使用工况条件下核用18Ni(300)钢拉杆的力学性能

研究了由时效热处理18Ni(300)钢制作拉杆的显微组织,以及使用工况条件下拉杆的室温循环加载力学性能和断口形貌,分析了拉杆的断裂模式。结果表明:经过固溶处理的18Ni(300)钢呈现淬火马氏体组织,原奥氏体晶粒尺寸约为24μm,残余奥氏体面积分数约为0.26%;时效处理后,原奥氏体晶粒尺寸约为26μm,未观察到残余奥氏体;18Ni(300)钢马氏体发生回复,(Ni,Co,Fe)3Ti相在位错上析出。模拟安装使用工况条件下,室温循环加载后拉杆试样的循环断裂周次均大于480次,断裂部位主要分布在拉杆螺纹根部;断口由塑性变形区和脆性变形区组成,塑性变形区居中;断面以拉伸断裂特征为主,以疲劳断裂特征为辅,由此推断拉杆主要受轴向拉伸的作用。

时效热处理对选区激光熔化成形18Ni300摩擦磨损性能的影响

目的通过研究选区激光熔化(SLM)成形18Ni300时效热处理前后摩擦磨损性能及磨损机制,为SLM技术在模具中易磨损部位的应用提供理论支撑。方法采用扫描电镜对热处理前后试样进行微观组织观察,采用X射线衍射仪对原始粉末和试样进行物相分析,并测试试样时效热处理前后的硬度、密度和抗拉强度,采用球盘摩擦磨损试验机测试在不同载荷下时效热处理前后试样的摩擦磨损行为,采用3D轮廓仪和扫描电镜对磨损后试样和磨球表面进行观察,并对磨损区域进行能谱分析。结果时效热处理后试样“鱼鳞状”熔道组织弱化,主要为板条状马氏体组织。原始粉末及成形后试样的物相主要为马氏体,原始粉末和时效热处理后试样中含有少量残余奥氏体。时效热处理后试样硬度由37.6HRC升高到54.4HRC,密度变化不大,抗拉强度由1107 MPa升高到2031 MPa,伸长率由14.4%降低至4.5%。随着摩擦磨损试验载荷的增大,时效热处理后试样摩擦因数降低,体积磨损率增大,但均低于热处理前试样。结论当载荷为10 N时,磨损机制主要为磨粒磨损;当载荷为15 N时,磨损机制过渡到氧化磨损和黏着磨损;当载荷为20 N时,主要为黏着磨损。

冲击载荷下SLM 18Ni300的组织演变及绝热剪切行为

为了研究高速冲击载荷下激光选区熔化成形的18Ni300马氏体时效钢的组织演变以及绝热剪切行为,采用分离式霍普金森压杆技术对SLM 18Ni300马氏体时效钢进行了室温下不同冲击载荷的冲击实验。结果表明,SLM 18Ni300马氏体时效钢在冲击过程中横截面的微观金相组织为椭球编织结构;随冲击载荷增加,横截面的晶粒尺寸先增大再缓慢减小;纵截面晶粒组织由半弧状熔池结构逐渐变成平缓的曲线结构,晶粒尺寸随冲击载荷的增加而减小,且变化的幅度小于横截面晶粒尺寸的变化幅度;当冲击载荷为0.7 MPa时,有绝热剪切带形成并出现分叉现象,孔洞在剪切带中形核、长大、合并扩展形成裂纹,最终引起绝热剪切带的失效。

空间结构增强铜基复合材料的摩擦磨损特征

为实现铜基复合材料性能的有效调控,采用激光选区熔化成形制备了单元尺寸分别为5.00、3.75、2.75、1.75和0.75 mm的18Ni300空间结构增强体,然后在挤压铸造条件获得了具有不同增强体分布的18Ni300空间结构增强铜基复合材料.研究了复合材料的微观组织、硬度、摩擦磨损性能和磨损表面形貌.结果表明:随着空间结构单元尺寸的减小,复合材料增强体体积分数不断增加,硬度和耐磨性提高.结构单元尺寸为0.75 mm时,复合材料增强体体积分数为13.35%,硬度达到HBW120,为铜基体硬度的1.71倍;载荷40 N、线速度0.75 m/s、磨损时间25 min条件下的体积磨损量为35.4 mm^3,比铜基体磨损量降低58%.由于增强体的作用,复合材料的磨损机制由纯铜的黏着磨损转变为磨粒磨损.

18Ni(300)钢高速干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对18Ni(300)马氏体时效钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增加而下降;随着转速和载荷的增加,销表面氧化物逐渐由FeO转变为Fe_3O_4,其磨损机制由黏着磨损转变为严重的氧化磨损.

3D打印18Ni300模具钢的显微组织及力学性能

通过选区激光熔化(SLM)技术3D打印制备了18Ni300模具钢棒状试样,并对其进行了840℃固溶+490℃×6h时效热处理,分别对热处理前后试样的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明:3D打印18Ni300模具钢的致密度高,相对密度接近100%;未经过热处理的3D打印试样显微组织由细小的板状马氏体和残余奥氏体组成,抗拉强度和屈服强度较低;经热处理后试样的显微组织形貌呈均匀分布的长条状,抗拉强度、屈服强度和硬度明显升高,塑性降低。

扫描策略对激光选区熔化成型18Ni300马氏体时效钢打印质量和性能的影响

为研究扫描策略对成型零件打印质量和性能的影响规律,采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术,选用单向填充重复扫描策略(X扫描)、90°交替变向填充扫描策略(XY扫描)、条形分区变向填充扫描策略(S扫描)和棋盘格分区变向填充扫描策略(C扫描)打印18Ni300马氏体时效钢,系统地研究不同扫描策略对打印零件表面形貌、致密度、组织物相和力学性能的影响规律,分析不同扫描策略拉伸性能在不同成型方向上的各向异性。结果表明:分区扫描策略的打印质量和性能优于X扫描策略和XY扫描策略。究其原因在于,在打印过程中分区扫描策略可将打印表面划分成多个区域进行加工,提高了每一层的冷却凝固速率。相比于X扫描策略和XY扫描策略,分区扫描策略的扫描方向呈周期性变化,不仅有利于填补上一层熔道的凸起和搭接孔隙,而且可以减少热量积累,有利于提高试样性能。

热处理对SLM 18Ni300马氏体时效钢组织及腐蚀性能的影响

目的探究热处理对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形18Ni300马氏体时效钢组织和耐腐蚀性能的影响。方法利用激光选区熔化技术成形18Ni300马氏体时效钢试样,分别对成形试样进行时效处理和固溶+时效处理。通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站,分别测试分析了不同热处理SLM 18Ni300马氏体时效钢的微观组织、显微硬度和耐蚀性。结果热处理后,试样微观组织发生显著变化,时效试样组织细化,得到板条马氏体组织;固溶+时效试样激光熔池消失,组织为均匀致密的板条马氏体,且均有细小析出物弥散分布于晶界和板条间。时效处理和固溶+时效处理显著提高了SLM 18Ni300马氏体时效钢硬度,SLM试样硬度为376.6HV1,时效试样和固溶+时效试样硬度分别为651.5HV1和641.8HV1。0.5 mol/L H2SO4溶液中,SLM试样的Jcorr最小,为1.375×10^-3 A/cm^2,耐腐蚀性最好,各试样耐蚀性优劣有SLM试样>固溶+时效试样>时效试样。3.5%NaCl溶液中,SLM试样的极化曲线有明显的钝化平台,且Jcorr最小,为3.630×10^-6A/cm^2,耐腐蚀性最好,各试样耐蚀性优劣有SLM试样>时效试样>固溶+时效试样。结论时效处理和固溶+时效处理后,SLM 18Ni300马氏体时效钢得到板条马氏体组织,硬度显著提高,但在H2SO4溶液和Na Cl溶液中的耐腐蚀性能有所下降。

选区激光熔化成型18Ni300钢显微组织与性能研究

采用选区激光熔化技术制备了18Ni300钢试样,分析了激光线能量密度对相对致密度和显微硬度的影响规律,研究了显微组织与性能的内在联系。结果表明,试样熔池中心区域为均匀的胞状组织,过渡区为细小的胞状组织,热影响区为粗大的胞状或扁状组织。同一激光线能量密度下,过渡区显微硬度高于熔池中心区域显微硬度。随激光线能量密度的降低,试样孔隙缺陷增加、显微组织不均匀,导致其相对致密度和显微硬度降低;当激光线能量密度过大时,显微组织粗大,其相对致密度和显微硬度降低;当η=543 J·m^-1时,显微组织均匀,相对致密度最高,达到99.76%,显微硬度值最高,熔池中心区域和过渡区分别为351 HV和355 HV。

18Ni300马氏体时效钢表面离子氮化研究

通过对渗层硬度分布、金相组织形貌和物相组成,以及拉伸性能、缺口敏感性和延迟断裂抗力等的分析,研究了18Ni300马氏体时效钢离子氮化后的渗层及对力学性能的影响。结果表明:离子氮化表面形成了Fe_4N硬化相,硬度从表面820 HV逐步下降到基体的610HV。由于平缓的硬度分布和不存在Fe_(2-3)N脆性相,使渗层与基体具有较强的协调变形能力;离子氮化后缺口与光滑抗拉强度之比仍达到1.2,可保障氮化构件的安全性。极低的位移速度(0.0015mm/min)缺口拉伸证明了氮化并未增大延迟断裂倾向。

微波消解ICP-AES法检测马氏体时效钢18Ni300粉体成分

18Ni系马氏体时效钢广泛应用于日常生活、生产及尖端科技等多个领域,18Ni300作为金属增材制造技术(3D打印)中选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)的专用马氏体时效钢,已获得广泛关注。18Ni300中不同元素所起的作用不同,因此对18Ni300的元素成分测定尤为关键。该文提供一种快速准确的微波消解ICP-AES法测定马氏体时效钢18Ni300粉体中Ni、Co、Mo、Ti、Al含量的新方法,克服现有国标检测的不足。采用盐酸和硝酸进行试样消解,避免氢氟酸对仪器的腐蚀与污染,同时匹配酸度和基体含量,减少测试过程中的基体效应,采用内标法对待测元素进行测定,加标回收率在90%~110%,效果良好。

基于316L激光选区嫁接成型18Ni300的工艺与性能研究

为了进一步研究激光选区熔化嫁接成型工艺与性能,采用激光选区熔化(SLM)嫁接成型技术制备不同工艺参数316L/18Ni300嫁接成型件,用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)表征嫁接界面金相组织和微观形貌,用电子万能试验机测试316L/18Ni300嫁接试样力学性能。研究发现,当能量密度为60 J/mm^(3),即激光功率为300 W,扫描速度为1000 mm/s,扫描间距为0.1 mm时,所得试样致密度为99.1%,剪切强度为1502 MPa,且嫁接体致密度随激光能量密度先增大后减小。嫁接体、嫁接界面嫁接体侧、基体侧与基体显微维氏硬度分别为359.2 HV、239.4 HV、198.6 HV和169.8 HV,嫁接界面两侧相较嫁接体与基体显微维氏硬度有显著差距。嫁接过程中,18Ni300与316L形成融合区,但嫁接界面未能良好形成联生结晶,且存在孔隙。

激光选区熔化成形18Ni300模具钢的致密度和缺陷研究

为研究大成形层厚、大激光功率下激光选区熔化成形件的致密度和缺陷状态,在层厚为60μm、激光功率为300~400 W的条件下设置了不同的线能量密度参数,分析相关参数对致密度以及缺陷的种类、数量的影响。结果表明:致密度随线能量、激光功率的提升均呈现先上升后下降的趋势,当线能量为500 J/m、激光功率为350 W时,得到的试样致密度可达最高的99.92%,激光功率和线能量过高或过低都会引起成形件的缺陷。

18Ni300模具钢逆铺粉方向不同倾斜角激光选区熔化成形工艺研究

为研究逆铺粉方向不同倾斜角度对金属零件激光选区熔化成形质量及力学性能的影响,分别制备出逆铺粉方向下不同倾斜角的18Ni300模具钢金属试样,并对其相对密度、表面粗糙度和硬度进行研究。结果表明:随着倾斜角的增大,在5°和10°时会出现塌陷和挂渣现象,试样的相对密度先减小后增大,表面粗糙度值先增大后减小,硬度先减小后增大,在0°时能够得到表面质量最优、相对密度与硬度最大的试件。

18Ni300模具钢SLM成型工艺研究

18Ni300模具钢作为一种高性能模具材料,具有较强的耐热性、耐磨性与抗腐蚀性。运用选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术,可通过计算机模型制造出复杂且精细的模具零件,从而缩短生产周期,降低生产成本。对不同工艺参数下18Ni300模具钢选择性激光熔化成型件进行致密度测量与计算得知,激光功率250 W、扫描速度1000 mm/s、扫描间距0.1 mm以及铺粉厚度0.04 mm的工艺参数组合,可实现高致密度的成型效果。

造粒烧结WC颗粒对选区激光熔化18Ni300基复合材料微观组织及冲击韧性影响研究

为明确低成本WC颗粒增强钢基复合材料的组织演变过程和使用安全性,以造粒烧结球形WC颗粒为增强相,通过选区激光熔化制备了颗粒增强18Ni300钢基复合材料,研究了增强体体积分数对材料组织和冲击性能的影响。结果表明,WC颗粒加入量是影响材料致密度、成形质量和冲击韧性的主要因素,WC颗粒部分溶解导致基体中W、C含量增加,α-Fe相转变被抑制,晶粒尺寸发生改变。随着WC含量的增加,基体组织逐渐转变为γ-Fe相,晶粒尺寸增大。WC质量分数从0%增加到20%时,试样平均冲击值从为49.25 J下降为8.50 J,断口逐渐转变为脆性断裂形貌。

选区激光熔化SiC/18Ni300马氏体模具钢复合材料性能研究

采用选区激光熔化技术烧结混合后的18Ni300马氏体模具钢粉末和微米SiC粉末,研究加入不同体积分数的SiC粉末对成型试样表面粗糙度、微观结构及力学性能的影响。结果表明,随着SiC体积分数增加,试样顶面的隆起和球化现象加剧,表面粗糙度和孔隙变大,侧面粘粉严重,凝固组织由胞状晶向柱状晶再向枝晶转变,试样的硬度和抗拉强度均高于未添加SiC粉末试样。当加入的SiC粉末体积分数为0.5%时,试样的硬度和拉伸强度最大,分别达到了371.1 HV和1.51 GPa,相比未添加SiC粉末试样分别提升了7%和54.8%。因此,SiC粉末的加入虽然提高了顶面的粗糙度及孔隙率,但可转变和细化晶粒,增强位错密度提高力学性能,进而提升试样综合使用性能。

热处理对选区激光熔化18Ni300成形组织性能的影响

采用选区激光熔化技术成形18Ni300马氏体时效钢,并对成形件经固溶时效热处理研究。结果表明,固液界面前沿的温度梯度与凝固速率的比值(G/V_s)决定了沉积态微熔池底部到顶部的胞-柱状枝晶的微观演变;而在微结构区域存在的六角胞、伸长胞及条带组织的相互过渡是通过几何拓扑变换来实现。经热处理后,沉积态胞状、柱状及亚微米组织结构消失,出现细小板条状马氏体,并在马氏体基中形成细小颗粒状沉淀相;而热处理前后性能测试表明,经固溶时效热处理后,维氏显微硬度增加,抗拉强度也显著增加,延伸率降低,断口形貌呈现典型的韧性断裂。

工艺参数对激光选区熔化成形18Ni300钢冲击韧性的影响

为了解工艺参数对激光选区熔化成形材料抗冲击能力的影响规律及机制,利用金属摆锤试验机,对不同激光功率及扫描速度下,激光选区熔化成形18Ni300马氏体时效钢进行冲击韧性试验,采用金相显微镜及扫描电镜进行微观组织及断口形貌观察。试验结果显示:随着激光体能量密度的增加,激光选区熔化成形18Ni300钢内部孔洞形缺陷减少,融道内胞状晶数量减少,柱状晶数量增加,韧性冲击断口形貌逐渐由舌状滑移区和大而浅的韧窝转变为均匀小韧窝,最终导致18Ni300钢的冲击韧性增加。通过非线性拟合建立了激光选区熔化成形工艺参数及激光体能量密度与冲击韧性之间的关系。研究表明:激光功率、扫描速度对激光选区熔化成形18Ni300钢的冲击韧性均有显著影响,随着激光体能量密度的增加,18Ni300钢的冲击韧性不断增加,在激光体能量密度达到120 J·mm^(-3)后,冲击韧性趋于平稳。

SLM成形18Ni300模具钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为研究

利用激光选区熔化成形技术(SLM)制备18Ni300模具钢试样。通过与锻造试样对比,分析了SLM成形18Ni300模具钢试样的组织和在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的耐蚀性。结果表明,SLM成形试样的硬度略微低于锻态试样;SLM成形试样的显微组织中存在孔隙缺陷;SLM成形试样的伏打电位比锻态试样低;极化曲线测试结果与浸泡腐蚀结果均表明,SLM成形试样的耐蚀性较锻态试样差。