不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%~1.2%)、应力控制(应力幅在230~300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明:在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin-Basquin模型的预测精度最低。

超低温用高锰奥氏体钢的物理性能和力学性能

超低温用高锰奥氏体钢以其优异的低温和室温综合力学性能,将成为新型能源液化天然气(LNG)和液化氢气(LH2)的储运装备用钢。该材料在冶炼、轧制、焊接、冷加工及热加工过程中,需要完备的物理和力学性能参数作为制定各项工艺的理论基础,但目前文献中缺乏相关报道。测定了牌号为HMA400的高锰奥氏体低温钢及配套JMn25焊丝的密度、电阻系数、热膨胀系数、热导率、熔距、比热容、泊松比、杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、冲击吸收功等物理性能和力学性能参数,以期为高锰奥氏体低温钢的制造和应用提供可靠的物理和力学参量。

316L不锈钢氢致开裂行为的数值模拟

采用ABAQUS有限元分析软件,基于与氢浓度相关的内聚力模型,通过顺序耦合的方法模拟了316L不锈钢的氢致开裂行为,研究了晶粒尺寸(35,25,15μm)、应力集中系数(4.0,2.6)和应力(500,312 MPa)对氢致开裂的影响,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:内聚力模型可以很好地模拟316L不锈钢的氢致开裂行为,模拟得到的氢致裂纹长度与试验结果的相对误差均在15%以内;当应力集中系数或应力较大时,氢致裂纹较长,说明316L不锈钢易发生氢致开裂;随着晶粒尺寸减小,氢致裂纹的长度减小,沿晶特征减少,316L不锈钢的氢脆敏感性降低。

奥氏体不锈钢铸件晶间腐蚀弯曲裂纹改善研究

通过对奥氏体不锈钢铸件材料的晶间腐蚀弯曲裂纹的检测研究,对照相关检测标准,发现非金属间夹杂物和缩松是导致晶间腐蚀弯曲样产生裂纹的根本原因,而试样加工检测不规范会进一步降低晶间腐蚀弯曲符合率。为此提出实际生产中要提高铸件纯净度减少非金属夹杂物,提高铸件致密度减少缩松并规范弯曲试样的加工质量和加工尺寸、检测弯曲压头直径的正确选择,提高了奥氏体晶间腐蚀弯曲裂纹符合率,改善了铸件质量。

TiN纳米陶瓷对ZGMn13微观组织和力学性能影响

为细化ZGMn13的组织,并提升其使用效果。采用TiN纳米陶瓷作为添加剂,以ZGMn13为基体材料,采用吹氩法制备了添加TiN纳米陶瓷的ZGMn13试样,并对试样进行了固溶处理;使用扫描电子显微镜观察了TiN纳米陶瓷对ZGMn13试样微观组织的影响;使用布氏硬度、冲击和磨粒磨损等试验设备,对试样的力学性能、摩擦磨损性能进行测试与研究。结果表明:通过吹氩法加入的TiN纳米陶瓷对ZGMn13的晶粒起到了明显的细化作用,同时组织中的连续网状碳化物也被明显地分散和隔断。添加TiN纳米陶瓷的ZGMn13试样的冲击吸收能量和硬度均有所提升。在试验条件下,添加TiN纳米陶瓷的ZGMn13试样的磨损量降低21.1%,耐磨性明显提高,摩擦磨损性能得到改善。

壳聚糖包覆ZIF-90的药物释放及抗菌性能研究

以沸石咪唑骨架(zeolite imidazole framework,ZIF)为载体,高效合成了新型生物相容性抗菌药物缓释系统Levo@ZIF-90@CS。将抗菌药物左氧氟沙星(levofloxacin,Levo)负载到ZIF-90分子筛中,载药量为481 mg/g。在药物释放过程中,壳聚糖(chitosan,CS)作为一种pH敏感的生物材料,通过席夫碱反应共价修饰在ZIF-90表面,提高了复合材料的pH响应性。在pH=5.5的酸性条件下(细菌通过代谢导致局部酸性微环境)快速释放Levo,92%的Levo在40 h内被释放,而在正常环境下40 h的释放量为46%。抗菌试验结果表明,Levo@ZIF-90@CS对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均有较好的抑制作用。Levo@ZIF-90@CS具有较高的载药量和较好的抗菌性能,可作为一种良好的抗菌药物释放系统。

基于折减因子的奥氏体不锈钢螺栓高温应力-应变模型

不锈钢螺栓具有显著的耐久性、延性和耐火性,因此它们被广泛地应用于栓接的半刚性节点中。不锈钢螺栓如同其基材(不锈钢棒材)一样,在常温和高温下都表现出平滑的非线性特征,并且它们的应力-应变曲线中没有明确定义的屈服点。这种材料行为可以用不同的材料模型来表征,其中最常用的是Ramberg-Osgood公式或其修订版。然而,在现存不锈钢的材料模型中,相关力学参数的预测公式并不适用于经受冷作硬化和冷铸工艺的奥氏体和双相体不锈钢螺栓。因此,本工作基于先前研究中高温下不锈钢螺栓的折减因子建立它们的非线性高温材料模型。倘若在五个常温力学参数(杨氏模量、比例极限、屈服强度、极限强度和极限应变)已知的情况下,基于高温折减公式计算某一温度下的五个力学参数,进而评估试验应力-应变曲线与预测曲线之间的相关性。这种预测方法表明预测曲线与试验曲线具有明显的一致性,说明基于折减因子所建立的高温材料模型具有准确的预测精度。因此,联合不锈钢螺栓的高温折减公式,基于常温下的五个力学参数就可以准确预测其在某一温度下的应力-应变曲线。

高氮奥氏体不锈钢的冷变形行为

研究了氮含量为0.83%的高氮奥氏体不锈钢在经冷压缩处理后对拉伸性能的影响和微观组织的演变。对不同冷压缩率的样品进行了准静态拉伸实验。结果表明:在整个冷压缩率范围内,该材料具有良好的强度和延展性。高氮奥氏体不锈钢受冷压缩影响很大,随着冷压缩率的增加,强度急剧增加,塑性大幅下降,主要是因为冷压缩后微观组织的演变。高氮奥氏体不锈钢经85%冷压缩处理后,屈服强度较固溶态提高约3倍,达到1507 MPa,抗拉强度较固溶态提高了约2倍,达到1659 MPa。

氮在奥氏体不锈钢中的作用

论述了在奥氏体不锈钢中适量加入氮可以提高奥氏体组织稳定性、力学性能和部分抗腐蚀能力 ;表面渗氮技术 ,如等离子体源渗氮 ,使得奥氏体不锈钢的力学性能、抗腐蚀性能更加优异 同时指出有关氮化物析出的原因、条件以及对力学性能、抗腐蚀性能的一些负面影响 研究结果表明 ,由于氮价格十分低廉、可以部分甚至全部取代镍以及合金化后展现出的优良性能 ,氮已经成为奥氏体不锈钢重要的合金化元素 。

奥氏体

奥氏体是其他元素在铁中的固溶体.碳、氮间隙原子位于Fe八面体的中心(面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中点),而合金元素(锰、硅、铬、镍、钴)原子通常置换部分铁原子,处于面心立方点阵的结点位置.

应变强化奥氏体不锈钢力学行为研究及应用

针对奥氏体不锈钢塑性和韧性优良但屈服强度低的问题,提出采用应变强化工艺来提高奥氏体不锈钢的屈服强度。研究了应变强化工艺中的两个关键工艺参数——应变量和应变速率对材料力学行为的影响。对应变量的研究结果表明,将奥氏体不锈钢的应变强化量控制在10%左右,材料的屈服强度可以得到显著提高。由此可大幅减薄压力容器的设计壁厚,实现压力容器的轻型化设计。与此同时,在10%左右的形变量下,因形变诱发的马氏体量很少,材料仍保持了较好的塑性和韧性,为压力容器的安全设计提供了保证。对应变速率的研究结果表明,在准静态条件下,奥氏体不锈钢材料力学性能指标对应变速率不敏感,但过小的应变速率会导致材料出现锯齿形屈服,产生Portevin-Le Chatelier(PLC)效应。

奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术

随着低温液化气体的日益广泛应用,深冷容器的需求量不断增加。在安全的前提下,实现深冷容器的轻量化,对于节能降耗具有重要意义。采用室温应变强化技术可以提高奥氏体不锈钢的屈服强度,显著减薄奥氏体不锈钢制深冷容器的壁厚,减轻重量。中国、美国、德国、澳大利亚等已将该技术用于制造奥氏体不锈钢深冷容器。在简要介绍室温应变强化技术发展历史、标准和优点的基础上,着重分析讨论了该技术推广应用中遇到的常见问题。

奥氏体中锰钢加工硬化的微观机制

应用固体与分子经验电子理论对中锰钢（１．２％Ｃ，８％Ｍｎ）奥氏体的价电子结构进行的计算表明，有Ｃ－Ｍｎ原子的偏聚；用ＴＥＭ组织观察和能谱分析发现奥氏体中有锰元素的偏聚；在ＴＥＭ薄膜原位动态拉伸变形试验中观察到应变诱发马氏体的形核与长大及高密度位错产生的过程；能谱分析发现马氏体相变区锰含量较低。

应变和成分对316L不锈钢纤维的一些重要性能的影响

报导了应变对不同成分 316 L不锈钢纤维磁性和力性的影响。研究结果表明 :不锈钢丝合金元素对 316 L 奥氏体的稳定性有显著影响。合金元素含量越低 ,奥氏体的稳定性越低。对不稳定的奥氏体施加一定的真应变 。

铌、氮在中锰奥氏体钢中的作用

阐述了铌、氮在中锰奥氏体钢中的作用及其对中锰钢组织和性能的影响。结果表明 ,铌、氮能形成 Nb2 C和 Nb N,它们可作为非自发结晶的核心 ,从而使中锰钢的晶粒度从原来的 2～ 3级细化到 6～ 7级 ,冲击韧性提高 36 % ,裂纹形成功提高 10 5 %。此外 ,铌、氮能降低层错能 ,阻止位错运动 。

高锰奥氏体超低温钢低温脆断机制的研究

研究了高锰奥氏体钢的低温断裂机制。高锰奥氏体钢随温度降低其断裂机制由韧窝状断裂转变到晶界断裂。在固溶处理时快速冷却过程中锰在奥氏体晶界产生不平衡偏聚。由于锰的偏聚层的强度、应变硬化指数和应变硬化率均高于晶内基体材料，因此在加载形变过程中位错在偏聚层处塞积而产生很大的内应力，在偏聚层处的应力远大于晶内，因此在晶界偏聚层处产生晶界断裂。

多类型超细碳化物冷作模具钢DM9热处理工艺研究

应用相平衡热力学计算和根据碳化物随温度变化规律 ,研制的冷作模具钢DM9,因存在多类型碳化物 (M6 C ,M3C ,M2 3C6 、M7C3和MC) ,在常规的锻轧加工和退火工艺条件下 ,碳化物颗粒具有超细化特征。该钢因不同类型碳化物晶体结构不同 ,溶解及析出长大的热力学和动力学差异 ,使淬火温度范围加宽 ,95 0℃淬火 2 2 0℃回火或 110 0℃淬火 5 6 0℃回火 ,硬度≥ 6 2HRC 。

热处理工艺对新型轻质奥氏体耐磨钢的组织与力学性能的影响

以新型轻质高锰、高铝的奥氏体耐磨钢为研究对象,利用XRD,OM,SEM,EDS观察显微组织和析出物,研究不同的热处理工艺对新型钢种的组织与力学性能影响。结果表明:该新型轻质奥氏体耐磨钢的最佳优化热处理工艺为1050℃保温1h水韧,550℃时效2h,空冷。在最佳热处理工艺条件下奥氏体基体内弥散析出细小的钙钛矿结构(Fe,Mn)3AlC的κ-碳化物颗粒,不仅强化了奥氏体基体,其力学性能也得到明显改善;最优工艺处理后实验钢的硬度、强度、冲击韧度达到了最佳匹配,其抗拉强度为825MPa,屈服强度为574MPa,冲击韧度值为156J/cm2(V型缺口),硬度为271HB;与只进行水韧处理相比实验钢的屈服强度提高40.0%,硬度提高32.2%。

表面状态对TP347H钢蒸汽氧化速度的影响

研究了磨削、喷丸、细晶粒+酸洗、磨削+酸洗和15%变形+酸洗等5种状态TP347H钢试样在650℃水蒸气中氧化2 000h的表面形态和氧化速度.用蒸汽氧化炉进行蒸汽氧化试验,用扫描电子显微镜和能谱仪对氧化后试样表面氧化膜的形貌和成分进行了观察和分析,用X射线衍射(XRD)分析了表面氧化膜的结构,用减重法和厚度法测试和计算了5组TP347H试样在蒸汽中的氧化速度.结果表明:表面状态不同的试样在水蒸气中氧化时,形成的氧化膜形貌相似,但氧化速度不同.氧化速度由小到大依次为磨削试样、喷丸试样、细晶粒+酸洗试样、磨削+酸洗试样和15%变形+酸洗试样.

18-8型奥氏体不锈钢锅炉管服役特性研究(一)

对18-8型奥氏体不锈钢锅炉管的服役特性进行研究,其主要包括奥氏体不锈钢锅炉管服役过程中组织演变规律、力学性能变化、组织性能变化及不锈钢锅炉管制造工艺差异对服役安全性的影响。研究结果表明,随着服役期的延长,材料的σ相逐渐析出,材料脆化,抗腐蚀能力降低;固溶处理工艺不当时,易在运行中产生裂纹;未施行去应力处理时,会加大应力腐蚀风险;焊接时应注意线能量和冷却速度的控制。