预回火工艺对H13钢组织和性能的影响

对淬火后H13钢进行620,640,660,680℃下保温10,20,40min的预回火与600℃保温120min回火处理,并以常规回火(二次600℃保温120min回火)为对照,研究了预回火工艺对H13钢组织和性能的影响。结果表明:随着预回火温度提高或保温时间延长,H13钢中马氏体分解程度增加,残余奥氏体数量减少,析出碳化物尺寸增大,位错密度降低,H13钢的硬度降低,冲击吸收功增大;与常规回火相比,620,640℃下预回火10~20min+600℃回火后H13钢的位错密度更高,660,680℃下预回火10~40min+600℃回火后H13钢的的位错密度更低,660℃下预回火10~40min+600℃回火处理可以同时提高硬度和冲击韧性,其原因是较低位错密度和较小尺寸回火析出相的共同作用。

LB/M复相热处理工艺对冷作模具钢DC53组织和力学性能的影响

本文研究了不同预淬火温度的QTA(Quenching-Tempering-Austempering)复相热处理工艺(Q为1030℃,30 min;T为520℃,2 h;A为250℃,3 h)对冷作模具钢DC53的微观组织和力学性能及摩擦磨损性能的影响,并与常规淬火-回火(Quenching-Tempering,QT)热处理工艺(Q为1030℃,30 min;T为520℃,2 h)进行对比。结果表明,QT工艺得到的组织以回火马氏体为主;QTA工艺可以得到下贝氏体/马氏体(Lower Bainite/Martensite,LB/M)为主的复相组织,这些复相对原奥氏体晶粒的分割产生的细晶强化作用部分抵消了LB和残余奥氏体(A_(R))的弱化作用,并且,这些复杂的微观组织极大提升了DC53钢的冲击韧性;当QTA的预淬温度为100℃时,其硬度仅比QT工艺低1.4HRC,但是冲击吸收能量却是QT工艺的2.44倍。因此,优化的QTA工艺可以得到较高的强韧综合性能。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

12Cr13马氏体不锈钢B/C化学热处理的研究

研究了固体硼碳共渗及复合渗技术工艺参数对12Cr13马氏体不锈钢的组织和性能的影响。共渗方面对12Cr13钢进行不同硼碳比例的固体硼碳共渗热处理;复合渗方面对12Cr13马氏体不锈钢先进行固体渗碳,然后再进行渗硼处理,得出最优的复合渗参数。对最优参数下的共渗及复合渗12Cr13马氏体不锈钢试样进行显微硬度、XRD物相结构、电化学下耐腐蚀和摩擦磨损性能检测分析。结果表明:共渗温度950℃、共渗6 h条件下,硼碳共渗最优渗剂硼碳比为6∶4;化学渗6 h条件下,硼碳复合渗最优参数为950℃渗碳,950℃渗硼;硼碳共渗和复合渗试件经过最终热处理(淬火+低温回火)后,表层组织硬度最高可达1 507.3 HV0.98 N,心部硬度为420.6 HV0.98 N,最优参数下硼碳共渗及复合渗渗层厚度分别为976μm和1 125μm;电化学测试表明硼碳共渗和硼碳复合渗处理后材料的耐蚀性有所提高,共渗腐蚀电位为-0.578 V,复合渗为-0.582 V。磨损试验显示硼碳共渗和硼碳复合渗后经化学热处理可以显著提高12Cr13马氏体不锈钢的耐磨性能。

深冷处理对压铸铝硅合金力学性能与微观组织的影响

借助Image-Pro Plus辅助分析,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射(EBSD)等手段,研究了深冷处理对压铸铝硅合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:深冷处理可以有效提升压铸铝硅合金的力学性能。随着深冷时间的延长,深冷处理对合金力学性能的提升作用为先增加后减小的变化规律。与铸态合金相比,经12 h深冷处理后合金的力学性能获得最大的提升,抗拉强度为213.2 MPa,提升了15.4%,伸长率为8.65%,提升了36.2%,硬度HV为106.6,提升了18.1%。继续延长深冷时间,α-Al相、共晶Si相等开始缓慢长大,导致力学性能有所下降。深冷处理可以有效细化合金的α-Al相,改善共晶Si相和含铁相的尺寸和形貌,起到了细化组织和位错强化的作用。

基于响应曲面模型和Matlab遗传算法的压铸铝硅合金时效工艺优化及分析

时效工艺对压铸铝硅合金最终热处理强化效果起到至关重要的作用。利用响应曲面法研究了时效温度与时效时间的交互作用对压铸铝硅合金显微硬度、抗拉强度和伸长率的影响,并运用Matlab遗传算法对合金的力学性能进行多目标优化和时效工艺参数的设计。结果表明:响应曲面法结合Matlab多目标遗传算法的设计优化方法可以建立一个准确的模型,其预测值与实际值的误差小于5%。依靠模型可以快速获得不同目标需求对应的最优工艺参数方案,且经优化的时效工艺处理后合金的组织均匀,抗拉强度、硬度都有显著提升,伸长率略微下降。

H13及H13改进型热作模具钢热处理过程中碳化物析出演化行为研究进展

航空、轨道交通、汽车等现代制造领域中大部分关键金属零部件的生产与热作模具息息相关,包括模具钢研制在内的模具工业水平的高低目前已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。近年来,工业生产中应用最为广泛的热作模具钢H13及其改进钢种存在两大性能缺陷(等向性差和高温热强性低),其均与碳化物的析出演化密切相关。基于前期科研人员对不同类型碳化物析出演变规律的深入研究,本文总结了在球化退火、高温扩散退火、淬火和回火各不同热处理阶段及凝固过程中H13及其改进型热作模具钢中不同类型碳化物的析出演变机理,分析了碳化物尺寸、数量和分布对材料力学性能的影响,归纳了对材料综合性能具有负面作用的相关碳化物进行调控的措施,对后续H13及其改进型热作模具钢的合金成分优化和热处理工艺改进具有参考价值。

固相法合成负热膨胀性粉体ZrW_2O_8

以分析纯ZrO2和WO3为原料,用固相法制备了负热膨胀材料ZrW2O8粉体.以X射线粉末衍射、扫描电子显微镜分别对粉体进行物相分析和形貌观测;通过高温X射线衍射以及Powder X软件计算不同温度下的晶胞参数,从而确定热膨胀系数.结果表明:经1 220℃保温3 h制备出的高纯度ZrW2O8粉体为单一立方结构,平均粒径为0.5μm;ZrW2O8粉体有显著的负热膨胀特性,在室温到150℃范围内,所得ZrW2O8粉体热膨胀系数为-11.58×10-6K-1;200～500℃范围内,热膨胀系数为-3.77×10-6K-1;在整个温度范围内平均热膨胀系数为-6.31×10-6K-1.

800H合金的高温抗氧化性能

利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等,对800H合金高温氧化膜的增厚动力学、形貌及氧化物组成进行了分析。结果表明,700和800℃下形成的氧化膜相近,由(Cr,Fe)2O3和Mn-Cr氧化物组成;900℃时的氧化膜急剧增厚,里层依然是Cr2O3,中间层则是Cr-Fe-Mn氧化物,外层为富Ti的氧化物。通过热力学和动力学计算,提出了800H合金氧化膜形成的模型,发现TiN的存在改变了氧化膜的结构。

负热膨胀化合物材料ZrW_2O_8的机理与制备技术

以ZrW2O8为典例,介绍了新型功能材料———负热膨胀材料的最新研究进展;列举了几种负热膨胀材料的物理性质和热力学参量;叙述了ZrW2O8的α相、β相和γ相之间的转变关系和过程;介绍了该类新材料的负热膨胀机理及刚性单元模式和受抑软性模式两种理论模型;系统探讨了该类材料的固相合成和液相合成技术,对比分析了各自的特点与存在的不足。

超临界锅炉用不锈钢热处理工艺与组织分析

在分析10Cr18Ni9NbCu3BN奥氏体不锈钢显微组织的基础上,计算预测钢中未溶碳氮化物和高温铁素体δ相的含量和材料的强度,并分析热处理工艺的合理性.研究结果表明,高温铁素体δ相的计算值与试验结果相符;材料强度的计算值与试验结果相近;固溶处理温度可降低到1100℃;软化处理温度可降低到1150℃.对奥氏体不锈钢热处理工艺、组织和强度进行的计算分析将为企业生产提供重要的理论依据.

强化固溶态2024铝合金ECAP加工后的拉伸性能

在室温下对经强化固溶处理的2024铝合金实施了等效应变为0.5的等通道转角挤压(ECAP),将强化固溶、形变、时效和晶界细化四者有机结合,制备出超高强铝合金,其硬度、屈服强度、伸长率分别高达约191 HV,610 MPa和13%.强度结构关系的定量计算表明,ECAP变形过程中所引入的位错,其对强度提升的贡献高达整个强度提高值的62.2%.研究结果还表明,强化固溶→低温ECAP变形→低温人工时效是提升常规铝合金的强度、制取超高强铝合金的一条有效途径.

铜包覆钨酸锆复合粉体的制备

用分步固相法合成高纯钨酸锆(ZrW2O8)。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪检测物相结构。用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察ZrW2O8颗粒形貌。经过粗化和一步敏化、活化工艺,用化学镀法在超声波辐照下对微米级ZrW2O8颗粒进行包覆。用XRD判断包覆粉体的成分组成。用SEM观察ZrW2O8颗粒镀覆结果。用差示扫描量热仪(thermogravimetry–differential scanning calorimetry,TG–DSC)对复合粉体进行了TG–DSC分析。结果表明:在超声波并在合适的镀液组成和工艺条件下实现了铜(Cu)均匀包覆ZrW2O8,在镀液中加入亚铁氰化钾[K4Fe(CN)6·3H2O]和2,2'–联吡啶(C10H8N2)双稳定剂可以有效消除或减少复合粉体中的氧化亚铜(Cu2O)。

奥氏体钢层错能与ε马氏体相变

导出了在奥氏体钢中相变驱动力与层错能的关系以及层错能和应变能对马氏体形态的影响规律。估算了低碳、氮含量的低温奥氏体钢中层错扩展时的晶格摩擦阻力(约为相变驱动力的18%)。临界层错能约为150mJ/m2。

退火温度对ZrW_2O_8薄膜结构和结合力的影响

采用纯ZrW2O8陶瓷靶材,以射频磁控溅射法在石英基片上沉积制备了ZrW2O8薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪和表面粗糙轮廓仪研究了薄膜的相组成、表面形貌、薄膜与基片之间的结合力和薄膜厚度.试验结果表明:磁控溅射制备的薄膜为非晶态,在740℃热处理3 min后得到三方相ZrW2O8薄膜,在1 200℃封闭试样的条件下热处理8 min淬火得到立方相ZrW2O8薄膜;随着热处理温度的提高,薄膜的晶粒逐渐长大,平滑致密的表面出现了一些孔洞和缺陷,同时薄膜与基片之间的结合力也逐渐降低.

新型Cr19Ni28Ti合金空气中高温氧化的研究

利用增重法研究了新型Cr19Ni28Ti合金在700、800和900℃空气中的高温氧化行为,绘制了高温氧化动力学增重曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜进行了表征。结果表明,700、800和900℃氧化增重分别为0.07、0.1和0.45mg/cm2,具有良好的抗氧化性;高温氧化动力学曲线符合抛物线规律。700℃氧化100h的氧化膜主要由Mn1.5Cr1.5O4、Fe(Ni)Cr2O4和Cr2O3组成;800℃氧化后增加了产物Fe2.95-Si0.05O4;900℃氧化Ti已经开始向金属表面扩散,并与氧发生反应,生成了TiO2。

以木材为模板制备Al_2O_3多孔陶瓷的工艺

利用A l2O3和木屑混料,分别采用直接烧结和分步炭化烧结的方法制备了一种具有木材管胞组织结构的多孔A l2O3陶瓷.利用X射线衍射对物相进行分析,采用扫描电镜对多孔A l2O3陶瓷的形貌进行观察,测定了其密度、显气孔率和抗弯强度.试验结果表明:分步炭化烧结法更加适合得到性能较好的A l2O3多孔陶瓷,木材的显微管胞组织结构在多孔A l2O3陶瓷中保留很好.利用分步烧结法可以有效地防止开裂和严重变形,且制备得到的多孔陶瓷具有低密度高显气孔率的性质,说明孔洞大部分已连通并呈网络状分布,其抗弯强度明显提高.

核电装备用奥氏体不锈钢的高温本构模型及动态再结晶

采用热模拟压缩实验研究核电装备用316L奥氏体不锈钢在变形温度为900~1100℃、应变速率为0.01~5s^-1时的高温变形行为。根据压缩实验数据绘制流变应力曲线;基于Arrhenius关系并考虑应变量因素,建立耦合应变量因素的改进型本构方程;结合光学显微镜(OM)观察材料变形过程中微观组织的特征;根据加工硬化率-流动应力曲线确定316L不锈钢的动态再结晶临界应变并基于Avrami方程建立其动态再结晶体积分数模型。结果表明:在316L不锈钢热变形过程中,较低的温度和较快的应变速率对应的流变应力也较大;耦合应变量因素的本构模型预测316L不锈钢的流变应力,预测值与实验值的相关系数为0.98688,平均相对误差仅4.6%,该模型能较好地预测316L不锈钢在热变形过程中的变形抗力。316L不锈钢易在高温、低速的加工条件下发生动态再结晶行为,其动态再结晶体积分数与应变呈S形变化。该模型所得的预测值与实验数据之间的相关性较好,能很好地预测316L不锈钢在热加工过程中发生动态再结晶的体积分数。

磁控溅射法制备ZrW_2O_8/Cu梯度薄膜

在单晶硅基片上用磁控溅射法制备ZrW_2O_8/Cu梯度薄膜。用X射线衍射分析薄膜的物相组成,用原子力显微镜和扫描电镜对薄膜的表面形貌进行观察和分析,利用X射线光电子能谱技术对薄膜中各元素沿深度的分布情况进行检测。结果表明:溅射所得薄膜为非晶态钨酸锆与氧化铜的复合薄膜,快速热处理和氢气还原后得到立方相钨酸锆与铜的复合薄膜,在760℃下热处理钨酸锆的结晶度最好,而在740℃热处理的薄膜质量最佳,薄膜中各成分沿厚度方向呈梯度分布。

固溶-大应变-后续热处理态AZ31镁合金的组织和性能

以AZ31镁合金为试验对象,探索固溶-大应变-后续热处理工艺路线制备高强镁合金的可行性。研究表明:固溶-大应变(强烈压缩)可以大幅度提高镁合金的强度(屈服强度约330MPa);后续适当的时效可以进一步提高镁合金的强度(时效强化),其屈服强度约为370MPa;后续再结晶处理可以在保持固溶态合金强度的同时大幅度提高其塑性。大应变样品显微组织中存在着大量的孪晶(内有亚晶存在)和位错。研究结果发现固溶-大应变-后续热处理是制备高强高延性镁合金的有效途径。