FV520B钢表面熔化极气体保护焊堆焊层及其激光淬火后的组织与性能

采用熔化极气体保护焊在FV520B钢板上进行单层单道、二层多道以及三层多道同质堆焊试验,并对单层单道堆焊层进行激光淬火处理,研究了不同堆焊层和激光淬火后堆焊层的显微组织、硬度和耐腐蚀性能。结果表明:堆焊层由板条状马氏体、少量δ铁素体和一些碳化物组成,显微硬度为350 HV,与母材相比提高了14.7%,层间和道间交界处的组织中δ铁素体减少,最高硬度分别为380.3,373.5 HV,相对于堆焊层提高了8.0%,6.7%左右;堆焊层的腐蚀速率低于母材,且随着堆焊层数的增加,腐蚀速率不变。激光淬火后堆焊层的马氏体组织更加细小,淬火区和热影响区的厚度分别为194.3,186.3μm,堆焊层的最高硬度提高至390.4 HV;随着距淬火表面距离的增大,硬度先升高后降低;激光淬火后堆焊层的腐蚀速率比未进行激光淬火的堆焊层低。

FV520B钢叶轮的真空热处理

对FV520B钢试样和叶轮在真空炉中进行了1050℃加热随后炉冷至850℃,再在通入氮气的真空炉中冷却至50℃空冷的固溶处理,在真空炉中在850℃加热随后在充入氮气的真空炉中冷却至50℃空冷的调整处理,以及在真空炉中603℃时效处理。热处理后检测了叶轮的力学性能、显微组织和坐标尺寸。结果表明:叶轮的力学性能和坐标尺寸均符合要求,显微组织由回火马氏体、奥氏体和弥散分布的析出相组成,对FV520B钢叶轮进行真空热处理是可行的。

表面滚压强化工艺对FV520B钢表面完整性的影响及预测模型建立

目的基于多元回归法和BP神经网络建立预测模型,实现对滚压后试件表面完整性指标的精准控制,从而指导实际加工生产。方法以FV520B钢为研究对象,以滚压工艺参数(压强、进给量、滚压速度)为影响因素,以材料表面完整性指标(表面粗糙度、表面硬度、塑性变形层深度)为评价指标,设计了正交试验。通过对正交试验数据进行方差分析和信噪比分析,探究了滚压工艺参数对FV520B钢表面完整性的影响。基于正交试验数据构建了多元回归预测模型和BP神经网络预测模型,并对2种模型的有效性和精准度进行了分析和比较。结果进给量对表面粗糙度有显著影响,随着进给量的增大,表面粗糙度也显著增大。压强和进给量对塑性变形层深度均有显著影响,且塑性变形层深度随着压强的增大而增大,随着进给量的增大而减小。多元回归法建立的预测模型的拟合度较差,而BP神经网络预测模型的实验值和预测值的相对误差均在10%以下,预测效果较好。结论相比于多元回归预测模型,BP神经网络预测模型具有误差小、泛化性能好等优点,能够实现对滚压后试件表面完整性指标的精准控制,为实际的加工生产提供一定的指导。

立铣刀侧铣加工FV520B不锈钢的铣削力模型

基于瞬时刚性铣削力模型建立了立铣刀侧铣FV520B不锈钢的铣削力模型,考虑了立铣刀侧铣时刀具侧刃与工件的接触区域以及参与切削的切削刃数量,通过立铣刀侧铣FV520B不锈钢铣削力测试实验来标定铣削力模型中的铣削力系数。结果显示,侧铣实验获得的铣削力系数更加符合立铣刀在大切深和刀具变形较为明显的工况。对比实验结果与铣削力模型预测值发现,该模型能够较好地预测铣削力。

基于圆环压缩实验方法的FV520B坯料与QT600-3模具高温摩擦系数的测定

通过圆环压缩实验方法对FV520B坯料与QT600-3材质在700℃、800℃、900℃时的摩擦系数进行了测定。通过FORGE仿真软件模拟圆环压缩实验获得的数据绘制了校准曲线,并进行了FV520B圆环与QT600-3砧板的压缩试验,将实验获得的数据与校准曲线进行了对比获得最终的结果:700℃时摩擦系数介于0.2~0.25,800℃时摩擦系数介于0.25~0.3,900℃温时摩擦系数介于0.3~0.35。

FV520(B)钢叶片模拟件激光再制造工艺优化及成形修复

针对压缩机叶片激光再制造成形的工程实际需求,从激光再制造成形表面平整度假设出发,获得了熔覆层搭接率数学模型并实验验证,通过分析单道熔覆层形状和优选稀释率,确定了FV520(B)钢基体上熔覆FeCrNiCu系合金粉末的最优化匹配工艺参数;通过量化分析激光再制造成形过程,规划了最佳成形路径和工艺过程,实现了体积损伤叶片模拟件激光再制造成形。渗透探伤和金相显微测量结果表明:再制造成形部位表层无气孔、裂纹等缺陷产生,成形部位形状尺寸误差小于2mm,角度误差小于3°。

FV520(B)钢叶片激光再制造动态形变规律及试验优化

针对体积损伤压缩机叶片的激光再制造成形形变控制难题,采用有限单元"生死"控制方法,模拟脉冲激光优化工艺下成形过程,获取成形形变动态历程及规律,优化了脉冲激光成形工艺并采用IPG光纤激光再制造系统开展了叶轮激光再制造成形试验.采用Power Scan II型蓝光三维反求测量仪精确测量了再制造成形形变尺寸,验证了有限元分析结论的正确性.试验结果表明:增加首末两成形层之间时间间隔,可控制整体形变在1 mm以内,热影响区形变控制在0.280.50 mm以内,经机械加工后尺寸误差精度不超过0.02 mm,角度误差精度不超过0.03°,验证了脉冲激光工艺的优化性,为叶片类部件再制造成形提供工艺参考.

FV520(B)钢叶片模拟件激光再制造成形试验分析

针对鼓风机用FV520(B)钢叶片根部气蚀裂纹的激光再制造,采用正交化试验方法优化再制造工艺参数;通过分析FV520(B)钢叶片模拟件根部破损情况,制定激光扫描修复方案,观察和分析修复部位金相显微组织及物相组成,并对熔覆层硬度进行测试。试验结果表明:激光功率1.1kW、扫描速度250mm/min、送粉速率8.10g/min及载气流量150L/h为该再制造系统下该材料优化工艺参数;采用多种扫描路径相综合的修复方式,减少层间热累积效应,使修复件尺寸精度保持在0.8mm之内;熔覆层和基体为良好的冶金结合,熔覆层表面显微硬度最高,平均值达到675 HV0.2,结合界面处硬度值达到610HV0.2,具有较好的组织结构和硬度性能。

离心压缩机叶轮材料FV520B冲蚀规律和机理的研究

利用高速冲蚀试验系统,以7μm、10μm、14μm多角氧化铝微粒为冲蚀颗粒,在120-210 m/s冲击速度范围内,对离心式压缩机叶轮材料FV520B在模拟压缩机叶轮高速粒子冲蚀环境下的冲蚀规律进行了系统的试验研究。对冲蚀表面形貌进行分析,研究冲蚀磨损机理。结果表明：参与冲蚀的粒子质量在5-80 g之间时,冲蚀率先增加后减小即为冲蚀过渡期,冲蚀粒子质量大于80 g后冲蚀率趋于平稳,进入冲蚀稳定期;高、低强度的两种FV520B材料,均呈现出典型的塑性材料的冲蚀特性,最大冲蚀率分别出现在24°、18°的冲击角度附近;高强度FV520B在24°和90°冲击角度时的速度指数分别为3.37和3.68,速度指数随冲击角度的增大而增大;FV520B冲蚀磨损的实质是微切削与变形磨损共同作用,在低角度冲蚀时,以微切削磨损为主,而在大于60°的高角度冲蚀,以变形磨损为主。

奥氏体化合金元素Mn和Ni对FV520B焊缝组织与力学性能的影响

采用金相观察及扫描电镜(SEM)等研究了奥氏体化合金元素Mn和Ni对FV520B马氏体不锈钢的焊缝组织及力学性能的影响。结果表明,FV520B不锈钢的焊缝组织以回火马氏体为主,随着合金元素增加,焊缝组织变得更加细小。Mn,Ni元素能够有效提高焊缝中奥氏体的含量。合金元素对焊缝强度的影响较小,但当同时添加Mn,Ni元素时,焊缝抗拉强度和屈服强度得到提高。Mn,Ni元素能够通过提高焊缝奥氏体量改善焊缝的冲击韧度。相对于Mn元素,Ni元素提高焊缝韧性的效果更好。

冷却速度对Fv520(B)钢马氏体组织的影响

利用膨胀法、金相、XRD法研究了冷却速度对Fv520(B)钢Ms点及其组织的影响。结果表明,Fv520(B)钢具有良好的淬透性,其Ms点为155℃,冷却速度降低,Ms点略有升高。在冷却速度为175℃/s～0.03℃/s的范围内,均得到马氏体组织,冷却速度对马氏体组织状态影响不大。

时效温度对Fv520(B)钢组织及力学性能的影响

采用高温Ｘ射线衍射、透射电镜等手段研究了Ｆｖ５２０（Ｂ）马氏体沉淀硬化不锈钢经固溶处理＋中间调整处理后不同温度时效处理的显微组织和力学性能。结果表明，４７０℃时效时硬化效果最显著；５２０℃以上时效时，有逆转变奥氏体生成。时效相主要是富铜（ε－Ｃｕ）相、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、Ｍ２３Ｃ６等。６２０℃时效时残余奥氏体量达到最大值，该钢的强度最低；６２０℃以上时效时，发生奥氏体重结晶，残余奥氏体量减少，钢的强度增加。

FV520B钢十字焊接接头的疲劳性能

用金相显微镜和扫描电镜观察了FV520B钢焊接接头母材、焊缝及热影响区的微观组织;并通过透射电镜给出了母材和焊缝的微观形貌。结果表明:母材组织为细小均匀的回火马氏体、弥散分布的析出相及高密度位错,而焊缝为粗大的板条马氏体及少量的析出相,说明母材力学性能优于焊缝。利用疲劳实验获得了高平均拉应力下接头的疲劳强度及S-N曲线等。通过对疲劳断口的观察,发现疲劳断裂主要有两种形式:破坏于焊趾处和焊接缺陷处,由于这里严重的应力集中,加速了疲劳裂纹的萌生。

FV520B沉淀硬化不锈钢的MAG堆焊再制造力学特性

采用堆焊熔敷成形技术进行FV520B沉淀硬化不锈钢再制造实验,并通过与基材相应性能进行对比分析,研究FV520B不锈钢MAG堆焊再制造成形层力学特性。结果表明:FV520B不锈钢MAG堆焊再制造成形层具有高强度和高硬度特性,其抗拉强度达到1195MPa,超过基材的1092MPa,屈服强度和硬度平均值分别为776MPa和336HV,与基材的859MPa和353HV相近;但是,再制造成形层的静拉伸伸长率与冲击韧性相对较低,分别为8.72%和61J/cm2,与基材的19.67%和144J/cm2相比差距较大。试样断口和组织分析表明,MAG堆焊再制造成形层的快冷非平衡结晶板条马氏体+NbC,MoC,M23C6等碳化物沉淀强化相组织是其具有高强度和高硬度力学特性的根本原因。不过,缺少时效处理和Cu元素强化相作用,以及夹杂脆性相和大尺寸球形颗粒与基体间的弱界面作用会恶化材料受力时的变形能力,容易引起应力集中并开裂,是再制造成形层具有较低静拉伸伸长率和较差冲击韧性的主要原因。

叶轮用FV520B-Ⅰ钢超高周疲劳行为

为了能够定量地预测离心压缩机叶轮材料FV520B-Ⅰ超高周疲劳寿命,本文在岛津USF-2000超声疲劳试验机上进行疲劳试验。试样断裂后利用扫描电镜对试样断口形貌进行观察,测得裂纹源区特征区域-夹杂物、GBF(granular bright facet)和鱼眼区的尺寸,利用Murakami提出的应力强度因子公式计算出特征区域边界处的应力强度因子幅值ΔK,分析特征区域对超高周疲劳寿命的重要影响;比较适用于超高周疲劳寿命计算的裂纹萌生模型和利用Paris方程拟合的寿命模型,结果显示后者与实验数据一致性更好,预测寿命与实验寿命均在一个数量级内,平均误差约为26. 9%。研究内容对FV520B-I钢夹杂物控制及离心压缩机叶轮寿命预测具有积极意义。

热处理对马氏体不锈钢Fv520(B)力学性能的影响

研究了热处理对马氏体沉淀硬化不锈钢Fv520（B）：0．05C-14．5Cr－5.5Ni-1．8Cu-1．7Mo－0．35Nb的组织和力学性能的影响。结果得出，经1050℃固溶处理＋850℃中间处理＋470℃时效时Fv520（B）钢的强度达到极大值，时效温度超过520℃时，形成逆转变奥氏体，残余奥氏体量增加，620℃达到最大值。

离心压缩机叶片材料FV520B冲蚀过程演变规律

利用高速冲蚀试验系统,模拟叶轮实际工作情况,对离心压缩机叶片材料FV520B进行增量冲蚀试验,以研究材料冲蚀率、表面形貌、金相组织及应力状态随冲蚀磨损过程的演变规律。研究结果表明:在不同的冲击角度下,FV520B靶材的冲蚀过程均存在过渡期和稳定期。在24°和90°冲击角度下,冲蚀率在过渡期先上升后降低,然后趋于平稳进入稳定期;而在12°和60°冲击角下,冲蚀率在过渡期逐渐降低,然后趋于平稳进入稳定期。随冲蚀的进行,在12°冲击角度下,冲蚀表面粗糙度逐渐降低,在90°冲击角度下,冲蚀表面粗糙度变化较小;而在24°和60°冲击角下,冲蚀表面粗糙度先降低后升高,且深度冲蚀后表面形成横向冲蚀条纹,冲蚀角度产生分化。冲蚀后试样亚表层金相组织无变化,仍为索氏体组织,但试样表面原有应力状态发生很大变化,在12°,24°和60°冲击角度下,冲蚀表面形成较高的残余拉应力;在90°冲击下,表面形成残余压应力。

基于两种不同缺陷形式的FV520B-Ⅰ疲劳寿命预测

表面粗糙度和内部非金属夹杂物这两种缺陷形式都会明显影响高强度钢FV520B-Ⅰ的疲劳寿命。以FV520B-Ⅰ的超声疲劳实验数据为基础,结合根据经典的断裂力学,将表面粗糙度以及内部非金属夹杂物与FV520B-Ⅰ疲劳寿命联系起来得到疲劳寿命预测基础模型。从实验数据中选取合适的疲劳数据对基础模型进行拟合,确定与FV520B-Ⅰ相关参数,从而分别建立了针对两种不同缺陷情况下FV520B-Ⅰ的疲劳寿命预测模型。疲劳寿命预测模型的建立为FV520B-Ⅰ的疲劳寿命研究作出了贡献,准确并有针对性的预测疲劳寿命对保障设备的正常生产运行有重要的意义。

FV520B不锈钢铣削稳定叶瓣图的构建及实验

为了提高压缩机叶轮的加工效率,研究了解析法构建铣削稳定性叶瓣图的方法,并利用该方法实现对FV520B材料加工的参数优化。通过该方法可以选取合适的加工转数和切削深度,避免颤振,使加工后的工件达到要求的精度及表面质量,并能够保护刀具和机床的安全、可靠度。通过实验数据分析,获取构建叶瓣图的所需参数,构建稳定性叶瓣图,并在所构建的叶瓣图中选取不同测试点,对叶瓣图进行正确性验证。研究表明,该方法在实际叶轮加工制造中具有重要意义。

金属材料FV520B冲蚀模型的建立与验证

为了用数学的方式描述金属材料的冲蚀率随靶材属性、颗粒属性、环境因素的变化规律,从颗粒冲击靶材的碰撞过程入手,通过求解颗粒运动方程和碰撞的能量方程,建立了基于微切削和变形磨损的塑性材料冲蚀模型。借助金属材料FV520B的正交冲蚀试验结果,利用回归分析法获得FV520B冲蚀率计算模型,并通过方差分析和单因素冲蚀试验对计算模型进行了验证。方差分析结果表明,该冲蚀率计算模型非常显著,由模型获得的冲蚀率计算值与单因素试验结果吻合程度较高,说明该模型在预测金属材料FV520B不同环境下的冲蚀磨损时具有较好的适应性和可靠性,研究结果对叶轮材料FV520B冲蚀磨损寿命的评估具有指导意义。