固溶强化铁素体QT500-14在转向器壳体中的应用

介绍了Si固溶强化铁素体球墨铸铁QT500-14的化学成分设计、合理的熔炼工艺以及铁液处理工艺,对单铸Y型试块和转向器壳体铸件本体取样分析发现,利用Si固溶强化的铁素体基体可以保证QT500-14汽车转向器壳体的基体组织和球化级别符合要求,从而满足力学性能及硬度等指标的要求。不同w(Si)量对材料组织和性能影响的研究数据显示:随着w(Si)量的增加,石墨有细化趋势,球径逐渐减小,固溶强化效果愈加明显,抗拉强度逐渐增强、韧性呈小幅下降趋势;Si在共晶转变时,有利于石墨的析出,降低石墨的尺寸,提高石墨的圆整度,减少对基体的割裂作用。

基于固溶强化的激光定向能量沉积TiZr基高熵合金成分设计与强塑性优化

目前,部分TiZr基高熵合金由于大量脆性相的析出,呈现出强塑性难以平衡的问题,阻碍了合金作为复杂构件材料的工程应用。利用激光定向能量沉积技术基于混合元素法及非平衡快速凝固特性,实现成分设计的独特优势。通过调整TiZr基高熵合金主元成分,实现了非等原子比Ti39Zr39Nb11Mo5.5V5.5的致密成形,并获得了无金属间化合物等脆性相析出的单相固溶体合金。合金呈现出优异的塑性变形能力,其压缩应变超过了50%,而50%应变率时的压缩应力达2194 MPa。进一步分析表明,固溶强化是合金呈现较高强度的关键,其对屈服强度的贡献超过了75%。

铜合金固溶强化的电子理论解释

基于固体与分子经验电子理论(EET),建立Cu-Cr合金的相空间价电子结构计算模型和方法,计算不同Cr含量的铜合金中各个结构单元的相空间价电子结构,从相空间价电子结构角度探讨合金元素的合金化行为,从电子结构层次探讨合金元素对基体所产生的固溶强化效应;提出与铜合金的固溶强化相关的价电子结构参数—固溶强化综合判定因子,并对不同合金的判定因子进行计算。结果表明,提出的固溶强化综合判定因子能够解释合金元素对基体的固溶强化效果,且与实验结果相符。

镁合金“固溶强化增塑”理论的发展和应用

镁是密排六方结构金属,滑移系较少,其基面滑移阻力比柱面和锥面滑移阻力低很多,基面滑移启动后其他滑移系很难启动,导致镁合金室温和低温的塑性变形能力较差。重庆大学等单位研究发现某些特定原子固溶在镁中既能阻碍基面位错滑移提高强度,又能通过缩小基面与非基面滑移阻力差距促进非基面滑移开启而改善塑性,达到同时提高镁合金强度和塑性的目的。重庆大学镁合金科研团队把这一结果发展为"镁合金固溶强化增塑"合金设计理论(Solid solution strengthening and ductilizing,SSSD)。这一合金设计理论在过去十几年中已成为解决镁合金强度和塑性平衡优化的一条新途径。重庆大学应用该理论开发了多种新型高性能镁合金,其中10多个新合金已批准为国家标准牌号合金和国际标准牌号合金。

固溶体的价电子结构与固溶强化

为在价电子结构层次研究代位固溶体与间隙固溶体强化差异的本质,建立了代位固溶体含溶质晶胞点阵常数的计算公式,以余(瑞璜)氏固体与分子经验电子理论为基础,按BLD(键距差分析方法)分析方法计算了代位固溶体含溶质晶胞的价电子结构.结果表明:代位固溶体中含溶质原子晶胞的nA值与不含溶质原子晶胞的nA值相差无几,而间隙固溶体中含溶质原子晶胞的nA值远高于不含溶质原子晶胞的nA值.这一信息从价电子结构的角度深刻揭示了两种固溶体强化程度存有严重差异的本质,从而把固溶体强化的机制追溯到固溶体的价电子结构.

具有失稳分解转变的Al-Zn-(Cu)系合金的固溶强化与析出强化

通过组织观察、X射线衍射及硬度测定对Al Zn (Cu)系合金的固溶强化和析出强化效应进行了研究·结果表明 ,合金的强化主要取决于溶质原子的固溶强化作用 ,而合金发生失稳分解所产生的时效硬化作用很弱·对于AlZn 2Cu实验合金来说 ,其固溶强化效应约为 1GPa ,而析出强化效应约为 180MPa·Cu原子的加入不仅提高了Al Zn合金的组织稳定性 ,使合金失稳分解造成的硬化峰值的出现大大推迟 ,而且 2 %Cu原子的加入使合金的淬火硬度约提高 30 0MPa·

应用相结构因子研究合金元素的固溶强化

利用固体与分子经验电子理论(EET),计算了奥氏体及马氏体中含碳的质量分数ωc<0.8％的含碳结构单元及ωc=0.2％的一元合金结构单元的相结构因子nA,nB,从电子结构层次探讨了含碳间隙固溶体和合金置换固溶体对γ-Fe,α-Fe产生的固溶强化,基于原子间的键合力提出了固溶强化判定系数s,研究发现将判据应用到含碳及合金元素的固溶体中时,计算结果与实验结果非常相符。

固溶强化镍基高温合金及其与异种材料焊接研究进展

固溶强化镍基高温合金服役温度高,抗高温氧化和抗腐蚀能力好,被广泛用于制造航空发动机以及超临界发电站等高温零部件。相比于沉淀强化镍基高温合金,固溶强化镍基高温合金焊接性相对较好,通过调整焊接工艺和合金成分即可避免焊接裂纹的形成。随着固溶强化镍基高温合金应用范围的不断扩大,高温合金与异种材料的焊接展现出巨大的研究价值。因此,综述了固溶强化镍基高温合金及其与异种材料焊接技术的研究进展,主要涉及氩弧焊、激光焊接、电子束焊接以及钎焊、扩散焊和摩擦焊接方法,并对固溶强化镍基高温合金焊接研究进行了展望。

非调质钢固溶强化规律的研究

基于非调质钢终轧强度力学性能计算公式,利用合金相价电子结构参数nA计算了不同合金元素的固溶强化增量,从而得出如下结论:每种合金元素的固溶强化效果都有一个最佳质量百分点;除去碳元素以外,合金元素硅的固溶强化效果最理想。

固溶强化FeCrNi合金塑性变形机制探讨

采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆对氮固溶强化的FeCrNi合金进行了不同温度下的准静态和动态力学试验,研究了温度和应变速率对FeCrNi合金力学性能的影响。结果表明：由于氮固溶强化原子的本征势垒△G_0较低,使FeCrNi合金在准静态下热激活应力为零时的临界温度T_c小于非热应力的失稳温度T_c,这时流变应力-温度曲线出现平台区；而在高应变速率时,T_c大于T_c,使平台区消失；在室温至600K之间存在的退火孪晶对非热应力和热激活应力均产生影响,随着温度的升高,退火孪晶逐渐消失,使得非热应力和热激活应力明显下降。

镍元素对18K金固溶强化的影响

采用氧气乙炔火枪制备了4种镍质量分数分别为0,2.5,5,8%的18K金合金;利用显微硬度仪和X射线衍射仪研究了镍质量分数对18K金固溶强化的影响。其研究结果表明:随着镍质量分数的增加,合金的硬度不断增加;这主要是由于镍质量分数的增加提高了合金的固溶度,加强了固溶强化机制。此外,镍元素对金的固溶强化效果要强于其他补口元素,这也是合金硬度提高的原因。

Er对镁合金固溶强化作用的第一性原理研究

采用虚拟晶胞近似方法控制固溶体中的Er含量，基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法研究了Er对Mg-zEr（x=1at．％～6at．％）固溶体的固溶强化作用。计算结果表明：Mg-xEr（x=1at．％～6at．％）固溶体的体模量（B）随Er含量的增加而逐渐增大，当Er含量为4at．％时体模量达到最高值，之后基本保持不变。剪切模量（G）和杨氏模量（E）随Er含量的增加而降低，当Er含量达到6％时，又略微增大。6种固溶体的5／B值均小于0．57，都是韧性材料。Er掺杂量为1at．％～5at．％的区间内，随Er含量的增加，固溶体的G／B值明显降低，泊松比（v）增大，合金韧塑性提高；当Er含量继续增大到6at．％，固溶体的C／B值有所升高，泊松比（v）减小，合金韧塑性下降。随着Er含量的增加，态密度整体向低能级区域移动，费米能级低能级区域的成键电子数逐渐增多，同时底带宽度明显变宽，合金成键能力增强。在Er含量为1at．％～2at．％的区间内，受Er-4f电子影响总态密度图中出现了明显的赝能隙，费米能级在赝能隙高能侧，合金电子跃迁困难。当Er含量大于2at．％时，赝能隙变得不明显，费米能级处的态密度值比较高，合金活性增强。

Mg-Al合金固溶强化的电子理论研究

基于EET理论,采用平均原子模型计算了Al的质量分数为0、2%、4%、6%、8%、10%的Mg-Al合金晶胞的电子结构参数统计值n′A;利用n′A获得了一组表征合金强化效果的固溶强化系数SMg-Al,其数值分别为1、1.008 73、1.017 47、1.026 29、1.035 11、1.043 94;研究了电子结构参数σN与合金稳定性的关系。结果表明:Al原子的加入,增大了Mg晶胞中最强共价键的n′A值和σN值,提高了原子间的结合力及基体的稳定性,起到了固溶强化作用;SMg-Al值随溶质含量的增加单调递增,合金的固溶强化效果越好。

铂族金属高温固溶强化型合金

讨论了高温固溶强化机制和合金元素对Pt固溶强化效应。介绍了铂族金属和Pt-Rh、Pt-Ir和Pt-Pd-Rh固溶型合金的的高温力学性能。借助不同的强化机制,在Pt-Rh或Pt-Pd-Rh合金中添加少量Ir、Ru、Mo、Au等组元,或微量稀有金属Zr、Hf或稀土金属,可以提高合金的高温强度性质和改善抗蠕变能力。

硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁的生产试验对比

研究了不同硅含量的硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁的性能对比,结果表明:(1)当w(Si)3.6%~4.8%时,硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁的力学性能满足国标RuT400~RuT500的要求,随着硅含量的增加,抗拉强度增加,屈服强度增加,伸长率降低,硬度增加,冲击韧性降低;(2)硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁的共析转变温度明显高于普通蠕墨铸铁,高温抗拉强度均随着温度的升高而下降;(3)硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁的铸造工艺性及切削加工工艺性较好,生产成本较低。

第二相强化和固溶强化三元碳化物Ti_3AlC_2的研究

Ti3AlC2属Mn+1AXn体系化合物的一种,具有潜在的应用前景。但是,Ti3AlC2的硬度和强度偏低,限制了其工程应用。本文介绍了第二相强化和固溶强化Ti3AlC2的研究进展。TiB2、Al2O3、ZrC及稀土氧化物等第二相粒子的引入大大改善了Ti3AlC2的性能;M位置、A位置及X位置固溶体亦可提高Ti3AlC2的性能。

高硅固溶强化球墨铸铁的试制

开展了高硅固溶强化球铁的试验试制。结果表明,在其他条件一致的情况下,当硅含量小于3.82%时,材料强度只能达到牌号QT500-14的指标;当硅含量达到4.28%后,材料强度达到牌号QT600-10的指标,并完成了铸件的试制,性能满足牌号QT600-10要求。

层间温度、固溶强化对高强钢熔敷金属屈强比的影响

层间温度、固溶强化是影响材料强度的重要因素。对690 MPa级HSLA钢熔敷金属进行了室温拉伸,分析在不同层温下熔敷金属屈强比的变化规律,探讨层间温度及固溶强化对屈强比的影响。结果表明,随着层间温度的降低,熔敷金属的屈强比升高,层间温度从200℃降低到80℃,屈强比由0.781增加到0.82。进一步研究表明,固溶强化对屈强比的影响不大。

Si固溶强化工艺在QT500-7支架上的应用

通过对平衡轴中间支架浇注系统及冒口布置分析和多批次产品加工后不同位置的硬度及金相组织检测,发现铸件硬度差较大,在中间部位设置了2个补缩冒口,却形成了较大热节,导致铸件两端与中间部位冷却速率不同造成产品硬度不均匀,切削加工困难,加工成本增高。采用Si固溶强化铁素体球墨铸铁工艺生产QT500-7支架,经多批次取样检测,不同位置的硬度差变小,基体组织中的珠光体体积分数都为5%,硬度均匀,使切削加工变得容易,降低了加工成本,成功地解决了重型汽车平衡轴中间支架硬度不均匀导致加工困难的问题,为生产高质量、低成本及轻量化的汽车铸件创造了条件。

硅固溶强化铁素体球墨铸铁在汽车铸件上的应用

常规生产的QT450-10球墨铸铁件,产品力学性能及金相组织检验结果不能满足国外客户技术要求。根据客户材料标准中成分要求,结合本公司熔炼工艺及原材料特点,成功试制出了硅固溶强化铁素体球墨铸铁件,力学性能及金相组织达到客户要求。铸件已批量生产,取得良好的经济效益。