金属热处理

祁震, 梁丰瑞, 罗小兵, 柴锋, 葛启录, 展之德, 宋成民, 罗坤杰

2025, 50(8): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.001

摘要 ( 13 )

PDF (4616KB) ( 8 )

使用Formaster-FⅡ热膨胀仪,结合光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和维氏硬度测试,绘制了某船用高强球扁钢的连续冷却转变(CCT)曲线,并对其升温过程中的奥氏体转变进行动力学分析。结果表明,试验钢的Ac₁=672 ℃、Ac₃=793 ℃。在0.06~38.2 ℃/s冷速范围内,不发生珠光体转变。冷速为0.06~0.3 ℃/s时,发生贝氏体转变,且随冷速提高,贝氏体含量减少;冷却速度为0.8~3.8 ℃/s时,发生马氏体-贝氏体混合相变,随着冷速提高,马氏体含量增加;冷却速度为7.6~38.2 ℃/s时,发生马氏体相变。随着冷却速度的升高,试验钢硬度先快速升高,冷速达到7.6 ℃/s后硬度增加减缓,冷速为38.2 ℃/s时,硬度达最大值359 HV5。利用热膨胀曲线和杠杆定律得到升温过程试验钢的奥氏体转变动力学方程,表明其奥氏体转变为三维方式生长。

SAE 5130H齿轮钢连续冷却过程中的相转变

钱超, 戴澳诚, 陈登武, 仝大明, 晏广华, 张梅, 顾剑锋, 李传维

2025, 50(8): 8-13. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.002

摘要 ( 16 )

PDF (5185KB) ( 7 )

通过热膨胀试验、组织观察等方法系统研究了SAE 5130H齿轮钢连续冷却过程中的相变行为。结果表明,依据冷却过程中发生的相变类型,可将SAE 5130H钢在0.01~100 ℃/s冷速范围的相变行为分为4类。第一类为冷速在0.01~1 ℃/s之间时,冷却过程仅发生扩散型铁素体/珠光体相变。第二类为冷速为2 ℃/s时,冷却过程相继发生铁素体相变、贝氏体相变和马氏体相变,且组织存在残留奥氏体。第三类为冷速在5~10 ℃/s之间时,冷却过程发生贝氏体相变和马氏体相变,获得贝氏体+马氏体的混合组织。第四类为冷速≥20 ℃/s时,仅发生马氏体相变,因此获得全马氏体组织的淬火临界冷速为20 ℃/s。基于膨胀试验和组织观察结果,绘制了SAE 5130H钢的CCT曲线。

铌钒钛微合金化对热成形钢组织与力学性能的影响

张翔宇, 张宇, 代春朵, 刘华松, 闫智然

2025, 50(8): 14-19. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.003

摘要 ( 14 )

PDF (7338KB) ( 6 )

针对22MnB5热成形钢,利用Gleeble热模拟机研究了其在Nb、V、Ti微合金化下的显微组织和力学性能。结果表明,Ti微合金化后,随C含量的增加,试验钢的强度和硬度会明显增高,主要是因为C提升了试验钢的淬透性;Nb、Ti复合微合金化后,Nb的添加会降低试验钢的强度和硬度,可能是因为NbC的析出使固溶C含量降低;Nb、V、Ti共微合金化后V含量的变化对硬度的影响较弱,V含量增加到0.30%才能有效提高试验钢的强度和硬度。利用EBSD表征了微合金化后22MnB5热成形钢的马氏体亚结构,发现原始奥氏体晶粒尺寸细小,室温下马氏体组织由束、块及板条构成,马氏体块的尺寸细小,有些马氏体块的尺寸小于2 μm。马氏体板条界的取向差主要集中在1°左右,为小角度晶界。

Mo元素对马氏体不锈轴承钢渗层组织与硬度的影响

郭春成, 李海宏, 曾西军, 周锴, 信振飞, 迟宏宵, 马党参

2025, 50(8): 20-23. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.004

摘要 ( 8 )

PDF (3316KB) ( 3 )

对不同Mo含量(0%、2%、4.6%)的马氏体不锈轴承钢进行渗碳淬火处理,通过OM、SEM和XRD对渗碳层显微组织进行表征,利用显微硬度计测试了渗碳层的硬度。结果表明,不同Mo含量试验钢的渗碳层组织均为马氏体+残留奥氏体+碳化物。随Mo含量增加,渗碳层形成网状碳化物的倾向减弱,且碳化物类型由富Cr碳化物转变为富Cr、Mo碳化物;残留奥氏体体积分数增大,表层硬度增加。不含Mo钢渗层显微硬度较低,无法达到550 HV的要求;含2%Mo和4.6%Mo的试验钢渗碳层深度分别为647和1056 μm。

超高锰钢Fe-24Mn-4Cr-0.6C的氧化行为

杨富云, 桑绍柏, 杨启宝, 李亚伟, 王恒, 朱天彬

2025, 50(8): 24-29. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.005

摘要 ( 10 )

PDF (3527KB) ( 2 )

针对超高锰钢Fe-24Mn-4Cr-0.6C的高温氧化,采用热重法测定了超高锰钢在1100~1250 ℃的氧化增量曲线,拟合计算了超高锰钢的氧化速率曲线及氧化激活能;并借助XRD和SEM-EDS等手段分析了不同氧化温度的氧化层物相、形貌及元素分布,阐述了超高锰钢的氧化机制。结果表明,超高锰钢Fe-24Mn-4Cr-0.6C在1100~1250 ℃下的恒温氧化基本遵循抛物线规律,氧化初期氧化速率较快,以界面反应为主导;氧化中后期主要受氧和金属元素扩散控制,氧化速率逐渐降低直至平稳。经拟合得到超高锰钢Fe-24Mn-4Cr-0.6C氧化激活能为42.26 kJ/mol。随着氧化温度的升高,超高锰钢氧化层上表层逐渐致密化;而且内氧化程度不断加剧,靠近基体内侧呈现较为明显的晶界氧化;1250 ℃氧化时,SiO₂与铁、锰的氧化物结合形成的液态Fe₂SiO₄或(Mn, Fe)₂SiO₄沿着晶界的渗透进一步加剧了晶界氧化。

Fe-11Mn-2Al-2Si中锰钢的动态变形行为

朱帅康, 暴嘉宁, 冯毅, 赵鑫, 蔡志辉

2025, 50(8): 30-34. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.006

摘要 ( 10 )

PDF (2124KB) ( 3 )

以Fe-11Mn-2Al-2Si中锰钢为研究对象,设计了一种外部夹具,实现不同应变量的动态中断拉伸试验,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及透射电镜(TEM)对试验钢微观组织进行观察分析,探究试验钢在0.2 s^-1的应变速率下不同应变量(10%、20%、30%和全拉断)的变形机制演变规律。结果表明,在变形初期相变诱导塑性(TRIP)效应是主要变形机制,当应变量增加到30%时,TRIP效应基本不发生。随着应变量的增加,孪生诱发塑性(TWIP)效应逐渐发挥作用,TWIP效应随着应变量的增加逐渐增强,应变量为30%时,组织中已出现不同取向的形变孪晶。

TiZr基非晶复合材料的热变形行为及热加工图

魏欣睿, 刘亚轩, 郎亚鹏, 张香云, 袁子洲

2025, 50(8): 35-39. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.007

摘要 ( 9 )

PDF (2228KB) ( 3 )

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度为613~633 K、应变速率为5×10^-4~1×10^-2 s^-1、总变形量50%的条件下,对Ti_34.88Zr_30.73Cu_8.34Co_4.46Be_21.60合金进行了高温单向热压缩试验,对其热变形行为进行了研究,并绘制了热加工图。结果表明,当应变速率为1×10^-2 s^-1时,不同变形温度均发生脆性断裂现象。应变速率为5×10^-3、1×10^-3 s^-1下,变形温度为613 K时,应力随应变的增加而急剧增加,然后在达到峰值后逐渐下降;当变形温度为623 K时,应力缓慢升高且趋于平稳;当变形温度为633 K时,出现加工硬化现象。当应变速率为5×10^-4 s^-1时,不同变形温度下均表现出加工硬化现象。在变形温度613~623 K、应变速率5×10^-4 s^-1以及变形温度633 K、应变速率1×10^-3 s^-1两个变形区域内,试验合金的能量耗散系数η_p均达0.9以上,适合超塑性变形。结合显微组织观察,在变形温度633 K、应变速率1×10^-3 s^-1条件下,试验合金具有最优的热加工性能。

不同热加工方式下C286无磁不锈钢性能差异性分析

邢珂珂, 彭伟锋, 王金华, 张静, 张荣, 薛佳宁

2025, 50(8): 40-45. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.008

摘要 ( 9 )

PDF (4253KB) ( 2 )

以相同变形量下获得的C286不锈钢锻造试样和热轧试样为研究对象,开展性能测试和组织表征,分析了不同热加工方式下不锈钢性能差异的原因。结果表明,C286不锈钢锻造态强度及硬度高于热轧态,经固溶+时效处理后,锻造试样性能明显高于热轧试样,屈服强度差距最为明显,锻造试样屈服强度为1059 MPa,而热轧试样的仅为849 MPa。将热轧试样固溶后,模拟锻造的冷却速度冷却至850 ℃后空冷,获得验证试样,验证试样经相同固溶+时效工艺处理后屈服强度仅为754 MPa,较热轧试样时效后低 95 MPa,抗拉强度及硬度也略低。结合组织分析,热处理后热轧试样力学性能低于锻造试样的原因是晶界处层片状η相的析出会消耗Ni元素和Ti元素,影响其周围γ'-Ni₃(Ti, Al)强化相的产生,进而影响不锈钢力学性能的提高。

Si/Cu/P合金化对球墨铸铁组织与力学性能的影响

杨岳清, 杜宝帅, 杨超, 蒋百灵, 王倩, 闫芝成

2025, 50(8): 46-54. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.009

摘要 ( 9 )

PDF (5758KB) ( 2 )

利用OM、SEM、XRD、洛氏硬度计、维氏硬度计及材料试验机,研究了Si、Cu与P含量和等温淬火工艺对球墨铸铁组织与力学性能的影响。结果表明,等温淬火组织均为奥铁体+球状石墨。随着等温温度的升高,针状铁素体尺寸增大,残留奥氏体含量增加。当等温温度为300 ℃时,球墨铸铁的综合力学性能最佳。在相同Si含量下,Cu和P元素的添加可以增加基体中石墨球的数量,提升石墨球圆整度,减小等温淬火球墨铸铁的针状铁素体尺寸,提升等温淬火球墨铸铁的强塑性。经300 ℃等温淬火,Si含量为1.1% 时,添加0.6%Cu的球墨铸铁获得最高屈服强度,可达1363 MPa。

Nb、Ti合金化对铸造Fe-Cr-Mn不锈钢组织与性能的影响

胡博文, 孙小淳, 高鹏, 关书文, 成京昌, 于波, 熊云龙

2025, 50(8): 55-62. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.010

摘要 ( 8 )

PDF (4360KB) ( 2 )

为进一步改善铸造不锈钢的力学性能,通过相组成设计和层错能计算对铸造不锈钢成分进行优化设计,在Fe-Cr-Mn铸造不锈钢中引入TRIP效应;并通过添加碳化物形成元素Nb和Ti,同时辅以调整C含量,以期利用TRIP效应+第二相颗粒复合强化提高材料的强度。结果表明,热处理态Nb、Ti合金化Fe-Cr-Mn不锈钢在拉伸过程中发生了TRIP效应,添加Nb、Ti合金元素的试验钢中组织仍为奥氏体+马氏体,同时在不锈钢中生成了第二相粒子,利用TRIP效应+第二相颗粒强化可实现在不损害材料塑性的前提下提高材料的抗拉强度。在Cr14Ni4Mn6不锈钢中添加0.23%Ti、0.074%Nb和0.110%C,经热处理后可获得抗拉强度为1181 MPa、屈服强度为276 MPa且伸长率为20.0%的Fe-Cr-Mn不锈钢。

新能源汽车用电池托盘铝合金型材的力学性能与耐蚀性

张兵, 赵鸿金, 胡玉军, 叶俊峰, 梁小霞, 旷军平

2025, 50(8): 63-70. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.011

摘要 ( 11 )

PDF (5474KB) ( 3 )

采用半连续铸造和热挤压法制备了6061铝合金电池托盘型材,采用JMatPro计算了6061铝合金的平衡相组成,结合光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、拉伸试验及腐蚀试验,分析了合金化学成分和热处理工艺对铝合金型材力学性能与耐蚀性的影响。结果表明,6061合金组织中的粗大第二相聚集对塑性有不利影响,利用JMatPro计算分析发现合金成分中高Fe低Mn,会形成微米级β-AlFeSi相,也对合金塑性有不利影响。6061铝合金采用570 ℃×12 h的均匀化处理能改善难溶第二相尺寸及分布,由其拉伸试验及抗剥落腐蚀、晶间腐蚀、中性盐雾腐蚀和抗应力腐蚀性能测试结果可知,经均匀化处理的6061合金的力学性能和耐蚀性可达到客户要求。

微量B对6101铝合金组织与性能的影响

黄惠毅, 乐永康, 李飞龙, 廖斌, 吴烔

2025, 50(8): 71-75. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.012

摘要 ( 10 )

PDF (3231KB) ( 2 )

利用金相显微镜、扫描电镜、EDS分析、拉伸试验和导电率检测,研究了不同B含量6101铝合金的组织及性能。结果表明,随着B含量增加,铸态6101铝合金组织逐渐粗化。当B添加量达到0.018%时,晶粒长大更加明显且有取向性,甚至出现了羽毛状组织,且组织中有黑色夹渣物存在。适量B有利于提高6101合金挤压型材的导电性和强度。当B添加量为0.009%时,合金的综合性能最优,抗拉强度和屈服强度分别为210.2 MPa和177.5 MPa,导电率为58.8%IACS,满足6101铝合金导电排材导电率≥56%IACS,R_m≥185 MPa,R_p0.2≥150 MPa的性能要求。

直线滚动导轨用55MnCr钢的感应淬火组织与硬度

那艳会, 王存宇, 冯桂萍, 周吉贞

2025, 50(8): 76-79. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.013

摘要 ( 8 )

PDF (2581KB) ( 1 )

使用55MnCr钢棒生产了某规格直线导轨,研究了感应淬火前后的微观组织和硬度。冶金质量评价结果表明工业生产55MnCr钢具有较高洁净度和均匀度水平。导轨型材经表面感应淬火后,滚道位置淬硬层深度达2.5 mm以上,获得板条马氏体+细针状马氏体组织,满足设计要求。

DZ406合金燃气涡轮工作叶片服役后的显微组织

陈升平, 黄秋玉, 罗璇, 方向, 易出山, 贾新云, 黄朝晖

2025, 50(8): 80-84. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.014

摘要 ( 7 )

PDF (4418KB) ( 1 )

对某型发动机经过等效2500 h试车的DZ406合金定向柱晶燃气涡轮工作叶片不同位置进行了显微组织分析,并与试车前状态叶片的显微组织进行了对比分析,对叶片的剩余寿命进行了推断。结果表明,DZ406合金叶片标准热处理组织主要由块状的碳化物、残留共晶(γ+γ')和规则立方状的γ'相及γ基体组成,γ'相尺寸约为0.5 μm。燃气涡轮工作叶片等效试车2500 h后,心部组织退化程度不高,基体通道无明显变化,γ'相基本保持立方化,尺寸有所长大,平均约0.8 μm,未发现TCP相析出。试车叶片外表面组织退化程度高于心部,部分区域基体通道明显变粗,γ'相局部发生连接或合并,高退化区域深度约30 μm。根据试车叶片心部组织形貌进行推断,试车叶片剩余寿命为6863 h。

模拟暴晒对DP590钢显微组织与力学性能的影响

笪仲钟, 王为民, 万宇, 李文通, 亓海全, 姚小凤, 谢盈盈, 李欣欣

2025, 50(8): 85-90. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.015

摘要 ( 9 )

PDF (4886KB) ( 2 )

采用某商用冷轧DP590钢通过热处理方式进行模拟暴晒试验,探究车身用高强钢经长期反复暴晒后力学性能和显微组织变化。使用马弗炉设定10组不同时间不同温度的暴晒试验,通过拉伸试验机、扫描电镜对暴晒后试样进行分析。结果表明,随暴晒时间增加,试验钢的抗拉强度和屈服强度明显下降,其中暴晒60天的试样较原始母材屈服强度下降约60 MPa,而暴晒温度对强度影响并不显著;经暴晒后,试验钢显微组织仍由铁素体和马氏体组成,但马氏体分解,小角度晶界减少,致使DP590钢的综合力学性能均低于原材料,这将会对DP590钢所制结构件的服役安全性产生不利影响。

长期时效对21-4NWNbMoCu合金组织和性能的影响

苑庆德, 朱治愿, 冯迪, 徐超凡, 徐锦文, 贾俊波, 王天宏

2025, 50(8): 91-95. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.016

摘要 ( 7 )

PDF (4329KB) ( 1 )

对21-4NWNbMoCu合金进行了标准热处理(1100 ℃×0.5 h+750 ℃×4 h),探究了标准热处理后合金在750 ℃长期时效(100~4000 h)后的组织和力学性能演变规律。结果表明:随着时效时间的延长,晶内与晶界上的第二相明显增多,由于合金中第二相粒子析出对晶界起到了钉扎作用,抑制了晶界的迁移,晶粒尺寸未发生明显长大;通过扫描电镜与透射电镜发现,NbC相和WN相的存在是合金组织稳定的主要因素。合金强度随着时效时间延长呈下降趋势,这主要受晶内弥散型碳化物的Ostwald熟化机制的影响;合金硬度的增加与M₂₃C₆型碳化物持续析出相关;晶界处粗大M₂₃C₆型碳化物导致了合金的伸长率随着时效时间的延长而下降,断口形貌表现为脆性断裂特征。

预变形与等温ω相的协同作用对Ti-10Mo合金力学性能的影响

马世朝, 闵小华, 高朋, 戴进财

2025, 50(8): 96-102. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.017

摘要 ( 7 )

PDF (3804KB) ( 3 )

对Ti-10Mo(质量分数,%)合金拉伸预变形诱发的{332}<113>孪晶和α″马氏体的演变进行了研究,利用XRD、EBSD、维氏硬度计及万能试验机等手段,对预变形组织和时效处理后析出的等温ω相对其力学性能的影响进行了讨论。结果表明,分别在200~400 ℃下对固溶处理的合金时效处理1 h,硬度显著增加。在20%预变形量、250 ℃×1 h时效条件下,合金的屈服强度较高,为844 MPa,其均匀延伸率较好,为13%。由拉伸预变形诱发的孪晶和α″马氏体的组织演变对等温ω相的析出影响较小。孪晶、马氏体和等温ω相的耦合作用使得合金的强度和塑性得到提高。合金较高的屈服强度主要归因于等温ω相在时效过程中从基体中析出,使得变形初期的塑性变形方式由位错滑移主导,合金良好的均匀伸长率主要归因于预变形诱发孪晶和α″马氏体的细化效应。通过合理的预变形与热处理制度调控β型钛合金的塑性变形方式和相析出行为,可在较大范围内调控其力学性能。

激光功率对18CrNiMo渗碳钢淬火层组织与性能的影响

王冰, 孙瀚, 程战, 吴元科, 钟素娟, 龙伟民, 关常勇

2025, 50(8): 103-109. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.018

摘要 ( 7 )

PDF (5227KB) ( 1 )

通过对激光淬火层截面宏观形貌、微观组织、物相构成、表面与截面硬度及摩擦磨损性能进行分析,探究不同激光功率对18CrNiMo渗碳钢激光淬火层组织和性能的影响。结果表明,淬火层宽度、深度均与激光功率呈正相关关系,激光功率为1000 W时淬火层产生细密的针状马氏体组织,激光功率达到1300 W时马氏体组织变粗大,碳化物含量增大,钢基体表面出现热损伤。激光淬火后钢中物相为Fe-Cr相、Cr₇C₃和马氏体,衍射峰宽度增大说明激光淬火对钢基体表面起到细晶强化的作用。当激光功率为1000 W时,淬火层表面硬度达到最大值,为63.3 HRC(780 HV0.5),相较于钢基体提高了约13%,激光功率过高时钢基体表面发生熔融,导致硬度降低,不同激光功率下淬火层截面显微硬度最大值相近,均在800 HV0.5左右。在相同摩擦磨损条件下,激光功率为1000 W时,试样磨损量为0.5 mg,相比于未淬火的钢基体降低约87%,磨损区域末端与中段的磨损方式主要分别为粘着磨损和磨粒磨损。

过时效温度对深冲双相钢组织、织构与性能的影响

韩冰, 刘国龙, 李建英, 马晓杰, 刘帅, 冯运莉

2025, 50(8): 110-117. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.019

摘要 ( 9 )

PDF (7540KB) ( 1 )

双相钢具有良好的抵抗局部变形能力,故在室温下的成形性有限。为提高双相钢深冲性能,通过冷轧-退火-过时效工艺,结合微观组织、织构的演变特点,分析了过时效温度对双相钢的力学性能及深冲性能的影响。结果表明,过时效处理后的双相钢组织均由铁素体、马氏体和碳化物组成,且马氏体的体积分数随过时效温度的升高而降低。在240 ℃和270 ℃过时效处理的试样具有较强的γ织构。随过时效温度升高,对深冲性能有利的{111}<112>织构密度逐渐降低。在过时效温度为240 ℃时,试验钢得到最优的综合力学性能和成形性能,屈服强度为336.7 MPa,抗拉强度为505.4 MPa,伸长率为36.7%,r值为1.4,n值为0.193。

回火温度对U20Mn贝氏体轨钢耐磨性的影响

高超, 王旭, 蒋宏利, 王东梅, 岑耀东, 陈林

2025, 50(8): 118-126. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.020

摘要 ( 7 )

PDF (10060KB) ( 2 )

对淬火态U20Mn贝氏体轨钢在280~420 ℃温度区间进行回火,并对回火后的轨钢进行耐磨性测试,探索回火温度对轨钢显微组织、强度、韧性、硬度以及耐磨性的影响。结果表明,经280 ℃与340 ℃回火后,贝氏体轨钢具有更高的强度、冲击吸收能量与硬度,耐磨性测试表现出磨损量较低、表层疲劳裂纹尺寸较小、剥落坑较少、塑性变形层厚度较小等特点。回火温度在280~340 ℃区间,U20Mn贝氏体轨钢可获得最佳强韧性匹配与较好的抗接触疲劳性能及耐磨性。

航天用2A12铝合金蒙皮板气垫悬浮式热处理工艺

贾桂龙, 张航, 饶庆东, 郑许, 李锦婷, 覃丽萍, 何克准, 罗超庆

2025, 50(8): 127-136. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.021

摘要 ( 8 )

PDF (7565KB) ( 2 )

利用OM、SEM、EBSD及万能试验机,研究了2A12铝合金薄板的气垫悬浮式热处理工艺。结果表明:薄板经固溶处理后,合金发生了再结晶,晶粒形貌呈现出典型的等轴晶特征,晶粒的择优取向分布不明显;经保温7 min固溶处理后,变形量为0%时,小角度晶界和大角度晶界占比各半,变形织构组分高于再结晶织构;变形量为1.5%时,小角度晶界占比下降至30%左右,织构组分发生变化,变形织构和再结晶织构组分各占50%;经最优保温时间7 min固溶处理+预拉伸变形量1.5%的热处理后,薄板的抗拉强度为478 MPa、屈服强度高达356 MPa、断后伸长率为19%;再自然时效后,薄板的性能有较为平缓的增长。

固溶时效处理对轧制Al-Mg-Si合金组织与力学性能的影响

王潇维, 郭胤岑, 樊善明, 彭明军, 张帅博, 段永华, 周晓龙, 李萌蘖

2025, 50(8): 137-143. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.022

摘要 ( 8 )

PDF (6870KB) ( 4 )

通过扫描电镜(SEM)、万能试验机、显微维氏硬度计等研究固溶时效处理对轧制Al-Mg-Si合金板材组织与力学性能的影响。结果表明,在560 ℃固溶处理过程中,Al-Mg-Si合金晶粒会发生明显的回复再结晶,Mg、Si原子发生回溶,完全回溶所需时间为10~30 min。随固溶时间的延长,合金的几何必须位错密度呈现先增大后减小的趋势,显微硬度呈现相同变化趋势。经560 ℃×10 min固溶+180 ℃×30 min时效后,轧制合金板的抗拉强度为320 MPa,断裂总延伸率为25.9%,综合力学性能最好。

固溶处理对半导体加工设备用6061铝合金阳极氧化性能的影响

莫灼强, 莫肇月, 任月路, 杨旭, 何杰, 雷浩成, 叶文韬

2025, 50(8): 144-149. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.023

摘要 ( 7 )

PDF (3102KB) ( 1 )

利用光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、耐压测试仪等研究了不同温度固溶及时效后半导体加工设备用6061铝合金的显微组织、力学性能和阳极氧化性能。结果表明,不同固溶温度下,合金的强度、硬度和导电率无明显差异,但在520 ℃和530 ℃下固溶处理会导致固溶不充分,出现了数量较多的Mg₂Si相,且宏观表现出较差的阳极氧化效果,其氧化膜耐5%盐酸腐蚀的时间<4 h,耐击穿电压<640 V.DC/mil,显微硬度也低于400 HV0.1。在540~560 ℃下固溶处理,合金的力学性能和阳极氧化性能均符合使用要求。试验高洁净6061铝合金中抑制晶粒长大的元素含量偏低,第二相数量偏少,在560 ℃×2 h固溶处理容易使晶粒粗化,存在阳极氧化花斑不良的风险。综合力学性能和阳极氧化性能,最优的热处理工艺为(540~550) ℃×2 h固溶+170 ℃×12 h时效。

冷轧压下率对Hastelloy C-276合金组织与力学性能的影响

费海洋, 邹乾坤, 杨永, 宋孟, 李天瑞

2025, 50(8): 150-156. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.024

摘要 ( 7 )

PDF (6427KB) ( 2 )

利用电子背散射衍射(EBSD)、场发射扫描电镜(SEM)和拉伸试验研究了室温冷轧对Hastelloy C-276镍基合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,退火态C-276合金组织中含有大量的退火孪晶,孪晶界约占晶界总量的43.7%,抗拉强度为831.0 MPa,断后伸长率为45.0%。当压下率为16%和26%时,试样表面形成纳米晶而心部晶粒没有明显变化,从而造成板材组织的梯度分布,抗拉强度上升至914.0 MPa,断后伸长率下降至13.6%;当压下率增加至36%时,变形渗透到试样中心,梯度组织消失,抗拉强度上升至927.0 MPa,断后伸长率上升至39.2%;当压下率增加至45%时,晶粒沿轧制方向被拉长,孪晶的完全共格关系遭到破坏,组织中产生强烈的Brass织构{011}<211>、Goss织构{011}<001>、Cu织构{112}<111>和S织构{123}<634>,抗拉强度增加至1175.7 MPa,断后伸长率下降至10.2%。

均匀化处理对5182铝合金铸锭中第二相溶解的影响

张浩, 孙宁, 李星辉, 徐志远, 杨立民, 郭丰佳, 苗新月

2025, 50(8): 157-161. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.025

摘要 ( 7 )

PDF (2898KB) ( 3 )

利用扫描电镜对不同工艺均匀化处理后的5182铝合金铸锭组织中的第二相进行观察和统计。利用电导仪和维氏硬度计对均匀化处理后样品的导电率和硬度进行测试。结果表明,当均匀化温度较低,保温时间较短时,组织中存在着较多的非平衡共晶相Al₃Mg₂(或Al₈Mg₅)相,随着均匀化温度的升高和保温时间的延长,该相逐渐溶解,铸锭组织中的Mg₂Si相会趋于圆润化,而铸锭组织中含Fe相的面积分数始终保持在0.75%左右不变。延长均匀化时间,可使5182铝合金的导电率降低,提升均匀化效果,随着均匀化温度升高,导电率先升高后降低。对于硬度,在较低的均匀化温度下,随着保温时间由5 h延长至10 h,硬度逐渐升高,而在较高的均匀化温度下,硬度反而降低,但始终高于低均匀化温度下的硬度。

斜坡固溶处理对镍基单晶高温合金组织与性能的影响

汤耀景, 潘福荣, 郑杨, 王林海, 王宝旦, 鲍臣鹏, 徐彬, 岳亮

2025, 50(8): 162-168. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.026

摘要 ( 6 )

PDF (3999KB) ( 1 )

对某镍基单晶高温合金进行1340~1365 ℃保温30 min的固溶处理,利用金相法确定了该合金的初熔温度,随后对其进行不同温度的斜坡固溶+时效处理,研究了斜坡固溶对其组织与性能的影响。结果表明,试验合金的初熔温度为1355~1360 ℃。采用斜坡固溶处理,可提高合金的初熔温度点,当斜坡固溶温度达到1360 ℃时,合金未发生初熔。随斜坡固溶温度的升高,元素偏析程度逐步下降,特别是Re元素的偏析显著降低;合金的γ'相尺寸均匀性、立方度逐渐升高。1360 ℃×10 h斜坡固溶+时效处理试样在1100 ℃/137 MPa下的蠕变寿命达到500 h以上,大幅超过同等第四代镍基单晶高温合金400 h的要求。

Inconel 625合金组织与性能的模拟计算与高通量试验

刘文月, 李天怡, 巩俐, 任毅, 杨博威, 安涛

2025, 50(8): 169-176. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.027

摘要 ( 8 )

PDF (4892KB) ( 9 )

基于Thermo-Calc热力学模拟软件、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、拉伸试验机等,对Inconel 625合金进行了组织与性能的模拟计算和高通量试验,研究了Inconel 625合金铸态、轧态及热处理态试样的显微组织、力学性能与耐蚀性。结果表明,Inconel 625合金的铸态显微组织为树枝晶,枝晶间可见Ni₃Nb相分布及明显的Mo、Nb成分偏析。铸态、热轧态、调质态及固溶态Inconel 625合金的微观组织基本一致,均为γ基体与Ni₃Nb相构成的混合组织,主要区别在于Ni₃Nb相的含量。成分偏析对合金的耐蚀性影响显著。经3种轧前热处理方式对比,轧前1250 ℃保温3 h即可获得较好的成分均匀化效果。对比3种轧后热处理方式,调质能获得较好的强度-塑性-耐蚀性的综合匹配。推荐21.5Cr-9Mo-3.65Nb为生产Inconel 625/X65复合板的Inconel 625合金参考成分。

先进超超临界机组用Inconel 617合金的研究进展

董陈, 徐远超, 厉欣欣, 杨权权, 钱洪建, 朱佳琦

2025, 50(8): 177-186. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.028

摘要 ( 9 )

PDF (3114KB) ( 3 )

综述了Inconel 617合金在化学成分和析出相、热变形行为和热处理制度、高温长时时效、高温蠕变行为和10万小时持久强度、焊接性能和焊材发展的相关研究进展。Inconel 617合金的最佳热加工区域为温度1150 ℃左右、应变速率控制在0.1 s^-1以下。最佳固溶处理制度为1170~1180 ℃保温1 h。Inconel 617合金在700~800 ℃长时时效时有较稳定的力学性能,屈服强度稳定在350~450 MPa,抗拉强度稳定在800~900 MPa;Inconel 617合金在时效过程中会存在多种析出相的相互竞争行为。Inconel 617合金在700 ℃的10万小时持久强度预估超过110 MPa。

冷拉及固溶处理对Inconel 617合金棒材组织与性能的影响

卢俊, 杨春雷, 沈海军, 王资兴

2025, 50(8): 187-194. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.029

摘要 ( 7 )

PDF (12746KB) ( 1 )

利用电子背散射衍射(EBSD)技术、金相显微镜以及硬度计研究了Inconel 617合金棒材冷拉和固溶处理过程中组织和硬度的变化。结果表明,$\phi$14 mm的热轧棒材不同位置组织均匀,且全部完成了动态再结晶,平均晶粒尺寸约为8.6~10.4 μm。经过冷拉变形后,晶粒沿变形方向被拉长,晶粒大小基本不变,且从边部到中心变形程度逐渐降低,同时硬度增加。1120 ℃固溶时基本全部完成再结晶,此时处于回复和再结晶阶段,硬度降低。随着固溶温度的升高,碳化物逐渐溶解,且晶粒长大的驱动力增大,此时晶粒处于长大阶段,硬度值进一步降低。在晶粒长大的过程中出现了二次再结晶现象,且边部的硬度最低,这与边部的晶粒长大有关。

直流等离子渗氮与活性屏等离子渗氮后EN40BT钢的组织与性能

周俊, 赵文, 李威, 许世明, 何江浩, 莫少览, 邓江, 邓庆祝

2025, 50(8): 195-201. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.030

摘要 ( 6 )

PDF (4548KB) ( 1 )

对EN40BT钢在不同温度、不同时间下进行了直流等离子渗氮(DCPN)和活性屏等离子渗氮(ASPN),并利用光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、表面轮廓仪和X射线衍射仪等对DCPN和ASPN后的试样进行微观组织和性能研究。结果表明,直流等离子渗氮和活性屏等离子渗氮都可有效提高EN40BT钢的表面硬度,而且均会大幅提高基体的表面粗糙度,但是ASPN处理造成的Ra增幅远小于DCPN处理。DCPN各参数试样(570 ℃×20 h DCPN试样除外)基本都有明显的白亮层形成,而所有ASPN试样的白亮层都较薄。直流等离子渗氮温度升高时,最大表面硬度和有效渗氮层深度都呈下降趋势;活性屏等离子渗氮试样的最大表面硬度也随渗氮温度升高而降低,但是其渗氮层深度随渗氮温度的升高而增加。直流等离子渗氮和活性屏等离子渗氮在530 ℃下处理20、40和60 h的变化趋势一致,即渗氮时间越长,渗氮层深度增加,但最大表面硬度呈降低趋势。综合考虑有效渗氮层深度和最大表面硬度,并考虑处理效率与能耗,可以选择530 ℃×20 h和550 ℃×20 h分别作为DCPN和ASPN的较优等离子渗氮参数。

碳氮共渗处理对GCr15轴承钢摩擦磨损特性的影响

王霞, 郭浩, 李凯, 刘文梦, 宋瑞雪, 王培, 樊少璞, 马二克

2025, 50(8): 202-208. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.031

摘要 ( 8 )

PDF (4037KB) ( 5 )

以GCr15钢/陶瓷复合某型号轴承为例,针对氮化硅陶瓷球与GCr15钢套圈配副运行过程中打滑磨损现象,通过对GCr15钢进行碳氮共渗处理,研究了氮化硅/碳氮共渗GCr15钢的微观组织结构、基本性能与滑动摩擦磨损特性,并与常规处理GCr15钢进行对比。结果表明,碳氮共渗GCr15钢的表层残留奥氏体含量为1.15%,表面硬度为63.6 HRC,摩擦因数为0.72,其硬度、摩擦性能均优于常规处理GCr15钢。经过碳氮共渗处理,磨屑形貌从常规处理的以片状为主变为以颗粒状为主,主要磨损机理从常规处理的以粘着磨损为主转变成以磨粒磨损为主。

Q&P工艺对TRIP钢拉伸与疲劳性能的影响

万志远, 陈立伟, 王新明, 吴东昊

2025, 50(8): 209-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.032

摘要 ( 7 )

PDF (2754KB) ( 1 )

通过设计不同淬火温度(240、270、300 ℃)和配分时间(30~300 s)的Q&P工艺,结合显微组织分析、拉伸试验及疲劳测试(轴向力控制法,R=0),系统研究了Q&P工艺对TRIP800钢微观组织及力学性能的影响规律,并对比其与TRIP600钢的疲劳性能差异,以优化高强钢的强韧协同机制。结果表明,最佳Q&P工艺为900 ℃奥氏体化后淬火至300 ℃,400 ℃配分300 s,此时强塑积达13 402 MPa·%,组织为马氏体与均匀分布的残留奥氏体。残留奥氏体含量随淬火温度及配分时间的增加而提升,显著改善塑性但强度降低。在疲劳性能方面,经最佳Q&P工艺处理后TRIP800钢疲劳极限(560 MPa)较TRIP600钢(480 MPa)提高16.7%,恒应变疲劳最大承载能力增加22%,这归因于残留奥氏体的TRIP效应及残留奥氏体与马氏体的协同作用。

回火温度对舰船用含Cu高强钢组织与性能的影响

贾虹锋, 胡宝佳, 肖广耀, 田亚强, 陈连生

2025, 50(8): 215-219. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.033

摘要 ( 6 )

PDF (3885KB) ( 4 )

对舰船用含Cu高强钢进行不同温度(450~600 ℃)的回火处理,利用Thermo-Calc软件计算了试验钢中平衡相变化规律,并对其组织、析出相和性能进行了观察和测试。结果表明,经不同温度回火处理后,组织均由板条束结构的回火马氏体和析出相组成。随回火温度的升高,马氏体板条边界逐渐模糊,组织中富Cu析出相和碳化物的尺寸逐渐增加;试验钢的强度逐渐降低,伸长率和－20 ℃冲击吸收能量逐渐增加。450 ℃回火温度下,组织中析出相尺寸较小、数量较多,强度最高,屈服强度和抗拉强度分别达到1047 MPa和1122 MPa,但伸长率和－20 ℃冲击吸收能量较低。500~600 ℃回火温度下,随着马氏体板条界的模糊,强度逐渐下降,冲击性能和伸长率大幅提升。

预变形对QP980高强钢组织与性能的影响

张茜, 王雅坤, 牛星辉, 吕浩, 王嘉伟

2025, 50(8): 220-224. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.034

摘要 ( 6 )

PDF (2936KB) ( 2 )

以第三代先进高强钢QP980为研究对象,通过单轴拉伸试验对较大尺寸的拉伸试样施加不同预变形(0%、3%、5%、7%、9%),借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了预变形过程中的组织和相的演变,之后对预变形试样的拉伸性能、加工硬化行为及局部成形性能进行了分析。结果表明,随着预变形量从0%增加到9%,组织中的残留奥氏体向马氏体发生转变,残留奥氏体含量由初始的9.65%降低到4.20%后趋于稳定,铁素体被拉长,部分马氏体破碎并产生微裂纹。随预变形量的增大,预变形试样的强度升高,屈强比增加且逐渐趋近于1,总伸长率基本不变,加工硬化能力和局部成形性能降低。

均热温度对1200 MPa镀锌双相钢微观组织与力学性能的影响

李浩, 李杨, 杨峰, 李云超, 王海龙, 郝蕾, 王玉慧, 许强

2025, 50(8): 225-229. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.035

摘要 ( 6 )

PDF (4103KB) ( 1 )

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了均热温度对1200 MPa级1180DPD+Z镀锌双相钢力学性能与微观组织的影响规律,并指导工业化试制及量产。结果表明,随均热温度的升高,双相钢的屈服强度、抗拉强度呈先微降后升高的趋势,伸长率整体上逐渐降低,铁素体量逐渐减少,形态由等轴状、断续带状变为粒状,马氏体/贝氏体(微量)硬相逐渐增多,形态表现为断续带状向等轴状转变。采用热模拟结果对1180DPD+Z镀锌双相钢进行工业试制生产,并统计工业生产以来力学性能指标过程能力指数,抗拉强度及伸长率指标C_pk＞1.33,过程控制能力较强,屈服强度指标C_pk数值为1.25,屈服强度处于合理力学性能范围内,过程控制能力仍较强。

30MnVS6铁素体-珠光体型非调质钢中残余Mo元素对组织的影响及其等温正火处理

李绍杰, 刘运娜

2025, 50(8): 230-233. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.036

摘要 ( 6 )

PDF (2484KB) ( 1 )

对工业化生产的不同批次热轧态30MnVS6非调质钢进行成分检测及组织观察,并测定其静态CCT曲线,研究等温正火工艺对30MnVS6钢显微组织的影响。结果表明,残余0.019%Mo的钢中存在贝氏体组织。由静态CCT曲线可知,残余Mo对30MnVS6钢的珠光体、铁素体相变无明显影响,但使马氏体、贝氏体相变区右移。含贝氏体组织的钢经950 ℃保温30 min,空冷至550 ℃等温90 min,空冷的等温正火处理后,组织为珠光体-铁素体,硬度为238 HBW,满足显微组织为珠光体-铁素体和硬度≥230 HBW的技术要求。

高温退火处理对SUS430不锈钢组织与性能的影响

杨永超, 李玉贵, 赵子钧, 宋耀辉

2025, 50(8): 234-238. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.037

摘要 ( 7 )

PDF (3973KB) ( 3 )

对SUS430不锈钢冷轧板进行不同温度(850~1050 ℃)和时间(30~120 s)的高温退火处理,研究了高温退火处理对其组织和性能的影响。结果表明,在保温120 s条件下,退火温度为850~900 ℃时,SUS430钢组织为铁素体+碳化物;当退火温度升高至950~1050 ℃时,组织为铁素体+马氏体+少量碳化物,该温度范围内随着退火温度的升高,试验钢的屈服强度和抗拉强度开始迅速升高,并最终分别稳定在416 MPa和810 MPa左右。在退火温度850~900 ℃条件下,随保温时间的延长,组织由轧后纤维组织转变为铁素体+碳化物,强度整体呈降低趋势;当退火温度在950~1050 ℃时,随着保温时间延长,组织由轧后纤维组织最终转变为铁素体+马氏体+少量碳化物;在1000~1050 ℃退火时,SUS430钢的强度随着保温时间的延长而升高,最终的屈服强度约为410 MPa,抗拉强度约为800 MPa。

45钢真空碳氮共渗淬火的大批量生产工艺

何龙祥, 孟令辉, 胡圣华, 路鸣君

2025, 50(8): 239-242. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.038

摘要 ( 7 )

PDF (2502KB) ( 3 )

通过控制气氛流量和淬火温度,对45钢进行碳氮共渗热处理试验,并进行表面硬度以及显微组织检测和有效硬化层深度分析。结果表明,在氮气、乙炔和氨气流量分别为56、56和38 L/min,且在880 ℃碳氮共渗、800 ℃淬火的碳氮共渗热处理工艺下,45钢表层组织为针状马氏体、少量含碳氮残留奥氏体和碳氮化合物,心部组织为低碳马氏体和先共析铁素体,表面硬度均匀性提高,有效硬化层深度在0.60 mm左右。

退火温度对深冲用钢成形性与织构的影响

飞尚才, 蒋小霞, 王恒义

2025, 50(8): 243-245. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.039

摘要 ( 8 )

PDF (1498KB) ( 2 )

以CSP工艺生产的热轧板经70%压下率冷轧后的冷轧板为研究对象,研究了退火温度(690~710 ℃)对冷轧板成形性及织构的影响。采用力学性能测试和X射线衍射法,对性能和织构进行了表征。结果表明,相同冷轧压下率下,3种退火温度处理冷轧板的力学性能均满足JISG 3141-1994标准要求。退火温度为700 ℃时,应变硬化指数n值、塑性应变比r值最大,γ纤维织构强度较大,此时材料的深冲性能较好,但随退火温度进一步升高,n值、r值下降,γ纤维织构较弱,深冲性能下降。

滚珠丝杠双频感应加热工艺的数值模拟

陈宝凤, 李明哲, 张文良, 李贤君, 孙立壮, 姜超, 闫牧夫

2025, 50(8): 246-253. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.040

摘要 ( 10 )

PDF (4234KB) ( 2 )

针对滚珠丝杠感应加热过程中齿顶与凹槽温度分布不均的问题,提出一种渐进式双频感应加热工艺优化方法。通过构建多物理场耦合有限元模型,系统地研究了双频协同加热模式下,电流频率、电压和线圈扫描速度等参数配比对温度场均匀性的影响规律。结果表明,采用低频(500 Hz/75 V)预热与中频(2000 Hz/70 V)二次加热的协同模式,结合12 mm/s等速扫描工艺,能够使齿顶与凹槽温差控制在26 ℃以内,同时使齿顶与凹槽有效加热层深度分别满足5~8 mm和3~4 mm的技术要求。相较于常规单频工艺,该方法可显著改善齿顶与凹槽温度分布不均的问题,与仿形感应加热工艺水平相当。

FeCoCrNi涂层激光熔覆过程温度场与应力场模拟

刘冉, 罗海光, 李颖, 林耔辰

2025, 50(8): 254-263. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.041

摘要 ( 9 )

PDF (7103KB) ( 1 )

采用FeCoCrNi高熵合金作为熔覆材料,316不锈钢为基体,使用ANSYS Workbench软件模拟了不同激光功率下单道激光熔覆过程中的温度场和应力场。结果表明,随着激光功率的增加,熔池最高温度上升,热影响区扩大。过高的激光功率容易导致裂纹等缺陷,而适中的激光功率可以实现良好的冶金结合。在熔覆过程中,快冷快热的特性以及功率增加导致的热积累现象使最大瞬时应力上升,但材料完全熔化后应力趋于稳定。残余应力主要集中在熔覆层表面、结合区及熔覆末端,且随功率增加而增大。

6061铝合金气瓶喷淋淬火数值模拟

龙振宇, 邓小虎, 陈睿博, 杜纪柱, 马永明, 马元浩, 修永帅, 肖枫

2025, 50(8): 264-271. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.042

摘要 ( 8 )

PDF (6188KB) ( 2 )

采用ABAQUS有限元软件对6061铝合金气瓶喷淋淬火过程进行了仿真。在原模型基础上,考虑了工件大小和相邻喷淋区域相互叠加的因素,得到了不同喷淋淬火工艺参数(喷淋压力、喷嘴形状、喷淋角度、喷淋距离)下的温度场模拟结果。模拟结果表明,气瓶厚度方向温度场是非均匀的,且瓶体厚度每增加1 mm,冷却速率降低20 ℃/s,因此在气瓶不同位置应采用不同的喷淋条件。此外,发现瓶体的残余应力与瓶身长度关联较小,在瓶口与瓶身的拐角处存在高达246 MPa的残余应力。基于材料成分、固溶工艺参数和时效工艺参数计算得到气瓶的抗拉强度,并和试验结果进行了对比,吻合度较高,说明该仿真分析可用于气瓶淬火工艺的指导。喷淋压力越大,气瓶最终温度越低且气瓶不同位置温差越小;较扁嘴线状喷嘴,采用椭圆形喷嘴的温度均匀性更好;喷淋角度较大(60°)时,喷淋面较为均匀,重叠区域间隙较小;喷淋距离越小,喷淋均匀性越差。

核电压力容器用SA508-3钢厚截面锻件的热处理模拟

苏文博, 石如星, 秦红付, 王义海, 郑三妹, 董超, 李岩, 李圣

2025, 50(8): 272-277. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.043

摘要 ( 7 )

PDF (3393KB) ( 3 )

利用Transvalor Simheat软件对SA508-3钢厚截面筒体锻件的热处理过程进行模拟。按模拟所得筒体锻件厚度中心冷却曲线设计小尺寸试样的淬火工艺,并对其进行淬火、回火,以验证锻件热处理模拟结果的准确性。模拟结果表明,淬火过程中锻件壁厚中心冷速约0.44 ℃/s,组织主要为贝氏体,不存在铁素体,心部硬度最低约204 HB。淬火、回火后,锻件表面为压应力状态,局部最大压应力值约73 MPa,锻件直径涨大约19 mm,表明实际生产中筒体锻件调质前应适当减少外圆加工余量或增加内圆加工余量。试验验证结果表明,小尺寸试样经淬火、回火后的拉伸性能和－20 ℃冲击性能均满足技术要求,淬火后显微组织与模拟得到的筒体锻件厚度中心组织相一致,但硬度略高于模拟结果,表明利用Transvalor Simheat仿真模拟软件可有效预测厚截面锻件的组织与性能。

激光加工微织构对TC4钛合金表面AlCrN涂层耐磨性的影响

刘书琪, 李子涵, 苏波泳, 王恒, 黄希

2025, 50(8): 278-285. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.044

摘要 ( 6 )

PDF (6794KB) ( 1 )

利用脉冲光纤激光器在TC4钛合金表面制备不同参数的微织构,通过SEM、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析微织构对AlCrN涂层形貌、界面结合力及摩擦磨损性能的影响。结果表明,合金表面制备微织构可改善涂层状态,减少涂层微裂纹数量,抑制表面大液滴现象,增强涂层-基体界面结合效果,从而抑制涂层剥离和脱落。微织构尺寸为$\phi$200 μm,面积占有率为10%时,涂层结合强度最高,结合力可达44.8 N,相比于无微织构合金涂层提高了92.3%。微织构尺寸小于$\phi$150 μm时,涂层表面完整性较好,耐磨性能优异。微织构尺寸为$\phi$150 μm、面积占有率为10%时,涂层耐磨性最好,是无织构试样的1.697倍。

热处理对激光熔覆Fe基合金涂层组织与耐磨性的影响

杨栋杰, 白峭峰, 欧阳昌耀

2025, 50(8): 286-291. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.045

摘要 ( 7 )

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采用激光熔覆技术在50钢表面制备了马氏体涂层,研究了不同热处理温度对涂层显微组织与耐磨性的影响。结果表明,经过热处理后涂层的物相依然为α-Fe,与未热处理涂层相比物相未发生改变。1050 ℃×30 min热处理后涂层的枝晶间出现熔断和聚集,并呈短棒状弥散分布,弥散分布的枝晶间对组织均匀性有一定的促进作用。未热处理涂层的硬度为57.16 HRC,经过800 ℃热处理后硬度降为42.86 HRC,随着热处理温度的升高,涂层的硬度又呈现出逐渐上升的趋势,1050 ℃热处理后涂层的硬度达到最高,为58.12 HRC。1050 ℃×30 min热处理后涂层的磨损量最低,耐磨性较高。

掺Sn对热渗锌层微观结构与性能的影响

夏晓健, 严康骅, 陈中一, 李约翰, 谢红波, 祁原深

2025, 50(8): 292-297. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.046

摘要 ( 6 )

PDF (3418KB) ( 2 )

以Q235B碳素结构钢为基体,采用Sn含量为5%(质量分数)的渗锌剂进行粉末渗锌处理,并与传统纯Zn粉末渗锌制备的渗层进行对比,分析了掺Sn渗层的微观结构与硬度变化。结果表明,含Sn渗锌剂在同样的渗锌条件下提高了渗层的厚度和硬度。掺Sn后,渗层的厚度由(111±3) μm增加到(125±7) μm,硬度由(266±43) HV0.1提高到(329±21) HV0.1。通过扫描电镜、透射电镜表征和能谱分析,发现Sn会富集在钢基体和渗锌层界面,有助于Fe向渗锌层的扩散,提高渗锌层硬度;Sn会愈合渗锌层中形成的裂纹,有助于渗锌层的增厚。

抽油杆断裂失效分析

韩克甲, 曹颖, 周超, 李洪伟, 丁烁锟

2025, 50(8): 298-300. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.047

摘要 ( 8 )

PDF (2195KB) ( 2 )

采用宏观观察、金相检验、化学成分分析、断口分析及硬度测试等方法对某30CrMnSiNi2A钢抽油杆断裂原因进行分析。结果表明,抽油杆失效断裂是因脱碳而致表面硬度下降,形成软点,同时基体组织存在严重的带状分布进一步加剧了内部应力。在腐蚀性环境中,工件长期承受交变载荷,导致腐蚀裂纹源的产生,并逐步扩展,最终引发断裂失效。

45钢销轴轴向开裂失效分析

金丽君, 代玉杰, 毕高杰

2025, 50(8): 301-304. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.048

摘要 ( 7 )

PDF (2124KB) ( 3 )

通过金相显微镜、洛氏硬度计和直读光谱仪对纵向开裂的45钢销轴进行分析。结果表明,45钢销轴的化学成分满足标准要求,裂纹处及其附近的非金属夹杂物较少,显微组织为回火马氏体。裂纹两侧均未见明显脱碳现象,为典型的淬火裂纹。销轴的淬火加热温度偏高,淬火时在水中的冷却时间又过长,销轴直径$\phi$7 mm位于45钢水淬时产生淬火裂纹的危险尺寸范围内,这些因素的综合作用导致销轴产生纵向淬火裂纹。为了防止45钢销轴产生淬火裂纹,应根据45钢的实际临界温度Ac₃制定淬火加热温度,淬火时严格控制销轴的水冷时间,或者采取亚温淬火工艺。

30CrMnSiNi2A钢制螺栓断裂原因分析

程东松, 黄浩博, 郭军校, 张钦莹, 孔明旭, 郭超越

2025, 50(8): 305-308. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.049

摘要 ( 6 )

PDF (2751KB) ( 1 )

某液压阀门用30CrMnSiNi2A钢制螺栓,在服役过程中出现断裂,通过断口形貌观察、化学成分检测、组织观察和力学性能检测确定了螺栓断裂的原因,并提出了改进措施。结果表明,螺栓热处理过程中的回火温度处于30CrMnSiNi2A钢回火脆性温度区间,并且原材料杂质P元素含量偏高,进一步增加了回火脆性,最终导致螺栓脆性断裂。通过等温淬火代替原淬火+回火工艺,螺栓的回火脆性得到了有效预防。

基于超星学习通的混合教学模式在“金属热处理原理与工艺”课程的改革与实践

熊峰, 周炜, 邓辉, 李时春, 唐思文, 颜建辉

2025, 50(8): 309-313. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.08.050

摘要 ( 6 )

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“金属热处理原理与工艺”课程作为材料科学与工程、机械工程等专业的核心课程,具有理论抽象性强、工艺实践要求高的显著特点。针对传统教学中理论抽象性强、实践条件受限、课时紧张、互动性不足等问题,本研究基于超星学习平台,系统构建并实施了线上线下深度融合的混合式教学模式。该模式重构了“课前知识传递—课内知识内化与能力提升—课后知识巩固与延伸”的全过程教学环节,围绕热处理核心理论和关键工艺,整合开发了一系列优质的数字化教学资源,并设计实施了丰富多彩的线上线下融合互动活动。此次改革旨在提升学生学习自主性、课堂参与度、对固态相变、CCT和TTT曲线分析等抽象理论的理解深度以及热处理工艺制定、优化、失效分析等复杂工程问题的实际解决能力,为工科专业核心课程的教学改革提供一条具有参考价值的实践路径。

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