TC4钛合金热轧过程中组织演变和性能控制机理研究及展望

以TC4钛合金为研究对象,首先基于轧件特点,将TC4钛合金产品分为板带箔材和管棒材,归纳了这些产品常见的加工技术;综合评述了晶粒细化、织构演变和相组分再分配等行为对TC4钛合金微观组织的影响;通过总结不同的热轧温度及变形量等轧制工艺对TC4钛合金组织的影响,评估了性能、组织匹配性较好的相关参数;围绕TC4钛合金板材在热轧过程中出现的轧制变形不均匀、裂纹和塑性流动失稳等缺陷,阐述了这些缺陷的形成机理;考虑到数值模拟在钛合金热加工成形时的重要作用,分析了TC4钛合金不同尺度下数值模拟特点;展望了TC4钛合金热轧工艺及技术的发展方向。

EB态TA10钛合金高温变形行为及热加工图

以电子束冷床(EB)炉单次熔铸的TA10钛合金扁锭为研究对象,利用Gleeble−3800热模拟试验机开展高且宽应变速率范围(0.01~30 s^(−1))下的等温压缩试验,研究该合金在800~1000℃下变形60%时的高温力学行为及铸态组织演变特征,建立基于峰值应力的高温塑性本构方程,绘制考虑应变的热加工图,深入讨论能量耗散效率因子与宏观、微观组织、力学响应间的关联关系。结果表明:随着变形温度升高或应变速率降低,TA10钛合金流变应力减小;变形温度高于或低于相变点时,峰值应力与变形温度均呈线性相关。Arrhenius方程能较好地预测该合金变形抗力与工艺参数间的变化规律。该合金不适合单道次大变形,较为适合变形量中等且较慢应变速率下的成形方式,可尝试开展高速率多次小变形的方式成形。该合金在两相区慢应变速率下热变形时的流变软化机制为动态球化或塑性流动局部化,而高应变速率下应力塌陷现象的主要原因为宏观失稳,且其在单相区的软化机制以动态回复为主。

锻造工艺对航空用钛合金微观组织演变及力学性能的影响

钛合金是一种被广泛应用于航空等领域的高性能结构材料,但因其冷塑性能差、加工难度大,故常采用热加工来成形钛合金,如模锻等。净成形或近净成形技术是获得高性能钛合金部件的重要成形方法,并已在飞机大型结构件加工生产中得到了良好的应用。系统综述了航空用钛合金不同锻造成形工艺间的差异,归纳了锻造工艺参数对钛合金微观组织演变及力学性能的影响规律,明确了钛合金在锻造过程中的微观组织演变机理、后续处理过程中的拉伸及疲劳断裂机理,结合不同锻造成形工艺的特点及现存的不足,展望了钛合金在热加工方面的研究方向及发展趋势,以期为后续钛合金锻造工艺的开发与优化提供参考。

G115钢窄间隙自动氩弧焊焊接接头的组织与性能研究

采用窄间隙自动氩弧焊机焊接G115大口径厚壁管,借助金相显微镜对焊接接头的显微组织进行观察,应用拉伸、弯曲、冲击、硬度和残余应力测试等方法对接头的力学性能进行试验分析。结果表明:窄间隙氩弧焊接头显微组织均为回火马氏体,热影响区未发现显微裂纹缺陷,热影响区宽度仅为1.7mm。焊接接头强度性能良好,弯曲试验满足标准要求,冲击试验结果优良,最高硬度值249HV满足标准要求,焊接接头中残余应力的最大值位于焊缝中心,拉应力为278MPa,是母材屈服强度的52%。本研究的全位置窄间隙自动氩弧焊工艺,为G115钢的工程化应用奠定了坚实的技术基础。

TC4钛合金电子束冷床炉凝固过程数值模拟研究

基于实际生产经验,采用数值模拟技术实现对电子束冷床炉TC4钛合金凝固过程可视化监控和分析。利用ProCAST软件建立三维计算模型,结果表明:铸锭的凝固过程包括凝固开始、非稳态凝固和稳态凝固3个阶段,阐明了不同凝固时间下铸锭的温度分布规律及稳态时的特征。重点研究不同浇注温度和拉锭速率对铸锭熔池深度的影响规律。研究为TC4钛合金铸锭生产工艺的优化提供了有益的指导,可促进大规格TC4钛合金扁锭的高质量生产。

电子束冷床炉熔铸钛合金锭表面裂纹形成原因分析

电子束冷床炉(简称EB炉)熔铸技术在钛及钛合金圆锭、扁锭的制备中发挥重要作用,但是与纯钛熔铸相比,钛合金熔铸时容易出现严重的横裂纹。工程实际中发现结晶器内壁黏结物与凝固坯壳的连接是裂纹形成与扩展的主要原因。通过数值模拟及工程试验的方法分析确定了典型钛合金表面裂纹的形成机理及影响因素,并获得了凝固坯壳与拉锭速度及液面电子枪能量的关系,发现高拉速和持续拉锭的区域容易出现裂纹。

固溶处理对电弧增材制造超级双相不锈钢微观组织及摩擦磨损性能的影响

采用直径为1.2 mm的ER2594-超级双相不锈钢焊丝进行了多层单道墙体电弧增材试验,对增材件分别进行1050、1150和1250℃的固溶处理,并在固溶处理后对各试样进行了往复式摩擦磨损试验.试验结果表明:随着固溶温度的升高,双相比中的铁素体含量增加,其显微硬度也相应提高.此外,固溶处理可降低增材件的内应力,最终基于较高硬度和较低内应力的协同作用,在1250℃时获得耐磨性能较优的试样,有效地提升了热处理后增材件试样的摩擦磨损性能.

高温形变参数对4J32超因瓦合金组织演变的影响

使用热模拟压缩试验仪器,设置850~1150℃不同应变温度和0.1~10 s-1应变速率等热变形参数进行试验,通过金相显微镜、热模拟试验等设备对合金进行组织形貌表征,结合热模拟压缩试验应力应变曲线及合金组织形貌进行分析,系统性研究4J32超因瓦合金(Fe-32Ni-4Co)在850~1150℃高温热变形行为及组织形貌演变过程。研究发现,4J32超因瓦合金在900℃以下热变形过程不发生动态再结晶,且合金中存在大量的变形晶粒组织。当热变形温度大于1050℃时,合金开始发生动态再结晶,且应变速率越快其动态再结晶程度越高。研究结果表明,超因瓦合金最优的热变形温度>1100℃,应变速率为10 s-1。

TC4返回料单次电子束冷床炉熔炼厚扁锭工艺研究

由于电子束冷床炉熔炼真空度高,熔炼铸锭的厚度大、截面积大,TC4返回料的形状尺寸不规则布料难度大、成分不均匀,导致TC4钛合金中的Al元素控制困难。研究了TC4返回料在专业化处理后,与海绵钛、Al-V中间合金及Al豆(返回料占原材料总量的50%)在3150 kW电子束冷床炉的单次熔炼工艺,结果表明:熔炼过程中Al元素挥发明显,挥发量为13%~24%(原料与铸锭中铝质量分数之差/原料中铝质量分数)、V元素的质量分数有略微上升。将原料中的Al、V质量分数分别添加到7.5%和4%,并通过合理布料,同时将熔炼速度控制在600 kg/h、炉内真空度为(5~8)×10^(-3)Torr(1 Torr=133.32 Pa),由此所获得的TC4钛合金化学成分均匀性好,成分符合GB/T 3620.1—2016标准的要求。

GH4720Li合金VIM+PESR+VAR三联工艺及冶金质量

高温合金是为满足航空发动机热端部件对材料的苛刻使用要求而研制的,现已发展成为军用和民用发动机不可替代的关键材料。随着Al、Ti含量的不断提高,高温合金材料的热加工性能也随之大幅降低。介绍了采用VIM+PESR+VAR三联工艺试制典型难变形GH4720Li合金Φ508 mm锭的冶金效果和实物质量。VIM+PESR工艺的电极无缩孔、纯净、组织致密,VAR的工艺稳定性良好。三联工艺GH4720Li合金的S含量达到10-4%级,对合金的锻造开坯非常有利。试验摸索合金的均匀化处理工艺。实践结果表明,合金锭经均匀化处理后,热加工塑性明显提高。三联工艺GH4720Li合金棒材具有良好的综合力学性能。

商用飞机起落架用单真空300M钢疲劳性能控制现状及展望

根据国内商用飞机起落架用300M钢研究和生产现状,介绍了国内单真空300M钢生产工艺以及疲劳性能控制现状,分析了国产单真空300M钢疲劳强度与抗拉强度、断裂韧性的对应关系,以及疲劳起裂过程中非金属夹杂物种类、喷丸强化作用等,展望了国内商用起落架300M钢未来市场潜力及大尺寸、高性能的绿色发展方向。通过研制攻关,国内形成了商用飞机起落架300M钢单真空冶炼技术,抚顺特钢和宝武特冶已建立了单真空300M钢生产体系且具备批量供货能力。研制生产过程中还需重点关注材料的批次稳定性、纯净度及疲劳性能,加强生产过程控制,持续优化熔炼和锻造工艺,降低能耗及成本,积累数据并完善材料标准体系,同时研制Φ1080 mm及更大锭型的单真空300M钢,在质量、标准、成本及认证等方面与国际全面接轨。

国产核级ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验和晶间腐蚀试验研究了国产核级ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能。结果表明:焊丝具有良好的焊接工艺性,流动性和焊缝成形质量与进口同类产品的相当。熔敷金属微观组织为奥氏体和碳化物,晶界上主要是M_(23)C_(6)型碳化物,晶内主要是富含Nb的MC型碳化物。熔敷金属的宏观质量、力学性能、微观组织、耐晶间腐蚀性能等均符合第三代先进压水堆核电站的要求,裕量足,强韧性兼具,综合性能良好,与进口同类产品的相当,可替代进口同类产品。

GB/T 10561标准的修订解析

对GB/T 10561标准进行修订时,主要修改了DS类夹杂物定义、夹杂物计算公式、夹杂物评级图,增加了标准术语,钢管的取样图,复合夹杂物、析出相的评定方法及化学特征表示,B法检验的两种结果表示方法等。从标准的术语、原理、取样、检测方法等方面详细介绍了标准GB/T 10561的修订内容,以帮助检测人员更好地执行新标准,提高非金属夹杂物评级的准确度。

含碳量对Ni-Cr-W-Mo合金显微组织及力学性能的影响

采用真空感应熔炼与电渣重熔相结合的工艺冶炼,随后锻造和热挤压制备了外径320 mm、内径280 mm,碳质量分数分别为0.04%、0.08%和0.12%的Ni-Cr-W-Mo合金管。对合金管进行了1 160~1 250℃保温20 min水冷的固溶处理。检测了热挤压态和固溶处理态合金管的显微组织和力学性能及固溶处理态合金管的高温持久性能。结果表明:热挤压态合金管晶粒细小且晶内有大量孪晶,碳化物弥散分布;随着含碳量的增加,相同温度固溶处理的合金管晶粒尺寸减小;随着固溶温度的提高,含碳量相同的合金管晶粒尺寸增大;合金管中碳化物主要为M6C和M23C6,弥散分布于晶内和晶界;随着含碳量的增加,合金管中碳化物数量增多,经1 220℃保温20 min水冷固溶处理的合金管的室温强度先降低后升高,断后伸长率降低,以及在927℃、80 MPa应力条件下的持久寿命和断后伸长率均先升高后降低。

稳定化处理对800H合金耐晶间腐蚀性能的影响

对800H合金进行了不同工艺的稳定化处理,包括改变试样的进炉温度、保温时间和冷却速率。稳定化处理后,通过晶间腐蚀试验检测了合金的耐晶间腐蚀性能,通过金相检验和能谱分析检测了合金的显微组织和析出相成分,并与固溶态合金的作了比较。结果表明:稳定化处理对800H合金的耐晶间腐蚀性能有较大影响,合适的稳定化处理工艺能使合金具有与固溶态相近的晶间腐蚀速率。在900℃稳定化处理较长时间,或稳定化处理后水冷等快速冷却均能改善800H合金的耐晶间腐蚀性能。

N08120镍基合金厚板生产全流程Z相析出规律研究

针对N08120镍基合金厚板的生产全流程,利用金相显微镜、扫描电镜和Thermo-Calc软件,分析了各工序材料内部析出规律,结果表明,N08120镍基合金厚板中的主要析出类型为Z相,且伴有弥散的MX型析出相,二者沿轧制方向呈条带状分布。除此之外,在生产过程中,钢锭和锻坯中还分别发现有σ相和M_(23)C_(6)的析出,以及MX向Z相的过渡态。分析可知,模铸过程钢锭内部散热慢,有利于NbN向Z相的转变,钢锭表面在模冷过程中长期在中低温停留,发现有σ相析出。而锻坯和钢板变形后均为空冷,主要析出相类型为Z相和MX相。在固溶热处理后,钢板内析出相种类和分布未发生明显变化,表明Z相和MX相析出速率快,热稳定性高。

高温合金真空感应电极凝固过程数值模拟研究

通过数值模拟,对使用保温冒口和未使用保温冒口时,不同浇注速度下∅430 mm规格GH4169高温合金真空感应电极凝固过程进行了研究,结果表明:感应电极凝固顺序为首先径向凝固然后纵向凝固,浇注速度越大越易在电极中部形成孤立未凝固的中心圆柱区域,浇注速度越小越易形成从底部向顶部的顺序凝固而不形成孤立隔断区域。保温冒口可以提高电极中缩孔位置使其集中于电极头部的保温冒口处,有效减小高温合金感应电极的缩孔尺寸,而且能有效增加电极头部的凝固时间,促进气体和夹杂物上浮于电极头部的保温冒口处,头部切除后增加电极纯净度和致密性。

0Cr12Mn5Ni4Mo3Al冷轧钢带力学性能不合格原因分析

采用金相显微镜、显微维氏硬度计、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等检测分析设备,对0Cr12Mn5Ni4Mo3Al冷轧钢带力学性能不合格的原因进行分析。结果表明:在固溶过程中,氨气高温分解后形成的活性氮原子渗入0Cr12Mn5Ni4Mo3Al冷轧钢带表层,降低了0Cr12Mn5Ni4Mo3Al钢的马氏体转变温度,导致钢带表层的奥氏体无法转变为马氏体,大幅降低钢带的力学性能。

烘房电加热设备技术改造实践

宝武特种冶金有限公司电炉厂共有8间耐火材料烘房,自产线2008年投运以来,一直以蒸汽为加热源,近几年,随着蒸汽供应企业运营成本的上升,烘房的蒸汽使用成本随之逐年上升,2020年对烘房进行电加热设备技术改造,将加热方式改为电加热,大大降低了运营成本,提高了温度控制精度和生产工艺质量水平。

固溶温度对高碳因瓦合金显微组织的影响

对直径为10 mm及含0.60%C、36.10%Ni、2.71%Mo和1.20%V(质量分数)的因瓦合金试样分别在1100℃、1150℃、1200℃、1250℃保温1 h固溶处理随后水冷。采用Thermo-calc热力学仿真软件计算了合金的平衡相图。采用金相显微镜和扫描电子显微镜检测了合金的显微组织。采用差示扫描量热仪测定了合金的液相线温度。采用万能拉伸机对合金进行了拉伸试验。结果表明:合金在浇注后的凝固过程中形成的液析碳化物固溶处理时不易溶解,拉伸变形时应力易集中于此,导致热轧盘圆的力学性能降低;1250℃固溶处理的合金仍含有大量粗大的链状Mo、V碳化物;生产中应尽量降低因瓦合金的含碳量和浇注温度。