17-4PH板增材再制造温度场及残余应力研究

为了探究预制槽长度(L_(c))、再制造路径对熔池热循环曲线、冷却速率以及残余应力峰值的影响规律,基于热-弹塑性理论和有限元法,利用Simufact welding软件建立了17-4PH板再制造的热力耦合有限元模型,分析了再制造件的温度场和残余应力的分布规律。结果表明,相同路径与交叉路径再制造温度循环曲线变化趋势相同;除预制槽长度为12W外,随着焊缝数量的增大,冷却速率逐渐增大。交叉路径的残余应力峰值略小于相同路径的残余应力峰值,垂直焊缝方向上的残余应力值小于沿焊缝方向的值;沿焊缝方向上的残余拉应力最大值在最后一道焊缝的熄弧端及邻近的母材区,垂直焊缝方向上残余应力的峰值发生在在第一道焊缝中间位置及其邻近母材区域上。为避免高的残余拉应力,预制槽的长度应不小于16W,预制槽长度为4W时的残余应力值均大于其他预制槽长度的值,因此,再制造时预制槽的长度不应过短。研究结果能够为17-4PH零件再制造的预制槽设计、再制造路径的优选、残余应力调控提供参考。

航空用17-4PH表面激光熔覆15-5PH涂层组织与性能分析

17-4PH不锈钢广泛应用于航空航天领域涡轮机叶片等关键零部件。为实现航空用17-4PH零部件损伤后的修复与再制造,利用激光熔覆技术在17-4PH表面制备15-5PH涂层,并对涂层的物相、显微组织、显微硬度、耐磨性能及耐腐蚀性能进行分析。结果表明,涂层主要由Fe-Cr、马氏体及α-Fe组成;涂层与基体的结合区为平面晶,底部及中部以柱状晶为主,顶部由柱状晶和少量等轴晶组成。涂层与基材的平均显微硬度分别为408.7HV_(0.5)和347.5HV_(0.5),涂层硬度较基材提高17.6%;涂层与基材的平均摩擦系数分别为0.3051和0.3754,磨损截面面积分别为813.74μm^(2)和2058.12μm^(2),涂层的耐磨损性能明显优于基材。涂层与基材的自腐蚀电位(E_(corr))分别为-1.0780 V和-1.0975 V,自腐蚀电流密度(I_(corr))分别1.229×10^(-3) mA/cm^(2)和0.907×10^(-3) mA/cm^(2),涂层的耐腐蚀性能与基材相当。涂层的组织及表面性能结果表明,激光熔覆15-5PH涂层可用于航空用17-4PH零部件的修复与再制造。

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。

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。

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。

海上油田人工举升设备17-4PH沉淀硬化不锈钢防护技术研究

17-4PH,又被称为沉淀硬化型不锈钢,与常规的不锈钢相比,其耐衰减性能、耐腐蚀性能好,且具有良好的耐空蚀性能,力学参数也远远超过常规不锈钢产品。由于17-4PH的相关性能特点,在核能技术、海洋石油工业等领域有良好的应用。海上油田人工举升设备的使用环境恶劣,在承受海洋石油工业领域高温的同时,承受着很大冲击与剧烈摩擦,极容易发生空蚀、水蚀情况,带来设备安全隐患。介绍了强化金属表面的2种方式(表面喷丸SPD技术与超声波滚压USRP技术),对沉淀硬化不锈钢表面防护技术进行了论述。

激光熔覆WC/17-4PH复合涂层组织及性能研究

采用LaserlineLDF-3000-60型激光器在45钢表面,利用激光熔覆技术,制备不同质量分数的17-4PH+碳化钨(WC)复合涂层。借助光学显微镜、显微硬度计、摩擦磨损测试方法对熔覆层的显微组织、硬度及耐磨性检测及分析。结果表明,熔覆层的平均硬度和磨损量均随WC质量分数的增加呈现梯度增加的趋势。当WC质量分数为25%时,涂层与基材冶金结合良好,组织均匀、致密,无热裂纹及气孔等缺陷,熔覆层平均硬度为497.6 HV,相较于基体提高了153.0%;当WC质量分数为30%时,陶瓷相进一步增多,使得熔覆层出现从涂层表层至基体的贯穿裂纹,涂层硬度相较于基体提高了160.7%,磨损量为基体的26.2%。

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。

17-4PH不锈钢盐浴复合氮化处理研究

对比研究了不同温度下盐浴复合渗氮处理对马氏体不锈钢微观组织的影响及不同处理温度下材料硬度和耐磨性的变化。研究结果表明:盐浴渗氮处理后,17-4PH不锈钢渗氮层中主要物相为含扩展(含氮)马氏体、CrN、Fe4N以及Fe3O4,处理温度越高,不锈钢渗氮层中形成的Fe3O4以及CrN含量越多。含氮马氏体的晶格常数随氮化处理温度的提高而上升,该钢在盐浴渗氮中的激活能为190.9kJ/mol。17-4PH不锈钢进行盐浴渗氮处理后,能得到较厚的渗氮层。处理温度越高,渗氮层越厚。渗氮处理后,材料的滑动磨损量大大下降,由未处理状态时的21.1mg降低到580℃盐浴渗氮处理后的1.0mg。

17-4PH不锈钢长期时效对拉伸性能的影响

通过拉伸实验研究了17-4PH马氏体不锈钢分别在温度350℃、400℃长期时效后的力学性能变化,并用扫描电镜(SEM)和透射显微镜(TEM)观察了不同时效时间的拉伸断口形貌和显微组织演化。结果表明:随着时效时间的延长,屈服强度和抗拉强度升高而断面收缩率和伸长率则相反;断口由细小韧窝向粗大韧窝转变,经过长期时效的试样断口上有二次裂纹。TEM分析表明,该钢在时效过程中发生spinodal分解,分解生成为富Cr的α’相和富Fe的α相是该钢强度逐渐升高,塑性逐渐下降的主要原因。

碳含量对金属注射成形17-4PH不锈钢显微组织和力学性能的影响

通过在喂料中添加石墨改变注射成形17-4PH不锈钢组织中的碳含量,研究不同碳含量对MIM 17-4PH显微组织和力学性能的影响。结果表明:在烧结态和固溶时效态试样中,碳含量少于0.16%(质量分数)的相组织主要由马氏体和少量的铁素体构成。随着碳含量的逐渐升高,冷却过程中奥氏体未能完全转变成马氏体,组织中出现奥氏体,在碳含量为0.16%的烧结态和固溶时效态试样中,其显微组织为马氏体和奥氏体共同组成的双相组织,而且奥氏体相含量随着碳含量增加而逐渐增加;在碳含量达到0.25%以上时,试样的显微组织完全转变为奥氏体,导致试样的表观硬度下降,抗拉强度下降,伸长率提高。

17-4PH不锈钢时效析出相的形成过程

对17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)马氏体不锈钢进行了3种不同条件下的时效处理。利用透射电子显微镜(TEM)技术详细分析了17-4PH不锈钢时效处理后析出相的形成过程。实验结果表明,时效条件为442℃,8h空冷时,在马氏体内部析出弥散的、尺寸小于10nm的ε-Cu、Nb6C(N)5和Nb2C(N)型亚稳相颗粒;时效条件为465℃,4h空冷时,析出尺寸为10～15nmε-Cu和稳定的NbC(N)相;时效条件为480℃,1h空冷时,析出尺寸为20～25mm的ε-Cu+NbC(N)相,且析出相NbC(N)与马氏体为共格析出,取向关系为NbC[001]//α-Fe[001]。

QPQ盐浴氮化17-4PH不锈钢的显微组织分析

采用X衍射和带能谱仪的扫描显微镜研究了17-4PH不锈钢QPQ(淬火-抛光-淬火)处理后渗层的显微组织和其中的C、N、O元素分布。结果表明:QPQ盐浴复合处理后可获得厚约60μm的渗层;表层为Fe3O4,亚表层为Fe2(N,C),最内层为CrN+αN扩展马氏体层。QPQ处理层的15～25μm范围内存在γ′-Fe4N,氧化物层和氮化物层的接触界面处会发生ξ-Fe2N1-x形核;氧浓度只在表面约3μm范围内具有最高值;N和C的浓度随深度增加在亚表面处先后出现峰值;除去表面的疏松氧化物层后,渗层的显微硬度随深度增加先升高后下降。

激光固溶17-4PH的机理与性能研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和能量色散谱仪(EDS)分别对经激光固溶处理后的17-4PH材料强化层的显微组织、显微硬度及元素含量进行了分析.结果表明:激光固溶时效后,17-4PH材料的表层平均显微硬度比基体提高了约40%,接近420 HV0.2;表层存在高密度的位错马氏体组织,且马氏体组织中含有Cr、Ni及Cu等合金元素;激光固溶层的耐磨损性能及抗气蚀性能都有一定程度的提高.根据阿伦尼乌斯定律以及菲克第二定律分析了激光固溶的机理,证明:Cu在激光作用下可以在短时间内完全溶入奥氏体,完成固溶过程.

17-4PH马氏体不锈钢350℃长期时效脆化研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、硬度测定以及示波冲击试验(instrumentalimpacttest)研究了17-4PH马氏体不锈钢在350℃长期时效过程中显微组织、硬度、冲击韧性以及断口形貌的变化规律。结果表明:该马氏体不锈钢在350℃长期时效的过程中,随着时效时间的延长,其硬度升高,并在时效9000h时达到最大值;其裂纹萌生功(Ei),裂纹扩展功(Ep)和总冲击功(Et)都随时效时间的延长而逐渐下降。根据示波冲击曲线获得了17-4PH马氏体不锈钢的动态断裂韧性K1d,其动态断裂韧性也表现出和Ei,Ep及Et相类似的变化规律。该不锈钢的夏氏V型缺口(CharpyV-notch)冲击试样断口形貌随着时效时间的延长由韧窝断裂为主向准解理断裂和沿晶断裂为主变化。

调整处理对17-4PH不锈钢耐海水腐蚀性能的影响

运用化学浸泡、极化曲线、循环极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了固溶后直接时效状态和调整+时效状态的17-4PH不锈钢在人工海水中的耐蚀性能,并对显微组织作了观察和分析。结果表明,17-4PH不锈钢过调整处理后再进行时效处理,自腐蚀电位和点蚀电位升高而年腐蚀率下降,耐海水腐蚀性能全面优于直接时效态试样。其原因是17-4PH不锈钢经过调整处理后进行时效可避免贫铬区的形成,并使马氏体组织呈细小化特征,材料的组织均匀性提高。

17-4PH不锈钢离子渗氮工艺

采用正交试验对 1 7 4PH沉淀硬化不锈钢离子渗氮的工艺和显微组织进行了研究。结果表明 ,影响工件表面结构和性能的主要因素是离子渗氮温度和保温时间。当渗氮温度由 4 80℃升高到 5 6 0℃保温 5h ,硬度则由 5 1 4HV0 1增高到 1 2 90HV0 1 ;在 5 2 0℃下渗氮 ,时间从 3h延长到 7h后 ,表面硬度由 81 4HV0 1增高到1 2 90HV0 1。