金属热处理

吴浩, 甘章华, 劳文杰, 吴传栋, 王佳敏, 倪倩

2021, 46(9): 1-6. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.001

摘要 ( 58 )

PDF (678KB) ( 46 )

通常金属进行退火时都会发生软化现象,而对于一些特殊的金属或者合金,将出现退火硬化的反常现象。对纯金属、铜合金、镍钨合金、锌铝合金和铝合金等体系中退火硬化现象及机理进行了总结与分析。铝钪、铝镱和铝锆系合金中存在铸态直接退火硬化现象,而其它合金体系需要进行冷变形才会出现退火硬化现象。退火硬化的机理主要包括:晶界溶质偏析、晶界弛豫、第二相颗粒的晶界钉扎、位错源限制硬化、溶质偏析对孪晶边界迁移或位错滑动的钉扎效应、退火孪晶、第二相纳米粒子强化等。

高熵合金涂层的研究进展

陈明宣, 马强, 孟君晟, 李成硕, 史晓萍

2021, 46(9): 7-14. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.002

摘要 ( 81 )

PDF (598KB) ( 19 )

高熵合金涂层在工程实际应用中较传统合金具有良好的前景,对近年来高熵合金涂层的研究进展进行了概述。首先对制备高熵合金涂层的表面熔覆技术进行详细的介绍,其中包括激光熔覆技术、等离子熔覆技术、氩弧熔覆技术,分析了各表面熔覆技术的优缺点;然后总结了高熵合金涂层的组织及性能特征,涂层中相的组成包括:固溶体相、金属间化合物、纳米析出相、非晶相;性能上,高熵合金涂层由于各种效应的作用,具有高强度及硬度、优异的耐磨性、良好的耐腐蚀性及高温抗氧化性等一系列优异的性能;而后进一步分析了表面熔覆技术工艺参数对高熵合金涂层质量的影响规律、合金元素对高熵合金涂层性能的影响及热处理对高熵合金涂层相组织演变的影响;最后对高熵合金涂层的应用前景及其未来的研究方向进行展望。

电化学沉积镍铁合金镀层的研究进展

颜庭林, 高晓丽, 王纪元

2021, 46(9): 15-20. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.003

摘要 ( 71 )

PDF (599KB) ( 21 )

介绍了电化学沉积制备镍铁合金镀层中镍铁异常共沉积的发生机理,综述了电化学沉积的相关工艺参数,包括电流密度、主盐类型与浓度、添加剂分子和其它因素对镍铁合金镀层微观形貌、合金成分、晶体结构和应用性能的影响,重点介绍了镍铁合金镀层在耐磨损、防腐蚀、析氢电极材料和磁学性能方面的应用,揭示了目前镍铁合金镀层制备与应用方面的问题,展望了其未来的发展趋势。

中锰钢中原奥氏体晶粒尺寸对马氏体相变的影响

杜鹏举, 吴迪

2021, 46(9): 21-27. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.004

摘要 ( 59 )

PDF (602KB) ( 21 )

对中锰钢中原奥氏体晶粒尺寸对马氏体相变动力学的影响进行了分析。利用SEM、XRD、热膨胀相变仪和EBSD等检测手段,研究了不同原奥氏体晶粒尺寸下马氏体相变速率和马氏体板条组织的变化。通过不同温度的奥氏体化处理,分别得到了尺寸为(190±15)、(36±2)、(11±2)和(4.8±2) μm的原奥氏体晶粒。结果表明:随着原奥氏体晶粒尺寸的降低,马氏体相变开始温度由289 ℃降低到250 ℃,而马氏体的相变速率先升高后降低。分析表明,马氏体的相变速率与马氏体的形核点数量直接相关,而马氏体的形核点数量受原奥氏体晶粒尺寸大小和马氏体板条的宽长比影响。当原奥氏体晶粒尺寸小于5 μm时,马氏体板条的宽长比明显增加,马氏体形核点数目随过冷度增加而增加的速率明显降低,从而造成马氏体相变速率降低。

不同Cr含量Cu-Cr-Zr合金的热拉伸变形行为

廖雪峰, 张恒, 何学青, 黄元春, 李明

2021, 46(9): 28-35. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.005

摘要 ( 50 )

PDF (599KB) ( 27 )

采用Gleeble-3810热模拟试验机进行高温热拉伸试验,研究了不同Cr含量的Cu-Cr-Zr合金在变形温度350~500 ℃,应变速率0.01~1 s^-1范围内的流变行为。发现随着应变速率和Cr含量的升高以及变形温度的降低,Cu-Cr-Zr合金的流变应力呈现上升规律。对断口组织的分析发现,应变速率、变形温度以及Cr含量通过影响热拉伸过程中韧窝等结构的生成及形态变化改变材料的性能。Cr含量的增加引发了固溶强化和时效析出强化,提升了材料的热拉伸峰值应力。利用热拉伸数据建立了改进的Johnson-Cook本构模型,模型计算结果与试验数据吻合程度较高。

氮及热处理制度对028合金微观组织的影响

巩芳源, 冯翰秋, 郎宇平, 陈海涛, 王曼, 朱雄明, 冷崇燕

2021, 46(9): 36-41. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.006

摘要 ( 49 )

PDF (601KB) ( 20 )

借助Thermo-Calc热力学计算软件,分析了028合金主要元素对氮饱和溶解度和平衡相析出温度的影响,设计了不同氮含量的试验合金。采用光学显微镜、扫描电镜等方法研究了不同固溶温度下试验合金的微观组织。结果表明,Cr、Mo和Mn提高氮的饱和溶解度,Ni、Cu降低氮的饱和溶解度;Ni显著降低σ相析出温度,Cr、Mo显著提高σ相析出温度。随着固溶温度的升高,晶粒的等轴性提高,在1080 ℃固溶时,试验合金充分固溶获得再结晶完全的等轴晶。当固溶温度超过1110 ℃时,试验合金回复再结晶完全,晶粒迅速长大;固溶温度相同条件下,氮含量越高,试验合金的平均晶粒尺寸越小,说明氮可以起到细化晶粒的作用。

W6Mo5Cr4V2/A100复合材料的制备及摩擦性能

季琳琳, 李长生, 孙建荣, 苟州, 张号

2021, 46(9): 42-46. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.007

摘要 ( 41 )

PDF (599KB) ( 17 )

为了提高A100钢的摩擦学性能,采用气雾化法制备纯A100钢粉末及分别添加10%、17%、23% W6Mo5Cr4V2高速钢的W6Mo5Cr4V2/A100合金粉末,再利用粉末冶金工艺制备W6Mo5Cr4V2/A100复合材料。研究不同含量W6Mo5Cr4V2钢对复合材料力学性能和摩擦性能的影响,并探讨其磨损机理。结果表明,随着W6Mo5Cr4V2钢含量的增加,复合材料的硬度先上升后下降,且摩擦因数和磨损率都有不同程度的降低,但是材料的密度和韧性都略微下降。当W6Mo5Cr4V2钢含量为17%时,复合材料的摩擦性能最优,这与其优异的微观结构和力学性能有着密不可分的关系。

Zr含量对Al-Zr合金时效析出和性能的影响

陈保安, 祝志祥, 王瑞红, 陈新, 韩钰, 李红英, 肖翔

2021, 46(9): 47-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.008

摘要 ( 44 )

PDF (599KB) ( 26 )

对比研究了Zr添加(0.05,0.15和0.25wt%)对Al-Zr合金固溶态和固溶轧制态时效析出行为、硬度和导电率的影响。结果表明,固溶态Al-Zr合金的晶粒尺寸随Zr含量的增加而减小,但是固溶轧制态Al-Zr合金的晶粒尺寸对Zr添加量不敏感。固溶态Al-Zr合金在350 ℃时效过程中,由于Al₃Zr沉淀相的析出,合金硬度随Zr含量增大而增大,但是更强的点阵畸变场则导致导电率降低。而在固溶轧制态合金的时效中,大量变形位错的存在促进了Al₃Zr相的析出,Al-Zr合金在250 ℃下时效具有比350 ℃时效更优的硬度和导电率的综合性能。特别是0.25wt%Zr添加的Al-Zr合金,其析出强化可以有效补偿时效过程中位错湮灭引起的硬度降低,保持较高的硬度。综合考虑,固溶轧制态Al-0.25wt%Zr合金经250 ℃时效25 h后具有最优的硬度(47.5 HV0.5)和导电率(55.6%IACS)组合。

Nb微合金化对18CrNiMo7-6钢奥氏体晶粒长大的影响

王自敏, 杨志强, 胡芳忠, 汪开忠, 丁雷

2021, 46(9): 53-57. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.009

摘要 ( 55 )

PDF (603KB) ( 20 )

对比研究了含Nb和不含Nb的18CrNiMo7-6试验钢在加热温度(900~1100 ℃)和保温时间(1~8 h)下的奥氏体晶粒长大行为,建立了两种试验钢的奥氏体晶粒长大的数学模型。结果表明,随着加热温度的升高和保温时间的延长,试验钢的奥氏体晶粒逐渐长大,相同加热条件下18CrNiMo7-6-Nb钢的奥氏体晶粒尺寸要小于18CrNiMo7-6钢。将试验钢的晶粒长大过程分为抑制长大阶段(900~1000 ℃)和自由长大阶段(1000~1100 ℃),分别建立了适用于含Nb和不含Nb的两种18CrNiMo7-6试验钢的晶粒长大数学模型。

冷轧方式和退火温度对Al-4Cu-0.73Mg合金织构和微观组织的影响

蒋莺鸽, 黄继武, 江福清, 许成龙

2021, 46(9): 58-64. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.010

摘要 ( 53 )

PDF (604KB) ( 24 )

采用硬度测试、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等方法研究了单向轧制、交叉轧制和退火温度对Al-4Cu-0.73Mg(wt%)合金织构演变和微观组织的影响。结果表明:单向轧制试样在100~300 ℃退火保温1 h后显示出明显的Copper织构{112} <111>、S织构{123} <634>和Brass织构{011}<211>,而交叉轧制试样表现出强烈的Brass织构和H织构{011}<755>。当退火温度高于300 ℃,单向轧制和交叉轧制试样中的变形织构逐渐沿α取向线转变为由P织构{011}<001>、L织构{011}<011>、E织构{111}<110>和R织构{124}<211>等组成的再结晶织构。单向轧制和交叉轧制试样的晶粒尺寸随退火温度的升高先增加后减小,均在350 ℃退火1 h后有最大晶粒尺寸,分别约为8.2 μm和11.5 μm。单向轧制和交叉轧制试样均在冷轧后硬度值最高,约为108 HV,之后硬度值随退火温度的升高而逐渐下降,两种轧制试样的硬度值最终均稳定在50 HV左右。总体来看,轧制方式对试样织构的影响比对力学性能的影响大。

回火温度对二次硬化马氏体不锈钢组织和性能的影响

邓彪, 陈蓬, 王国栋

2021, 46(9): 65-71. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.011

摘要 ( 97 )

PDF (601KB) ( 22 )

二次硬化对回火温度非常敏感,研究了某含Mo二次硬化马氏体不锈钢在250~650 ℃回火时组织和性能的演变过程,并利用XRD、SEM、TEM以及冲击测试等手段分析了显微组织与力学性能之间的关系,着重讨论了试验钢二次硬化与残留奥氏体增韧机理。结果表明: 480~500 ℃回火时,试验钢同时出现了二次硬化和回火脆性现象,宏观硬度达到了56 HRC以上,冲击性能为14 J·cm^-2左右,显微组织主要由纳米级合金碳化物、板条马氏体以及残留奥氏体构成,其中纳米级合金碳化物弥散强化引起了二次硬化,体积分数约为10%的残留奥氏体有利于提高钢的冲击性能。而在上述温度区之外低温和高温回火时,试验钢均具有较高的冲击性能,但宏观硬度相对较低。

热处理工艺对M2高速钢组织和性能的影响

李亮军, 张家敏, 迟宏宵, 周健

2021, 46(9): 72-78. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.012

摘要 ( 82 )

PDF (601KB) ( 23 )

研究了热处理工艺对M2高速钢组织和性能的影响。结果表明:M2高速钢淬火后的组织为淬火马氏体+残留奥氏体+大量碳化物;随着淬火温度的升高,M2钢淬火后残留奥氏体含量(质量分数)升高,经3次回火后残留奥氏体基本上完全消除,增加冷处理后残留奥氏体的含量相对于3次回火的要多,钢的强度和韧性得到改善。对比M2高速钢在不同热处理工艺条件下的组织和性能,最佳热处理工艺为850 ℃×30 min预热+1160 ℃×30 min淬火+(－65 ℃×1 h)冷处理+560 ℃×2 h回火3次。

终轧温度及退火温度对5052铝合金板材组织及性能的影响

黄娟, 黄元春, 申振宇, 李湘粤, 曾渝, 杨庚辰

2021, 46(9): 79-84. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.013

摘要 ( 72 )

PDF (606KB) ( 27 )

采用拉伸和硬度测试、显微组织及拉伸断口观察等方法研究了终轧温度及退火温度对5052铝合金板材组织及性能的影响。结果表明,未经退火时,板材表层已经发生再结晶,而中心层组织仅发生回复过程。退火处理后,随退火温度的升高,合金板材的强度、硬度下降,而伸长率增加。5052铝合金终轧温度不低于330 ℃时,可在后续的冷加工获得较为均匀的组织,经400~500 ℃退火可获得综合性能较为优异(R_m≥175 MPa、R_p0.2≥65 MPa和A≥32%)的5052-O态合金板材。

退火处理对铜导线晶界特征分布及导电性能的影响

朱婷, 鹿宪珂, 杨森

2021, 46(9): 85-89. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.014

摘要 ( 102 )

PDF (604KB) ( 21 )

对拉拔法制备的工业纯铜导线进行不同参数下的退火处理,并采用电子背散射衍射(EBSD)技术对退火前后样品的晶界特征分布(GBCD)进行了测试。结果表明:退火处理后,铜导线导电率和特殊晶界比例均有一定的提高,导电率随Σ3晶界比例增大而提高,而晶粒尺寸对导电率没有明显的影响。550 ℃退火15 min时,特殊晶界比例达到最高值57.59%,Σ3晶界比例达到最高值49.80%,导电率可达59.29%IACS,是退火前的2.56倍。

退火工艺对3003铝合金板微观组织与力学性能的影响

李骁, 程晓农, 徐桂芳, 杨成康, 陈乐利

2021, 46(9): 90-94. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.015

摘要 ( 330 )

PDF (605KB) ( 24 )

研究了退火工艺对3003铝合金板微观组织与力学性能的影响。试验结果表明,3003铝合金板退火后第二相粒子主要为Al₆(Mn, Fe)、Al₆Mn以及在位错或者亚晶界等缺陷处形成的α-Al(Fe, Mn)Si相。随退火温度升高和保温时间延长,第二相粒子发生粗化,并出现了少量的弥散第二相。当退火温度为450 ℃时,第二相又重新固溶到基体。随退火温度升高,3003铝合金板硬度稳定在31.0 HV0.5 左右,抗拉强度整体上呈下降趋势,伸长率呈增加趋势。

热处理对ZCPC-BTMCr20高铬铸铁微观组织和硬度的影响

平兆福, 周毅, 郑宝超, 涂小慧, 李卫

2021, 46(9): 95-103. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.016

摘要 ( 61 )

PDF (599KB) ( 26 )

某厂生产的破碎矿石用锤头,其服役寿命较低,仅20 h左右就因为磨损严重而失效。研究了不同热处理工艺对其组织硬度的影响。结果表明:锤头试样成分接近ZCPC-BTMCr20高铬铸铁,基体为较软的珠光体组织,宏观洛氏硬度仅为41.1 HRC,达不到相关标准要求。经960、985、1010 ℃加热保温,通过控制冷却速度可以得到马氏体或奥氏体基体,基体硬度提高,宏观硬度大于58 HRC。综合分析对于ZCPC-BTMCr20高铬铸铁,建议采用960 ℃空淬+450 ℃回火的热处理制度,其洛氏硬度可达60.1 HRC。

时效时间对Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu焊点组织形貌及剪切性能的影响

乔健, 刘政, 高惠明, 杨莉

2021, 46(9): 104-107. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.017

摘要 ( 51 )

PDF (615KB) ( 17 )

研究了Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu复合钎料焊点在125 ℃时效不同时间后的微观组织和剪切性能。结果表明:随着时效时间的延长,Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu焊点界面金属间化合物(IMCs)层厚度呈现增加的趋势,焊点界面IMCs层组织先生成Cu₆(In, Sn)₅相,同时焊点中生成少量的Ag₉In₄相,随着时效时间的延长,钎料与Cu原子进一步反应生成Cu₃(In, Sn),部分Ag₉In₄转变为Ag₃In。当时效时间为168 h,形成全IMCs焊点。焊点剪切强度随时效时间延长呈现先增大后减小的趋势,时效时间为120 h时剪切强度最大,达到15.38 MPa。

退火工艺对Al-Zr-Er系高导铝合金组织和性能的影响

周泽宇, 肖翔, 郑志凯, 陈保安, 徐静, 夏霏霏

2021, 46(9): 108-115. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.018

摘要 ( 60 )

PDF (616KB) ( 18 )

采用硬度计、电导率测试仪、扫描电镜(SEM)研究了退火工艺对水冷铜模制备的Al-Zr-Er合金组织和性能的影响规律。结果表明:Er元素添加量由0增加至0.30wt%,Al-Zr-Er合金内的初生Al(Fe,Er)相逐渐增多,在退火过程中则会析出大量纳米级Al₃(Zr、Er) 相。在等时退火过程中,硬度和电导率会形成两个峰值位置,即300~400 ℃的Al₃Er析出峰和500~550 ℃位置的Al₃(Zr,Er) 粒子析出峰;退火工艺中,多级退火可以更充分形成核壳结构Al₃(Zr,Er)粒子,硬度提升显著;三级退火过程中固溶在基体内的Zr、Er元素析出更充分,电导率提升最显著。成分方面,在Al-0.10Zr-xEr合金中,添加0.15wt%Er表现出更优越的综合性能;在Al-yZr-0.15Er合金中添加Zr元素虽然会提高合金硬度,但由于Zr元素析出不充分带来电导率的损失。

高强韧TB8钛合金的热处理制度

李敏娜, 马保飞, 郭金明, 吴晨, 肖松涛

2021, 46(9): 116-119. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.019

摘要 ( 76 )

PDF (615KB) ( 19 )

研究了不同固溶时效热处理制度对TB8钛合金棒材组织及性能的影响规律。结果表明,TB8钛合金棒材在890 ℃固溶热处理后可以得到单一等轴β组织,随着保温时间的延长,强度逐渐降低。经520 ℃不同时间时效处理后,β晶粒中析出大量次生α相,使得棒材强度显著增加。当时效保温时间为8 h时,TB8钛合金棒材时效强度达1286 MPa,并保留较好的塑性。推荐TB8钛合金棒材的固溶时效热处理制度为:890 ℃×30 min,WQ+520 ℃×8 h,AC。

时效处理对7A55铝合金微观组织和性能的影响

丁轩, 甘玉荣, 蒋爱娟, 李辉, 杨明球

2021, 46(9): 120-123. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.020

摘要 ( 57 )

PDF (614KB) ( 16 )

系统研究了时效处理对7A55铝合金微观组织演变和性能的影响。测试了其显微硬度、力学性能和电化学腐蚀性能,表征了透射组织和腐蚀形貌。试验结果表明:固溶处理后的7A55试验铝合金,具有高的硬化响应速率。经160 ℃×12 h时效处理后,显微硬度达到峰值,由固溶处理后的56 HV0.5提高到87 HV0.5,提高了55.36%,且前期的硬度升高速率极快。预时效(PA)处理抑制了试验7A55铝合金的自然时效(NA)效应,提升了烘烤硬化(BH)响应。经BH处理后,PA+NA态的屈服强度明显提升,达到475 MPa,硬化增量达到190 MPa,提高了66.67%,伸长率降低为12.5%。PA+NA+BH状态下,析出相粒子尺寸更为细小,粒子直径在10~15 nm范围,且分布均匀。PA+NA+BH态的合金腐蚀电位最高,为－1.032 V(vs SCE),腐蚀坑数量最少,平均腐蚀深度约为33 μm,最不易被腐蚀。

多级固溶对7136-0.35La铝合金组织与性能的影响

王春华, 王峰, 王凤良, 房洪杰, 杨丽娟

2021, 46(9): 124-128. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.021

摘要 ( 51 )

PDF (611KB) ( 17 )

将7136-0.35La合金进行一级、二级、三级固溶处理后均施以单级时效处理,通过扫描电镜、硬度计、万能拉伸试验机、电化学工作站等设备分别测试了合金的固溶态金相、拉伸断口形貌及能谱、合金硬度及断裂性能、电化学参数等。结果表明:三级固溶合金固溶态组织回溶效果较好,初步减少腐蚀裂纹源数量;三级固溶时效合金伸长率为13.65%,比单级固溶时效合金增长21.9%,且主断裂方式为韧性断裂;然而,单、双、三级固溶处理的3种时效态合金均表现出相似的耐电化学腐蚀性能,因此以腐蚀性能为主要指标时,首选单级固溶处理。

中间退火处理对AlMgSiCu铝合金冷轧板组织性能的影响

宫浩, 孔德斌, 郭立娜, 韩洪文, 宫晶晶, 房洪杰

2021, 46(9): 129-132. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.022

摘要 ( 55 )

PDF (618KB) ( 17 )

利用拉伸试验机、TEM透射电镜和XRD,研究了中间退火处理对6000系AlMgSiCu铝合金冷轧板力学性能和组织织构演变的影响。结果表明:经300 ℃×2 h和400 ℃×2 h的中间退火处理后,AlMgSiCu合金强度指标并未发生明显的改变。加工硬化指数(n)值和塑性应变比(r)值随中间退火温度的提高,呈现增加的趋势。经400 ℃×2 h中间退火处理后,n值达到了0.286,r值达到了0.623,大部分晶粒已演变为等轴晶粒。试样基体内主要存在3种形式的第二相,尺寸在1 μm左右的AlFeMnSi颗粒相,宽度在0.1 μm左右的长棒状AlMgSiCu相和球状Si颗粒相。长棒状AlMgSiCu相随着中间退火温度的升高先析出后溶解。无中间退火的板材,Brass{011}<211>织构和S{123}<634>织构的体积分数最高,分别达到了13.9%和25.7%。经400 ℃×2 h中间退火的试样,以Cube{001}<100>织构为主,体积分数达到了24.3%,r-Cube织构达到了10.5%。

淬火温度对中合金马氏体耐磨铸钢组织和性能的影响

于洪军, 陈正家, 迟晓明, 裴中正, 程福超, 许洁, 王永金

2021, 46(9): 133-137. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.023

摘要 ( 70 )

PDF (611KB) ( 17 )

对自行设计的矿山球磨机衬板用中合金马氏体耐磨铸钢在900、950、1000、1050、1100 ℃淬火后回火,研究了淬火温度对试验钢组织和性能的影响。试验结果表明,经过淬火、回火处理后的试验钢显微组织由板条马氏体和残留奥氏体组成。当保持回火温度250 ℃不变,随着淬火温度的升高,马氏体组织先变细密后又变粗大,抗拉强度、冲击性能及残留奥氏体含量均呈现先增大后减小的趋势,在1050 ℃淬火取得最优综合力学性能:抗拉强度1623 MPa,冲击性能14.4 J,此时试验钢的强化机理为孪晶马氏体和高密度位错缠结。通过冲击磨损试验解释了试验钢在该工艺下的磨损行为与磨损机理。

稳定化处理对DC53钢力学性能及尺寸稳定性的影响

邱华兴, 吴正环, 黎肖辉, 谷历文, 黄历锋

2021, 46(9): 138-141. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.024

摘要 ( 52 )

PDF (610KB) ( 16 )

通过SEM、XRD、硬度、韧性以及三坐标测量机等测试,探究了常规热处理和回火后稳定化处理对冷作模具钢DC53力学性能和尺寸稳定性的影响。结果表明:DC53钢在稳定化处理前后的组织均为回火马氏体+少量残留奥氏体+碳化物。通过400 ℃×2 h 附加回火的稳定化处理方式后,试验钢的硬度和冲击吸收能量分别为61.5 HRC和19.7 J,同时材料的尺寸稳定性进一步提高。回火后组织稳定性的提升、材料内部残余应力值的降低以及残留奥氏体的陈化是改善试验钢尺寸稳定性的主要原因。

正火轧制及后续正火工艺对S460NL高强度低温结构钢组织性能的影响

潘中德, 张鹏程, 武会宾, 胡其龙

2021, 46(9): 142-145. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.025

摘要 ( 50 )

PDF (610KB) ( 25 )

以EN10025-3标准为基本依据,采用中碳、低磷、低硫、低氮、低氢设计了正火高强度低温S460NL结构钢板的成分,通过高均质冶炼连铸工艺,生产了不同规格的正火轧制和正火轧制+正火钢板。结果表明,对于规格60 mm以下S460NL钢板,正火轧制工艺可以满足EN10025-3和EN10164 Z35标准性能要求,对于规格60 mm及以上S460NL钢板,需要增加正火工艺才能满足EN10025-3和EN10164 Z35标准的性能要求;正火轧制+正火态S460NL钢板经PWHT模拟焊热处理后的拉伸性能、－50 ℃冲击性能优异,符合标准要求。

热处理工艺对Ti80钛合金棒材组织与性能的影响

华瑶

2021, 46(9): 146-148. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.026

摘要 ( 67 )

PDF (802KB) ( 19 )

研究了几种不同热处理工艺对Ti80钛合金棒材显微组织和室温力学性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,显微组织由等轴组织变为魏氏组织;后期需要进行塑性成形时,适宜选择850 ℃保温80 min后空冷的工艺后热处理;经750 ℃保温80 min后空冷的热处理工艺,Ti80钛合金棒材的强度与塑性匹配较好。

热过程对IC21单晶合金组织和力学性能的影响

施国梅, 彭新, 李树索, 刘永, 赵海根, 刘晶

2021, 46(9): 149-152. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.027

摘要 ( 42 )

PDF (613KB) ( 17 )

利用光学显微镜和扫描电镜对IC21单晶合金的铸态、热处理后和不同热过程后的组织进行了观察,检测了铸态、热处理态和不同热过程后合金的高温拉伸和持久性能,研究了热处理和热过程对IC21合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,IC21合金的铸态组织呈树枝晶状,由γ′相、γ相以及枝晶间的粗大γ′相和NiMo相组成,枝晶干上γ′相尺寸比枝晶间的γ′相尺寸大。1315 ℃/6 h/充氩冷却+两次时效热处理后合金未实现完全固溶,枝晶干上部分铸态γ′相在固溶时未完全溶解,枝晶间仍存在粗大γ′相,持久性能与铸态相比有明显提升。热过程后,γ′相明显长大,立方度略有降低,枝晶间和枝晶干的γ′相尺寸差距减小,并且有针状相析出。合金的持久寿命与热处理态相比,稍有降低,抗拉强度有所提高。

32Cr3MoVE钢的气体渗氮工艺

王会斌, 邱荣春, 陈葵, 刘香凝, 胡林森, 胡云波, 黄俊琼

2021, 46(9): 153-158. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.028

摘要 ( 58 )

PDF (616KB) ( 26 )

为提高32Cr3MoVE钢工件的硬度和耐磨性,对其渗氮工艺进行了研究。结果表明:渗氮过程中采取较低的渗氮温度及较低的氮势,可以有效控制白亮层深度及避免产生粗大的合金氮化物,但渗氮速度较慢;通过氮势门槛值控制的渗氮方法,在渗氮前期可以适当提高氮势,随着渗氮时间的增加,逐步多段地降低氮势,使实际氮势始终维持在氮势门槛值的附近,此方法在保证渗氮速度的同时,能有效控制32Cr3MoVE钢渗氮后的白亮层深度及抑制脆性相的生成;最后通过工艺试验加以验证,得出适合32Cr3MoVE钢的氮势门槛值控制的气体渗氮热处理工艺。

脉冲磁场处理对7075铝合金性能及组织的影响

师亚洲, 逯广平, 高翌, 廖承志, 杨屹

2021, 46(9): 159-163. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.029

摘要 ( 70 )

PDF (610KB) ( 27 )

采用脉冲磁场对7075铝合金进行了磁处理,并使用室温拉伸、SEM、TEM和XRD等测试手段对比研究了7075铝合金脉冲磁场处理前后的力学性能及显微组织。研究发现,峰值强度为2 T和3 T的脉冲磁场会增大合金的微观应变,促进晶粒择优取向由(200)晶面转变为(111)晶面,但脉冲磁场对合金的拉伸性能无明显影响;峰值强度为1 T的脉冲磁场能够显著促进合金内部小尺寸第二相的回溶,减弱晶界沉淀相的连续性,增加晶界无沉淀析出带的宽度,可在不降低7075铝合金材料强度的情况下提高该材料的塑性。

热处理温度对冷变形Inconel625合金管组织及性能的影响

秦兴文, 王坤, 佴启亮, 杜雷

2021, 46(9): 164-169. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.030

摘要 ( 46 )

PDF (614KB) ( 23 )

通过金相分析、拉伸试验、硬度试验以及硝酸腐蚀试验,研究了热处理温度对Inconel625合金管组织、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:热处理后合金组织基本为等轴晶,随着温度的升高,晶粒长大速率呈先慢后快的趋势,且晶粒长大激活能为144.14 kJ/mol;Inconel625合金管的抗拉强度、硬度随着热处理温度的升高而减小,且在960~1160 ℃温度范围内,抗拉强度、硬度与晶粒尺寸关系满足Hall-Pecth关系式。随温度的升高,Inconel625合金管的断裂方式由解理断裂向韧性断裂转变,晶间腐蚀速率呈先下降后平稳的趋势。温度在1080 ℃附近时,硬度与伸长率曲线出现交点,腐蚀速率平稳,为最佳热处理温度。

超声清洗在网带炉中的应用

刘毅, 尚召华, 付洪聚, 王永强

2021, 46(9): 170-172. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.031

摘要 ( 69 )

PDF (610KB) ( 39 )

金属零件在渗碳前需要表面干净,但现有网带炉的前清洗效果不佳。为改善网带炉前清洗的去油去污效果,在网带炉前清洗安装超声波清洗装置。根据前清洗的尺寸结构和超声清洗的特点,设计了超声清洗的功率、频率、安装方式。结果证明,增加超声清洗装置后,零件清洗效果得到改善,零件热处理后渗层厚度更加均匀。

不同固溶冷速GH4096高温合金在高温蠕变测试中γ′相的演变行为

卢毓华, 王海舟, 付锐, 李福林, 李冬玲, 黄丹琪, 蔡文毅

2021, 46(9): 173-179. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.032

摘要 ( 87 )

PDF (617KB) ( 15 )

采用5种常见的冷却方式对析出强化型GH4096高温合金进行固溶冷却,分别制备了5种冷速下的标准尺寸涡轮盘挡板件。试样在700 ℃、690 MPa下进行高温蠕变测试,比较了5种冷却工艺下GH4096高温合金的性能。通过引入一种新颖的原位统计表征手段,以图像的形式跨尺度地实现了对合金材料中的强化相——一次、二次、三次γ′相的原位观察和统计定量分布观察,并比较和探讨了高温蠕变前后材料中γ′相形貌和尺寸分布的变化。结果表明:5种冷速方式得到的GH4096高温合金均展现较好的高温蠕变性能。5种工艺下的材料中γ′相分布密度为210~260个/μm²,经过高温蠕变测试以后,γ′相数量显著减少,γ′相分布密度降为150~200个/μm²。其中γ′相密度的降低,主要是由直径小于36 nm的γ′相减少所导致。

Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的热压缩变形行为

郭利平, 何学清, 阳代军, 黄元春, 王强

2021, 46(9): 180-186. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.033

摘要 ( 47 )

PDF (618KB) ( 22 )

通过热压缩试验研究了Cu-0.5Cr-0.1Zr合金在600~750 ℃/0.001~1.0 s^-1时的热变形行为。结果表明,Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的高温流变应力,动态再结晶临界值和动态再结晶软化效应与变形温度和应变速率密切相关。利用Arrhenius方程计算了Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的热激活能Q和Z参数,分别为244.94 kJ/mol、Z=ε·exp(244.94×10³/RT)。采用3种方法进行了动态再结晶临界值的计算,结果证明Poliak-Jonas准则具有最高的精度,并建立了动态再结晶临界值的本构方程。利用动态再结晶的净软化效应η值,讨论了热变形过程中动态再结晶的软化行为。最后,建立了Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的热加工图,确定最佳的热加工参数为680~750 ℃,0.001~0.03 s^-1,并详细介绍了功率耗散系数与动态再结晶晶粒尺寸之间的关系。

高合金化Al-9Zn-2Mg-2Cu-0.3Ce合金均匀化过程中的组织演变

张倩, 史丹丹, 李彩琼, 赵志国, 史先利

2021, 46(9): 187-192. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.034

摘要 ( 38 )

PDF (618KB) ( 16 )

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)、X射线衍射(XRD)以及差示扫描量热仪(DSC),研究了一种高合金化Al-9Zn-2.0Mg-2Cu-0.3Ce(质量分数,%)合金的铸态微观组织,以及其均匀化过程中微观组织的演变,获得了较优的单级均匀化工艺。结果表明:铸态时,合金晶粒内部枝晶网络发达,Zn、Mg、Cu元素偏聚严重,合金中主要的非平衡凝固相为T(AlZnMgCu) 相和θ(Al₂Cu)相。经过470 ℃×48 h均匀化热处理后,合金中的枝晶网络基本消除,凝固相T逐渐回溶至基体中,主要的残留相为耐高温相Al₂CuMg、Al₈Cu₄Ce和Al₇Cu₂Fe。扩散动力学分析表明,470 ℃退火48 h的单级均匀化工艺足以使合金中的非平衡相回溶至基体中。

锯片基材75Cr1钢的热处理工艺及其组织性能

董绍明, 胡建文, 梁子玉

2021, 46(9): 193-198. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.035

摘要 ( 221 )

PDF (610KB) ( 18 )

研究了锯片基材75Cr1钢不同热处理工艺下的组织、晶粒度、碳化物分布以及力学性能。结果表明:780~840 ℃之间淬火,组织为细小的针片马氏体+少量残留奥氏体。随淬火温度升高,硬度略有升高,但均在63 HRC水平附近,晶粒度由10级降至8级,晶粒不均匀程度也更加明显;随回火温度升高,组织由回火屈氏体转变为回火索氏体,细小的颗粒状碳化物增多。800 ℃淬火+540 ℃回火,75Cr1钢组织为回火索氏体,细小碳化物弥散分布,硬度36.5 HRC,具有良好的强度和塑韧性匹配。

模拟烧伤温度对TC4-DT钛合金组织与性能的影响

侯瑾睿, 张爽, 张毅, 张凌峰

2021, 46(9): 199-204. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.036

摘要 ( 52 )

PDF (614KB) ( 21 )

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计和万能拉伸试验机等方法研究了飞机用TC4-DT钛合金材料在4种模拟烧伤温度(850、950、1050、1150 ℃)下的组织、强度、硬度和电阻的变化情况,并给出了快速烧伤检测的方法。结果表明:当模拟烧伤温度为850 ℃时,合金等轴组织主要由α相+少量β相组成,随着模拟烧伤温度改变为950 ℃时,等轴状组织发生粗化。当模拟烧伤温度为1050 ℃时,晶粒尺寸明显增大,组织逐渐变成片层状,并伴随着初生α相的减少、β相的增多以及次生α相的析出。且随着模拟烧伤温度改变为1150 ℃时,片层组织继续粗化。烧伤程度与合金的电阻、强度和硬度存在一定的线性关系,随着模拟烧伤温度的升高,材料的方阻值单调递增,抗拉强度随之递减,硬度值先降低后升高,故通过测量方阻的方法可以快速确定材料的烧伤程度。

逆转变奥氏体稳定性对中锰钢强韧性的影响

齐祥羽, 严玲, 李广龙, 李文斌, 杜林秀

2021, 46(9): 205-210. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.037

摘要 ( 52 )

PDF (612KB) ( 16 )

对淬火态中锰钢进行了不同温度的回火试验,研究了不同回火温度下逆转变奥氏体的含量和稳定性,及其对中锰钢强韧性能的影响。结果表明:当回火温度由630 ℃升高至670 ℃时,中锰钢室温组织中逆转变奥氏体体积分数由19%增加至42%,逆转变奥氏体稳定性不断降低;中锰钢的屈服强度由750 MPa降低至565 MPa,抗拉强度由845 MPa升高至970 MPa, -60 ℃冲击吸收能量由116 J减小至75 J。高体积分数、低稳定性的逆转变奥氏体会降低中锰钢的屈服强度,但会提高中锰钢的加工硬化能力。在冲击载荷作用下,组织中的逆转变奥氏体发生相变诱导塑性(Transformation-induced plasticity, TRIP)效应,显著提高裂纹形成功和裂纹扩展功,是中锰钢主要的韧化机制。

基于铁素体轧制工艺低碳铝镇静钢板r值降低原因分析

蒙曰睿, 赵贤平, 周博文

2021, 46(9): 211-215. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.038

摘要 ( 46 )

PDF (619KB) ( 17 )

某钢厂试开发基于铁素体轧制工艺的SPCC板,经热轧-冷轧-罩式退火工序后对样品进行性能检测,发现与传统奥氏体轧制工艺相比,该工艺路径下的产品各项力学性能指标均有不同程度下降,且r值有明显降低。对两种工艺路径的热轧板和冷轧退火成品板进行了组织和织构的对比分析,且提出了改进措施。结果表明:铁素体轧制工艺中热轧精轧温度过高,形成两相区轧制,得到粗大F+纤维状F的不均匀室温组织,从而导致冷轧退火板中存在较高强度{001}<110>织构组分,是导致最终产品r值降低的主要原因。

AlCrTaTiZrV高熵合金氮化物扩散阻挡层的制备及其热稳定性

李荣斌, 李珂, 蒋春霞, 张如林

2021, 46(9): 216-222. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.039

摘要 ( 54 )

PDF (624KB) ( 16 )

为研究氮气含量的变化对AlCrTaTiZrV高熵合金薄膜性能的影响,检验在最佳氮气含量下厚度为15 nm的(AlCrTaTiZrV)N扩散阻挡层的热稳定性。采用直流磁控溅射设备在N型Si(111)基底上溅射不同氮气含量的高熵合金氮化物;选取最佳氮气含量为制备条件,在硅基底上沉积15 nm厚的AlCrTaTiZrVN₁₀高熵合金氮化物为扩散阻挡层,并在阻挡层顶部沉积50 nm厚度的Cu膜,最终形成Si/AlCrTaTiZrVN₁₀/Cu三层堆叠结构。利用真空退火炉将Si/AlCrTaTiZrVN₁₀/Cu薄膜体系在500 ℃下进行不同时间的退火处理,用以模拟恶劣的工作环境。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)及四探针电阻测试仪(FPP)对试样的表面形貌、粗糙度、物相组成及方块电阻和进行表征。试验结果为:当氮气含量低于10%时,高熵合金氮化物薄膜为非晶结构。当氮气含量为20%时,高熵合金氮化物薄膜呈现FCC结构,并随着氮气含量的增加,薄膜的结晶性得到提高。薄膜表面的粗糙度在氮气含量为10%时最低,R_a仅为0.124 nm。三层堆叠结构500 ℃退火8 h后,Cu表面发生团聚,薄膜的方阻维持在较低的0.070 Ω/□,且并未发现Cu-Si化合物。厚度为15 nm的非晶结构AlCrTaTiZrVN₁₀薄膜在500 ℃退火8 h后,依旧可以抑制Cu的扩散,表现出了优异的热稳定性及扩散阻挡性能。

Cr12MoV钢表面激光熔覆Ni/Ni-WC梯度涂层的组织与耐磨性能

李礼, 叶宏, 刘越, 佘红艳, 屈威, 沈大臣, 陈梨

2021, 46(9): 223-228. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.040

摘要 ( 61 )

PDF (613KB) ( 23 )

利用脉冲Nd:YAG激光器在Cr12MoV模具钢表面熔覆了Ni/Ni-WC梯度涂层,通过X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪、高速往复摩擦磨损试验机以及白光干涉仪研究了梯度涂层的物相组成、耐磨性能和磨损形貌。结果表明:梯度涂层Ni60A+35%WC耐磨层物相主要由γ-(Ni, Fe)固溶体、WSi₂相以及多种碳化物等硬质相组成。梯度涂层间以及涂层与基体间没有裂纹和气孔等缺陷生成,在界面处表现为良好的冶金结合。Ni60A+35%WC耐磨层平均显微硬度约为基体的1.7倍,Ni/Ni-WC耐磨涂层的磨损机理主要为疲劳磨损和磨粒磨损,基体的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。

搭接率对TC4表面Ni60A熔覆层组织性能的影响

龚玉玲, 武美萍, 崔宸, 缪小进

2021, 46(9): 229-233. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.041

摘要 ( 52 )

PDF (612KB) ( 13 )

利用激光熔覆同轴送粉技术,在TC4钛合金表面制备了多道搭接的Ni60A激光熔覆层。利用SEM、硬度测试及摩擦磨损试验,对多道搭接率(30%、40%、50%、60%和70%)下熔覆层的组织性能进行了分析。结果表明:搭接率对Ni60A熔覆层的组织性能影响较大,搭接可实现涂层的二次加热,当搭接率为50%时,涂层中硬质相TiC的尺寸增大,TiNi的含量增多,可有效提升涂层的硬度,抵抗对磨小球剪切力,其表面不易被破坏,涂层的表面较为光滑,可极大程度降低涂层的摩擦因数。当搭接率为30%时,晶粒无法充分吸收激光能量,导致晶粒尺寸较小;当搭接率过高时,涂层中的B、C、Ni等元素会随着过烧而稀释,导致涂层的增强元素流失,降低了涂层的力学性能,因此,Ni60A熔覆层最适宜的搭接率为50%。

添加CeO₂对铝合金表面激光熔覆铝钛熔覆层性能的影响

缪小进, 夏思海, 武美萍, 俞经虎, 赵子硕, 崔宸, 张春雷

2021, 46(9): 234-240. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.042

摘要 ( 67 )

PDF (615KB) ( 15 )

利用激光熔覆技术,研究稀土氧化物CeO₂的添加对铝钛复合熔覆层性能的影响。首先分析了搭接率对熔覆层微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响,然后在40%搭接率的条件下,研究了CeO₂的添加量对熔覆层性能的影响。结果显示,当搭接率为40%时熔覆层的各项性能最佳,显微硬度为284.82 HV0.3,相比基体提高了106%;摩擦因数为0.440,相比基体降低了32%;磨损率也降到了0.0105 mm³·N^-1·m^-1;CeO₂的添加使晶粒得到了细化,熔覆层的显微硬度和耐磨性都得了很大程度的提升,当CeO₂的添加量为8%时,熔覆层整体性能最佳,显微硬度为305.58 HV0.3,相比未添加CeO₂的情况下又提高了7.3%;摩擦因数与未添加前相差不大,但磨损率仅有0.0087 mm³·N^-1·m^-1,相比未添加CeO₂的情况下又降低了17%。

阳极氧化法构筑的铝基超疏水表面及其耐蚀性能

庄明塔, 徐睿思, 刘灿森, 揭晓华

2021, 46(9): 241-246. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.043

摘要 ( 45 )

PDF (612KB) ( 14 )

通过接触角测量仪、扫描电镜、红外光谱、电化学工作站对经阳极氧化及低表面能物质修饰相结合处理的7075铝合金的表面的形貌、化学成分和耐蚀性能进行了表征。结果表明:阳极氧化法构筑的珊瑚状微纳结构和低表面能十四酸的协同效应赋予了7075铝合金表面超疏水性能。当草酸浓度40 g/L、电流密度20 A/dm²、阳极氧化时间10 min时,获得的铝合金超疏水表面接触角最大,为152°,耐蚀性能最好,腐蚀速率比铝合金基体降低了4个数量级,同时具有优异的防污和自清洁性能。

激光冲击对690高强钢表面完整性的影响

曹晨, 黄春玲, 曹宇鹏, 杨阳, 杨聪

2021, 46(9): 247-251. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.044

摘要 ( 48 )

PDF (621KB) ( 17 )

为研究激光冲击处理对690高强钢表面完整性的影响,采用不同功率密度的脉冲激光冲击690高强钢试样,借助光学轮廓仪、X射线应力仪、硬度计和透射电镜,测试分析激光冲击前后690高强钢试样的表面三维形貌、硬度、残余应力和微观组织的变化。结果表明:不同功率密度的激光冲击后,690钢的表面粗糙度增大;随着激光功率密度的增加,试样表面轮廓的最大高度R_y从1.814 μm增至3.247 μm。不同功率密度的激光冲击后,试样残余应力均值由－122 MPa增加至－296 MPa,显微硬度的均值由277 HV0.1 增加至355 HV0.1。与未进行激光冲击强化试样相比,激光冲击处理使690高强钢试样表层晶粒不断细化,且功率密度越大表层晶粒尺寸越小。

激光工艺参数对Ni60/WC涂层裂纹率及组织的影响

周建波, 张晶, 张蕾涛, 李海涛, 樊帅奇, 徐金富

2021, 46(9): 252-257. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.045

摘要 ( 51 )

PDF (623KB) ( 16 )

采用单因素试验,依次改变激光功率(P)、扫描速度(v)、搭接率(O)和送粉量(Q),研究了各参数对Ni60/WC涂层裂纹率和组织的影响,并借助能谱仪和X射线衍射仪分析了涂层的相组成及元素分布。结果表明:Ni60/WC涂层裂纹率与P成正比,与v成反比,在合适的P、v下,O和Q对裂纹率的影响不明显;涂层与基体均能形成良好的冶金结合,各参数对晶体生长方式无明显影响,整个熔池从底部到顶部依次是平面晶区、胞状晶区、较细小枝晶区和细小等轴晶区;晶粒度主要由冷却速度ε决定,晶粒度与P成正比,与v和O成反比,但随着Q的增加,晶粒度先减小后增大;Ni60/WC涂层主要由γ-(Fe, Ni)、W₂C、Fe₃W₃C、M₇C₃、M₂₃C₆及Ni₄W等物相组成,其中WC部分以颗粒形式存在,起到第二相强化的作用,部分与熔池中的Fe、Ni等元素形成合金碳化物,在晶界上以网状析出,起到晶界强化的作用。

TD3钛合金离子渗氮层的摩擦磨损性能

李景阳, 王文波, 秦林, 贺龙宾, 剌玲敏, 张建林, 段星路

2021, 46(9): 258-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.046

摘要 ( 55 )

PDF (617KB) ( 17 )

采用等离子表面渗氮技术对TD3合金进行渗氮处理,并对渗氮层显微组织、相组成及硬度进行检测。对渗氮前后TD3合金分别进行常温(25 ℃)及600 ℃的摩擦磨损试验,分析摩擦温度对其摩擦因数、磨痕形貌及磨损率的影响;结果表明,离子渗氮处理后TD3合金表面形成一定厚度的氮化物层,氮化物层在降低摩擦因数的同时,显著降低了TD3合金的磨损率,温度由25 ℃升至600 ℃时,磨痕形貌变化较大,摩擦因数及磨损率也有一定幅度的增加。

耐磨钢NM400冷弯开裂分析

吴昊, 邓想涛, 李成儒, 隋轶, 张涛, 纪汶伯, 王昭东

2021, 46(9): 262-267. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.047

摘要 ( 78 )

PDF (613KB) ( 31 )

厚度为20 mm的NM400钢板在冷弯过程中开裂。从冷弯工艺参数、材料拉伸性能、显微组织及夹杂物类型、尺寸分布对NM400钢板开裂原因进行了分析。结果表明:NM400钢板冷弯开裂主要由钢板中微米级TiN夹杂物引起。冷弯变形过程中,夹杂物与基体界面处应力集中,导致微裂纹在界面处形核并扩展,最终导致冷弯断裂。通过降低N含量至4×10^-5以下,耐磨钢NM400冷弯过程中无裂纹产生。

38CrMoAlA钢传动主轴失效分析

徐祺昊, 杨礼林, 夏明, 秦晨, 耿振岳, 姜亚君, 赵莉萍

2021, 46(9): 268-272. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.048

摘要 ( 50 )

PDF (614KB) ( 33 )

借助光谱仪、蔡司光学显微镜和洛氏硬度计等分析手段对38CrMoAlA钢主轴失效件的化学成分、非金属夹杂物、断口裂纹形貌、显微组织和硬度进行检测与观察,分析并讨论了造成该工件裂纹产生的影响因素。结果表明:38CrMoAlA钢主轴的化学成分、硬度、渗氮层、非金属夹杂物、带状组织均符合标准要求;显微组织晶粒粗大,为贝氏体+珠光体,非预期使用态组织(回火索氏体),故工件硬度高、内应力较大、脆性较大,在应力的作用下易产生裂纹,导致脆性断裂失效。

风电内齿圈感应淬火的数值模拟及验证

叶小飞, 张文, 米艳军, 朱百智, 张玉锁, 易亮, 黄振建

2021, 46(9): 273-278. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.049

摘要 ( 54 )

PDF (614KB) ( 35 )

基于电磁-热-组织-应力耦合模型,对风电齿圈感应淬火过程的温度、组织和应力进行了数值模拟,同时采用硬化轮廓对比和硬度检测验证了仿真的可靠性。根据Maxwell方程和Fourier定律计算了齿圈表面加热和淬火过程的温度场,根据等转换法和K-M方程计算了齿圈表面组织转变过程和齿圈最终硬化轮廓。最后根据热-弹塑性模型计算了齿圈感应淬火后的整体残余应力分布。结果表明,对于温度变化,同一截面齿根温度最高,齿顶温度最低,齿面温度介于两者之间。对于淬火后的组织分布,起始端和终止端的齿廓处硬化层较厚,齿根和齿顶位置的硬化层厚度略小,但中间位置的硬化层分布均匀。对于残余应力分布,齿根处轴向应力从起始端到终止端为压应力-拉应力-压应力分布,切应力从起始端到终止端也为压应力-拉应力-压应力分布;齿廓处轴向应力为压应力状态,从起始端到终止端呈中间小两端大分布,切向应力为压应力状态,从起始端到终止端呈逐渐减小分布。

铝合金大型锻件淬火过程的有限元模拟

于春鹏, 王立强, 汤贞涛, 陈丽丽

2021, 46(9): 279-283. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.050

摘要 ( 54 )

PDF (615KB) ( 27 )

采用Deform V11有限元软件,计算了T形7N01铝合金锻件的表面综合换热系数,仿真模拟了锻件淬火过程中的温度场、应力场与形变位移变化规律,分析了温度与热应力对锻件淬火形变的影响与作用机制。结果表明,淬火初期因温度梯度(最大温差达225 ℃)与热应力巨大差异,锻件肋板一侧在淬火时间为10 s时产生了最大程度的弹性与塑性变形,远大于无肋一侧,弯曲曲率增大;淬火中期锻件主要发生弹性形变,厚度大的肋板一侧收缩变形加剧,曲率变小,50 s时锻件基本不再变形;淬火后期阶段热应力趋于零,锻件冷却产生微量弹性形变,淬火结束后,锻件整体产生趋向肋板一侧的塑性弯曲变形,曲率半径大于加热前。

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