15CrMoG耐热钢高温变形行为及Arrhenius本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机对15CrMoG耐热钢进行了变形温度为1173.15~1473.15 K,应变速率为5~20 s^(-1)的高温压缩实验。实验数据表明,15CrMoG具有负的温度敏感性和正的应变速率敏感性,且再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高而明显增加。通过线性拟合求解出Arrhenius本构模型的材料参数,建立了基于峰值应力的表征参数和物理基参数本构模型。表征参数本构模型对峰值应力的预测值与实验数据的皮尔森相关系数为0.99824,物理基参数本构模型对峰值应力的预测值与实验数据的皮尔森相关系数为0.99807。为进一步提升本构模型的适用性,建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型,实现了对整个应变范围内流动应力的预测。在整个应变范围内,对模型进行了误差分析,表征参数本构模型的最大相对误差为3.76%,物理基参数本构模型最大相对误差为6.04%。

不同淬火加热温度对GCr15钢球显微组织及硬度的影响

对经冷墩光球后的GCr15钢球进行不同淬火加热温度的淬火实验,使用光学显微镜、SEM和激光共聚焦显微镜表征显微组织,X射线衍射和维氏硬度计分别表征残余奥氏体含量和硬度。结果表明,随着淬火加热温度的升高,片状马氏体组织逐渐粗大,未溶碳化物体积分数逐渐减少,碳化物粒径向中间尺寸(0.4~0.8μm)靠拢,原奥氏体晶粒尺寸及残余奥氏体体积分数逐渐增加,硬度现出先增加后下降趋势。

外加应力对15CrMo钢贝氏体相变和显微组织的影响

在Gleeble-3500热模拟机上对15CrMo钢进行了不同拉/压应力下的等温贝氏体相变试验。利用膨胀仪和扫描电镜研究了外加应力对15CrMo钢贝氏体相变动力学和微观组织的影响。结果表明,外加应力能为贝氏体相变提供额外的机械驱动力,促进贝氏体相变并增加贝氏体相变量,使贝氏体板条变得细长,同时细化了样品中的M/A岛组织,导致15CrMo钢的维氏硬度增加。由于施加了外应力,贝氏体相变过程中发生了择优取向现象。当外加拉应力和外加压应力大小相同时,总的相变驱动力大小相近,对贝氏体相变的影响差别不大,两种应力状态下的微观组织形貌没有明显差别。

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。

回火温度对15Cr5MoVRE油井管钢组织及第二相析出行为影响

研究了回火温度对15Cr5MoVRE油井管钢组织和第二相析出行为规律的影响。利用箱式热处理炉对试验钢进行了热处理,采用光学显微镜和透射电镜对回火后的组织及第二相进行了观察分析,采用硬度计与拉力试验机对试验钢回火后的力学性能进行了测试。结果表明,15Cr5MoVRE油井管钢,经900℃保温50 min水淬,670~710℃回火保温90 min,组织为回火屈氏体和回火索氏体,析出的第二相碳化物类型均为M_(7)C_(3)型和M_(23)C_(6)型。随着回火温度的升高,第二相碳化物颗粒数量明显增多,尺寸逐渐增大,且在710℃回火时发生团聚。回火温度为690℃时,铁素体基体上有大量细小的第二相碳化物均匀析出,力学性能最优,试验钢的最佳回火温度应为690℃。

15CrMoR钢在H2S介质中的电化学腐蚀行为研究

本文采用正交实验,研究了在含硫化氢气体环境和不同载荷、温度以及pH值条件下,15CrMoR钢电化学腐蚀行为的变化规律。通过电化学腐蚀的自腐蚀电位和自腐蚀电流测量获得塔菲尔曲线,并利用扫描电子显微镜对材料腐蚀产物进行EDS分析。结果表明:15CrMoR钢在高温环境中腐蚀严重,在酸性介质中腐蚀严重;在较低应力条件下,15CrMoR钢表面形成钝化膜。然而,当应力值不断增加并超过特定阈值时,钝化膜将遭受破坏,从而导致腐蚀加剧。

15CrMo钢焊接修复工艺参数研究

本文以15CrMo钢为例,对其焊接修复的工艺参数进行研究。试验中,选择规格为60 mm×40mm×30 mm、100 mm×50 mm×50 mm的15CrMo钢,2.5 mm的TIG-R30焊丝、3.2 mm的R307焊,分别进行焊接修复试验和验证试验。在此基础上,对本试验中得到的最优工艺参数与传统的焊后热处理态进行对比分析。结果表明,1)焊接最佳条件为:焊条直径3.2 mm、焊接速度150 mm/s;焊条直径4.0 mm、焊接速度90 mm/s。2) 5道次单层堆焊的焊接热输入会多次作用于焊接接头,提升了焊接接头的力学性能。3)验证性试验实施去半道的操作,并应用气锤去除部分应力。最终获得的焊接接头的硬度降低到260 N/mm^(2),抗拉强度640 MPa,缺口冲击功达到185 J且获得了良好的焊接接头硬度分布与显微组织特性。

加工工艺对高强度15-5PH钢力学性能与侵彻性能的影响

为获得加工工艺对高强度钢性能的影响,选取激光选区熔化(selective laser melting,SLM)和锻造工艺加工弹丸,通过镜像观测、准静态、SHPB和混凝土侵彻等研究手段,对比分析了三种SLM制造工艺以及锻造工艺对于15-5PH钢性能的影响.结果表明,SLM技术细化了15-5PH钢组织的晶粒,SLM成型的15-5PH钢力学性能有提升,其中SLM-B工艺的提升效果明显,SLM-B成型的15-5PH钢的准静态屈服强度相较于锻造工艺提升幅度达13.1%;其动态屈服强度相较于锻造工艺钢提高了9.0%;且SLM-B工艺对弹丸抗磨蚀性能最好.试验结果表明SLM工艺提高了15-5PH钢力学性能和抗磨蚀能力.

低能脉冲电流对淬回火态GCr15钢摩擦磨损性能的影响

研究了近室温条件下低能脉冲电流处理对淬回火态GCr15轴承钢硬度及摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射技术(XRD)对脉冲电流处理前后试样的显微组织进行了表征,讨论了脉冲电流处理中峰值电流密度对试样显微硬度及摩擦磨损性能的影响规律,以及脉冲电流处理后试样的显微组织变化对其显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着峰值电流密度的增加,试样显微硬度不断下降,耐磨性先提升后降低;与未处理试样相比,当峰值电流密度为130 A/mm^(2)时,GCr15轴承钢的摩擦系数最小,磨损率由2.08×10^(-5) N^(-1)·m^(-1)降为1.67×10^(-5) N-1·m^(-1),耐磨性最优。分析认为,脉冲电流处理可促进GCr15试样在极短时间内发生二次回火,且回火程度随电流密度增大而增加,促使回火马氏体中过饱和碳原子的析出并形成细小碳化物,进而改善GCr15轴承钢的摩擦磨损性能。

压力容器用钢15CrMoR的热处理工艺及组织性能

在当前的工业生产中,压力容器是一种应用非常普遍的生产装置,由于压力容器长期在高温、高压及含腐蚀性的恶劣环境中工作,存在较大的爆炸风险,而且压力容器爆炸事故会在造成重大经济损失的同时,严重威胁附近人员的安全,因此有效优化和改善生产制造压力容器的用钢性能十分重要。基于此,本文主要分析压力容器用钢15CrMoR的正火与回火热处理工艺,及其热处理工艺后组织性能,同时梳理总结模拟焊后热处理的结果。

15CrMo钢换热器焊后分步热处理工艺研究

15CrMo钢是一种含铬和钼的低合金钢,因优异的热强性和良好的机械性能而广泛应用于高温和高压环境,如用于制造换热器等关键设备。该钢种的化学成分赋予了其良好的硬度和耐磨性,但焊接后往往会因为热影响区的材料性能变化而导致力学性能下降。因此,详细研究15CrMo钢换热器焊后分步热处理的工艺流程,通过实验验证不同热处理参数对焊接接头力学性能和微观结构的影响,提出针对性的工艺优化建议,以期达到提升焊接接头性能的目标。

钢球强化研磨加工时间对GCr15钢球耐磨性的影响

为提高GCr15钢球表面的耐磨性能,将GCr15钢球、硬质球、研磨粉及研磨液混合进行钢球强化研磨加工。通过采用光学金相显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计分别检测GCr15钢球的截面显微组织、晶粒尺寸及维氏显微硬度,再通过摩擦磨损试验机对不同钢球强化研磨加工时间的GCr15钢球进行摩擦磨损试验,分析其平均摩擦系数、磨损量及磨痕宽度,研究钢球强化研磨加工时间对GCr15钢球表面耐磨性能的影响。结果表明,在其它加工工艺参数保持不变的情况下,钢球强化研磨加工时间由30 min增加至90 min时,其表层强化层厚度增加,晶粒细化程度逐渐增大,维氏显微硬度提高,使其耐磨性能增强。

热处理对1Cr15Ni4Mo3N不锈钢组织与力学性能的影响

对1Cr15Ni4Mo3N试验钢进行1050℃×1.5 h固溶、-73℃×2 h冷处理后,再进行不同温度、保温3 h的时效处理,采用扫描电镜、透射电镜、万能试验机、冲击试验机等检测方法研究了时效温度对试验钢组织与力学性能的影响。结果表明:试验钢固溶、冷处理后,经460℃×3 h时效,其抗拉强度、屈服强度及伸长率均达到峰值,经580℃×3 h时效的试验钢冲击功达到峰值。460℃×3 h时效的试验钢组织为含有高密度位错的板条马氏体和残余奥氏体,540℃×3 h时效试验钢的马氏体板条特征有所减弱,620℃×3 h时效试验钢中逆转变奥氏体含量明显增加。

研磨料配比对GCr15轴承钢球硬度影响规律实验研究

为了探究离心式钢球强化研磨加工中研磨料配比对GCr15轴承钢球硬度的影响规律,得到最佳研磨料配比,通过进行不同研磨料配比的钢球强化研磨试验,并从GCr15轴承钢球的3D形貌、表面粗糙度、微织构深度、强化层厚度、马氏体含量、晶粒尺寸和位错密度等多个维度分析了强化研磨料配比对钢球硬度的影响规律。结果表明:不同的研磨料配比,钢球的硬度都与表面粗糙度、微织构深度、强化层厚度、马氏体含量和位错密度呈正相关,与晶粒尺寸呈负相关;研磨料配比太低会减少研磨均匀撞击,太高会减缓研磨冲击,都不利于钢球的强化加工;当研磨料配比为1%,钢球强化效果最好,表层硬度也最高。

贝氏体钢时效处理富Cu团簇析出特点及其第一性原理计算

研究低碳贝氏体钢(15Cr12CuSiMoMn)时效处理过程中富Cu团簇的析出演变特点,并基于第一性原理计算,采用特殊准随机结构(Special quasirandom structures,SQS)、Solid-State Nudged Elastic Band(SSNEB)方法构建Fe-Cu二元体系的无序固溶体结构模型,模拟计算相变能量路径,分析并表征析出相析出演变规律与模拟计算之间的相互联系。结果表明,实验钢在指定温度(500℃)进行时效热处理,时效处理各阶段实验钢中弥散析出约2.6~53 nm的富Cu团簇,以共格、非共格状态存在于基体中,经模拟计算,BCC-Cu向9R-Cu转变过程中需在开始阶段克服8.9 meV的能垒,之后从9R-Cu向孪晶FCC-Cu+9R-Cu结构转变过程中需要克服4.9 meV的能垒,非稳态BCC富Cu团簇与稳定态的FCC Cu之间具有0.14 eV/atom的形成能差,当Cu含量超过21.6%(原子分数)后,富Cu团簇从BCC结构不断向稳定的纯FCC-Cu结构演变。从能量角度分析了富Cu团簇析出倾向,解释了富Cu团簇的析出惯序,有利于优化贝氏体组织,为含Cu贝氏体沉淀钢的深入研究及相关领域的开发拓展提供理论参考依据。

安钢中温压力容器钢15CrMoR开发

采用冶炼、真空精炼及高效化连铸获得洁净度高的钢水和质量优良的压力容器钢15CrMoR铸坯;经炉卷机组轧制、热处理机组正火加回火处理,15CrMoR成品钢板各项力学性能和工艺性能均较稳定,满足GB/T 713-2014标准要求。热轧态钢板组织为铁素体、珠光体和少量贝氏体,经正火加回火处理后,成品钢板高温拉伸强度富裕40~70 MPa,组织为铁素体加珠光体,高温性能优良。

滚动轴承钢碳氮共渗工艺研究

以GCr15和GCr15SiMn轴承钢为研究对象,进行不同工艺的碳氮共渗热处理实验研究。利用光学显微镜观察试样热处理后的显微组织、晶粒度,利用X-射线衍射仪分析热处理后残余奥氏体的含量,利用硬度仪测量试样热处理后的硬度变化规律,研究共渗温度对渗层组织和性能的影响。研究结果表明:考虑碳氮共渗层深度、显微组织、晶粒度以及硬度综合因素,碳氮共渗温度控制在820℃,碳势控制在1.18%,进行淬火和低温回火的组织和性能较好。该工艺下增加冷处理,GCr15SiMn试样表面硬度从64.5 HRC提高至66.1 HRC,表面残余奥氏体量从22.1%下降至12.5%。冷处理有效降低了表面残余奥氏体含量。

凹坑织构对GCr15贫油滑动摩擦磨损性能影响

为研究在较大载荷和较高转速下,凹坑织构参数对GCr15贫油滑动摩擦磨损性能的影响,这里采用PL100-30W型激光打标机,在高碳铬轴承钢GCr15表面加工出规则排列的圆形凹坑阵列,然后利用MMW-1A型立式万能摩擦磨损试验机,对织构试样和光滑试样进行了贫油润滑条件下的摩擦磨损性能试验。最后,使用三维形貌仪对试样的磨损表面进行了表征。结果表明:凹坑织构表面对GCr15钢贫油润滑条件下的滑动摩擦磨损性能影响显著;存在最优的凹坑面积率和深径比,当其值为14.9%和1:12时,其摩擦系数和磨损量相比光滑试样分别降低了26%和64%;随着载荷的增大,织构试样与光滑试样的摩擦系数均呈上升趋势,但光滑试样的摩擦系数增长速率大于织构试样。

基于BP神经网络的GCr15轴承钢表面磨损趋势预测

为研究不同粗糙度对GCr15轴承钢使用寿命的影响,使用UMT-2摩擦磨损实验机和重载往复摩擦磨损实验仪对GCr15轴承钢试样进行摩擦磨损实验,获得了其在4种粗糙度、3种润滑条件、两种实验载荷下的磨损趋势。同时,利用BP(Back-propagation)算法建立不同粗糙度和润滑条件对GCr15轴承钢磨损变化趋势分析的神经网络模型。结果表明:在3种润滑条件下,随着表面粗糙度的增大,GCr15轴承钢的磨损面积均先减小后增大,其接触面表面粗糙度存在一个具有较好的耐磨性能的范围。实验结果证明了神经网络预测模型具有较强的机器学习能力和较高的泛化能力,能够很好地预测GCr15轴承钢的磨损趋势。

15Ni-15Cr ODS钢的微观结构与力学性能

氧化物弥散强化(Oxide dispersion strengthened,ODS)钢因其良好的高温力学性能和抗辐照性能被认为是钠冷快堆包壳材料的重要候选材料.本文通过机械合金化以及热等静压和锻造工艺制备了15Ni‒15Cr ODS奥氏体钢,并且采用相同工艺制备了不加氧化物的15Ni‒15Cr奥氏体钢作为参比材料.利用透射电镜对样品的微观结构进行分析,发现15Ni‒15Cr和15Ni‒15Cr ODS奥氏体钢晶粒尺寸分别为0.75和0.5μm.15Ni‒15Cr ODS奥氏体钢中分布的氧化物弥散粒子主要为δ-Y_(4)Zr_(3)O_(12)以及少量的Al_(2)O_(3).15Ni‒15Cr ODS奥氏体钢中氧化物弥散粒子的平均粒径为12.8 nm、数密度5.5×10^(22)m^(−3)、粒子间距26 nm.相比于15Ni‒15Cr奥氏体钢,15Ni‒15Cr ODS奥氏体钢具有更高的强度,但是高温塑性有所降低.15Ni‒15Cr ODS奥氏体钢的室温断裂机制为韧性断裂,高温断裂机制为韧–脆混合断裂.