VAR熔炼纯锆铸锭表面质量控制研究

以实际生产中遇到的纯锆铸锭表面夹层、结疤及冷隔缺陷为出发点,通过数值模拟和工业生产实验相结合的研究方法,确定了较佳的纯锆铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)工艺,明显改善了铸锭的表面质量。研究发现:各熔炼参数主要通过影响熔池形状和坩埚壁附近的熔体温度对铸锭表面质量产生影响;增大熔炼电流可以同时改善熔池到边情况和增加坩埚壁附近熔体的温度;增大稳弧电流和稳弧周期可以促进高温熔体向坩埚壁的运动,使熔池更加饱满,从而提高纯锆铸锭的表面质量。

低温贝氏体转变对渗碳纳米贝氏体轴承钢表层组织与性能的影响

本文设计了一种高碳钢,用于模拟轴承用渗碳纳米贝氏体钢表层的高碳层,并研究了随等温时间延长,其组织演变和力学性能变化规律。结果表明,当试验钢在200℃等温淬火时,贝氏体转变结束时间为48 h。随着等温时间的延长,马氏体含量降低,贝氏体铁素体含量升高,残余奥氏体含量先升高后降低,并在8 h时达到最高值,约为34.5%。贝氏体板条平均厚度约为69 nm。随等温时间的延长,试验钢的硬度先降低后升高,冲击韧性先升高后降低,且均在8 h等温时间条件下获得极值,硬度为最低值58.4HRC,冲击韧性为最高值101 J/cm^2。由于采用无缺口冲击试样,显著削弱了块状残余奥氏体对冲击韧性的消极影响,导致本文中冲击韧性与残余奥氏体含量呈现完全正相关的规律。

奥氏体化温度对V微合金中碳钢淬透性与力学性能的影响

研究了不同奥氏体化温度下V微合金中碳钢(40CrNiMoV钢)的淬透性,利用控制冷却技术对不同温度奥氏体化后的试验钢进行慢冷处理,并对慢冷组织以及回火处理后的力学性能进行分析。结果表明:随奥氏体化温度的升高,在原奥氏体晶粒尺寸和固溶V含量的共同作用下,试验钢的淬透性增大。在800~1000℃范围控制冷却时,获得的马氏体形态与奥氏体化温度有关;在淬透性和晶粒尺寸的共同影响下,试验钢的强度随温度的升高而急剧升高后基本保持稳定,冲击韧性随温度升高呈降低趋势。在奥氏体化温度为900℃时,试验钢慢冷并回火后获得最佳强塑性配合。

Ti60合金VAR熔炼过程熔体流动与宏观偏析的数值模拟研究

真空自耗电弧熔炼(vacuum arc remelting,VAR)是生产钛合金铸锭最常用的方式之一,但由于其熔炼过程温度高且不透明,通过实验研究其熔炼过程中流体流动行为和宏观偏析存在困难。基于此,本工作以Ti60高温钛合金为例,通过数值模拟方法对VAR熔炼过程展开研究,同时探讨了熔炼电流和磁场搅拌强度对流体流动行为和宏观偏析的影响。结果表明,VAR熔炼钛合金时,熔池形状由“扁平状”逐渐向“V形”转变;凝固结束后铸锭锭底和边部Zr元素含量低,中心和冒口含量高。熔炼电流产生的洛伦兹力使熔体沿逆时针方向流动,且熔炼电流越大,熔体流动更剧烈;同时也导致铸锭中心和冒口处出现更为严重的宏观偏析。搅拌磁场产生的洛伦兹力作用于整个熔池,不仅促进了熔池上部熔体的流动,也有利于熔池下部熔体的流动;当无搅拌磁场和搅拌磁场较大时,都会导致Zr元素在铸锭中产生较为严重的宏观偏析。为有效控制VAR熔炼钛合金时宏观偏析缺陷的产生,应采取小熔炼电流和合适的搅拌强度。

细化渗碳体对高碳纳米贝氏体轴承钢的影响

研究了GCr15Si1Mo轴承钢中渗碳体细化后,对材料微观组织、常规力学性能、耐磨性及滚动接触疲劳性能的影响。通过工艺的调控,使材料组织中的渗碳体尺寸从0.49细化到了0.20μm,贝氏体铁素体板条尺寸从66细化至41 nm,并且渗碳体的分布密度也随之提高。随后通过SEM、TEM、XRD、硬度、冲击、摩擦磨损及滚动接触疲劳等试验,得到了材料的宏观性能与微观组织。研究结果表明,细化渗碳体后,材料的耐磨性能和滚动接触疲劳性能比常规工艺的优异,但是韧性相对于常规工艺有显著降低。研究证明了较细小渗碳体可以对轴承钢的组织结构、常规力学性能、耐磨性能及疲劳性能产生一定的影响,为后期轴承钢中渗碳体的调控研究提供支持。

热处理工艺对纳米贝氏体渗碳轴承钢表层组织和性能的影响

目前渗碳纳米贝氏体轴承钢表层高碳成分组织与性能的演变规律还不是很清楚。设计一种高碳钢模拟G23Cr2Ni2Si1Mo纳米贝氏体渗碳轴承钢表层高碳成分,利用SEM、TEM、硬度和冲击等研究微观组织与力学性能随相变时间的演变规律。结果表明,试样在200℃贝氏体等温相变需要总时间为48 h。随着等温时间从0 h延长到48 h,组织中的马氏体含量逐渐降低、贝氏体铁素体含量逐渐升高、残余奥氏体含量先升高后降低,在等温12 h时含量最高38.5%。等温48 h后,组织中贝氏体板条平均厚度为48 nm。随等温时间的延长,试验钢的硬度先降低后升高,在等温12 h有最小值58.1 HRC;冲击韧性值逐渐增大,在等温48 h达到最大值96.0 J/cm^(2);抗压强度逐渐降低,断裂应变逐渐增大。该研究结果更清晰地展示了纳米贝氏体渗碳轴承钢表层组织与性能的变化规律,为其工艺优化提供了理论支撑。