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。

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。

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。

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。

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。

17-4PH不锈钢激光修复E级钢组织及力学性能研究

文章通过激光增材制造技术在E级铸钢表面成型了单层和多层17-4PH不锈钢试样,对其微观组织结构和力学性能进行研究,重点测试其表面残余应力和拉伸性能。结果表明:单层与多层激光增材制造试样成型效果良好,内部组织结构细小致密,无裂纹、气孔等缺陷,单层表层晶粒小于多层增材试样;多层增材制造试样抗拉强度最大,单层增材制造试样屈服强度最高,而E级铸钢断后伸长率与断面收缩率最高;此外,多层增材制造试样表层残余应力最大,单层增材制造试样表面显微硬度最高。

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。

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。

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]。

350℃下长期时效对17-4PH不锈钢动态断裂韧性的影响

利用示波冲击试验系统研究反应堆用17-4PH马氏体不锈钢在使用温度(350℃)下长期(约11 000 h)时效过程冲击性能和动态断裂韧度的变化规律,并用扫描电镜观察分析不同时效时间的CharpyⅤ型缺口试样(CVN)的断口形貌。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,其塑性变形能EPL和撕裂能ETE以及冲击功Et均随时效时间的延长而逐渐下降。根据示波冲击曲线获得了该钢的动态断裂韧度KId,其动态断裂韧度也随时效时间的延长而逐渐下降,并在试验的初始阶段下降很快,在试验的中后期下降较为缓慢。另外,该不锈钢的CVN冲击试样断口形貌随着时效时间的延长由韧性断裂机制的韧窝断裂为主向脆性断裂机制的准解理断裂和穿晶断裂为主变化。这些均说明,随着时效时间的延长,该材料的韧性降低,发生了脆化,且脆化主要发生在试验的初始阶段。

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。

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不锈钢长期时效对电化学腐蚀行为的影响

采用恒电位阳极极化法研究了17-4PH不锈钢经长期时效后试样分别在(0.5 mol/LH2SO4+1%NaCl)溶液和1%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:17-4PH不锈钢经时效处理后点蚀电位负移,钝化膜保护性下降,材料耐蚀性能降低。17-4PH不锈钢在含有Cl-的H2SO4溶液中能发生钝化,并有较宽的钝化区域,而在1%NaCl溶液中不能形成钝化膜,Cl-对试样有严重的点蚀现象。阳极极化曲线显示,17-4PH不锈钢随着时效时间的延长耐蚀性降低,主要是由于时效处理使第二相沿晶界析出、材料组织发生改变所致。

17-4PH不锈钢的析氢行为

采用电化学测试的方法评价了两种强度的17-4PH不锈钢在海水中的阴极极化行为;采用充氢试验研究了两种强度的17-4PH不锈钢在-1.1V(SCE,下同)电位下阴极极化15d后的含氢量;采用慢应变速率试验研究了两种强度17-4PH不锈钢在充氢后的氢脆系数。结果表明:两种强度的17-4PH不锈钢在海水中的析氢转变电位均在-0.90V左右;低强度不锈钢的氢质量分数约为2.55×10^(-4)%,而高强度不锈钢的氢质量分数则高达6.84×10^(-4)%;试样充氢后,高强度不锈钢的脆性明显增加,而低强度不锈钢的脆性增加不明显,高强度不锈钢的氢脆系数远超过25%,此时材料已存在氢脆危险,而低强度不锈钢的氢脆系数约为18%左右,尚处于氢脆安全区。

热处理条件下17-4PH不锈钢高周疲劳性能分析

对退火态17-4PH不锈钢进行固溶+中间调整+时效处理,分析退火态及固溶时效态17-4PH不锈钢的显微组织、拉伸及高周疲劳等力学性能及疲劳裂纹扩展测试结果。结果表明:两种不同热处理工艺下该钢的显微组织均为回火马氏体、δ-铁素体及逆变奥氏体。相比退火处理,固溶+中间调整+时效处理后的显微组织中δ-铁素体含量降低,且存在ε-Cu、富Nb相等沉淀硬化相析出,其屈服强度、抗拉强度及高周疲劳极限均明显提高,抗拉强度大于1000 MPa;固溶时效后该钢疲劳裂纹门槛值提高,抵抗裂纹扩展的抗力提高,裂纹扩展速率降低,其稳定扩展区(Paris区)对应的应力强度因子ΔK的范围由13~30 MPa·m1/2扩展至15~70 MPa·m1/2。

时效温度对17-4PH不锈钢在工业废硫酸溶液中腐蚀行为的影响

17-4PH沉淀硬化不锈钢经适当的热处理后具有优良的综合性能,常用于石油、化工、航天航空等领域。本工作研究时效温度对17-4PH不锈钢力学性能及在工业废硫酸溶液中腐蚀行为的影响,结果表明:随着时效温度升高,17-4PH不锈钢屈服强度和抗拉强度下降,断面收缩率和延伸率增加;其冲击断口形貌由脆性断裂逐渐过渡为韧性断裂;自腐蚀电位关系为E_(550℃)>E_(620℃)>E_(580℃)。浸泡试验结果表明,经550℃时效处理的17-4PH具有较好耐蚀性能,620℃次之,580℃最差。

17-4PH不锈钢的研究现状及发展趋势

阐述了当前核工业螺栓中应用广泛的沉淀硬化17-4PH不锈钢的成分,合金元素在析出强化过程中的作用及热处理工艺对其综合性能的影响,归纳总结了时效完成后该钢的显微组织形貌对力学性能影响.研究表明:时效过程中富铜相的析出是17-4PH不锈钢的主要强化机制.未来发展趋势在于渗氮表面强化热处理工艺的广泛应用,该工艺是当前行业上最为认同的一项工艺;而使用三维原子探针作为表征手段对富铜相析出进行纳米级别分析是未来研究的一种新思路.