超高强度钢AerMet100磨削烧伤研究

针对超高强度钢AerMet100磨削烧伤问题,基于磨削热力耦合及烧伤测试方法的结合获得磨削烧伤机理和定量化分析方法。在正交磨削工艺参数条件下对磨削温度和磨削力测试分析,建立了磨削力和磨削温度关于磨削工艺参数的回归经验模型。在此的基础上,分别采用酸洗法、显微硬度法、微观组织法研究了的磨削烧伤机理和测试方法,同时采用巴氏杂讯法获得了磨削烧伤关于磨削工艺参数的回归经验模型,分析了磨削工艺参数对磨削烧伤的影响规律。研究结果表明:磨削烧伤是磨削热力耦合作用的结果,采用巴克杂讯法检查烧伤具有无损测试、量化分析的优点;磨削力、磨削温度和磨削烧伤BN值均对磨削深度的变化最敏感,磨削烧伤BN值随着磨削深度、砂轮速度和工件速度的增大而增大。其为超高强度钢AerMet100构件的磨削烧伤测试和控制提供数据依据和理论指导。

回火工艺对Aermet100超高强度钢组织与韧性的影响

采用SEM、TEM等方法研究了不同回火温度对Aermet100超高强度钢的显微组织和韧性的影响。结果表明,Aermet100钢经885℃淬火后,在472～492℃温度范围内回火,显微组织为高位错密度的板条马氏体(板条M)和少量逆转变奥氏体(AR)。随着回火温度的升高,板条M宽度略有增加,韧化相AR的含量有所提高。高密度位错马氏体的存在使得Aermet100钢保持较高的韧性水平,而逆转奥氏体含量的增加则导致Aermet100钢的韧性显著提高。

AerMet100超高强度钢的动态力学性能研究

对AerMet100超高强度钢淬火后深冷处理,然后在不同温度下回火,利用OM,SEM,TEM对处理后的组织进行观察。采用分离式Hopkinson压杆研究不同热处理工艺对其动态力学性能的影响规律。结果表明:深冷处理可降低残余奥氏体的含量,提高材料的动态塑性,改善材料的综合性能;在高应变率(1000~4200s^(-1))下,与准静态相比,材料表现出明显的应变率硬化效应。随着回火温度的升高,材料的动态压缩强度呈现出先升高后降低的趋势,在482℃时出现峰值,约为2800MPa。在动态加载条件下,材料的断裂形式均是剪切断裂。

低温风冷微量润滑切削A-100超高强度钢工艺研究

针对难加工材料A-100超高强度钢的加工性能差,刀具磨损严重等问题,进行了传统切削液冷却切削与低温风冷微量润滑切削加工对比试验。通过改变冷却温度,切深和进给量参数,分析了刀具寿命变化规律,利用普赛PV4030-DCC影像仪和蔡司Gemini360分别观察了断屑外观形貌和刀具磨损形貌,通过相关分析法对综合加工效率的影响因素进行探究。结果表明,低温风冷微量润滑加工的刀具寿命,刀具磨损和断屑断裂形态均显著优于切削液冷却加工。当切深和进给量增加时,刀具寿命均下降。低温风冷微量润滑加工均能不同程度提升刀具寿命,并得出了最优的加工参数。影响综合加工效率的主要因素是切深,具有强相关关系。实验结果证明低温风冷微量润滑加工A-100超高强度钢具有实际加工应用前景。

AerMet100超高强度钢铣削加工性能及参数优化研究

为研究AerMet100超高强度钢铣削加工性能及加工后表面质量,基于仿真与正交试验综合分析加工铣削力,并建立经验预测模型进行参数分析;以加工表面粗糙度和显微组织变化为参评指标,分析铣削加工参数对加工表面质量的影响,并对铣削参数进行多目标遗传算法优化。结果表明:铣削力仿真值与试验值变化趋势基本相同,且进给量和切削深度对铣削力影响最显著;进给量对表面粗糙度影响最显著;靠近加工表面的晶粒发生组织变化,变化程度随距离增大而减小。

基于响应面法AerMet100超高强度钢钻削预测与优化试验研究

为了在实际钻削加工中,获得更优加工表面质量,减小刀具磨损的同时提高加工效率,使用响应面法对AerMet100超高强度钢进行钻削加工轴向力预测和优化研究,通过中心组合设计试验结果建立预测模型并进行模型显著性分析和参数交互回归分析,以研究各加工参数(主轴转速、进给速度以及步进量)改变对轴向力的变化影响规律,并对最优方案进行试验验证。研究表明:预测模型较为显著且拟合程度较高,失拟项不显著;主轴转速与进给速度及其二次项相对于步进量和各参数交互项对轴向力影响更为显著;试验验证预测模型相对误差较小,证明预测模型较为可靠。

AerMet100超高强度钢铣削表面质量与参数优化

针对AerMet100超高强度钢的难加工性,基于正交试验分析不同铣削参数下加工表面粗糙度、三维表面形貌和金相组织的变化规律,并建立加工表面粗糙度经验数学模型。通过多目标粒子群优化算法对铣削参数局部寻优。结果表明:切削参数中主轴转速是表面粗糙度的最大影响因素。加工表面近端产生一定厚度的变形区和白层,靠近加工表面白层厚度随切削用量的增加发生变化,位于变形区的晶粒组织沿切削速度方向表现出明显的取向性。经验证,通过多目标优化算法获取的参数组合相对误差较小,预测模型的可靠性较高。

AerMet100超高强度钢拉削工艺仿真

为更好地预测机加工中的切削力及切削温度,利用AdvantEdge软件对AerMet100超高强度钢的拉削工艺进行仿真研究,通过单因素试验法分析了不同切削参数对切削力及切削温度的影响规律。采用多元线性回归分析法对正交仿真试验数据进行分析,建立切削力及切削温度的模型公式,并利用极差分析法筛选出最优组合,对模型进行验证。结果表明:齿升量是影响切削力的主要因素,切削速度和拉刀前角次之;齿升量和切削速度也是影响切削温度的主要因素,拉刀后角对切削力及切削温度的影响较小,且建立的模型公式能较好地预测切削力及切削温度。

A100超高强度钢的动态再结晶行为及组织演变研究

借助Gleeble-3500热模拟试验机研究了A100超高强度钢在变形温度为850-1200℃、应变速率为0.001-10 s^（-1）和变形程度为60%条件下的热变形行为。基于实验数据计算了动态再结晶激活能,通过引入无量纲Z参数表征了动态再结晶的临界应变/应力、峰值应变/应力和稳态应变/应力模型,并绘制了动态再结晶状态图,同时对该钢的组织演变进行了分析。结果表明：该钢的动态再结晶激活能为380.177 k J·mol^（-1）;随着变形温度的升高或应变速率的下降,Z参数逐渐减小,更容易发生动态再结晶行为,但其晶粒尺寸随之增大,其中在950-1050℃、0.01-0.1 s^（-1）和1050-1150℃、1-10 s^（-1）范围内进行热加工可获得细小、均匀的晶粒组织。根据实验结果建立了动态再结晶晶粒尺寸预测模型,其预测值与实验值具有较高的吻合度。

A100超高强度钢的流变应力曲线修正与唯象本构关系

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线;并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上引入应变量参数构建了基于应变量耦合的唯象本构模型。结果表明:随着变形温度的降低或应变速率的增加,摩擦和温升效应对流变应力的影响逐渐显著;所建立的本构模型预测值与实验值的绝对平均相对误差为4.902%,相关系数为0.99,能够用于准确预测不同应变下的流变应力。

复合喷丸工艺对A100钢表面完整性和疲劳性能的影响研究

A100超高强度钢是航空领域中广泛用于关键承力部位的材料,其疲劳特性对零部件的使用性能有着重要影响。对A100超高强度钢在复合喷丸强化后的表面完整性和疲劳性能进行了研究,探究了复合喷丸工艺参数对A100超高强度钢零部件表面粗糙度、显微硬度、表面残余应力、疲劳性能等的影响。结果表明:合理的复合喷丸强化能使零部件获得良好的表面完整性,显著提升其抗疲劳性能。

基于低温风冷的超高强度钢铣削技术研究

为解决高强度钢加工刀具寿命低的问题,提高超高强度钢材料加工性能,提出了基于低温风冷的超高强度钢铣削技术方案。通过试验对比分析了常温切削液加工与超低温风冷(-60℃)环境下A100超高强度钢(23Col4Ni12Cr3MoE)粗加工铣削在相同切削参数下刀具寿命。结果表明,超低温风冷(-60℃)加工,刀具寿命260 min;常温切削液加工,刀具寿命146 min;超低温风冷(-60℃)加工技术使得刀具寿命提升了78.1%,极大地提高了刀具的使用寿命。

A100钢表面粗糙度与HVOF碳化钨涂层结合强度

采用超音速火焰喷涂方法在AerMet100钢(A100钢)基体上制备了WC10Co4Cr涂层,研究了不同喷砂条件对AerMet100钢表面粗糙度变化及对涂层与基体结合强度的影响.之后将涂层使用化学方法退除,观察涂层制备对AerMet100钢基体表面状态的影响,分析了粗糙度与涂层结合强度之间的关系.结果表明:AerMet100钢基体不同吹砂工艺产生的表面粗糙度Sa=0.994～4.983μm时,超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的结合强度均不低于72MPa.喷涂涂层过程对基体表面状态没有较大影响:基体粗糙度Sa<2μm时,喷涂后,基体表面的粗糙度略有降低;基体粗糙度Sa>3μm时,喷涂后,基体粗糙度略有升高.超音速火焰喷涂的碳化钨钴涂层与AerMet100钢基体的结合同时存在物理与机械力结合,以前者为主要结合力.

超高强度管线钢管研发新进展

介绍了国内外管线钢的发展趋势和超高强度管线钢早期的开发情况,以及早期建设的2个X100/X120管道试验段——西部回路和戈丁湖环路管道的力学性能和焊接工艺情况。重点阐述了包括X100大应变管线钢和X100螺旋焊管在内的超高强度管线钢及钢管研发的新进展,并以斯提兹维尔试验段为例,对X100管线钢管的化学成分、力学性能和管道环焊缝的各项性能进行了分析,分析认为:目前X100钢管的开发已从单纯试制几根钢管发展到5 km以上的试验段,且环焊缝焊接工艺也已基本解决,超高强度管线钢管的开发可能在X100级别取得重大突破性进展。最后,对我国超高强度管线钢的开发提出了建议。

高温处理对高Co-Ni超高强度钢拉伸性能的影响

研究了不同微合金化的高Co-Ni超高强度钢A-100在标准热处理以及高温处理(模拟锻造死区状态)的拉伸力学性能及断口形貌.结果表明,在标准热处理条件下材料的综合力学性能优异,高温+标准热处理之后强度变化不大,但断后伸长率和断面收缩率显著下降.加入稀土元素Ce,高温+标准热处理后的塑性损失情况大大改善.高温处理使微观组织从标准热处理下的细小均匀板条马氏体变为粗大的板条马氏体,使拉伸断口由韧性断裂的韧窝状变为脆性沿晶断裂的“冰糖状”.沿晶断裂刻面为大量细小的韧窝,韧窝底部存在大量碳化物颗粒.加入Ce元素后断口出现了部分穿晶断裂,脆性开裂状态有所改善,与力学性能的提高相对应.在进行锻造工艺设计和生产过程中应尽量避免形成不变形的“锻造死区”.

高频载荷下高强钢的超高周疲劳及热耗散研究

应用超声疲劳试验技术,对两种高强度钢(42CrMo4,100Cr6)在20kHz频率下的超高周疲劳性能进行测试分析。实验结果表明:两种钢的S-N曲线在106周发生了明显的变化,出现了水平渐近线。尽管23个42CrMo4钢试样用于1010周的疲劳试验,但在8.76×107循环周次以上,没有疲劳破坏发生,42CrMo4钢存在疲劳极限,而100Cr6钢的S-N曲线呈现台阶型。高精度热成像仪检测不同载荷条件下疲劳试样温度的变化结果显示:温度的变化与试验材料和加载水平有关。试样温度的快速升高发生在超声疲劳试验的初期,温度的变化反映了材料内部的热耗散过程。裂纹萌生后,微裂纹处不可逆的局部塑性变形导致裂纹萌生区温度急剧升高,疲劳试样内部温度场的变化反映材料的疲劳损伤过程。SEM观察表明:在长寿命区,疲劳裂纹常萌生于试样内部或次表层组织缺陷处。

短波长特征X射线衍射法无损测定孔挤压强化A100钢内部径向残余应力分布

工件表层残余压应力场直接影响其疲劳性能。为研究孔挤压强化试样的内部残余应力状态,利用自主研发的短波长X射线衍射仪,无损地测定了2.4mm厚A100钢孔挤压件板厚中心层的内部径向残余应力场的分布。结果表明:孔挤压强化使工件内部引入了残余压应力,最大压应力位于距孔表面4.6mm处,为-302MPa;残余压应力场深度达30mm左右。

A-100钢电子束焊缝力学性能及微观组织

采用电子束焊实现23Co14Ni12Cr3MoE超高强度钢(A-100钢)的连接。研究电子束焊对A-100钢力学性能及组织影响。结果表明,采用电子束直接熔化A-100钢锻件进行热处理(气淬)后的焊缝组织主要为板条状马氏体,且彼此位向交错分布成网篮状。焊缝组织呈现一定的不均匀性,中间的马氏体更为粗大,且残余奥氏体较少,热影响区残余奥氏体增多,存在大量薄膜状逆转奥氏体。A-100钢电子束焊缝与基体相比强度和塑性基本相当。焊缝和热影响区的缺口敏感性都较小,缺口敏感系数约为0.6。焊缝的冲击韧性下降到基体的2/3,但热影响区的冲击韧性回升到基体的80%以上。焊缝的高周疲劳极限可以达到700 MPa以上,焊缝具有较好的疲劳性能。

A100超高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展拘束效应研究

超高强度钢被广泛用于制造飞机起落架等主要承力结构,在海洋恶劣环境下服役时易发生腐蚀疲劳失效。由于拘束效应的存在,实验室小尺寸试样与实际结构的疲劳裂纹扩展行为不同。针对不同裂纹深度和试样厚度的单边缺口拉伸试样,开展A100超高强度钢在空气、中性和酸性海水环境下的疲劳裂纹扩展实验。结果表明:随着裂纹深度和试样厚度增大,裂纹尖端拘束水平升高,疲劳裂纹扩展阻力降低,裂纹扩展速率增加;相较于腐蚀环境和拘束效应单独作用,拘束效应和腐蚀环境共同作用会显著增加A100超高强度钢的疲劳裂纹扩展速率;当应力强度因子幅值ΔK=30 MPa·m^(1/2)时,拘束参量与腐蚀疲劳裂纹扩展速率呈现良好的正相关性。相关研究结果可为海洋环境下服役超高强度钢结构寿命评估提供参考。

超高强度钢A100本构方程与动态再结晶行为

使用Gleeble-3500热模拟试验机对A100超高强度钢在应变速率为0.01~10 s^(-1)、变形量为63.3%、变形温度为850~1 200℃条件下的流变应力行为进行了试验研究,并结合微观组织分析了不同变形条件下动态再结晶行为。结果表明:A100钢热压缩变形中流变应力随温度的增加而降低,随应变速率的增加而增加。在850℃变形时主要发生动态回复,在变形温度为900~1 200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)均发生动态再结晶。基于Arrhenius双曲正弦模型,利用线性回归方法建立了高强钢A100的本构方程,为A100钢的数值模拟和热加工工艺的制定提供了理论基础。