快堆15-15Ti不锈钢结构件渗铬氮化工艺研究

快堆具有较高的转换比及燃料的可循环性,是第四代先进反应堆堆型的代表。堆内处于高温、高辐照损伤及熔融金属钠环境导致15-15Ti材料需要局部需要进行强化来避免关键结构件之间接触发生扩散性咬合、擦伤、磨损。通过对国产核级15-15Ti材料进行表面进行渗铬氮化研究,初步确定了能够实现可用于快堆组件结构材料表面强化的工艺。

热处理对15-15Ti不锈钢包壳管组织及拉伸性能的影响

研究了热处理温度和保温时间对15-15Ti不锈钢包壳管组织及拉伸性能的影响。结果表明:15-15Ti不锈钢平均晶粒尺寸随热处理温度的升高及保温时间的延长而逐渐增大;在保温时间5~60 min下的晶粒长大表观激活能为419.03~502.17 kJ/mol;平均晶粒尺寸与保温时间呈抛物线关系,动力学时间指数η随温度的升高呈先不变后增大的趋势;在不同保温时间下,抗拉强度随温度及保温时间的变化趋势基本相同,随温度的升高及保温时间的延长而逐渐降低;在不同热处理条件下的规定塑性延伸强度与平均晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。

国产快堆包壳材料15-15Ti不锈钢的拉伸行为研究

冷加工的15-15Ti奥氏体不锈钢,具有良好的高温机械性能、耐钠腐蚀性能以及抗辐照性能,是一种快堆包壳的有力候选材料。本研究选取了一种国产15-15Ti钢材,对其在25~700℃范围内进行了一系列拉伸试验,考察温度对不锈钢拉伸行为的影响。结果表明,15-15Ti不锈钢的强度与塑性指标都在在200~550℃左右出现平台区,并发现材料在一定拉伸速率与温度下出现锯齿状塑性流变现象。

15-15Ti奥氏体不锈钢热老化小尺寸试样单轴拉伸行为的GTN微观损伤模型研究

通过加速热老化试验模拟了15-15Ti奥氏体不锈钢的辐照效应,构建了Ramberg-Osgood力学本构模型和GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)微观损伤模型。结合有限元方法,探讨了热老化不同时间的15-15Ti奥氏体不锈钢小尺寸试样在不同温度拉伸试验过程中的应力-应变响应行为和损伤断裂过程。结果表明:热老化小尺寸试样中有少量碳化物析出和大量σ相形成,导致其抗拉强度和屈服强度显著下降;未热老化试样的拉伸断口中有大量韧窝,为韧性断裂,而热老化试样的拉伸断口中韧窝数量明显减少,析出相周围有撕裂棱,为脆性断裂;热老化试样标距段的应力集中和颈缩均延迟发生;热老化试样的断裂应变明显小于未热老化试样;热老化能促使小尺寸试样中孔洞的聚集和增多,从而加速失效。

铣削15-5PH不锈钢的切削力研究

为研究铣削加工15-5PH不锈钢时切削参数对切削力的影响规律,基于Deform-3D软件采用正交试验法进行铣削加工仿真,通过15-5PH不锈钢的铣削加工试验对比分析仿真和试验结果,验证了仿真模型的合理性。研究结果表明,影响铣削力的切削参数依次为:每齿进给量f z>径向切削深度a_(e)>轴向切削深度a_(p)>切削速度v_(c);最佳切削参数组合为v_(c)=100m/min,f z=0.02mm/z,a_(p)=1.5mm和a_(e)=0.4mm;切削速度逐步增大会导致切削力降低;增大每齿进给量会提高切削力;径向切削深度的增大会使切削力随之上升,但增长速率较低;切削力随轴向切削深度的增大而增大,增长速率较高。

影响15-5PH沉淀硬化不锈钢硬度的因素

炼制了两炉化学成分不同的15-5PH马氏体沉淀硬化不锈钢并制备了试样。对试样进行了1040℃保温90 min油冷的固溶处理及铣削、钻削、磨削试验和分别在400~620℃时效1.5、4、8和12 h。随后检测了试样的硬度和显微组织。结果表明:切削加工对15-5PH马氏体沉淀硬化不锈钢的硬度无明显影响;在450℃时效,随着时效时间延长至4 h,15-5PH钢的硬度提高,并达到了44~46 HRC的硬度要求;15-5PH钢的最佳时效工艺为450℃保温4 h。

15-5PH不锈钢紧固件在高海水盐雾环境中的应用

C01型膜盘联轴器在工作过程时,长期处于高浓度的海水盐雾环境中,联轴器的紧固件材料不但要有较高的力学性能,而且应具有较强的耐海水盐雾腐蚀性能。通过点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、电偶腐蚀等试验,测试了15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)不锈钢材料用于膜盘联轴器紧固件的可行性。结果表明:15-5PH不锈钢发生了明显的缝隙腐蚀和轻微的点蚀,但对应力腐蚀和疲劳腐蚀不敏感,且与TC4钛合金耦合后无电化学腐蚀。15-5PH不锈钢可以作为开放海洋环境中TC4钛合金膜盘的紧固件。但应注意避免缝隙腐蚀的发生。

EAF+VAR生产15-5PH不锈钢点状缺陷成因及改进

采用冶炼成本较低的EAF→VOD→LF+VD→浇注6 t电极棒→真空自耗重熔(VAR)的新工艺流程代替传统双真空冶炼工艺生产15-5PH不锈钢,使用扫描电镜、ASPEX等对其探伤点状缺陷进行检测,并分析其产生原因。结果表明,自耗电极中已存在铝酸钙及镁铝尖晶石非金属夹杂物,真空自耗重熔过程的不稳定,将锭冠和非金属漂浮物卷入熔池残留在自耗锭中,导致锻造成材后产生点状缺陷。通过工艺优化改进,VOD还原渣料由铝粒9 kg/t调整为硅铁8 kg/t、铝粒5 kg/t复合脱氧,精炼渣系成分由(质量分数)CaO为50%~55%、SiO_(2)为10%~15%、Al_(2)O_(3)为20%~25%调整为CaO为45%~50%、SiO_(2)为5%~10%、Al_(2)O_(3)为33%~38%,真空自耗重熔熔速由4.2 kg/min提高至6 kg/min、熔滴时间由0.23 s提高至0.27 s,自耗电极洁净度得到较大的提升,自耗重熔过程熔速控制稳定,熔池液面非金属漂浮物得以去除,成品材高低倍检验均满足标准要求,探伤合格率提高至98%以上。

15-15Ti ODS奥氏体钢晶粒组织与纳米粒子的透射电镜表征

15-15Ti奥氏体不锈钢由于其优异的耐腐蚀性能和高温力学性能成为钠冷快堆包壳的候选材料,其高温力学性能和抗辐照肿胀能力可以通过氧化物弥散强化(ODS)进行增强。本工作对通过机械合金化以及锻造工艺制备的15-15Ti ODS奥氏体钢和作为参比材料的15-15Ti奥氏体钢的微观结构进行研究,对ODS钢中氧化物颗粒的分布以及强化机制有了较为深入的认识。研究发现氧化物弥散粒子分布总体均匀但有成团聚集倾向。Y-Zr-O粒子的平均粒径为(9.97±0.04) nm,平均粒距为(17.25±0.68) nm,数密度约为4.49×10^(22)m^(-3)。在透射电镜明场像下观察到ODS样品中氧化物颗粒对位错的钉扎作用。扫描透射(STEM)结合能谱分析显示ODS样品中有两种氧化物,分别为占比较少的Al_(2)O_(3)以及占比较多的Y_(4)Zr_(3)O_(12)。高分辨电镜表征发现第二相粒子与基体之间出现共格或半共格界面的迹象,并且少数粒子周围出现非晶化界面。

15-5PH不锈钢表面类石墨碳基多层膜结构设计及摩擦学行为

针对马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)在海水环境中易腐蚀磨损的问题,采用直流磁控溅射的方法在15-5PH钢样片上制备调制周期分别为940、375和234nm的掺杂Cr的类石墨碳基多层膜(分别标记为Cr/GLC-S1、Cr/GLC-S2和Cr/GLC-S3),采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、MFT-5000多功能摩擦磨损试验机等仪器设备系统考察三种类石墨碳基多层薄膜的结构及摩擦学性能。研究结果表明:不同调制周期的类石墨多层膜表面均呈现“菜花状”形貌,随着调制周期的减小,“菜花状”颗粒逐渐减小,膜层变得致密;sp2键含量逐渐增大,石墨化程度加剧,机械性能更加优异。在干摩擦条件下,调制周期适中的Cr/GLC-S2薄膜具有良好的减摩耐磨性能,磨损形式以磨粒磨损为主,而调制周期较大的Cr/GLC-S1和调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜,在高载荷下均发生不同程度的脆性剥落,导致其摩擦学性能劣化。在人工海水环境中,Cr/GLC-S1和Cr/GLC-S2薄膜在中低载荷下的摩擦学性能较好,磨损形式仍以磨粒磨损为主,在高载荷下三种多层膜均发生不同程度的脆性剥落,特别是调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜已失效。针对不同的工况,设计合理的调制周期是提高GLC薄膜摩擦学性能的关键,结果可为类石墨碳基薄膜在海洋防护中的实际应用提供一定参考。

15-5PH不锈钢在580℃时效过程中的析出强化行为

对15-5PH不锈钢进行了1040℃×1 h水冷的固溶处理,随后于580℃时效不同时间。利用维氏硬度计、光学显微镜和原子探针层析技术(atom probe tomography,APT)研究了不锈钢时效过程中析出相演变规律及其对硬度的影响。结果表明:时效初期,15-5PH不锈钢的硬度迅速上升并在时效5 min后达到峰值411.0 HV0.5,随后快速下降。时效5 min的钢中富Cu相的数量密度大,强化作用明显,硬度达到峰值。随着时效时间的延长,富Cu相逐渐粗化,强化作用减弱,硬度迅速下降。时效过程中Nb(C,N)颗粒与富Cu相分布在相邻位置,且随着时效时间的延长,铌碳氮化物不断析出长大,元素富集程度不断提高。

基于响应曲面法的15-5PH不锈钢铣削参数优化研究

由于15-5PH沉淀硬化不锈钢属于难加工材料,其加工时会产生较大切削力和极大的塑性变形。所以需要对其切削参数进行优化从而优化切削过程。文章以主轴转速、进给速度、轴向切深和径向切深为优化设计变量,以切削力、表面粗糙度和材料去除率作为响应性能指标,设计曲面响应法方案,建立高速铣削沉淀硬化不锈钢的响应分析模型,分析并得到关于优化设计变量的响应函数解析式,研究了各优化设计变量的交互作用对优化目标的影响规律。得到高速铣削沉淀硬化不锈钢条件下降低切削力和粗糙度,提高切削效率的最优选择组合,为v_(c)=100 m/min,f_(z)=0.02 mm/z,a_(p)=1.5 mm,a_(e)=0.4 mm。

快堆燃料组件包壳管用15-15Ti不锈钢的热塑性

采用Gleeble-3500热模拟试验机对快堆燃料组件包壳管用15-15Ti不锈钢的热塑性进行了研究,绘制了热塑性曲线,并对所有热拉伸试样断口及轴向金相组织进行了解剖分析。结果表明:在应变速率为1 s^-1、温度为900~1200℃时,15-15Ti不锈钢具有良好的高温热塑性,断面收缩率为82.2%~98.9%,温度为1150℃时达到最大;不锈钢在热拉伸试验过程均发生了明显的颈缩现象,且拉伸断口韧窝随温度的升高而增加、变深,当温度为1150℃时,韧窝最深,尺寸最大,温度达到1200℃时,韧窝仍然较深,尺寸略微减小;不锈钢热拉伸断口的动态再结晶比例随温度的升高而增大,在1000~1200℃时发生了完全动态再结晶。应变速率为1 s^-1时,15-15Ti不锈钢最佳的热加工温度为1000~1200℃。

15-15Ti奥氏体不锈钢的蠕变性能

在600,650,700℃下对国产15-15Ti不锈钢进行不同应力水平的蠕变试验,观察了蠕变断口形貌,研究了该钢的蠕变变形机理与断裂机理。结果表明:在不同温度和应力下,15-15Ti不锈钢的蠕变曲线可以分为减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段,稳态蠕变阶段的时间占整个蠕变的90%以上;随着应力的降低,稳态蠕变阶段越来越明显,蠕变寿命延长,蠕变伸长率减小;15-15Ti不锈钢在600,650,700℃下的应力指数分别为14.3,8.2,4.9,蠕变变形机理为位错蠕变;15-15Ti不锈钢的短时蠕变断裂性质为穿晶断裂,长时蠕变断裂性质为沿晶断裂,穿晶断裂呈现韧性断裂特征,沿晶断裂呈现明显的晶界空洞损伤机制。

PH15-5不锈钢活塞外圆局部镀硬铬工艺

本研究旨在优化PH15-5不锈钢活塞外圆的镀硬铬工艺。通过正交试验,确定了最佳的溶液组成和工艺条件。最佳组合包括铬酸酐浓度为250 g/L,三价铬含量为4 g/L,铬酸酐与硫酸比例为100:1,温度为55 °C,电流密度为40 A/dm2。在最佳条件下,镀层具有良好的外观,经过磨削后结合力合格,孔隙率合格,通过荧光检测没有裂纹或肉眼可见的针孔,并且能够通过脆性试棒检测的氢脆性试验。这些结果表明该工艺可用于生产高质量的PH15-5不锈钢活塞外圆镀硬铬。

碳含量对15-5PH沉淀硬化不锈钢板材的组织与性能的影响

采用真空感应炉试制3炉不同碳含量的15-5PH沉淀硬化不锈钢,通过热模拟的方法确定了该钢的板材最佳轧制温度区间为900~1100℃,研究了碳含量对钢的相变点温度及力学性能的影响,并观察了时效态的微观组织。结果表明,随着含碳量的增加钢的相变点温度逐渐降低,在时效处理后含碳量较低的1#钢强度均高于2#钢和3#钢,且具有良好的韧塑性;随着时效温度的升高,含碳量较高的2#钢,3#钢中生成的逆转变奥氏体量及生成速率均高于1#钢,这是其强度低于1#钢的主要原因,钢的时效态组织为板条马氏体＋少量逆转变奥氏体组织,以及大量的、细小的富Cu相,富Cu相的析出是该钢主要的强化方式。通过上述分析,本文将1#钢的化学成分及工艺参数作为15-5PH沉淀硬化不锈钢工程化的基准,为该钢的工业化生产的顺利实施提供可靠的数据。

15-5PH不锈钢的时效硬化行为及耐蚀性能

利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、洛氏硬度、动电位极化曲线和交流阻抗等方法对15-5PH不锈钢时效后的组织转变、时效硬化行为及其在Cl-溶液中的耐蚀性能进行研究。结果表明:时效温度较低(低于450℃)时,析出的富Cu相与基体保持共格关系,其硬度和耐腐蚀性能都较高。当时效温度达到550℃时,富Cu相长大,出现了逆变奥氏体,且随时效时间的延长而增多,导致硬度下降,但耐蚀性能有所提高;当时效温度升高至620℃时,富Cu相呈短棒状,且失去与基体的共格关系,逆变奥氏体继续增多,强化效应完全消失,但耐蚀性能得到改善。

民用大飞机15-5PH不锈钢内侧圆角铣削试验研究

针对15-5PH不锈钢内侧圆角加工切削力超值突变严重、加工困难等问题,通过正交试验设计方法,开展了内侧圆角铣削试验研究,对各种工况下加工时横向切削力Fy和表面粗糙度进行了测量。运用极差分析方法,确定了各切削参数对横向切削力和表面粗糙度的影响程度,得出每齿进给量和径向切深分别是影响横向切削力和表面粗糙度的主要因素。同时,采用偏最小二乘分析,建立了横向切削力和表面粗糙度预测模型。通过对比预测值和试验值,得到该模型的相对误差较小,验证了其构建的合理性和有效性。

15-5PH不锈钢圆弧面铣削试验研究

针对15-5PH不锈钢圆弧面加工后表面粗糙度值过大问题,通过正交实验设计,开展了15-5PH不锈钢圆弧面加工试验研究。运用极差分析方法对表面粗糙度数据进行处理,确定各切削参数对圆弧面表面粗糙度的影响程度,并分析了单个因素对表面粗糙度的影响规律,得出主轴转速是影响表面粗糙度的主要因素。同时,基于BP神经网络建立了表面粗糙度的预测模型。通过对比试验值和预测值,得出该模型的相对误差较小,验证了模型构建的合理性和准确性。

15-5PH不锈钢深孔枪钻加工切屑成形的机理分析

深孔枪钻加工过程中,被加工孔直径小、孔深长,切屑形貌是影响其加工质量的一个重要因素,并且切屑的成形机理和与工艺参数之间的关系也一直是深孔加工研究的难点。本研究以15-5PH不锈钢为研究对象,通过对切屑的流动过程分析,研究枪钻加工螺旋形切屑成形的过程和影响因素。借助扫描电镜检测切屑断面不同点的形貌,研究15-5PH不锈钢枪钻加工切屑的断裂机理。通过改变切削速度、进给量和油压的试验,分析了不同工艺参数下的切屑变形规律。借助ANSYS-FLUENT仿真软件,分析不同油压枪钻前刀面刃口的流体压力和湍流动量,阐述了切屑变形与油压的影响关系。研究发现15-5PH不锈钢深孔枪钻加工切屑属于“准解理断裂”,切屑形貌与枪钻工艺参数选择密切关联;本研究的结果对15-5PH不锈钢深孔枪钻加工工艺参数和冷却液油压的优化选择具有指导意义和参考价值。