17—4PH不锈钢断裂原因分析

本文通过对17-4PH不锈铜的化学成分、高低倍金相组织及硬度检验，对其钢材破断的原因进行了分析和讨论。得知17—4PH不锈钢材质由于其硬度偏高韧性较差及其键槽设计欠妥是造成17—4PH不锈铜断裂的主要原因。

17-4PH不锈钢激光气体渗氮层显微组织与摩擦学性能

目的提高17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的表面硬度及耐磨性。方法采用光纤激光器对17-4PH不锈钢进行激光气体氮化,采用不同激光功率在其表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析渗氮层的显微组织和相组成;借助显微硬度仪测试渗氮层截面深度方向的硬度;采用多功能摩擦磨损试验机测试基体、渗氮层的摩擦学性能,并通过SEM分析磨痕形貌,揭示基体与渗氮层的磨损机制。结果在渗氮前样品组织为回火马氏体,经激光渗氮后样品表面形成了由板条马氏体组成的熔化区和回火马氏体组成的热影响区构成的渗氮层。经渗氮后,样品的硬度均得到提高。在激光功率3000 W下,渗氮层的表面硬度最高,达到了415HV0.2,约是基体硬度的1.2倍,渗氮层的硬度随着深度的增加呈下降趋势,在深度为2.6mm处其硬度与基体一致。在回火马氏体向板条马氏体转变的相变强化,以及氮原子(以固溶方式进入基体)的固溶强化作用下,提高了渗氮层的硬度。经渗氮后,样品的摩擦因数均高于基体,但渗氮后其磨损量相较于基体有所减少,在激光功率3000W下,其磨损体积最小,相较于基体减少了62%。在激光功率2500W下马氏体转变不完全,在激光功率3500W下渗氮层出现了裂纹,都降低了渗氮层的硬度,其耐磨性也随之减小,且都略低于在3000W下。磨损机制由渗氮前的以黏着磨损为主,转变为渗氮后的以磨粒磨损为主。结论在17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢表面进行激光渗氮后,其表面硬度和耐磨性均得到提高,在激光功率3000W下制备的渗氮层具有较高的表面硬度和优异的耐磨性。

固溶时效温度对17-4PH组织和硬度的影响

为研究17-4PH马氏体不锈钢的组织和硬度,通过对材料进行980~1100℃1 h固溶水冷处理、430~580℃4 h时效处理并采用水冷冷却、金相组织观察及硬度检测,研究固溶时效温度对17-4PH组织和硬度的影响。结果表明:在1040℃固溶后,奥氏体晶粒大小较均匀,熔入碳化物最充分,硬度最高;在不同的时效温度下,不锈钢硬度呈现先升高后降低趋势,并在490℃附近出现硬度最高值。可见:17-4PH马氏体不锈钢1040℃固溶+490℃时效可以达到最佳硬度值。

核级17-4PH不锈钢小型部件去污与热老化评估

压水堆核电厂的稳压器喷淋阀是调节稳压器压力的重要部件,其阀杆材质为17-4PH,在此服役环境下,面临表面沾污、热老化的问题。本文研究了通过表面处理去除阀杆表面沾污层的可行性,通过电子束焊接技术对阀杆部件进行加长,讨论小尺寸部件的热老化问题。结果表明,表面处理降低放射性的效果良好,满足放射性废物管理要求;电子束焊接保证了焊接件的机械强度;力学性能实验结果表明,阀杆在此服役环境下,存在较大热老化风险。通过去污、焊接、力学性能分析,证明了该评估流程可用于被沾污的核电小型部件的热老化评估。

表面钝化与MoS_(2)涂覆对17-4PH螺栓盐雾环境下力学与腐蚀性能的影响

目的 研究钝化处理与MoS_(2)涂层对螺栓盐雾环境下耐腐蚀与力学性能的影响。方法 针对2种不同的表面处理(钝化,MoS_(2)涂覆)的17-4PH螺栓,采用SEM、EDS对腐蚀后螺栓表面涂层进行表征,采用往复摩擦试验获得表面处理后的摩擦因数;对螺栓进行长时盐雾腐蚀实验,对腐蚀后的螺栓进行标准拉伸实验,对腐蚀表面进行显微形貌观察,以获得处理后螺栓抗腐蚀能力。结果 钝化层与MoS_(2)涂层厚度分别为10.7μm和12.5μm,钝化后往复摩擦试验中的平均摩擦因数为0.85,而MoS_(2)涂层平均摩擦因数仅为0.2,对应螺栓摩擦因数则分别为0.081与0.073;在长时盐雾腐蚀过程中,钝化螺栓在192h后螺栓头部与螺纹处出现腐蚀现象,1 800 h后出现严重腐蚀,表面腐蚀但螺栓断裂强度下降并不明显;在0~6 500 h的盐雾腐蚀实验中,涂覆MoS_(2)涂层的螺栓头部与螺纹处均出现明显腐蚀现象,但是螺栓表面开始出现MoS_(2)涂层剥落。结论 与表面钝化相比,表面涂覆MoS_(2)涂层具有更小摩擦因数,且对螺栓盐雾腐蚀防护更有效,能在3 750 h内完全不锈蚀,在6 500 h时发生大面积MoS_(2)涂层剥落,此外,盐雾表面腐蚀对螺栓拉伸断裂强度影响较小。

17-4PH不锈钢管件热切割和焊接加工裂纹分析

17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢因具有较低碳含量、中等Ni含量和热处理后韧性较好的细板条状时效马氏体组织,本应在热加工状态下表现出较好的热切割和焊接性。但在实际热加工过程中,该材料在高能率热切割和施焊时却极易出现裂纹缺陷。通过分析17-4PH不锈钢等离子热切割和焊接生产过程裂纹产生原理,跟踪追溯分析工件热加工过程,找到了17-4PH钢在热切割和焊接过程中产生裂纹的原因,并采取相应措施避免了17-4PH不锈钢热切割和焊接裂纹的产生。

切削17-4PH不锈钢时刀具磨损对切削过程的影响分析

为了探究刀具磨损对切削力和已加工表面温度的影响,考虑实际切削过程中的刀具磨损类型,建立了不同磨损类型的刀具几何模型,采用DEFORM软件建立17-4PH不锈钢正交切削有限元模型。基于有限元模型研究了刀具磨损对切削温度、分流点和接触表面应力等的影响规律,并通过切削实验验证磨损模型的可靠性,研究了后刀面磨损与切削力之间的演化规律。结果表明:前刀面磨损在一定程度上可以降低切削力和切削温度,其余磨损形式会增大切削力;随着后刀面磨损VB的增大,犁耕效应显著,切削力增大较为明显,而接触面的应力变化不明显。

时效温度对17-4PH钢微观组织及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子万能试验机等方法研究了不同热处理工艺对17-4PH马氏体不锈钢组织和力学性能的影响规律。实验结果表明:热处理后基体中的析出相对时效温度变化比较敏感,尺寸随时效温度升高而增大。固溶+时效处理的试样与原始样相比其硬度和抗拉强度显著提升,而塑性无明显变化。此外,1040℃固溶+470℃时效后的试样综合力学性能最好。

热处理工艺对黏结剂喷射3D打印17−4PH不锈钢微观组织与性能的影响

目的探究热处理工艺对黏结剂喷射3D打印17−4PH不锈钢样品微观组织、力学性能及电化学腐蚀性能的影响规律,为BJ3DP技术制备综合性能良好的17−4PH不锈钢零件提供参考。方法基于黏结剂喷射3D打印技术制备17−4PH不锈钢生坯,并将其固化、脱脂、烧结,得到烧结态样品,然后对烧结态样品进行热处理,热处理工艺为在1040℃固溶热处理2 h,随后分别在410、480、550℃下热处理3 h后空冷至室温。对烧结态和热处理态样品进行金相试验、单向拉伸试验以及电化学腐蚀试验。结果经热处理后,试样在480℃时效热处理3 h时力学性能提升最为显著,其屈服强度由608 MPa提升至806 MPa,抗拉强度由1159 MPa提升至1245 MPa,伸长率由3.6%提升至13.6%。当时效热处理温度提升至550℃时,由于沉淀相的粗化,其力学性能有所下降;同时,电化学腐蚀性能中腐蚀电流密度(Jcorr)减小,腐蚀电位(Ecorr)增大,电荷转移电阻(Rct)增大,出现明显的钝化区。结论黏结剂喷射3D打印17−4PH不锈钢经热处理后力学性能得到提升,试样在480℃时效热处理3 h时力学性能提升最为显著,优于商用热轧17−4PH不锈钢,电化学腐蚀性能与商用热轧17−4PH不锈钢电化学腐蚀性能水平相当。

磁痕显示对激光强化17-4PH叶片力学性能的影响

为增强17-4PH钢低压末级叶片的防水蚀性能,对17-4PH叶片进汽边进行激光固溶处理。经过激光固溶处理的末级叶片在后续磁粉探伤过程中,往往会出现明显的磁痕现象。为此,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针等分析手段证明了在激光固溶区域边界处出现磁痕的原因为在边界出现的大量的奥氏体组织,降低了激光固溶边界处的磁导率,从而产生磁痕。利用XRD测定激光固溶叶片的残余应力为压应力,三点弯曲疲劳试验证明通过激光固溶可将17-4PH叶片的R=0.1疲劳极限由原750 MPa提高至860 MPa。

温度对扭矩传感器弹性体17-4PH特性的试验

弹性体是扭矩传感器的核心部件,其性能直接影响扭矩传感器的准确性。文章分析了扭矩传感器数学模型,构建了温度作用下材料弹性模量理论模型,并针对弹性体材料17-4PH进行温度性能试验和变温环境下的扭矩校准试验。试验结果表明,弹性体材料17-4PH的弹性体与温度的变化成非线性关系,温度越高弹性模量下降的速度越快,构建的考虑温度影响的弹性模量模型的变化规律与传感器输出值变化一致,这为扭矩传感器的精密设计提供了可靠的依据。

时效工艺对17-4PH不锈钢组织与力学性能的影响

对17-4PH不锈钢进行460~580℃,保温4 h的时效处理,采用显微组织观察、XRD分析、拉伸试验、硬度测试、冲击试验等研究了不同温度时效对17-4PH不锈钢组织与力学性能的影响。结果表明:不同温度时效处理17-4PH不锈钢的组织中主要为马氏体、碳化物和少量逆转变奥氏体。随着时效温度的升高,17-4PH不锈钢中马氏体组织逐渐粗化,逆转奥氏体含量逐渐增多,抗拉强度、屈服强度和硬度逐渐下降,伸长率和冲击吸收能量逐渐升高。当时效温度从460℃升高到580℃,17-4PH钢的硬度下降26.2%,冲击吸收能量提高299.5%,时效温度对17-4PH不锈钢的韧性影响显著。17-4PH不锈钢的拉伸断口主要由韧窝和撕裂棱构成。随着时效温度的升高,拉伸断口上韧窝数量明显增多,且韧窝尺寸有所增大,韧窝变深,分布也更为均匀,不锈钢的塑性增加。

17-4PH不锈钢350℃长期时效组织演化的透射电镜观察

采用X-ray衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢在350℃长期时效过程中显微组织的变化规律。结果表明:在沉淀硬化回火处理后,在典型的板条马氏体基体中弥散分布着大量的纳米级的ε-Cu颗粒,二次碳化物M23C6沿马氏体板条束界析出。17-4PH马氏体不锈钢在350℃时效6个月后,组织发生一定变化,spinodal分解开始在晶界发生,另外析出的ε-Cu颗粒逐渐长大,并且有少量的逆转变奥氏体产生。17-4PH不锈钢在350℃时效15个月后,spinodal分解逐渐由晶界发生转向晶内,基体中析出大量有取向的细小的G相,并观测到少量sigma相。基体仍为板条马氏体。

17-4PH不锈钢激光熔覆镍基碳化钨涂层数值模拟研究

采用双椭球热源,综合考虑了热传导、热对流、粉光相互影响、金属相变、凝固的相互作用,基于随温度变化的热物性参数,建立了17-4PH基体激光熔覆镍基碳化钨粉末的三维温度场流场数值模型,模拟不同激光功率和熔覆速度对温度场流场的影响,计算得出了熔覆过程温度场、速度场的瞬时变化规律。结果表明,随着激光功率的增加,熔池温度的峰值从1 850 K增加到2 210 K,熔池流速峰值从0.12 m/s增加到0.13 m/s。随着熔覆速度增加,熔覆层温度分布变化不大,但熔覆层厚度由649.117μm减小到313.759μm。研究结果为不锈钢激光熔覆镍基碳化钨成型提供相关理论依据。

不同状态2A12铝合金与17-4PH不锈钢间的摩擦磨损性能

为给某锁筒机构导向基座和导向杆摩擦副配对选材,研究了轧制态、固溶态、固溶+时效态2A12铝合金与时效态17-4PH不锈钢组成的摩擦副在干摩擦和抹润滑脂润滑条件下的摩擦磨损性能。结果表明:轧制态2A12铝合金的抗拉强度和显微硬度高于固溶态和固溶+时效态,远低于时效态17-4PH不锈钢;在抹润滑脂润滑条件下,轧制态2A12铝合金与17-4PH不锈钢配副的平均摩擦因数以及轧制态铝合金的平均体积磨损率明显低于干摩擦条件下,并且低于相同润滑条件下固溶态和固溶+时效态2A12铝合金;2种润滑条件下3种状态铝合金的磨损机制均以磨粒磨损为主、黏着磨损为辅,不锈钢的磨损机制为轻微磨粒磨损。锁筒机构可以选择轧制态2A12铝合金与时效态17-4PH不锈钢进行配对,通过涂抹润滑脂来减少摩擦磨损卡滞现象。

最终时效工艺对17-4PH不锈钢组织和性能的影响

根据实际测试的17-4PH不锈钢的热膨胀曲线,对其进行了不同工艺的固溶、时效热处理,并根据热处理后材料的显微组织及其力学性能,得出最终时效工艺可以提高材料的比例极限、规定非比例延伸强度R_(p0.02)及其塑性;结合金相分析及X射线衍射的方法,确定了17-4PH不锈钢逆变奥氏体的形成过程,并利用X射线衍射方法定量测定了不同最终时效温度形成的逆变奥氏体含量。结果表明:17-4PH不锈钢中的逆变奥氏体产生于最终时效过程中,且其含量随最终时效温度的升高而增加。

17-4PH不锈钢高锁螺母裂纹产生的原因

在17-4PH不锈钢高锁螺母的加工过程中,发现其螺纹部位有裂纹产生。采用微观观察、加工工艺分析、挤压过程分析等方法研究了该螺母裂纹产生的原因。结果表明:裂纹是在挤压过程中产生的,挤压前坯料硬度偏高、挤压变形量偏大,使材料的塑性及心部流动性变差,最终导致螺母心部产生裂纹。对挤压前的坯料进行双重退火处理,可以避免螺母在加工过程中产生裂纹。

金属注射成形17-4PH不锈钢的研究

研究了17-4PH不锈钢的金属注射成形工艺及其流变学性能、力学性能、微观组织和耐腐蚀性能。结果表明:采用65%PW-30%EVA-5%SA粘结剂组成的注射料具有最好的综合流变学性能。在1 380℃保温90 min的烧结条件下,注射成形17-4PH不锈钢的力学性能最佳,孔隙分布均匀,晶粒尺寸适中。而保温60和120 min则分别表现出烧结不完全和过烧现象。1 380℃保温90 min烧结所得到的力学性能为ρ=7.70 g/cm3,σb=1 275 MPa,δ=5%,硬度36 HRC。注射成形17-4 PH不锈钢的密度、抗拉强度、硬度随着烧结温度的升高而提高,伸长率则随着烧结温度的升高而下降。17-4 PH不锈钢的耐蚀性好,腐蚀期长,具有活化-化金属极化曲线的特征,但钝化电位范围较窄,耐点蚀性能较差。

离子渗氮工艺对17-4PH不锈钢性能的影响

对17-4PH不锈钢分别进行了真空固溶和时效处理及离子渗氮。结果表明:17-4PH不锈钢经1040℃真空固溶处理随后480℃时效处理后的硬度为41.0~41.5 HRC;离子渗氮温度对17-4PH不锈钢表面硬度影响不大,对基体硬度的影响较大,对渗氮层深度有一定的影响;渗氮剂的氮氢比对17-4PH钢表面和基体的硬度影响不大,对渗氮层深度有一定影响;在500℃采用N_(2)∶H_(2)=1∶3的渗剂对17-4PH钢进行离子渗氮时,随着渗氮时间的延长,渗层深度增加,表面硬度变化不大,基体硬度降低。

金属注射成形17-4PH高强度不锈钢的研究

使用热脱粘-真空烧结连续工艺制取金属注射成形(MIM)17-4PH不锈钢。观察分析了MIM17-4PH试样烧结态和时效态的显微组织,测试了其力学性能和耐蚀性能。结果表明,使用粉末装载量(体积分数)为65%的注射料,采用热脱粘-真空烧结连续工艺,在1360℃下烧结2h的MIM17-4PH经热处理后达到的综合性能为ρ=7.72g/cm3,σb=1100MPa,σ0.2=1053MPa,δ=14%,αkv=630kJ/m2,HRC=37。