石墨烯-碳纳米管/WC陶瓷刀具材料的裂纹扩展与力学性能预报模拟

计算机模拟技术的迅猛发展,为陶瓷刀具材料的性能预报和高通量制备提供了理论和技术支持。本文基于Python软件构建含有石墨烯(graphene,缩写为G)和碳纳米管(carbon nanotube,CNT)的WC陶瓷刀具材料微观结构的参数化模型与力学性能预报模型,研究G-CNT对WC刀具材料微观组织与裂纹扩展行为的影响规律。结果表明:与单一G相比,三维G-CNT空间结构可进一步提升WC陶瓷刀具材料的性能,G-CNT的质量分数为0.4%时,刀具材料的综合力学性能最优。强韧化机理主要包括G-CNT强弱界面超混杂分布、材料断裂模式转变和裂纹偏转等。

热处理工艺对Fe-Si-Mn-Cr低合金耐磨钢组织及力学性能的影响

主要对铸造Fe-Si-Mn-Cr低合金耐磨钢进行了4种不同工艺的热处理,采用金相组织观察、硬度测试、冲击性能测试及冲击断口分析系统研究了不同热处理工艺对耐磨钢的组织及力学性能的影响。结果表明:低合金耐磨钢的铸态组织为铁素体+珠光体,在淬火/正火+回火处理后,可以获得马氏体、贝氏体、M/A岛组织;经过910℃油淬/正火+250℃回火处理的耐磨钢表现出较好的硬度和韧性匹配,其硬度和冲击韧性分别为47.2 HRC+26.2 J/cm~2和41.6 HRC+57.2 J/cm~2。

半固态过共晶高铬铸铁的制备及组织定量分析

为改善过共晶高铬铸铁组织中粗大初生碳化物的形貌 ,采用冷却体法制备了碳化物明显细化、圆整的半固态坯料。通过分别改变浇注温度、冷却体斜度获得六组不同半固态浆料温度的凝固组织 ,并借助Leica图像分析仪分别定量分析了初生碳化物的形状系数和等效直径变化特征。研究表明 :采用本方法可明显改善碳化物的形象 。

半固态过共晶高铬铸铁的冲击及磨损性能研究

通过倾斜冷却体法制备了组织中初生碳化物明显细化的半固态过共晶高铬铸铁,其冲击韧性值较常规过共晶高铬铸铁试样提高了大约1倍以上;以常规亚共晶高铬铸铁为标样进行三体磨料磨损试验,结果表明半固态过共晶高铬铸铁与常规过共晶高铬铸铁的相对耐磨性分别比亚共晶高铬铸铁提高了32%和49%.对半固态过共晶高铬铸铁试样的微观分析表明,组织中存在大量的缩松,这对于半固态高铬铸铁韧性、硬度及耐磨性的提高产生了不利的影响,减少或消除缩松对于进一步提高半固态过共晶高铬铸铁的性能具有重要意义.

半固态高铬铸铁初生相的形貌及其定量分析

为改善高铬铸铁组织中初生枝晶奥氏体的形貌,采用倾斜冷却体法制备了奥氏体明显细化、圆整的半固态高铬铸铁坯料。在冷却体斜度及熔体在其表面流经长度不变的条件下,通过改变浇注温度获得三组不同半固态成型温度所对应的凝固组织,并借助Leica图像分析仪分别定量分析了初生奥氏体的形状系数和等效直径的变化特征。研究工作表明采用本方法可明显改善奥氏体的形貌,浇注温度的变化对半固态组织有较大影响。

重熔时间对半固态过共晶高铬铸铁初生相的影响

为考察触变重熔时间对初生碳化物形貌的影响,对Cr17过共晶高铬铸铁半固态坯料在1 270 ℃进行了部分重熔,重熔时间分别为5、15、25和30 min,并借助Leica图像分析仪分别定量描述了碳化物形状因子及粒度因子的变化规律.研究表明:碳化物形貌的演化过程包括3个阶段,即熔断阶段、球化和细化阶段及合并长大阶段;碳化物演化过程是溶质原子扩散和相界面张力共同作用的结果,且分别在触变重熔初期和中后期占主导地位;在1 270 ℃部分重熔15 min,可获得理想的重熔组织.

倾斜冷却体-离心法制备半固态高铬铸铁梯度组织

采用倾斜冷却体-离心法制备半固态高铬铸铁环形试样并进行组织观察.结果表明:半固态高铬铸铁组织中初生奥氏体较常规成形组织中初生奥氏体明显细小、等轴化;在高铬铸铁环形试样梯度组织中,初生奥氏体形貌及分布随着距外侧面距离不同而变化,大致由外侧面到内侧面可分为4个区域,即细小奥氏体枝晶区、初生等轴奥氏体与细小奥氏体枝晶分界区、初生等轴奥氏体区、粗大的初生奥氏体枝状区;且初生等轴奥氏体与细小奥氏体枝晶分界区距环外侧面的距离在5～10mm范围内.

多次热处理对超超临界锅炉用P92钢显微组织及硬度的影响

在超超临界机组用P92钢管道现场安装过程中,为了满足硬度标准经常对接头部位进行多次回火处理,但当前关于多次热处理对P92钢显微组织及其硬度的影响规律尚不清楚。为此,本文对P92钢进行1~4次回火处理,借助OM、SEM、XRD、TEM及硬度计等分析其显微组织特征及硬度变化规律。结果表明,多次回火处理后P92钢均主要由板条状回火马氏体、原奥氏体界面处的M_(23)C_(6)相和马氏体内的MX相组成,其物相组成无明显差异。随回火次数增加,马氏体板条宽度逐渐增加,4次热处理后提高约52.2%;界面处的M_(23)C_(6)析出相发生明显粗化,但析出相数量有所减少,主要粗化机制为Ostwald熟化;基体中Cr、Mo和W合金元素的固溶含量下降,导致回火马氏体的固溶强化作用减弱,P92钢的硬度呈现降低现象。

半固态过共晶高铬铸铁浆料在离心力作用下的凝固组织

对于倾斜冷却体法制备的半固态过共晶高铬铸铁浆料,采用离心铸造法将其制备成环形铸件,并观察和分析该铸件组织。结果表明,首先在半固态组织中初生碳化物出现偏析现象,且存在明显的偏析分界线,分界线位于距离环形铸件径向外侧面约6mm处。其次,在本试验条件下,离心力的作用只能部分消除半固态过共晶高铬铸铁组织中的缩松倾向,而且在组织中也存在缩松出现的分界线,即小于距环形铸件径向外侧面约6mm的径向区域内无缩松产生,大于距环形铸件径向外侧面约6mm的径向区域产生缩松。

不同部分重熔温度对半固态过共晶高铬白口铸铁初生相形貌的影响

为了考察部分重熔温度对初生碳化物形貌的影响,对过共晶高铬铸铁半固态坯料分别在3个不同温度(1230℃、1250℃、1270℃)进行部分重熔,重熔时间为15min,并借助Leica图像分析仪分别定量描述了初生碳化物形状因子及粒度因子的变化规律。研究表明,半固态组织中初生碳化物形状随着部分重熔温度的升高,呈先改善然后恶化,最后明显改善的趋势变化;碳化物尺寸随着部分重熔温度的升高而逐渐减小。初生碳化物演化过程是由溶质扩散和固、液相界面张力共同作用的结果,然而在较低的部分重熔温度下,固、液相界面张力的作用不明显。在1270℃部分重熔温度下,重熔15min时,可获得理想的部分重熔组织。

半固态过共晶高铬铸铁离心铸造组织及其定量分析

对于倾斜冷却体法制备的半固态过共晶高铬铸铁浆料,本文采用离心铸造法将其制备成环形铸件。借助SEM进行组织观察,结果表明:在半固态组织中初生碳化物出现偏析现象,且存在明显的偏析分界线,分界线位于距离环形铸件径向外侧面约6mm处,为进一步表征碳化物偏析特征,借助Leica图像分析仪定量分析了不同偏析区域内碳化物等效直径和体积百分数的变化规律,结果还表明:碳化物等效直径和体积百分数从径向最外侧向内逐渐增大。

二体磨料磨损犁沟及脊的三维有限元动态模拟

选用20#钢、45#钢、T8钢3种材料作为研究对象,利用三维有限元法动态模拟刚性球形磨粒在弹-线塑性平板上的压入-划动过程,所用磨粒半径为0.15mm,试样尺寸为1.2mm×1.2mm×3.0mm,划动距离1.2mm;采用ANSYS/LS-DYNA软件对每种材料在压入深度0.01～0.10mm范围内进行10次动态模拟.为验证模拟的有效性,在改装的HX-200型显微硬度计上进行单磨粒划伤试验,用OLS-1100型非接触式三维激光共聚扫描电子显微镜分析了相应的犁沟和脊.结果表明,模拟结果与试验结果相吻合,能够重现碳钢材料在磨损过程中的塑变行为,进而通过提取犁沟脊表面的节点坐标值,对材料犁沟两边塑变脊进行量化分析,得到脊形貌尺寸随磨粒压入深度、压入宽度和材料性能变化的规律,并建立了适用于碳钢系列材料塑变脊形貌与磨粒压入深度和宽度的关系曲线.

Fe基合金粉对中部槽等离子弧焊性能研究

采用中部槽等离子弧焊专用设备修复中部槽中板,选用熔覆电流190 A、送粉速率46 g/min和扫描速度30 cm/min进行单道修复层的制备和多层多道修复层的制备,并使用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对单道和多层多道修复层的组织和物相进行分析。确定Fe基合金粉采用等离子弧焊修复中部槽的影响因素。实验结果表明,单道修复层和基体形成了良好的冶金结合,具有椭圆状和网状的组织形貌;多层多道修复层具有网状组织形貌和椭圆状,椭圆状组织内部主要含有马氏体。通过对比分析,多层多道修复层更适合于修复中部槽,修复层性能略高于基体材料性能。因此采用Fe基合金粉多层多道修复中部槽效果最佳。

倾斜冷却体法制备半固态浆料的研究现状

介绍了低成本、高效率的倾斜冷却体法制备半固态浆料的方法,综述了国内外对该方法的研究现状、相关工艺参数对组织形貌的影响及需要解决的关键问题。

铸造Fe-Cr-B-Al合金高温氧化行为研究

在高铬合金钢中引入B元素和Al元素来改善高温抗氧化性能,并对Fe-Cr-B-Al合金900℃高温氧化行为进行了研究。结果表明,Fe-Cr-B-Al合金的氧化增重远低于高铬合金钢的氧化增重,原因是Fe-Cr-B-Al合金的氧化产物外层为致密的Al_(2)O_(3),可以有效阻挡O元素向内扩散;内层为FeCr_(2)O_(4),与Al_(2)O_(3)形成的复合氧化膜可以削弱电子流动,从而使Fe-Cr-B-Al合金具有更优异的高温抗氧化性能。

单相硼化物的制备及摩擦磨损性能研究

为了深入研究渗硼层中硼化物的性能,采用真空感应熔炼法制备单相硼化物材料。观察分析制备的硼化物微观组织,测试其力学性能。采用MMU-5G型销-盘式摩擦磨损试验机,在干摩擦条件下,研究了不同载荷下单相硼化物的摩擦学性能,观察其磨损表面形貌特征,探讨其磨损方式。结果表明:制备的硼化物为单一相,试样纯度高,试样的平均显微硬度为HV2065,平均断裂韧性值为1.68 MPa·m 1/2;硼化物的断口处没有宏观的塑性变形,断口齐平光亮,表现为脆性断裂特征;干摩擦条件下随着载荷从10 N增加到30 N,硼化物的摩擦因数先降低后增加,20 N载荷时达到最小值,而其磨损量随着载荷的增加不断上升;随着载荷从10 N增加到30 N,磨损表面的粗糙度先逐渐上升后急剧上升;10~20 N载荷下,硼化物的磨损以磨粒磨损为主,而25~30 N载荷下,硼化物的主要磨损方式从磨粒磨损转变为脆性破损。

硼对半固态过共晶高铬铸铁组织及性能影响

以加入硼元素来提高半固态过共晶高铬铸铁的硬度为目的,研究不同含硼量对4C-17Cr(质量分数,%)的半固态过共晶高铬铸铁显微组织和性能的影响。结果表明:随着硼含量的增加,碳化物的形状因子逐渐减小,粒度因子逐渐增加;组织中马氏体的含量也随着硼含量的增加而增加。试样硬度及冲击韧性值分别呈增加和降低的趋势,且随着硼含量增加到一定程度时,两者的变化幅度均变小。