淬火温度对气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢组织和力学性能的影响

为了优化一种气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢的淬火工艺,采用SEM,TEM,EBSD和拉伸、冲击等观察和检测手段,研究了淬火温度对一种气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,不同淬火温度处理后的合金钢,均呈现为板条马氏体组织,其碳化物析出和板条亚结构基本保持不变,而原始奥氏体晶粒则随淬火温度的提高而出现明显的粗化,由800℃的4.3µm长大到930,1200℃的29.6,371.1µm,同时有效晶粒尺寸(EGS)也逐渐增加,800,930,1200℃的EGS分别为0.60,1.20,3.22µm。淬火温度对合金钢的室温抗拉、屈服强度和断后伸长率影响较小,而随着淬火温度的提高,冲击吸收能量则出现了显著的下降,由800℃的119 J,下降到930,1200℃的68,38 J。EGS增大导致冲击断裂时出现解理断裂,是较高淬火温度合金钢冲击吸收能量下降的主要原因。淬火温度为800~860℃时,Fe-Cr-Ni-Mo钢具有良好的强韧性匹配,该研究结果对Fe-Cr-Ni-Mo钢制气瓶的工业化生产具有指导意义。

Mn对铸态及均匀化态6082铝合金组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热法(DSC)和电导率测试仪等研究了Mn含量分别为0.7 mass%和0.5 mass%(分别命名为07Mn合金和05Mn合金)的6082铝合金铸态、均匀化态组织及析出行为。结果表明:铸态07Mn合金组织中形成了更粗大的鱼骨状结晶相,均匀化退火后,晶界处难溶结晶相转化为了微米级α-Al(Mn, Fe)Si相,并在晶内析出了纳米级的α-Al(Mn, Fe)Si相。07Mn合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的析出激活能更低,从而析出了数量更多、尺寸更小的α-Al(Mn, Fe)Si相。通过电导率计算,确认了Mn元素会促进合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的形核。

保温工艺对G20CrNi2Mo轴承钢带状组织的影响

G20CrNi2Mo轴承钢工件易出现带状组织,降低其疲劳性能和服役寿命。为掌握带状组织的形成原因和消除方法,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和电子背散射衍射(EBSD)等表征分析了保温工艺对G20CrNi2Mo轴承钢带状组织成分和结构的影响。结果表明:G20CrNi2Mo轴承钢形成带状组织的原因是C元素的偏析,部分区域贫C导致其马氏体相变所需的临界冷却速率增加,随后在锻造冷却时此区域先共析形成了铁素体带;通过高温长时保温可以促进C元素的扩散,进而消除带状组织。对于渗碳/氮热处理过程,当处理温度≥820℃时,带状组织可完全消除。而当处理温度≤820℃时,可通过940℃保温3 h的正火预处理将带状组织提前消除,其在后续的渗碳/氮热处理过程中不再出现。

多孔NiTi形状记忆合金中Ni的释放行为

多孔NiTi合金在生理盐水和模拟体液中的Ni释放速率远大于具有相同名义表面积的致密态NiTi合金.在恒定的静弯曲应变的作用下,多孔NiTi形状记忆合金Ni释放速率呈现增大的趋势.多孔NiTi合金在60℃的4 mol/L的NaOH溶液中浸泡24 h,然后在600℃进行1 h处理后,合金表面形成一层氧化膜,阻隔了浸液与基体的接触,明显降低多孔NiTi合金的Ni释放速率.

扫描云纹干涉法研究多孔NiTi形状记忆合金的微观形变特性

利用扫描云纹技术研究了多孔NiTi形状记忆合金在压缩状态下的微观形变特征．通过压缩变形过程中云纹密度和方向的改变分析了多孔合金孔壁边缘和心部应变场的变化．结果表明:多孔NiTi形状记忆合金的失效是由孔隙边缘的应力集中所引起的．在外加压缩载荷的作用下,多孔NiTi合金的孔壁边缘和心部除承受压缩应力外,还承受较大的剪切应力作用．在孔隙的尖角区形成了应力集中,并逐步产生裂纹．裂纹沿着与加载方向成45°角的方向向孔壁中心扩展,最终产生断裂．多孔合金断裂后在孔壁边缘区域产生很大的应变,而孔壁心部的应变较小,几乎没有发生塑性变形．最后结合云纹干涉的结果分析了多孔NiTi形状记忆合金的压缩行为特征．

Fe-Mn-Ge合金弹性模量反常与相变的研究

利用声频共振方法测量了Fe-Mn-Ge合金的杨氏模量与温度之间的关系,顺磁-反铁磁性转变导致合金出现明显的弹性模量反常,产生模量软化,Ge降低Fe-Mn合金的弹性模量E和尼尔转变温度T_N,增大ΔE值,并使T_N以下的弹性模量温度系数β_E由负变正,γ+ε两相组织有利于获得较小的β_E值恒弹性合金,以E-T曲线确定的合金相变温度与以磁化率、电阻率、膨胀率确定的相变温度基本吻合,用弹性模量方法能准确地测定出合金马氏体相交点和磁性转变点。

(NiTi)50-0．5xNbx形状记忆合金的阻尼性能及力学性能

通过加入Nb制备了具有双相组织的(NiTi)_(50-0.5x)Nb_x(x=5,10,15,20)形状记忆合金,合金兼具高阻尼性能和高屈服强度.随着Nb含量x的增大,合金中(NiTi+β-Nb)共晶组织比例含量增加,合金轧制样品在马氏体状态自协作屈服强度随之升高,在x=15时达到最高(289 MPa);同时,合金轧制样品保持高阻尼性能,本征阻尼性能tanδ>0.01,并随x增大而升高.根据形状记忆合金阻尼理论以及NiTiNb形状记忆合金的阻尼性能随温度的变化规律,探讨了β-Nb和NiTi相界面阻尼对合金阻尼性能的影响.

快捷货车转向架用Q345E钢板焊接接头疲劳性能研究

采用熔化极非惰性气体保护电弧焊(MAG)工艺对快捷货车转向架用Q345E钢板进行焊接试验,经无损检测合格后对焊接接头进行疲劳性能试验,制定了焊接接头的疲劳S-N曲线,并采用升降法确定了接头的疲劳极限及标准偏差,通过对疲劳试样断口进行系统分析,确定了接头的疲劳失效机制,结果表明:接头焊缝内的微小气孔和夹渣缺欠对接头的疲劳性能有明显影响,该缺欠在接头疲劳试验过程中将成为疲劳裂纹的萌生位置,进而恶化接头的疲劳性能。

奥氏体不锈钢中液析碳化物在高温均匀化过程中的演化

利用激光高温共聚焦显微镜对铸态奥氏体不锈钢中的液析NbC在1200~1300℃高温均匀化过程中的演化行为进行了原位分析,研究结果表明:由于在凝固过程中Nb元素的偏析,导致液析NbC周围基体的液相线温度降低,在高温均匀化过程中产生局部液相,提高了高温扩散动力;1250℃高温均匀化处理可以有效改善液析NbC的形貌和尺寸,是高温均匀化的最佳温度。

TRIP980钢板激光焊接工艺研究

采用不同焊接工艺对TRIP980钢板进行激光焊试验,研究了激光功率及焊接速度对接头宏观组织及力学性能的影响。结果表明:随着激光功率的增大,焊缝熔深逐渐增加直至完全焊透,此时接头强度先提高,之后保持稳定,断裂位置由焊缝过渡为母材,当功率过大时将产生严重飞溅,恶化焊缝性能,导致拉伸时沿焊缝开裂。随着焊接速度的提高,飞溅开始严重,导致接头强度较低,沿焊缝开裂,之后飞溅减小,接头强度提高且保持稳定,并沿母材断裂,继续提高焊接速度,焊缝熔深减小,接头强度降低,且沿焊缝处断裂。对于本研究钢板焊接合理的热输入为:33 333~50 000 J/m。

含钪7N01铝合金中Al3（Sc,Zr,Ti）相的析出及其作用机制

钪是铝合金中常见的添加元素,但关于钪在铝合金中的作用机制研究还不够深入。通过电阻炉熔炼方法制备了传统7N01铝合金与新型含钪7N01铝合金,经均匀化处理后将合金热挤压成板材并进行双级人工时效处理。采用电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)对比分析了传统7N01铝合金与新型含钪7N01铝合金的微观组织,对时效态热挤压板材力学性能进行了表征,并分析了合金强化的作用机制。结果表明:经470℃/24h均匀化处理后,传统7N01铝合金中析出了少量的纳米Al3(Zr,Ti)相,而含钪7N01铝合金中析出了大量纳米Al3(Sc,Zr,Ti)相。这种高密度、与基体保持共格的Al3(Sc,Zr,Ti)相对晶界迁移的钉扎效果显著,明显提升了再结晶形核的临界亚晶尺寸,抑制了热挤压过程中的动态再结晶,使含钪7N01铝合金几乎由完全的纤维结构组成。同时,含钪7N01铝合金的抗拉强度和屈服强度分别较传统7N01铝合金提高了10.7%和13.3%。计算结果表明,添加钪引起7N01铝合金的细晶强化和弥散强化效果分别为7和57MPa,强化效果主要来源于Al3(Sc,Zr,Ti)相的弥散强化。

带状组织对S355J2W(H)耐候钢板冲击性能的影响

通过金相显微镜和扫描电镜对具有不同带状组织等级的S355J2W(H)耐候钢板的显微组织进行观察;测试了不同温度下该钢的冲击性能和拉伸性能。结果表明:带状组织对S355J2W(H)耐候钢板拉的冲击性能影响较大。带状组织严重的板材横向冲击性能比板材的纵向冲击功降低150 J左右,尤其是低温冲击韧性明显降低。其主要原因在于带状组织内珠光体局部应力集中而萌生裂纹,在受力情况下裂纹沿珠光体和铁素体界面扩展并开裂。

含Cu的HSLA钢中富Cu团簇的粗化行为及其对力学性能的影响

利用原子探针层析技术(APT)对含1.4 mass%Cu的低合金高强度钢(High strength low alloy,HSLA)在450℃回火2~100 h后的富Cu团簇进行了表征,并对富Cu团簇的粗化行为及其强化行为进行了定量分析,通过拉伸实验测定了实验钢的力学性能。APT结果表明:随着回火时间的延长,富Cu团簇的等效半径逐渐增加、数量密度逐渐降低。富Cu团簇的粗化系数k,由回火2~10 h的1.9 nm^(3)/h,减小为50~100 h时的0.27 nm^(3)/h,导致富Cu团簇粗化速率下降。回火过程中,析出的富Cu团簇通过与位错的交互作用,显著提高了1.4Cu钢的屈服强度,回火2~10 h时后实验钢出现了一个屈服强度约为1076 MPa和伸长率约为19%的平台,表明实验钢具有良好的强塑性匹配。

挤压比对7N01铝合金应力腐蚀性能的影响

选取3种不同的挤压比10、22和35,研究了挤压比对7N01铝合金微观组织、力学性能以及应力腐蚀性能的影响规律。研究结果表明:随着挤压比的增加,合金的晶粒尺寸变小,挤压条带宽度变窄,合金的时效响应速度加快,合金的强度显著提升。同时,在挤压温升和冷却速度的双重作用下,随着挤压比的增大,合金中过饱和固溶原子的数量增加,晶界析出相的连续性发生改变,形成不连续-略连续(细小)-不连续(粗大)的变化过程,由此导致合金的应力腐蚀指数随着挤压比的增大呈现先增加后减小的趋势,因此在实际生产时,应避开挤压比为22以内的范围。

一种连铸连轧低碳低合金钢板的组织特征

利用光学显微镜、直读光谱仪和电子探针研究了一种用连铸连轧工艺生产的低碳低合金钢板的组织特征及成分偏析.结果表明:该钢板的显微组织以珠光体/铁素体带状组织为主要特征,并且随距钢板表面距离增加,带状组织中珠光体比例增加,铁素体平均晶粒尺寸增大.锰含量沿垂直带状组织方向波动,在珠光体条带内含量较高,而在铁素体条带内含量相对较低.钢板中心偏析明显,形成较多长条状硫化物夹杂.

一种连铸连轧低碳低合金钢板的冲击韧性

利用扫描电镜研究了一种用连铸连轧工艺生产的低碳低合金钢板的冲击断口.结果表明,裂纹优先在硫化物夹杂与钢基体界面处形核,裂纹的扩展有沿带状组织发展的趋势.条状硫化物夹杂和带状组织均降低钢材横向的冲击韧性,但带状组织的影响较小.正火能明显改善钢板横向的冲击韧性,但对纵向冲击韧性的改善甚微.

δ-铁素体对钠冷快堆用316KD奥氏体不锈钢热变形行为和动态再结晶的影响

奥氏体不锈钢中δ-铁素体的存在显著影响热加工过程中奥氏体晶粒度的控制,造成晶粒不均匀现象,关于δ-铁素体对奥氏体动态再结晶行为的影响机制尚不清楚。本工作利用Gleeble-3800热力模拟试验机在1423 K、0.1 s^(-1)条件下进行了铸态样品和均质化处理态样品的热压缩实验,结合SEM、EBSD和TEM等研究了δ-铁素体对热变形行为和动态再结晶的影响。结果表明:1473 K均质化处理14 h可基本消除δ-铁素体,同时伴随着奥氏体晶粒的显著长大,计算表明δ-铁素体向奥氏体的转变速率主要受控于Cr在奥氏体中的扩散。铸态样品变形过程中,δ-铁素体内部、δ-铁素体/奥氏体界面处的塑性变形先于奥氏体相,高温下较软δ-铁素体的存在,造成铸态样品的流变应力明显低于均质化处理态无δ-铁素体样品。随着变形的进行,δ-铁素体易发生动态回复,动态回复引起的软化导致流变应力显著下降。均质化处理态样品的动态再结晶机制是原始奥氏体晶界弓出形核的不连续动态再结晶。而δ-铁素体的存在促进了δ-铁素体/奥氏体界面附近奥氏体的动态再结晶,其机制为连续动态再结晶。铸态样品中的原始奥氏体晶界为不连续动态再结晶的形核位置,2种动态再结晶机制的耦合作用使得铸态样品的动态再结晶程度显著高于均质化处理态样品。

预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐Pb-Bi腐蚀性能的影响

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐550℃饱和氧LBE的腐蚀性能的影响。结果表明,该钢在720℃、1%O_(2)+99%N_(2)气氛中预氧化1 h时形成的氧化膜主要是(Fe,Cr)_(2)O_(3)和MnCr_(2)O_(4)氧化物,此氧化膜可有效阻止钢中Fe元素的向外扩散和LBE中O元素的向内扩散,进而提升了材料的耐LBE腐蚀性能。但由于Mn较高的扩散速率和在LBE中较高的溶解度,预氧化膜中的Mn元素会逐渐扩散和溶解至LBE,导致部分氧化膜失效并形成局部腐蚀区,当LBE腐蚀1000 h后,合金表面的局部腐蚀区可达60%。本工作揭示了新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢中预氧化膜的微观结构、保护效果和失效机制,为进一步提升其预氧化膜的有效性和稳定性指明了方向。

G-355NH耐候钢在不同区域气候环境中的大气腐蚀行为研究

依据我国不同地域的气候特征,选择4种典型区域进行大气暴露试验,结合实验室周期浸润试验,开展不同气候条件下耐候钢的大气腐蚀规律研究。结果表明:区域性气候显著影响G-355NH低合金高强耐候钢的大气腐蚀行为,不同区域的G-355NH耐候钢腐蚀速率初期差异较大,温度和湿度对腐蚀速率影响显著,但当大气暴露12个月后各区域的腐蚀速率基本相同。不同区域腐蚀锈层达到一定深度趋于稳定,可有效保护基体,其中沿海高温环境下锈层厚度最大,其余区域厚度基本一致。不同区域条件下腐蚀层均包含α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3O4等产物,在南部沿海气候特征下还会产生一定的β-FeOOH。

Si对一种9Cr铁素体/马氏体钢显微组织和力学性能的影响

基于ASME标准成分的P91钢,设计了一种Si增强型的9Cr铁素体/马氏体钢(记为H-Si钢)。利用OM、FESEM、TEM、EBSD、拉伸和冲击等分析和检测技术,对P91和H-Si合金钢铸态、均质化态、回火态和时效态(550℃时效3000 h)的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,Si增强后会在合金钢中引入体积分数为3.9%的δ铁素体,但通过均质化处理可以将其完全消除。回火处理后,H-Si钢因Si含量较高,会形成富Si层包裹M_(23)C_(6)的现象,该富Si层阻碍了M_(23)C_(6)的粗化长大,使M_(23)C_(6)的尺寸小于P91钢中M_(23)C_(6)的尺寸。与此同时,在550℃时效处理时该富Si层同样会减缓M_(23)C_(6)的长大,同时还促进了Laves相的形核和生长,造成时效态H-Si钢具有较细的M_(23)C_(6)和较粗的Laves相。回火态H-Si钢因较高的Si含量和较细的M_(23)C_(6),强度明显高于P91钢,而时效处理后因Laves相的析出,强度进一步提高。回火态P91和H-Si合金钢具有相近的冲击功(约210 J),断裂模式均为韧性断裂。时效处理后由于Laves相的析出,导致P91和H-Si合金钢的冲击功下降。因H-Si钢中Laves相的尺寸较大、数量较多,使H-Si钢出现了一定比例的解理区,导致冲击功下降更明显。