基于TMCP工艺的FH36船板钢综合强化机理及疲劳裂纹扩展数值模拟

为了有效掌握高强度船板钢的综合强化机理和疲劳裂纹扩展行为,以控轧控冷工艺后的FH36钢为研究对象,利用EBSD、TEM和XRD等分析手段研究了FH36的沉淀相和织构成分;通过测试力学性能和疲劳裂纹扩展性能,定量计算了各强化机制对屈服强度的贡献值;采用新型扩展有限元法模拟了FH36船板钢的疲劳剩余寿命。结果表明:FH36钢中的沉淀相为NaCl型的(Ti,Nb)(C,N),主要的织构成分为{111}<123>、{331}<231>。综合强化机制的新算法可以定量表示为屈服强度的值等于固溶强化贡献值和沉淀强化值以及细晶强化与位错强化平方和的算术平方根值相加,其理论屈服强度值与实际屈服强度很好地符合。经试验验证,新型的数值分析结果的平均误差为3.02%,可以有效预测FH36钢的疲劳剩余寿命和评估疲劳性能。

稀土Ce含量对GCr15SiMn轴承钢冲击性能的影响

制备了不同Ce加入量的GCr15SiMn轴承钢,并对其冲击性能的变化及影响因素进行分析。结果表明:钢中MnS和Al2O3夹杂物在适量Ce的作用下变为球形或椭球形且尺寸较小的稀土夹杂物;稀土夹杂物的种类和数量随Ce含量的增加而增加,Ce加入过量后,夹杂物出现聚合长大导致其尺寸变大且形貌不规则;随着Ce含量的增加,试样的冲击性能先升高后降低,当Ce含量为0.016%时,直径3μm以下小尺寸夹杂物占比最多,夹杂物分布最弥散,且试验钢冲击性能最佳,比不加Ce时提高了173.7%,Ce含量过高时反而降低冲击性能。

含硫易切削钢中硫化锰的热力学计算及试验研究

通过采用Thermo-Calc热力学计算与金相显微镜、扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪等试验研究相结合的方法研究了含硫易切削钢中主要合金元素对硫化锰析出温度的影响、含硫易切削钢相转变过程与硫化锰的形貌、成分及分布特征。研究结果表明,随着锰与硫元素含量增加,硫化锰的析出温度升高,当锰与硫元素含量过高时,硫化锰会在钢液中形核并析出,碳与铬元素含量变化对硫化锰的析出温度几乎没有影响;含硫易切削钢升温过程中的平衡相变依次为:铁素体转变为奥氏体→M23C6溶解→奥氏体转变为高温δ铁素体→δ铁素体转变为液相→硫化锰溶解→液相;硫化锰为浅灰色,大部分沿晶界分布,只有小部分在晶内析出,其形貌主要为纺锤形、长条形及球形。

正火工艺处理的EH36船板钢疲劳裂纹扩展行为和断裂韧性

采用电子背散射衍射(EBSD)和扫描电镜(SEM)分析了正火工艺处理的EH36船板钢织构、再结晶和疲劳断口。并通过拉伸试验、疲劳裂纹扩展速率试验、疲劳断裂韧性试验及数值模拟等研究了正火工艺处理的EH36船板钢的疲劳裂纹扩展行为、疲劳断裂机理以及外载和应力比对应力强度因子幅值的影响。结果表明:EH36船板钢具有较强的{110}和{111}塑性织构成分,平均晶粒尺寸为8.2μm,变形晶粒所占比例为4.1%,伸长率为33.3%。通过双对数线性拟合得到应力比为0.03和0.1下的疲劳裂纹扩展寿命预测公式分别为da/dN=1.07×10^(-9)(ΔK)^(3.49)和da/dN=1.96×10^(-9)(ΔK)^(3.35)。通过J积分法计算出正火处理的EH36船板钢的疲劳断裂韧性K_(J0.2BL(30))为387 MPa·m^(1/2)。试验钢的疲劳断裂机制是解理穿晶断裂和微孔生长聚合断裂的混合断裂机制。多参数模拟表明在最大外载一定时,相同疲劳裂纹长度下的应力强度因子幅值随着应力比的增加而减小;在疲劳裂纹长度与标准紧凑拉伸试样的长度比值为0.62时,可作为试验钢即将进入瞬断区的判据。

不同控制方式对DP980钢双向拉伸性能的影响

以DP980钢为研究对象,利用双向拉伸试验机采用载荷控制、应变控制和位移控制的加载方式开展了拉伸比例为4∶1、4∶2、4∶3、4∶4、3∶4、2∶4和1∶4的双向拉伸试验。获得了3种控制方式7种拉伸比例下的双向拉伸应力-应变曲线,利用视频引伸计采集了粘贴在试样中心区域标记点的偏移量的变化过程,分析了材料在3种稳定控制方式下的加载历史及双向拉伸曲线。结果表明,3种控制方式下获得的双向拉伸曲线之间差异非常明显,即使材料在两个加载方向的拉伸比例相同,由于各向异性的影响,其应力和应变也并不相同,应变控制试验的标记中心点偏移量最小,位移控制试验过程中的载荷和应变的变化趋势较大。

元素Nb对TiNbV微合金钢CGHAZ组织与冲击韧性影响

利用焊接热模拟研究Nb元素含量对TiNbV微合金钢焊接热影响粗晶区(CGHAZ)组织和性能的影响.低铌钢和高铌钢在经历焊接热循环后微观组织构成及晶粒尺寸有显著差异.Nb元素含量为0.005%时焊接CGHAZ组织为铁素体和针状铁素体以及珠光体,大角度晶界和小角度晶界的晶粒比例相当,焊接CGHAZ晶粒尺寸粗大不均匀.随着Nb元素含量的增加,大角度晶界的晶粒数量有所增加,晶粒得到细化.但是,针状铁素体形成受到抑制,CGHAZ中贝氏体含量增加.微合金钢中贝氏体的形成对焊接CGHAZ冲击韧性的下降起主导作用,Nb元素的含量控制在合适范围内(~0.02%),才可以保证CGHAZ具有良好的冲击韧性.

汽车用高强韧Fe-Mn-Al-C系低密度钢研究进展

由于环保和节能的需要,汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流,兼具低密度和高强韧的低密度钢可以保证不牺牲汽车结构零件强度的前提下尽量减轻汽车自重。综述了国内外Fe-Mn-Al-C系低密度钢的研究现状、汽车轻量化途径、不同种类低密度钢的组织和性能特点及其强化机理。

铸态和锻造态钛-硫易切削钢中硫化物形态及力学性能对比

熔炼了2种钛含量(质量分数分别为0.09%,0.21%)的钛-硫易切削钢,并在1200℃进行锻造,对比研究了铸态和锻造态试验钢组织中硫化物形貌、尺寸、数量以及试验钢的力学性能。结果表明:在铸态试验钢中,硫化锰大多为近似短棒状和球状,沿晶界呈链状或网状分布,锻造后硫化锰沿着锻造方向伸长,统计得到的长宽比增大,单位面积内数量减少;钛含量的提高使单位面积内硫化锰数量增多;铸态试验钢拉伸断口主要特征为解理台阶与河流状花样,断裂方式为脆性断裂,锻后的拉伸断口为解理和韧窝混合型形貌,断裂方式为韧性断裂;锻造态试验钢的拉伸性能和冲击韧性与铸态相比均有明显改善,锻造有助于提高钛-硫易切削钢的力学性能。

时效处理对Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢组织及力学性能的影响

采用SEM、EDS等方法,分析了Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢时效后的力学性能、组织以及断裂行为,研究了其在500℃时效处理过程中碳化物与力学性能的转变规律。结果表明,时效处理对试验钢的组织及力学性能影响较大,随着时效时间增长,碳化物由细小球状及短杆状变为针状及长条状,抗拉强度先升高后降低,断后伸长率降低,试验钢断口形貌由韧性断裂变为解理脆性断裂。试验钢9 h时效后的抗拉强度和屈服强度最高,分别为766.47 MPa和702 MPa。同时,Fe-12Mn-8.5Al-0.8C钢的密度为7.0 g/cm3,相比普通铸钢减重达10%。

21-4N气阀钢平衡凝固相变与析出行为研究

借助Thermo-calc软件,对21-4N气阀钢所属的Fe-(20~23)Cr-(8~11)Mn-(3~6)Ni-(0.3~0.6)N-(0.3~0.7)C-(0~0.4)Si多元体系凝固过程中的相变和析出行为进行了研究。采用Thermo-calc中的TCFE9数据库对该体系的垂直截面图计算,分析了不同组元对平衡凝固和冷却过程中相变与析出的影响,得到了21-4N钢的平衡凝固相变析出路径。结果表明,21-4N钢由1500℃平衡冷却至650℃的过程中完整平衡相变路径为:L→L+δ→L+γ+δ→L+γ→L+M7C3→γ+M23C6→γ+M23C6+Cr2N→γ+M23C6+Cr2N+δ。凝固过程中,δ铁素体相是否产生取决于体系中N、C、Ni与Cr含量,N、C与Ni含量增加可缩小δ铁素体相稳定区,Cr含量增加可扩大δ铁素体相稳定区;M7C3相是否析出主要取决于体系中的C含量;C与Cr含量增加可促进M23C6析出,Cr还可以促进σ相析出;N可以抑制M23C6析出并促进Cr2N的析出。

铸态合金Ni68Cu28Al热变形行为及有限元模拟

利用Gleeble3500热模拟试验机,在变形温度1000~1150℃,应变速率为0.01~10 s^(-1)时对铸态Ni68Cu28Al合金进行热压缩模拟。分析了合金在不同条件下的流变应力曲线;建立了描述该合金高温压缩变形的本构方程;将本构方程应用于有限元分析软件DEFORM 3D中,并对合金热压缩过程进行数值模拟,分析工件内部的应变速率场、应变场和温度场变化。结果表明,铸态Ni68Cu28Al合金变形过程中的硬化效果非常大,动态回复和动态再结晶引起的软化作用不明显;变形过程材料未完全再结晶;合金热压缩过程具有明显的变形不均匀性。综合考虑,铸态Ni68Cu28Al合金最佳加工温度控制在1000~1100℃,应变速率0.01 s^(-1)左右。

轧制变形对含硫易切削钢中硫化物的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪和ASPEX扫描电镜-能谱仪研究了轧制变形对含硫易切削钢中硫化锰形貌、长宽比、尺寸及数量的影响。研究结果表明:铸态试验钢中的硫化锰在基体中单独形核析出,近似球形或纺锤形,任意分布;Ф45 mm试验钢中的硫化锰近似椭圆形;Ф16 mm试验钢中除了椭圆形的硫化锰,开始有细长条形的硫化锰出现;Ф5.5 mm试验钢中的硫化锰呈细长条形;硫化锰在1200℃轧制均热的过程中熟化长大、数量减少;随着试验钢的尺寸不断变细,轧制变形量增大、硫化锰的变形加剧、长宽比增加;硫化锰在轧制过程中发生断裂,尺寸减小、数量增加。

锻造工艺对易切削钢中硫化锰及力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和ASPEX扫描电镜-能谱仪等方法,研究了锻造工艺对易切削钢中硫化锰形貌、长宽比、尺寸、最大弦长、数量及其力学性能的影响。研究结果表明:铸态试验钢中的硫化锰呈近似球形或纺锤形,大部分硫化锰在基体内任意分布,少量硫化锰沿晶界呈链状分布;锻态试验钢中的硫化锰沿着锻造方向伸长,与铸态试验钢相比,其长宽比与最大弦长增大、尺寸减小、单位面积内数量增加。铸态试验钢拉伸断口的主要特征为解理台阶与河流花样,断裂方式为脆性断裂;锻态试验钢的拉伸断口为解理和韧窝混合型形貌,断裂方式为韧性断裂。锻态试验钢的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率及冲击韧性与铸态试验钢相比均有明显改善。

Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢铸态组织及力学性能研究

以Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢为研究对象,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等对其铸态的组织及力学性能进行研究。结果表明:铸态组织主要由铁素体、奥氏体和κ-碳化物三相组成,少量块状κ-碳化物会沿着奥氏体和铁素体晶界析出。枝晶偏析会影响Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢的力学性能,经室温拉伸及室温冲击试验测试,其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和冲击功分别为522、506 MPa、13%和6.85 J。Fe-12Mn-8.5Al-0.8C钢的密度为7.0 g/cm^3,相比普通铸钢减重效果达10%。