42CrMo钢激光-电磁感应复合淬火过程应力与变形研究

目的提高激光强化风电机组轴承的尺寸稳定性,对激光-电磁感应复合淬火过程中的应力演化过程进行分析,并研究工艺参数对淬火变形的影响规律。方法通过考虑淬火相关的工艺过程、材料参数、热源输入及边界条件,使用COMSOL软件建立42CrMo钢激光-电磁感应复合淬火数学温度-组织-应力场多物理场耦合模型,研究淬火过程中的温度、组织和应力变化过程,并进行复合淬火实验验证。通过改进边界条件,建立轴承试件的淬火模型,通过改变相关工艺参数包括激光功率、感应功率和扫描速度,研究工艺对轴承淬火变形的影响规律,并与实际轴承实验结果进行对比。结果经实验测试结果和模型结果对比,感应和激光的温度相对误差分别为5.48%和9.69%,淬硬层深度的相对误差为5.66%,工件中心点应力相对误差为7.14%。结合温度变化和组织变化,将应力变化过程分为感应加热阶段、激光加热阶段、自然冷却阶段和强制水冷阶段。改进后的大轴承表面变形量的模拟值与实验值相对平均误差为0.58%。结论在复合淬火过程中,应力同时受到热应力和组织相变应力的影响,热应力和组织相变应力在每个阶段起作用的主体不同。随着激光功率和感应功率的减小,以及扫描速度的增大,轴承内圈外滚道表面法向位移变小,尺寸稳定性越好。

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述:(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。

等温淬火工艺对奥-贝铸钢组织和性能的影响

研究等温淬火工艺因素(奥氏体化温度、等温淬火温度、等温淬火时间等)对奥氏体 贝氏体铸钢显微组织和力学性能的影响的试验结果表明,选定成分的高碳(0 75%)高硅(2 4%)铸钢,在280～360℃范围内经等温淬火处理后,可以获得无碳化物析出的奥氏体-贝氏体组织,且随着等温淬火温度的升高,贝氏体形貌由针状下贝氏体逐渐向羽毛状上贝氏体转变。试验结果还表明,等温淬火工艺对力学性能的影响较复杂,奥氏体化温度和时间为900℃×120min、等温淬火温度和时间为320℃、120min时,可以获得较佳的综合力学性能。

淬火-配分-回火工艺处理钢的三体冲击磨损性能研究

研究了"淬火-配分-回火"(Q-P-T)工艺对20Si2Ni3钢三体冲击磨料磨损性能的影响。结果表明,随试验冲击能量从0.5 J增加到3.5 J,试样的磨损失重量先增大后减小,在2.5 J时出现峰;试样经Q-P-T工艺处理后的磨损失重量低于传统淬火回火(Q-T)工艺处理的试样,其主要磨损机制由犁削向应变疲劳转变;经Q-P-T处理的样品在磨损试验后的表面加工硬化层厚度明显高于经Q-T处理的样品。分析认为基体的高塑韧性及其在磨损过程中的形变强化和残余奥氏体的相变强化是Q-P-T工艺处理钢具有较好的抗冲击磨料磨损性能的原因。

AISI4140钢水-空循环控时淬火新工艺

重点研究AISI4140钢的淬火温度、防止开裂和水-空循环时间等热处理工艺。通过多次实验确定了最佳的热处理工艺参数,实现了AISI4140钢强度及韧性的良好匹配。

淬火-碳分配-回火钢的低温组织和性能

Fe-0.25C-1.5Mn-1.2Si-1.5Ni-0.05Nb(质量分数,%)钢通过淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺抗拉强度可达1250 MPa以上兼具良好塑性(大于17%),显微组织为位错型板条马氏体、微合金碳化物和薄片状残留奥氏体。通过低温拉伸试验分析了Q-P-T钢在-85～25℃下的力学性能并采用透射电镜观察了试样在25℃和-85℃时拉伸前后的显微组织。结果表明,Q-P-T钢在-70～25℃时显示了良好的低温力学性能,仅当拉伸温度低于-70℃时试样塑性开始出现大幅下降;残留奥氏体在未变形前具有良好的低温稳定性,但在变形过程中会发生马氏体相变,产生相变诱发塑性(TRIP)效应,这是Q-P-T钢具有高强度和良好塑性的主要原因。

45钢渗氮-淬火复合处理工艺研究

介绍了４５钢渗氮淬火复合处理工艺。通过耐磨试验、变形试验和抗蚀试验，结果表明，４５钢的耐磨性和耐蚀性明显提高，而且畸变小，处理时间短。

Cr5钢支承辊水-空交替淬火过程数值模拟与实验

利用数值模拟技术对Cr5钢支承辊的水-空交替淬火过程进行了研究。通过实验测得了Cr5钢支承辊的材料性能参数,利用DEFORM软件分析了空冷时间、水冷时间等影响因子对Cr5钢支承辊在水-空交替淬火过程中温度场、组织场以及应力场的影响,获得了满足支承辊使用需求的水-空交替淬火工艺,并与连续喷雾淬火工艺进行了物理模拟实验对比。结果表明:与连续喷雾淬火+回火工艺处理相比,Cr5钢试样经水-空交替淬火+回火工艺处理后的硬度降低了约2.54%,但伸长率以及冲击韧性分别提高了约6.34%和16.67%。水-空交替淬火工艺既保证了Cr5支承辊的硬度和强度等性能指标,又提高了其淬火后组织中的残留奥氏体含量,从而可使其塑性和韧性得到一定程度的提升。

循环加热-淬火工艺下超细晶奥氏体的晶粒演变特征

分别利用含Nb钢和Nb-V-Ti钢研究了循环加热-淬火工艺下原始组织分别为温轧铁素体/珠光体、温轧回火马氏体以及常规铁素体/贝氏体的热模拟试样在不同循环次数条件下所获得的超细晶奥氏体晶粒的演变特征。研究表明：复合微合金化更有利于该工艺下奥氏体晶粒的超细化,且相比之下以温轧铁素体/珠光体为原始组织更有利于获得超细晶奥氏体,利用这一原始组织在3-4次循环加热-淬火处理后得到奥氏体晶粒尺寸在1-2μm;同样原始组织条件下,单纯添加Nb使得实现最大程度奥氏体晶粒超细化效果所需要的循环加热-淬火次数减少;根据Nb-V-Ti复合微合金钢中析出相粒子的透射及能谱分析发现,V的大量固溶以及Nb的部分溶解很大程度上决定着微合金元素添加对奥氏体晶粒超细化的影响程度。

45钢油-水淬火性能的研究

为了解决45钢水淬后出现变形或开裂的问题,通过对45钢进行油-水淬火热处理工艺,使得45钢的硬度低于水淬而高于油淬,表面光洁度较单纯水淬及油淬均好,在保证硬度的同时,韧性增强,变形或开裂减少。

中断淬火的温度对淬火-配分低铬铁素体不锈钢组织和性能的影响

将低铬铁素体不锈钢于930℃保温3 min奥氏体化,然后在不同温度的盐浴中淬火至20、150、200、225、250、275和300℃,再于500℃保温1 min配分处理,水冷至室温,以研究中断淬火的温度对钢的组织和力学性能的影响。结果表明:经淬火-配分处理后,钢的组织由铁素体、马氏体和少量残留奥氏体组成,马氏体处于铁素体边界,尺寸为数微米至数十微米。中断淬火冷却的温度对钢的显微组织影响不大,但对残留奥氏体含量有一定影响;在200~250℃中断淬火的钢残留奥氏体的体积分数最高,约5%;随着中断淬火冷却温度的升高,钢的抗拉强度从824 MPa降低至780 MPa,后又升高至812 MPa,而断后伸长率从16.5%升高至20.5%,后又下降至17.6%。从改善塑性的角度考虑,低铬铁素体不锈钢淬火-配分处理的最佳中断淬火冷却温度为200~250℃。

18CrNiMo7-6钢圆柱试件淬火过程数值模拟

采用有限元分析方法,利用SYSWELD软件模拟18CrNiMo7-6钢圆柱试件渗碳及淬火过程,并分析其渗碳场、温度场及硬度的变化规律和分布状态。模拟结果表明,渗碳过程中,圆柱试件外表面含碳质量分数先增大后减小,而心部含碳质量分数基本保持不变;淬火过程中,圆柱试件截面沿径向温差先增大后减小,冷却到9.8 s时,温差最大,为293℃;冷却到12.0 s时,外表面处率先发生马氏体转变;冷却到47.2 s时,圆柱试件心部温度为281℃,整个试件几乎都完成马氏体转变;圆柱试件硬度值沿径向从外表面向心部逐渐递减,很符合18CrNiMo7-6钢热处理后的性能。

热冲压高强钢B1500HS的淬火-碳分配试验研究

为克服现行热冲压制件塑性较差的缺点,研究将淬火-碳分配(Quenching-Partitioning)工艺与热冲压工艺结合的可行性。通过热冲压高强钢B1500HS的全马氏体转变、Q&P一步法和Q&P两步法的热模拟试验、拉伸试验、显微组织观察等方法,研究了不同Q&P热处理工艺参数对材料性能的影响。结果表明,在合适的工艺参数下,Q&P一步法能获得恰当的马氏体和残留奥氏体组织,在基本保证热冲压制件超高强度的同时有效提高其伸长率,从而提升制件的综合力学性能。试验结果显示,与代表现行热冲压工艺的全马氏体转变相比,Q&P一步法提高强塑积约24%。

采用直接淬火-回火技术研制抗拉强度780MPa高强韧钢板

测定了选定低碳微合金成分体系的动态CCT曲线。当冷却速度在1～30℃/s之间时,钢板形成贝氏体组织,随冷却速度的增加,Bs点下降,贝氏体组织逐渐细化,钢板维氏硬度增加。采用大于等于20℃/s的冷速淬火到室温后,在610～650℃回火,试制了抗拉强度大于780 MPa的高强度钢板。钢板的屈服强度大于700 MPa,-40℃冲击功大于150 J,钢板在630℃回火获得了较好的强韧性匹配。钢板直接淬火态的微观组织由宽度为0.5～1.5μm的贝氏体铁素体板条和板条界面处的马奥组元构成。贝氏体板条内部有亚板条。回火热处理后,贝氏体板条界面弱化,球状的渗碳体在贝氏体板条边缘形成。仪器化冲击实验显示钢板在-40℃仍具有良好的止裂能力。钢板的贝氏体相变可用扩散机制较好地解释。

汽车用油淬火-回火弹簧钢丝的发展现状

介绍了汽车用油淬火-回火弹簧钢丝最新的研究进展和发展动态,主要探讨了化学成分、冶金质量、截面形状、表面质量以及热处理工艺对油淬火-回火弹簧钢丝组织及性能的影响。

淬火-配分-回火工艺处理低碳低合金钢的氢脆敏感性

对低碳低合金钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理,研究了Q-P-T处理后试验钢的显微组织、力学性能以及氢脆敏感性,并与传统淬火回火(Q-T)工艺处理后的进行了比较。结果表明:相对于传统Q-T工艺,Q-P-T工艺处理后的试验钢获得了较多的残余奥氏体,塑性和韧性分别提高了3.5%和27%,氢脆敏感性降低;残余奥氏体对降低氢脆敏感性具有积极作用。

铝合金板材热成形-淬火一体化工艺研究进展

为解决铝合金室温塑性差和成形后热处理变形的问题,发展起来了一种铝合金板材热成形-淬火一体化新工艺。该工艺是将热处理和热成形在同一工步完成,即固溶后板材快速转移到模具中成形,然后完成模内淬火,最后通过时效来提高其强度。高温成形可提高板材成形性能,模内淬火能够保证其强度和尺寸精度。重点介绍了铝合金板材热成形-淬火一体化工艺关键技术及最新研究进展,总结了铝合金板材热成形-淬火一体化工艺实验研究和数值模拟的研究现状。

非线性相互作用的自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的淬火动力学

研究了在二维自旋-轨道耦合的相互作用超冷玻色气体中存在一维光晶格时,超流条纹相到超固相的非平衡动力学.通过研究这一动力学过程中的缺陷(位相空间中的涡旋)及波函数的变化行为,利用涡旋数及波函数的交叠等描述方法,确定了考虑光晶格深度随时间线性变化的量子淬火动力学过程的转变时间.发现在转变时间之前,体系对于淬火过程没有响应.当演化时间超过转变时间后,系统开始迅速响应,涡旋数及体系的波函数开始迅速变化.当演化时间足够长时,系统将达到稳态.另外还发现,在上述动力学过程中,由于体系中自旋-轨道耦合的存在,系统在空间中的密度分布与自旋在空间中的结构始终相伴生,即具有拓扑结构的磁斯格明子(反斯格明子)的中心位置始终与体系密度分布的极小值位置相对应.

水-空交替淬火技术及其在石油套管热处理中的应用研究

以热轧25MnV钢石油套管为研究对象,通过性能测试、透射电镜等方法,对比研究了水-空-水双介质交替淬火和强化冷却淬火两种工艺对钢的组织与力学性能的影响。结果表明:水-空-水交替淬火工艺可以有效减少石油套管的淬火内应力,防止淬火裂纹的产生;在该工艺下所得下贝氏体+板条马氏体束交割分布的复相组织以及马氏体条间少量残余奥氏体等二次析出相的综合作用下,材料的冲击韧性明显提高,综合力学性能大幅改善,提高了石油套管的抗断裂失效能力和使用安全性。

Bi-Si-B-O系溶胶-凝胶玻璃及其熔融-淬火玻璃的结构对比

采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）和熔融-淬火法分别制备了Bi-Si-B-Zn-Al-O系玻璃粉体,运用XRD、SEM、EMAX、IR、DSC/TG等手段对粉体进行了表征,并初步探讨了同体系不同制备方法下两种玻璃粉体的微观结构的异同.结果表明,两种玻璃粉体均呈玻璃态,溶胶-凝胶粉体颗粒较易破碎,球磨12 h后可得到1~10μm范围的颗粒,其元素含量与实验设计比例较为接近;两种粉体玻璃网络结构相似,主要以[Bi O3]三角体、[Si O4]四面体、[BO4]四面体构成基本网络骨架;熔融-淬火玻璃结构中[Si O4]四面体趋向于架状,使得粉体结构更加稳定,玻璃转化温度略高于溶胶-凝胶玻璃且均小于600℃.