超高强度不锈钢10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE微观组织对局部腐蚀行为的影响

采用未时效、200、400℃以及500℃时效状态下10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE(S280)马氏体超高强度不锈钢为研究对象,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、背散射电子衍射(EBSD)等测试方法,结合电化学测试手段与X射线光电子能谱仪(XPS)测试,分析S280的微观组织结构特征演变与钝化膜结构成分与耐蚀性能,研究钝化膜稳定性特征与材料微观组织结构的关系。结果表明:500℃时效温度下的S280钢有细小弥散的富含Cr,Mo元素的析出相,分布在马氏体板条中。随着时效温度升高,无明显的残余奥氏体及逆转变奥氏体析出。在成膜电位(0.1~0.85 V)下,S280钝化膜在pH=8.5的硼酸盐缓冲液中呈p型半导体性质,表现为双层膜结构,外部由疏松多孔的Fe/Cr氢氧化物组成,内层由致密的Cr/Fe氧化物构成,其成分主要是Cr_(2)O_(3)。通过电化学阻抗测试结合Mott-Schottky分析,探明S280在200℃时效下耐蚀性最好,其耐蚀性能由晶界取向特性与沉淀相导致的元素偏析共同影响。

Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响

为探讨超高强度不锈钢的应力腐蚀开裂行为,采用Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢为研究对象,利用OM、XRD、TEM等测试手段,结合腐蚀疲劳试验,研究了Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,试验钢在3.5%NaCl溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀开裂机理为氢致开裂和阳极溶解的混合机制。Nb微合金化提高了钢的腐蚀疲劳性能,钢中添加0.11%的Nb后,钢的腐蚀疲劳强度由440 MPa提高至495 MPa,其主要原因是,Nb微合金化可以细化钢的晶粒尺寸,促进钢中不可逆氢陷阱NbC的析出,增加了钢中原奥氏体晶界总量、小角晶界所占比例、Σ3晶界数量、奥氏体体积分数等。

基于物理参数和响应面法的S280超高强度不锈钢本构模型

采用Thermecmaster-Z型热模拟试验机在变形温度为800~1000℃、应变速率为0.001~10 s-1条件下对S280超高强度不锈钢进行了等温恒应变速率压缩实验,分析了S280超高强度不锈钢的热变形行为,计算了热变形激活能。考虑变形温度对自扩散系数和杨氏模量的影响,建立了S280超高强度不锈钢基于应变补偿的物理本构模型。以变形温度、应变速率和应变为输入变量,流动应力为响应目标,建立了S280超高强度不锈钢的响应面本构模型。结果表明,S280超高强度不锈钢为正应变速率负温度敏感型材料,其流动应力随应变速率的增加和变形温度的降低而增大。热变形激活能对变形条件敏感,其随变形温度、应变速率和应变的增加而减小。基于应变补偿的物理本构模型具有一定的物理意义和良好的预测精度,其相关系数R和平均相对误差eAARE分别为0.971和7.8%。响应面本构模型的响应曲面和等高线图能反映变形条件之间的相互作用对流动应力的影响。建立的两个本构模型都能够用于表征S280超高强度不锈钢在热变形过程中的流动应力行为。

化学钝化对S280超高强度不锈钢综合性能的影响

采用电化学极化方法,测试了不同工艺参数条件下钝化膜的电化学特性;采用AFM、XPS分别对钝化膜微观形貌和成分进行了表征;同时检测了钝化试样的耐蚀性、氢脆性和疲劳性能。结果表明,S280不锈钢钝化膜结构致密,主要成分是各种金属氧化物、氢氧化物或羟基氧化物,并且检测到不同类型金属间氧化物的存在。钝化后的S280不锈钢耐蚀性大幅度提高,满足氢脆要求,疲劳性能轻微降低。

回火温度对超高强度不锈钢的力学性能和微观组织的影响

采用环境扫描电镜观察超高强度不锈钢的断口形貌,用万能实验机测试了不同回火温度的超高强不锈钢的力学性能,研究了超高强度不锈钢不同回火温度下的力学性能和微观组织。研究结果表明:540℃、4 h回火后该种超高强度不锈钢合金具有最佳综合力学性能,抗拉强度达1 902 MPa,屈服强度为1 395 MPa,延伸率和断面收缩率分别为14%和67.8%,冲击韧度为130 J/cm2。此回火温度下该超高强度不锈钢为回火马氏体组织,马氏体逆转变而生成的逆转变奥氏体含量在5%左右,使其具有良好的强韧性。

超高强度不锈钢厚板多道TIG焊温度场和应力场数值模拟

文中基于SYSWELD软件平台,对厚度15 mm的Ferriun S53超高强度不锈钢厚板进行了TIG多道焊接模拟仿真。建立了Ferriun S53钢的材料属性数据库,采用SYSWELD软件,以双椭球热源模型为热量分布形式,计算了自由装卡条件下焊接温度场、相分布、应力场及焊接引起的变形。结果表明,所得到的温度场变化规律符合实际性,焊缝区发生部分马氏体转变,残余应力主要存在于焊缝及附近熔合区,变形趋势与实际情况符合一致。

超高强度不锈钢热变形行为及加工图

采用Thermecmaster-Z热模拟试验机对10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE(S280)超高强度不锈钢进行变形温度800~1150℃、应变速率0.001~10 s^(−1)、压下率70%条件下的等温恒应变速率压缩实验,分析其热变形行为,并构建基于Murty失稳准则的加工图。结果表明:S280超高强度不锈钢的流变应力对变形温度和应变速率较为敏感,随应变速率增加和变形温度降低,流变应力显著升高。通过加工图分析和变形微观组织观察,S280超高强度不锈钢的失稳变形工艺窗口为800~1040℃、0.06~10 s^(−1),对应的塑性变形机制主要为局部流动;较佳的变形工艺窗口为1095~1150℃、0.001~0.04 s^(−1);最佳变形工艺参数在1125℃、0.001 s^(−1)附近,对应的塑性变形机制主要为动态再结晶。

飞机起落架用超高强度不锈钢的研究及应用进展

本文结合飞机起落架的设计理念,梳理了飞机起落架用超高强度钢及高强不锈钢的应用及发展历程,重点阐述了典型超高强度不锈钢的成分、组织和力学性能以及强韧化机理。建议通过材料热力学动力学计算创新设计新的超高强度不锈钢钢种;提出新型超高强度不锈钢的组织设计,将更关注多类型或高密度的共格析出强化以及高力学稳定性残余奥氏体的强韧化作用机制;最后指出采用最新的一些加工工艺技术,如等温多向锻造工艺技术,可显著提高超高强度不锈钢的综合力学性能。

喷丸强化对S280新型超高强度不锈钢疲劳性能的影响

为了研究适宜S280新型超高强度不锈钢的喷丸强化工艺,对S280钢进行不同工艺的喷丸强化,分析了S280钢及其不同工艺喷丸强化后的试样的表面形貌、粗糙度、旋转弯曲疲劳寿命以及疲劳断口形貌,测定了喷丸强化试样的残余应力场。结果表明:喷丸强化后S280钢疲劳寿命有了显著的提高,而大强度的铸钢丸喷丸对其疲劳寿命提高更为有利;喷丸前后的S280钢的疲劳裂纹源均在表面,但喷丸强化使疲劳裂纹由多源变为单源。

基于响应面法的S280超高强度不锈钢的热变形行为

采用Thermecmaster-Z型热模拟试验机进行等温恒应变速率压缩实验,研究了S280超高强度不锈钢在变形温度为850~1150℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)时的热变形行为。分析了S280超高强度不锈钢的流变行为特征,计算了热变形激活能参数、应变速率敏感指数;建立了以变形温度、应变速率、应变为输入变量,热变形激活能参数、应变速率敏感指数为响应目标的响应面模型,并通过多目标可视化优化了S280超高强度不锈钢的热加工工艺参数。结果表明S280超高强度不锈钢为正应变速率和负温度敏感型材料,其流变应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小;建立的响应面模型具有较高精度,能直观反映材料参数与热变形条件之间的关系,可用于材料相关参数的预测;通过多目标可视化优化并结合组织验证获得了S280超高强度不锈钢最佳的热加工工艺参数范围为变形温度1085~1150℃、应变速率0.001~0.003 s^(-1)。

超高强度不锈钢沉淀行为研究进展

超高强度不锈钢因强度高、韧性好及耐腐蚀性能优异而被广泛需求。沉淀强化是这类钢获得高强度的重要强化方式，但其析出过程复杂，作用机制尚不明确，成为制约新型超高强度不锈钢开发的关键因素。介绍了超高强度不锈钢的分类、牌号、成分及力学性能，重点阐述了马氏体型超高强度不锈钢沉淀强化相的演变过程及强化机理研究，提出材料计算科学、强化机理理论和资源节约技术等是超高强度不锈钢发展的重要方向。

多向锻造对超高强度不锈钢组织及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)对多向锻造淬火后的马氏体超高强度不锈钢的显微组织进行定量表征,分析多向锻造对试验钢显微组织的影响;同时进行力学性能测试,分析多向锻造对试验钢力学性能的影响,讨论不同强化机制对试验钢强度的贡献。结果表明,随着锻造道次的增加,试验钢的原奥氏体晶粒、马氏体板条束(Packet)、板条块(Block)尺寸均逐渐细化,5个道次后原奥氏体晶粒从226.1细化到3.2μm,Packet尺寸从106.1细化到2.9μm,Block尺寸从2.3细化到1.5μm;试验钢的力学性能显著提升,屈服强度由1030增加至1175 MPa,冲击功吸收功由140增加至194 J,伸长率也从9.3%增加到了11.6%;试验钢强度的提升主要归功于位错强化与细晶强化并以位错强化为主,且位错强化与细晶强化并不遵从线性叠加强化机制,而更接近均方根叠加机制。

热变形对超高强度不锈钢流变应力及动态再结晶行为的影响

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了一种新型超高强度不锈钢在变形温度850~1150℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的热压缩变形行为,建立了钢的热变形方程及动态再结晶晶粒的尺寸模型。结果表明,变形过程中,变形温度降低和应变速率增加都会使钢的高温流变应力增加。应变速率相同时,随变形温度升高,动态再结晶程度逐渐增加;而当变形温度相同时,随应变速率降低,动态再结晶晶粒发生长大。试验钢的变形激活能为452.024 k J/mol,热变形方程为:ε=6.933 09×10^(16)[sinh(0.004 67σ)]^(7.215 4)exp(-452 024/RT),动态再结晶临界应变εc与形变温度和应变速率的关系为:ε_c=8.89×10^(-3)(εexp(54 369/T))^(0.073 28)粒尺寸模型为D_(DRX)=947.28×Z^(-0.123)。

热处理对2000MPa超高强度不锈钢组织和性能的影响

运用Thermal-calc热力学软件、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段研究了热处理工艺对一种新型的超高强度不锈钢微观组织及力学性能的影响。结果表明,经过固溶处理后钢的基体为高密度位错的板条马氏体组织;强度随着时效温度的升高而逐渐升高,在520~540℃时可达到2 000 MPa,且冲击吸收功在540℃时达到最大值37 J。此时在板条马氏体上析出大量、细小、弥散以μ相为主的第二相,同时在板条与板条界面上有块状的逆转变奥氏体生成,这是该钢具有超高强度与高韧性的主要原因。

时效温度对超高强度不锈钢缺口抗拉强度的影响

借助轴对称光滑和缺口拉伸试验,研究了时效温度对超高强度马氏体时效不锈钢固溶和冷拔状态弹簧钢丝缺口抗拉强度的影响。研究结果表明,时效前的冷加工具有增强时效动力学的作用,降低了光滑和缺口拉伸抗拉强度峰时效温度,而且冷加工具有明显的强化效应,但强化效果随时效温度的提高逐渐衰减。从提高材料和构件的可靠性考虑,推荐500℃和480℃分别为固溶态和冷拔态钢丝的时效温度。

正火温度对USS122G超高强度不锈钢组织及性能的影响

通过光学显微镜、电子显微镜、物理化学相分析等表征方法研究了不同正火温度对USS122G超高强度不锈钢的微观组织和硬度的影响。结果表明:随着正火温度的升高,试验钢硬度降低,残留奥氏体含量增加,第二相含量减少,原奥氏体晶粒变大。综合分析不同正火温度对钢中第二相的种类、质量分数与硬度以及晶粒大小的影响,最终确定该试验钢的最佳正火温度为1020℃。

高温回火对USS122G超高强度不锈钢显微组织的影响

为了研究高温回火工艺对USS122G超高强度不锈钢显微组织和硬度的影响,采用扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法进行分析测试及表征。结果表明,随着回火温度升高,钢中的奥氏体体积分数及第二相数量呈减少趋势,680~700℃时第二相的平均尺寸约为65nm,第二相强化效果减弱,此时硬度为36HRC^37HRC;700℃时第二相开始在晶界聚集,而温度高于720℃后,细小的第二相数量增加,第二相在晶界上形成了网状分布,硬度有增加趋势。钢的硬度变化主要受到第二相强化影响,综合高温回火对钢中奥氏体体积分数、第二相及硬度的影响,最终确定该钢的最佳高温回火温度为660~680℃。

固溶温度对一种超高强度不锈钢显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、电子显微镜等研究了不同固溶热处理温度对一种马氏体超高强度不锈钢的微观组织和力学性能的影响。结果表明,固溶处理温度范围内,碳化物M_6C的溶解行为对材料最终力学性能具有重要影响。固溶处理温度为1 000～1 050℃时具有一定体积分数的未溶碳化物,形成合理的奥氏体晶粒尺寸和马氏体内元素过饱和度,有利于材料在时效后获得最佳的综合力学性能。

探索新强韧化机制 开拓超高强度钢新领域

论述了超细化马氏体板条 ,共格沉淀新强化相 (Laves相 ) ,M2 C碳化物和残余—逆转变奥氏体向马氏体相变诱发塑性等强韧化机理 ,用超纯洁熔炼、超均匀化及控制相变等工艺 ,获得一种低碳 - 1 4Cr - 1 2Co -5Mo -Me新型超高强度、高塑性。