氏体,正火态组织为铁素体+少量珠光体。试验钢的耐蚀性能排序为淬火态＞正火态＞轧态,试验钢产物膜中Cr元素的富集程度及其极化曲线自腐蚀电位均与此规律相符,试样表面最大电势差与此规律相反。轧制试样两相间存在电势差,易于形成原电池;淬火试样中Cr元素可通过晶界快速扩散至腐蚀位置形成产物膜;正火试样游离态Cr元素较少且高比例的大角度晶界不利于其扩散至腐蚀界面。

电弧熔丝增材制造ER2319铝堆积金属的组织性能及T6热处理工艺优化

禹润缜, 赵峰, 余圣甫, 李勇杰, 唐论

2021, 46(4): 49-59. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.009

摘要 ( 78 )

PDF (609KB) ( 32 )

通过正交试验、光学显微镜、SEM、TEM等方法研究了T6热处理工艺对电弧熔丝增材制造ER2319堆积金属的组织与性能的影响,通过多元线性回归得出了T6热处理后堆积金属抗拉强度随工艺参数变化的数学模型,并分析了组织演变机制。结果表明, T6热处理工艺参数对堆积金属力学性能影响的显著度排序为:时效时间>时效温度>固溶时间>固溶温度。基于强度变化模型优化出的T6热处理工艺参数为固溶温度538 ℃、固溶时间42 min、时效温度185 ℃和时效时间23 h,使得堆积金属的抗拉强度较未热处理前提高了48.4%。固溶温度由538 ℃提高至553 ℃或固溶时间由42 min增加至82 min均会导致堆积金属中α-Al晶粒显著粗化且晶界局部过烧严重;固溶时间的增加还会导致第二相θ-Al₂Cu粗化且数量减少,降低堆积金属力学性能;时效温度或时效时间的增加会提高纳米级亚稳相θ′-Al₂Cu、θ″-Al₂Cu的析出驱动力,可显著提高沉淀强化效果。

Fe-Cr-Al电热合金的高温氧化行为

刘威, 邵兴明, 季勇华, 许万剑, 陈杰, 王树平

2021, 46(4): 60-64. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.010

摘要 ( 65 )

PDF (618KB) ( 23 )

对一种Fe-Cr-Al系电热合金0Cr25Al5进行了不同温度(950、1050、1150 ℃)的氧化质量增加试验。结果表明,合金试样在950 ℃下属于完全抗氧化级,在1050 ℃下属于抗氧化级,在1150 ℃下保温40 h以上时,由于Cr₂O₃的氧化挥发导致氧化膜出现空洞,大大降低了合金的抗氧化性能。XRD物相分析表明合金表面氧化膜主要由TiO₂、Al₂O₃和FeCr₂O₄组成。

Q550D钒氮钢特厚板组织性能与表面质量

麻衡, 霍孝新, 吴红艳, 高秀华, 杜林秀

2021, 46(4): 65-69. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.011

摘要 ( 80 )

PDF (607KB) ( 40 )

研究了控轧控冷工艺对工业试生产的50 mm厚V-N微合金钢中厚板组织与性能的影响,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机等对试验钢微观组织、力学性能及钢板表面质量进行了观察及分析。结果表明:试验钢在终冷温度为630 ℃时,显微组织由针状铁素体、多边形铁素体和少量粒状贝氏体组成,可观察到V(C,N)析出粒子。试验钢中部屈服强度达599 MPa,伸长率为20%,-20 ℃时的冲击吸收能量为199 J。降低钢中Al元素的含量,钢板表面质量得到了明显的改善。

超快速加热退火下保温时间对5083铝合金组织及力学性能的影响

丁浩晨, 赵艳君, 苏原明, 王谢, 南权晖, 仇诚, 冯奕洁

2021, 46(4): 70-76. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.012

摘要 ( 78 )

PDF (610KB) ( 25 )

利用Gleeble-3500热模拟系统和电子背散射衍射(EBSD)技术对5083铝合金超快速退火组织的演变规律进行了研究,探讨了5083铝合金经过80%冷轧变形后以500 ℃/s加热至450 ℃时,不同保温时间(1~60 s,冷却速度40 ℃/s)对退火组织及力学性能的影响。结果表明,随退火保温时间从1 s延长到60 s,5083铝合金的平均晶粒尺寸由4.94 μm增大到6.44 μm,合金中主要产生了再结晶立方退火织构{001}<100>、旋转立方织构{001}<110>,以及少量的高斯织构{011}<100>和黄铜型织构{011}<211>。当退火保温时间从1 s增加到60 s,整体上合金中的再结晶退火织构先增强再减弱。退火保温时间对5083铝合金的强度影响较小,5083铝合金的屈服强度、抗拉强度没有明显的变化,分别约为170 MPa、326 MPa,而其伸长率由25.63%逐渐增大至30.06%,最后又降低至25.20%。

退火温度对Fe-Mn-Al-C钢组织和拉伸性能的影响

李烨, 夏鹏成, 谢鲲, 曹梅青, 谭云亮, 金晓龙

2021, 46(4): 77-82. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.013

摘要 ( 96 )

PDF (604KB) ( 51 )

采用OM、SEM、TEM和拉伸试验等手段研究了退火温度对Fe-19Mn-2Al-0.6C钢组织和性能的影响。结果表明,退火后试验钢的基体组织为奥氏体。由于回复再结晶的完成程度不同,随着退火温度的升高,晶粒尺寸先减小再增大。同时,退火孪晶的数量逐渐增加,抗拉强度持续降低,但总伸长率先升高然后降低。当施加一定的外部载荷时,在变形过程中会产生大量的变形孪晶和位错。高密度位错在晶界或孪晶界处的缠绕和塞积阻碍了位错的进一步运动。一次孪晶和二次孪生的交割产生的动态Hall-Petch效应,以及位错和孪晶的相互作用共同导致试验钢的高加工硬化能力。Fe-19Mn-2Al-0.6C钢获得最佳综合力学性能的退火温度约为900 ℃,其抗拉强度为947.61 MPa,强塑积为49.30 GPa·%,伸长率为52.03%。

氮碳氧复合处理(QPQ)对MPS700A钢组织与性能的影响

潘虹吉, 罗德福, 陈甥怡

2021, 46(4): 83-87. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.014

摘要 ( 79 )

PDF (664KB) ( 35 )

采用氮碳氧复合处理(QPQ)技术对耐蚀耐热不锈钢MPS700A钢进行表面改性,分别进行(450～500) ℃×5 h和(550～570) ℃×3 h盐浴氮碳共渗试验,氧化处理工艺均为400 ℃×30 min。对QPQ处理后试样渗层的表面形貌、表面硬度、脆性及其耐磨性进行了分析。结果表明:渗层主要由氧化膜层、疏松层、化合物层和扩散层构成,QPQ处理后试样的硬度明显提高,相对低温段490 ℃盐浴氮碳共渗试样的硬度最高,相对高温段550 ℃处理的试样硬度最高,分别为1295、1344 HV0.1,分别是基体硬度的3.75和3.90倍。QPQ处理试样的渗层组织细小,均匀致密,脆性低,耐磨性好,比祼钢具有较好的高温摩擦磨损性能,尤其在500 ℃以上性能更加优异。且与550 ℃盐浴氮碳共渗QPQ试样相比,490 ℃盐浴氮碳共渗QPQ试样具有更低的脆性,更好的高温摩擦磨损性能。

淬火温度对渗碳齿轮钢C64显微组织及力学性能的影响

梁晓东, 鞠哲, 刘骥, 王晨充, 王旭

2021, 46(4): 88-94. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.015

摘要 ( 76 )

PDF (609KB) ( 41 )

通过硬度、拉伸、冲击测试,以及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等分析手段研究了C64钢在不同温度淬火过程中的显微组织和力学性能的变化。结果表明:当淬火温度低于950 ℃时,C64试验钢的显微组织中板条马氏体较为细小;当温度高于950 ℃时,板条马氏体急剧长大。随着淬火温度的升高,碳化物开始逐渐溶解,950 ℃时几乎全部溶解。钢的强度、硬度随着淬火温度的升高呈现下降的趋势;钢的伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量随着淬火温度的升高表现出先升高后下降的趋势,并在950 ℃时达到最大值。试验钢最佳淬火温度为950 ℃,能够获得组织均匀、细小的板条状马氏体组织。此时,试验钢的抗拉强度为1122 MPa,屈服强度为1106 MPa,伸长率为11.40%,断面收缩率为25.20%,冲击吸收能量为191.0 J,能达到强韧化的最佳匹配。

大规格82B钢盘条的冬季时效行为

王海宾, 贾建平, 张朝磊, 卢伟永, 王建忠, 李娜

2021, 46(4): 95-99. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.016

摘要 ( 67 )

PDF (609KB) ( 23 )

研究了ø12.5 mm规格82B钢盘条在北方冬季－15~－23 ℃条件下自然时效0~30 d后的力学性能变化情况,并进行了不同的人工时效试验。结果表明:82B钢盘条的抗拉强度与时效没有明显的关系;自然时效0~10 d后其断面收缩率呈明显上升趋势,10~30 d断面收缩率趋于稳定;盘条下线后立即在200 ℃保温2 h进行人工时效,得到的力学性能与自然时效10 d后的力学性能较为接近,因此对82B钢盘条可采用人工时效处理的方法预测自然时效后的力学性能。

70Si2MnV钢球淬火过程的有限元模拟

王晓林, 乔娟娟, 李强, 郭辉

2021, 46(4): 100-104. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.017

摘要 ( 78 )

PDF (607KB) ( 25 )

基于传热学和相变学原理,借助ANSYS热模拟软件建立70Si2MnV轧制钢球在淬火过程中的传热过程有限元数学模型,获得钢球内部温度场随时间的变化情况,结合CCT曲线预测淬火过程的相变过程,并通过显微组织及硬度表征对模拟结果进行验证。结果表明,淬火钢球表面及距表面20 mm处冷却速度较快,能够获得全马氏体组织;距离表面40 mm处冷却速度下降,淬火过程中产生少量贝氏体组织;心部冷却速度小于临界冷速,存在珠光体及贝氏体组织,但马氏体含量仍保持在80%左右,表明试验钢具有良好的淬透性,能保证直径ø120 mm的钢球完全淬透。

固溶处理温度对Fe-Mn-Al-C铁素体基轻质钢耐蚀性能的影响

赵婷, 孙佳振, 贾鑫, 郭凯, 王天生

2021, 46(4): 105-111. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.018

摘要 ( 79 )

PDF (617KB) ( 32 )

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了热轧态、850、950和1 050 ℃固溶处理Fe-Mn-Al-C铁素体基轻质钢的微观组织。通过测试固溶处理试样的极化曲线和阻抗曲线,以及观察试样在3.5%NaCl溶液中腐蚀后的表面状态,分析其耐蚀性。结果表明,试样经850 ℃固溶处理后的组织为铁素体+κ碳化物;950 ℃固溶处理后组织为铁素体+奥氏体+少量κ碳化物;1050 ℃固溶处理后组织为铁素体+奥氏体。随固溶处理温度的升高,试样中κ碳化物逐渐粗化直至全部溶解,950 ℃时发生奥氏体转变且晶粒有所增大,但1050 ℃时奥氏体的含量却略有降低。950 ℃固溶处理试样在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性最佳,其自腐蚀电流密度为3.102×10^-6 A/cm²,钝化膜的电阻R_p值为3944 Ω。经过240 h腐蚀浸泡后,950 ℃固溶处理试样的腐蚀速率最低,这主要是由于其组织中奥氏体含量相对较高、铁素体和κ碳化物含量相对较低以及铁素体中Al元素含量较高所致。

TC32钛合金不同热处理工艺下的组织性能及断裂机制

李明兵, 王新南, 商国强, 祝力伟, 李静, 李星, 朱知寿

2021, 46(4): 112-117. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.019

摘要 ( 91 )

PDF (611KB) ( 43 )

以新型高性能低成本TC32钛合金为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等,研究了普通退火(700 ℃×2 h, AC)和双重退火(880 ℃×2 h, AC+550 ℃×6 h, AC)两种热处理工艺对该合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:普通退火后,TC32合金组织中初生α相含量约为37.2%,并产生轻微球化现象,β转变基体由较粗片层状的次生α相和残余β相组成,合金的抗拉强度均值为939 MPa,伸长率均值达17.4%;双重退火后,TC32合金组织中初生α相含量约为11.8%,并产生明显的球化现象,β转变基体由网篮状结构的细片层次生α相组成,合金的抗拉强度均值达1258 MPa,伸长率均值为9.4%;两种工艺下合金的室温拉伸断口均表现为韧性断裂,普通退火的断口中纤维区面积和剪切唇面积大,无明显放射区,韧窝数量多、尺寸大、深度深,双重退火的断口中有一定面积的放射区,除了等轴韧窝外,还有一定数量的撕裂棱。

控制冷却工艺对Ti微合金化中碳钢板组织和性能的影响

杨波, 孙健, 郭宏丽

2021, 46(4): 118-121. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.020

摘要 ( 57 )

PDF (606KB) ( 21 )

采用控制轧制-控制冷却-淬火-回火工艺制备20 mm 厚的Ti微合金化中碳钢板,研究了控制冷却工艺(冷却速度)对该钢有效晶粒尺寸和析出相的影响,并探讨了其强韧化机理。结果表明:冷却速度越快,有效晶粒尺寸越小,马氏体板条宽度越窄,含Ti析出相越细小,使其兼具高强度和良好的塑性韧性。主要是由于快速冷却保留了轧制时获得的晶体缺陷和形变能,使再加热奥氏体细化,而且快速冷却抑制了Ti在冷却过程中析出,使Ti处于过饱和状态,再加热过程中逐渐析出细小的含Ti析出相,能更有效地阻止奥氏体晶粒长大。有效晶粒细化以及纳米级含Ti析出相使该钢板具有良好的力学性能。

亚温淬火对09MnNiDR容器钢板组织及断裂性能的影响

张丙军, 谢章龙, 席连云, 李志超, 宁博

2021, 46(4): 122-125. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.021

摘要 ( 63 )

PDF (666KB) ( 25 )

利用光学显微镜、扫描电镜、热膨胀分析仪等对连铸-轧制方式生产的60 mm厚09MnNiDR容器钢板经不同亚温淬火+回火工艺处理后的组织和低温冲击性能进行了分析。结果表明:相比两次亚温淬火+回火工艺,采用淬火+亚温淬火+回火工艺的试验钢1/2厚度处冲击吸收能量大大提高,这与组织中小尺寸晶粒的占比提高有关;前者冲击断口形貌表现为准解理断裂,后者则为韧性断裂。

加热工艺对1800 MPa级热成形钢冷弯性能的影响

晋家春, 邓宗吉, 杨峥, 李子涛, 卢茜倩, 崔磊, 刘永刚, 詹华

2021, 46(4): 126-130. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.022

摘要 ( 68 )

PDF (617KB) ( 20 )

利用冷弯试验机、光学显微镜、扫描电镜等研究手段,分析了热冲压成形工艺过程中的加热保温时间对1800 MPa级热成形钢微观组织和冷弯性能的影响。结果表明,随保温时间的增加,试验钢热冲压成形后的原始奥氏体晶粒长大,当保温时间为5 min时,原始奥氏体晶粒尺寸约为5 μm,细小且均匀,当保温时间达到9 min时,出现异常粗大晶粒。冷弯角与原始奥氏体晶粒尺寸关系密切,冷弯角随着晶粒的长大而减小,在5 min时获得最大冷弯角54.5°。

终冷温度对低屈强比复合析出强化钢组织与性能的影响

马长文, 马龙腾, 王彦锋, 杨永达, 韩承良

2021, 46(4): 131-137. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.023

摘要 ( 52 )

PDF (608KB) ( 25 )

利用热模拟方法测定低屈强比复合析出强化钢不同速率冷却后的显微组织并绘制动态连续冷却转变曲线,然后对比了不同终冷温度下试验钢的力学性能,并利用光学显微镜、扫描电镜与透射电镜分析不同终冷温度对试验钢轧后显微组织的影响。结果表明,随冷却速度的增加,试验钢的组织由粒状贝氏体转变为板条贝氏体,未发现铁素体组织,具有高淬透性。随终冷温度由400 ℃升为450 ℃,钢中板条亚结构发生粗化,位错密度下降,但高温下合金元素快速扩散使富Cu相与Nb/Ti碳化物的数量提高,析出强化效果增强。经优化终冷温度为450 ℃,此时试验钢中粒状贝氏体比例较高,可获得高强度与低屈强比的良好匹配。

控轧控冷工艺对440 MPa级船体钢组织与性能的影响

王思成, 周丹, 柴希阳, 佟石, 杨洋, 王天琪

2021, 46(4): 138-142. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.024

摘要 ( 62 )

PDF (607KB) ( 19 )

通过CCT曲线和实验室控轧控冷工艺试验,研究了440 MPa级船体钢的过冷奥氏体连续冷却(CCT)过程的相变以及组织性能。结果表明:试验钢在较宽的冷速范围内容易得到贝氏体组织,随着终轧温度的降低,试验钢的强韧性得到提高。轧后空冷条件下,试验钢得到铁素体+珠光体组织,韧性较好,但强度富余量相对较小。轧后加速冷却,试验钢的强度得到明显提升。模拟卷取温度为550 ℃时,试验钢的强韧性相对更好。综合分析,较优的控轧控冷工艺参数为:终轧温度840 ℃,轧后冷速(20±5) ℃/s,卷取温度550~560 ℃。

回火温度对1100 MPa钢组织和性能的影响

李灿明

2021, 46(4): 143-146. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.025

摘要 ( 89 )

PDF (617KB) ( 44 )

采用低碳+Nb、Ti、B、Cr、Mo、Ni成分体系,利用SEM、TEM等研究不同回火温度下试验钢的组织和力学性能变化。结果表明:220 ℃回火,马氏体发生分解,马氏体板条束变粗,束内板条逐渐合并,残留奥氏体逐渐分解,位错密度大幅度下降,淬火带来的内应力得到释放,试验钢具有最佳的综合力学性能。300 ℃回火,碳化物在奥氏体晶界或回火马氏体板条间大量聚集、长大,降低了晶界、板条间的结合力,出现了回火脆性。

420B不锈钢牙骨凿表面激光淬火的数值模拟与组织性能

郭士锐, 张仕豪, 车江宁, 崔陆军, 郑博

2021, 46(4): 147-151. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.026

摘要 ( 71 )

PDF (609KB) ( 16 )

为了提高牙骨凿刃口硬度,延长使用寿命,利用ANSYS参数化设计在420B不锈钢牙骨凿表面进行激光淬火数值模拟,在此基础上进行激光淬火试验,并用光学显微镜、显微硬度计对刃口激光淬火后的显微组织和硬度进行分析。结果表明:在激光功率500 W,扫描速度960 mm/min时,仿真模型模拟得出淬火表面最高温度约1070 ℃。此工艺参数下淬火后刃口截面最高硬度达到57.1 HRC,平均硬度达到51.0 HRC,淬火效果较好。

硅酸盐体系电解液中添加Na₂WO₄对LY12铝合金陶瓷膜性能的影响

何巧成, 姜文勇, 陈鹿, 王长亮, 武鹏海

2021, 46(4): 152-156. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.027

摘要 ( 51 )

PDF (612KB) ( 20 )

通过SEM、XRD、硬度试验、电化学腐蚀试验研究了在硅酸盐体系电解液中加入不同浓度的Na₂WO₄对LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜表面形貌及性能的影响。结果表明,添加Na₂WO₄改变了膜层的微观结构,使微弧氧化膜层硬度增加,表面平滑,呈现出小而少的孔洞结构,且表面堆积少量形状不规则的白色质点;随着Na₂WO₄添加量的增加,膜层的硬度值呈现先增加后降低的趋势,当Na₂WO₄含量为4 g/L时,膜层达到最高硬度440.3 HV0.3,较基体(硬度值约168 HV0.3)提升了272.3 HV0.3;XRD分析证明W元素参与了微弧氧化过程,并生成W的氧化物WO₃,陶瓷层物相主要由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃以及WO₃组成;电化学极化曲线分析结果表明添加剂Na₂WO₄有效地提高了膜层的耐腐蚀性能,耐腐蚀性能最好的添加量为 1 g/L,此时自腐蚀电位为-532.0 mV,腐蚀电流为0.011 μA。Na₂WO₄的添加可有效改善陶瓷膜层的表面形貌及性能。综合考虑膜层的性能,添加剂Na₂WO₄的最佳添加量为 4 g/L。

980 MPa级冷轧复相钢力学性能的多元调控

陈卓, 王诚斯, 靳斌, 刘靖宝, 郝雷, 邝霜, 王金荣

2021, 46(4): 157-160. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.028

摘要 ( 68 )

PDF (607KB) ( 18 )

采用Gleeble-3500热模拟试验机、拉伸试验机和光学显微镜研究了连续退火工艺中均热温度、缓冷温度和过时效温度对980 MPa级复相钢力学性能及组织的影响规律。结果表明,经连续退火处理后980 MPa级复相钢组织为典型的铁素体、贝氏体、马氏体组织,随均热温度的提高,贝氏体和马氏体含量逐渐增加,从而提高抗拉强度和规定塑性延伸强度;缓冷温度则能改变新生铁素体晶粒大小及马氏体含量,从而调控复相钢力学性能;随着过时效温度的升高,部分颗粒状碳化物开始析出,能够降低马氏体的强度即改善复相钢塑性。从多元调控的角度逐步优化980 MPa级复相钢的综合力学性能,最终确定均热温度800 ℃、缓冷温度700 ℃和过时效温度340 ℃为最优工艺参数。

镍基合金电子束熔覆表面改性及高温耐磨性研究

刘海浪, 卢儒学, 陈健, 徐珖韬, 张倩

2021, 46(4): 161-166. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.029

摘要 ( 74 )

PDF (613KB) ( 27 )

利用电子束在Inconel 617高温合金表面熔覆WC-CoCr复合涂层,设计正交试验分析了工艺参数对熔覆层的影响,研究了优化后涂层的组织与性能。结果表明,电子束扫描束流对熔覆质量特性影响最为显著,优化工艺下获得的熔覆层与基体合金相互扩散并形成良好的冶金结合,熔覆层内出现了WC、CoCr、(Fe,Ni)C₆、Fe₃W₃C相以及α-Co的固溶体,电子束处理可有效抑制WC的分解,使涂层的显微硬度达1200 HV0.3。涂层的显微组织主要为CoCr基质上分布的枝晶和多种共晶,其在200、600和1000 ℃高温滑动磨损行为中具有比Inconel 617合金基体更低的磨损率和摩擦因数,耐磨性得到了提高。

稀土CeO₂改性Ni60/50%WC涂层的制备及性能

张蕾涛, 段理, 刘德鑫, 张伟樯, 王雪松, 戴娇燕, 徐金富

2021, 46(4): 167-170. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.030

摘要 ( 60 )

PDF (611KB) ( 25 )

通过添加稀土CeO₂对Ni60/50%WC涂层进行改性,制备了不同CeO₂含量的涂层,研究了CeO₂含量对涂层表面裂纹的影响。结果表明,随着CeO₂含量的增大,涂层的表面裂纹先逐渐减少,后又逐渐增多,在添加1%CeO₂时,Ni60/50%WC涂层无裂纹,且涂层组织均匀且致密,WC粒子圆润,其物相含有γ-(Fe, Ni)、M₂₃C₆、M₇C₃、Fe₃W₃C、Ni₄W、W₂C、CeNi₅和CeNi₂等。与未添加CeO₂的涂层相比,在添加1%CeO₂后涂层的硬度提高了11.88%,磨损率降低了26%。

BH催渗工艺对12CrNi3渗碳钢组织和性能的影响

刘克, 杨兵, 孙林, 欧阳雪枚, 丁卉, 朱旭

2021, 46(4): 171-175. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.031

摘要 ( 72 )

PDF (609KB) ( 22 )

针对12CrNi3钢薄壁齿轮气体渗碳工艺存在温度高、周期长、畸变大的弊端,导致薄壁重载齿轮组织状态不佳,畸变不受控等问题,在原超级渗碳工艺的基础上添加BH-5催渗剂,开展BH催渗试验。结果表明,当渗碳层深为(1.5±0.1) mm时,BH渗碳可提升效率20%以上;使用BH催渗使12CrNi3钢渗碳后晶粒度达到7级,渗层硬度梯度下降更平缓,摩擦性能提高,畸变减小。

超音速火焰喷涂NiTi合金涂层的形状记忆效应

段学燕, 李文利, 覃恩伟, 王博, 陆海峰, 吴树辉

2021, 46(4): 176-181. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.032

摘要 ( 53 )

PDF (607KB) ( 19 )

采用超音速火焰喷涂制备超致密NiTi合金涂层,通过后续热处理获得优化相变结构,并通过压痕法分析涂层的形状记忆效应。光学显微镜及扫描电镜对NiTi合金涂层微观结构表征显示,喷涂制备态涂层由内部岛状-链状界面叠片组成,涂层致密孔隙率约为0.82%。X射线衍射分析显示,NiTi涂层制备态为全奥氏体,经时效处理析出Ni₄Ti₃相。压痕法分析表明,在制备态及时效态涂层中均获得了一定的单程及双程形状记忆效应。X射线物相分析及差示扫描量热仪对比分析揭示,时效析出的第二相粒子显著增加形状记忆效应。

加氢反应器用2.25Cr-1Mo-0.25V钢锻件的持久性能

石如星, 禹兴胜, 元亚莎, 何春静, 陈明, 代博杰

2021, 46(4): 182-186. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.033

摘要 ( 55 )

PDF (607KB) ( 17 )

研究了高温持久对2.25Cr-1Mo-0.25V钢断口及显微组织的影响。对热处理态试样的常温、高温及相同温度、不同载荷下的高温持久强度进行分析,并通过扫描电镜(SEM)对持久试样的断口及微观组织进行观察。结果表明,随着加载应力的增加,持久时间显著降低,持久试样断裂后,断口形貌的韧窝中有富Mo析出相,且随着持久断裂时间的延长,析出相中Mo元素含量逐渐增多。

不同温度时效后17-4PH不锈钢的高周腐蚀疲劳性能

高艾瑞, 高圆, 席生岐, 石联峰, 梁刚, 高振旭

2021, 46(4): 187-191. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.034

摘要 ( 89 )

PDF (606KB) ( 30 )

对17-4PH不锈钢进行固溶+稳定化+时效处理,分析了568 ℃和605 ℃两种温度时效后17-4PH不锈钢的显微组织、硬度、裂纹扩展速率、腐蚀疲劳断口以及疲劳极限。结果表明:时效温度为568 ℃的17-4PH不锈钢疲劳极限相对于605 ℃时效温度的疲劳极限明显提高,其疲劳裂纹扩展门槛值高于605 ℃的,疲劳扩展速率明显低于605 ℃的。两种温度时效后钢的疲劳断口均属于解理断裂。

核电用316H奥氏体不锈钢锻件的晶粒度控制

冉熊波, 刘虹伶, 汪洪宇, 曹俊生, 梁启超, 侯超前

2021, 46(4): 192-195. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.035

摘要 ( 97 )

PDF (610KB) ( 37 )

针对316H奥氏体不锈钢锻件晶粒粗化和混晶的问题,研究了锻造温度、变形量、固溶保温温度对316H钢晶粒度的影响。结果表明:锻件晶粒度大小为芯部＞1/4直径＞表面位置;锻造温度和变形量的增加促进了动态再结晶的发生,对晶粒的细化作用十分显著,锻造温度采用1100 ℃,变形量控制在30%时,锻造后的晶粒度可达7级左右。热处理对锻件的晶粒度具有一定均匀化作用,热处理温度过高会使晶粒长大,热处理温度应控制在1040~1060 ℃范围内。

铁基电热合金丝显微组织均匀性的对比分析

张强, 祝志祥, 陈新, 张宁, 殷雪, 朱建新, 孟利

2021, 46(4): 196-199. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.036

摘要 ( 54 )

PDF (608KB) ( 18 )

电热合金的性能与合金成分、显微组织及织构存在密切关系。对两种成分的商用铁基电热合金丝(0Cr25Al5合金和0Cr21Al6Nb合金)样品的显微组织进行评测,重点分析了合金丝中显微组织的均匀性,探讨了合金元素、织构类型及合金丝径向不同位置处晶粒尺寸分布特征的关联关系。结果显示,与0Cr25Al5样品相比,含Nb的0Cr21Al6Nb样品表现出更为均匀的晶粒尺寸分布,且平均晶粒尺寸稍小。不同取向的晶粒在合金丝中的分布存在差异,<110>取向晶粒的平均晶粒尺寸较大,而小尺寸的<110>取向晶粒占比较小。同时,不同成分合金丝径向不同位置处晶粒尺寸分布均匀性存在差异,0Cr21Al6Nb样品晶粒尺寸分布跨度较小,不同位置差异不显著,即晶粒尺寸分布对位置不敏感;0Cr25Al5样品晶粒尺寸分布跨度较大,且合金丝不同位置晶粒尺寸分布不同。综上表明,添加碳化物形成元素能明显降低合金丝中平均晶粒尺寸及促进晶粒尺寸分布均匀性;晶粒取向与晶粒尺寸及其在合金丝中的分布存在一定关联性,可为电热合金丝制备工艺优化、显微组织改善与综合性能提升提供一定参考。

GH4169合金机匣环件热成形晶粒可控的加热规范制定方法

李姚君, 黄海, 顾青, 兰箭

2021, 46(4): 200-204. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.037

摘要 ( 57 )

PDF (611KB) ( 18 )

GH4169机匣环件在成形过程中需要反复加热到较高温度,从而导致晶粒粗化。通过已建立的GH4169高温合金析出相演变模型和晶粒长大模型模拟机匣环件热成形过程,并制定了加热规范。计算和试验结果表明,所制定的加热规范能够明显抑制机匣环件在制坯和轧制过程中的晶粒长大。

ZGMn13Cr2钢水韧处理中的脱碳行为

朱可, 李强, 曾建民, 赵四勇, 黄肇敏, 胡永玫

2021, 46(4): 205-209. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.038

摘要 ( 61 )

PDF (592KB) ( 17 )

研究了不同水韧条件下ZGMn13Cr2钢的脱碳行为,分析了实际脱碳深度与理论计算之间的关系,并对传统的计算模型进行了修正。结果表明,水韧处理加热温度越高,保温时间越长,脱碳越严重。当加热温度为1000 ℃时,实际脱碳深度与理论脱碳深度相似;加热温度为1050 ℃和1100 ℃时,由于氧化反应的加剧以及碳化物的作用,实际脱碳深度大于理论脱碳深度,传统的计算模型不再适用,采用修正的计算模型能对ZGMn13Cr2钢水韧处理中的脱碳深度起到一定的预测作用。

等离子喷涂Al₂O₃陶瓷涂层的显微组织检测技术

解菁, 谢善, 全琼蕊, 李欣

2021, 46(4): 210-216. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.039

摘要 ( 61 )

PDF (589KB) ( 40 )

使用自动金相制样设备和光学显微镜对大气等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层金相样品制备技术及显微组织评估技术进行研究,确定最佳的制样及评估方法。结果表明:金相试样制备时采用树脂粘接SiC湿砂轮切割片取样、配备正确制样参数的自动化磨抛设备,采用SiC新砂纸研磨和回弹性低的无毛布抛光,能够有效呈现涂层的真实显微组织,解决了涂层孔隙率异常偏大等假象; 烧结碎裂制粉的氧化铝粉末形貌呈棱角状的固有属性可用于涂层未溶颗粒和重熔颗粒的辅助评估;尽量缩小显微镜孔径光阑能有效分辨涂层未熔颗粒、重熔颗粒和氧化物等显微组织特征。

渗氮后氧化处理40Cr钢的耐蚀性能

岳佳宏, 孟璇, 姚小卫, 孔令飞, 杨阳, 秦国方

2021, 46(4): 217-219. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.040

摘要 ( 116 )

PDF (593KB) ( 38 )

通过盐雾腐蚀试验法,对不同温度渗氮+后氧化处理的40Cr钢试样及不同表面防护状态下的40Cr钢试样的耐蚀性能进行对比。结果表明,40Cr钢渗氮温度在560～580 ℃之间时,中性盐雾试验时间可达200 h以上;对渗氮后氧化处理后的40Cr钢试验件边缘保护及油封处理后,中性盐雾试验时间可达200 h,外观评级(R_A)为10。

45Mn钢件表面电镀霉斑的形成原因分析

杨玉, 王英海, 张吉富, 马小军, 徐立家, 任俊威

2021, 46(4): 220-223. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.041

摘要 ( 117 )

PDF (637KB) ( 34 )

针对45Mn钢件表面电镀出现的霉斑现象,分析了钢板的化学成分、原始组织及表面质量。结果表明,钢的化学成分和微观组织未见异常,满足标准要求,但钢板表面粗糙、氧化脱碳严重,形成微裂纹是电镀不合格的主要原因。通过优化生产工艺,提高表面质量,可以避免电镀霉斑的形成。

20Mn2A圆链钢的鱼眼断裂分析

温娟, 来萍, 杨荣光, 任群, 鞠新华

2021, 46(4): 224-226. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.042

摘要 ( 70 )

PDF (590KB) ( 24 )

20Mn2A圆链钢在编链热处理后的拉伸试验中出现了断裂,在大多断口上发现有圆形或椭圆形平台。用扫描电镜、光学显微镜及直读光谱等仪器分别对圆链的断口形貌、组织、化学成分进行了分析。结果表明,圆链钢的化学成分正常,圆链的局部组织为回火马氏体和铁素体,铁素体组织的存在降低了圆链钢的硬度及耐磨性。圆链断口圆形平台的微观形貌为冰糖状沿晶形貌,平台中央有氧化铝类夹杂,这种以夹杂为核心的鱼眼状氢脆是引起圆链断裂的主要原因。

大口径厚规格X80管线钢的低温断裂控制

熊祥江, 范明, 杨小军, 李中平, 史术华, 彭宁琦, 钱亚军, 彭清

2021, 46(4): 227-231. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.043

摘要 ( 55 )

PDF (593KB) ( 32 )

以大口径(OD1422 mm)、大壁厚(38.5 mm)X80级管线钢热轧板为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜对其显微组织和-20 ℃低温落锤撕裂试验断口形貌进行分析,研究了断裂与组织之间的关系。结果表明,带状组织和不同厚度位置晶粒度大小不均,粒状贝氏体、退化珠光体、准多边形铁素体和马奥岛等混合组织会导致裂纹的萌生和扩展,出现解理断裂,对低温韧性不利,而尺寸为3 μm以下的马奥组织和均匀分布的贝氏体铁素体对裂纹扩展起阻碍作用,说明细小的马奥组织和贝氏体铁素体能够提高钢板的断裂韧性,对低温断裂控制十分有利。

ZL111铝合金液压制动主缸的开裂分析

吴冰冰, 曾志卫, 王君兆, 邓番林, 焦广胜

2021, 46(4): 232-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.044

摘要 ( 61 )

PDF (588KB) ( 21 )

ZL111铝合金液压制动主缸体在外观检测时发现主缸开裂,密封检测漏气。为查找铝合金主缸开裂原因,对主缸裂纹、断口形貌、显微组织进行观察,检测其化学成分、相变点。结果表明,主缸的失效是因为组织存在过烧缺陷,降低了材料强度,且晶界存在呈圆角状分布的脆性共晶硅相,并聚集长大,进一步弱化晶界。在淬火应力作用下,缸体开裂,后续加工过程中裂纹扩展至宏观裂纹。讨论并分析主缸开裂的根本原因是成分中Mg元素含量偏高,降低了引起主缸过烧的温度。

一级行星架内孔淬火开裂原因分析

燕友增, 张皓, 曹奇, 孟高强, 夏国锋, 徐泷

2021, 46(4): 236-238. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.045

摘要 ( 71 )

PDF (777KB) ( 28 )

一批风电齿轮箱中42CrMo4钢一级行星架调质后机加工过程中发现内孔开裂。从成分偏析分析、淬火工艺验证、机加工表面磁粉探伤检测、金相分析等方面,对一级行星架进行了分析。结果表明,淬火冷却过于激烈是导致开裂的直接原因,严重的成分偏析是导致淬火开裂的主要原因。

35CrMo钢圆柱销纵向开裂原因分析

周永强

2021, 46(4): 239-242. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.046

摘要 ( 72 )

PDF (648KB) ( 38 )

某标准件厂生产的35CrMo钢圆柱销在入厂复验进行拉伸试样加工时发现内部存在纵向开裂,通过对该圆柱销进行化学成分、显微组织、裂纹及断口形貌等检验分析,查明了开裂的原因。结果表明,35CrMo钢圆柱销开裂是淬火过程中产生的纵裂,热处理过程中有轻度的过热,以及纵向存在粗大的夹杂物等脆性相是开裂的根源。通过适当调整热处理工艺、选择纯净的原材料可避免此类问题的发生。

齿轮轴坯步进式等温正火处理生产线的研制

罗平, 李贤君, 张文良, 王劲, 巫小林, 尚勇, 史悦璋

2021, 46(4): 243-246. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.047

摘要 ( 63 )

PDF (592KB) ( 29 )

研制了一款适用于齿轮轴坯等温正火处理的步进式智能型热处理生产线,并详细介绍了为实现齿轮轴坯“绿色化”、“精密化”、“智能化”等温正火热处理生产所采用的一系列措施。近两年的生产实践表明:该热处理生产线具有机械动作运行平稳、加热速度快、工件加热和冷却均匀、节能降耗、自动化程度高等优点。经该等温正火处理生产线后,齿轮轴坯的组织(铁素体和珠光体)细小且均匀,为后续渗碳淬火工序奠定了良好的组织基础;硬度值适中且散差小有助于机加工性能明显改善。

高压气淬设备与工艺

潘振

2021, 46(4): 247-249. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.04.048

摘要 ( 75 )

PDF (590KB) ( 45 )

简要介绍了气体淬火介质及ECM气体淬火设备的特性,同时介绍了ECM气体分级淬火工艺的原理,并结合实际生产案例,论述了分级气淬工艺较普通气淬工艺的优越性。

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