层间温度对CMT电弧增材制造2Cr13不锈钢薄壁件成形及组织和性能影响

该文利用冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)技术,使用电弧丝材增材制造系统制造2Cr13马氏体不锈钢单道多层薄壁试样,并研究了不同层间温度(100℃,150℃和200℃)对薄壁试样表面成形,微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,较高的层间温度会使得薄壁成形件整体温度升高,散热状况变差,熔池高温存在时间增长,熔融金属流动性增强,最终导致成形件表面变差甚至塌陷。成形件中部组织在经历反复加热和冷却过程后,主要由极为细长的板条马氏体组成,并伴有少量铁素体以及沿铁素体晶界析出的碳化物。靠近重熔区位置由于熔池的热作用会导致马氏体组织过热而发生相变,形成密集的铁素体。随着层间温度减小,成形件晶粒尺寸和分布更为细小均匀;另外,弥散分布在铁素体晶界上的碳化物阻碍位错运动,两者的共同作用使得显微硬度和抗拉强度随层间温度降低而升高,同时拉伸试样的断后伸长率也随之增大。拉伸断裂形式均为韧性断裂,随着层间温度的减小,同取样方向上拉伸试样断口尺寸越来越大,韧窝也越来越深。

PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验研究

2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈钢进行铣削实验,并分析这两款涂层加工不锈钢的磨损性能及失效机理。结果表明:TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN涂层刀片铣削加工10m以后,两个刀片的后刀面磨损量均超过了0.3mm,且切削刃发生崩刃失效;AlCrN涂层刀片铣削10m后,两个刀片的后刀面磨损量均超过0.12mm;在2Cr13不锈钢的铣削加工中,使用AlCrN(PVD)涂层可以有效提高刀具的切削寿命。

淬火加热时间对2Cr13钢力学性能和显微组织的影响

对直径为20 mm、含12.72%Cr、0.24%C、0.48%Si、0.54%Mn、0.022%P、0.138%Ni和0.016%S(质量分数)的2Cr13马氏体不锈钢试棒分别进行了940℃保温30 min、60 min、90 min和120 min油淬和600℃回火3 h油冷。此后检测了试棒的表面硬度、力学性能、显微组织及冲击断口的微观形貌和夹杂物成分。结果表明:在940℃加热的时间对试棒的表面硬度基本没有影响;940℃保温60 min油淬随后600℃回火的2Cr13钢冲击韧度最好,为30.3 J,显微组织为回火索氏体和很少量的铁素体。

强流脉冲电子束2Cr13钢的表面改性

利用HOPE-I型强流脉冲电子束(HCPEB)装置处理2Cr13马氏体不锈钢。通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度检测和摩擦磨损测试方法对表面显微组织和力学性能进行分析。结果表明:处理样品表面产生熔坑,主要由样品表层的(FeCr)23C6型碳化物选择喷发造成。原始样品主要为马氏体Fe-Cr(α)相,处理后样品表层中碳化物经喷发和液相溶解后减少,相反奥氏体相含量增加。由于表面碳化物的去除和高奥氏体含量的形成,处理样品表面显微硬度降低,截面显微硬度呈波动分布。使用加速电压27kV和15次脉冲处理后,磨痕深度由原始样品的7.3μm降低到5.1μm,耐磨性能提高了约30%。

2Cr13钢激光熔凝处理的过渡区组织分析

利用ＹＡＧ激光器对２Ｃｒ１３钢进行了激光熔凝处理.处理后的组织中出现一个低显微硬度的过渡区，该区位于熔凝区和相变硬化区之间．扫描电镜、透射电镜和电子衍射结果证明．该过渡区由马氏体和铁素体组成．不锈钢组织图（ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒｄｉａｇｒａｍ）和能谱分析结果表明，Ｃｒ在熔池底部的富集是产生铁素体的原因．通过工艺参数的调整可以消除熔地底部的铁素体.

回火温度对2Cr13不锈钢应力腐蚀开裂和力学滞后的影响

采用慢应变试验法（SSRT）测试了2Cr13不锈钢在1020℃淬火及不同回火温度条件下的应力腐蚀开裂（SCC）特性,并利用电阻应变计传感器设计原理,测试了回火温度对2Cr13钢力学滞后的影响。结果表明,在270～420℃回火区间,随着回火温度升高,2Cr13钢强度略有增加,滞后略微减小,而应力腐蚀抗力则显著降低。分析认为,在试验温度区间,随温度升高,回火温度接近2Cr13钢敏化和第一类回火脆性温度,加之二次硬化效应,使得该材料应力腐蚀抗力随回火温度升高而显著降低;2Cr13钢力学滞后和其强度及亚结构有关,滞后误差随着材料强度增加而减少。

PFPE脂润滑2Cr13钢摩擦副的真空摩擦磨损行为研究

利用销-盘式摩擦磨损试验机对PFPE脂润滑2Cr13钢摩擦副进行了不同滑动时间的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的结构和成分进行了系统分析.结果表明:随着滑动时间的增加,由微切削磨损、轻微腐蚀磨损向严重腐蚀磨损、轻度局部剥落继续向严重黏着磨损、严重局部剥落的严重复合磨损转变.在真空摩擦过程中PFPE润滑脂主要以物理退化为主,即润滑脂中基础油和增稠剂的相对比例发生变化.同时,PFPE润滑脂与2Cr13钢在摩擦过程中发生化学反应,生成具有催化作用的Fe F3.但由于所生成的Fe F3量较少,并未使PFPE润滑脂发生化学降解.

不同热处理工艺下的2Cr13组织和性能

对2Cr13不锈钢进行淬火及不同温度下的回火处理;分析了淬火组织,研究了不同的回火温度对其组织和性能的影响。结果表明：采用960~990℃保温1 h＋720℃保温3 h的热处理工艺,性能满足API 5CT中L80级的要求。

2Cr13不锈钢高温特性及对连铸保护渣的要求

采用DIL402C热膨胀分析仪、STA449C同步热分析仪和Gleeble—1500D热模拟试验机,分别测试2Cr13不锈钢的线性膨胀系数、主要相变温度以及高温力学性能等高温特性,分析2Cr13不锈钢高温性能对铸坯表面质量的影响和铸坯表面凹陷以及微裂纹产生的机理,确定2Cr13不锈钢用保护渣应重点考虑传热性能。

2Cr13钢疲劳极限与断裂性能研究

通过对2Cr13钢进行断裂韧性试验和疲劳试验,比较了2Cr13钢调质处理时在两种不同回火温度下的疲劳极限与断裂性能。结果表明,与970℃淬火+710℃回火工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火后的强度和疲劳极限提高,塑性和断裂韧性降低。

气体渗氮及后续回火工艺对2Cr13钢渗氮层的影响

利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、维氏显微硬度计、摩擦实验机、弯曲实验和浸泡腐蚀实验探究了气体渗氮工艺对2Cr13钢渗氮层的微观组织结构和性能的影响.结果表明:随渗氮温度、时间的增加,渗氮层的总厚度增加,但是表面疏松层也增加.500℃渗氮的扩散层组织主要由含有大量位错及位错胞的马氏体和高密度的纳米CrN析出相组成;纳米CrN析出相弥散分布在晶内和位错胞的界面上,位错胞界面上的CrN颗粒数量多且尺寸略大;板条马氏体晶界析出了ε-Fe_(2-3)N或者(Cr,Fe)2N析出相.当渗氮温度升高至550℃时,马氏体本身发生了回复,CrN以薄片形式析出,使扩散层组织呈现为由α-Fe和CrN组成的片状珠光体形态.2Cr13钢气体渗氮表面硬度随渗氮温度的升高先升高后下降,在500℃达到峰值硬度(1 274 HV0.5).450℃和500℃渗氮扩散层的硬度可高达1 300HV0.1以上,但是随渗氮温度进一步升高而明显降低.500℃/5h气体渗氮可同时提高2Cr13钢的耐磨性和抗腐蚀性,但是其弯曲韧性降低.500℃渗氮的2Cr13钢试样,不管是水冷还是空冷,或者再进行420℃回火2h处理,其扩散层组织均没有大的改变,因此其硬度没有明显变化,均维持在1 000HV0.1以上.

2Cr13钢的疲劳裂纹萌生与扩展行为

通过对2Cr13钢进行疲劳裂纹萌生与扩展速率试验,获得该钢在两种不同调质处理下的疲劳裂纹萌生寿命Ni的回归方程、疲劳裂纹萌生门槛值以及裂纹扩展速率da/dN表达式。结果表明,与970℃淬火+710℃回火×6h工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火×5h处理后的缺口疲劳裂纹萌生抗力有所改善;当应力强度因子较低时,在640℃×5h回火时的2Cr13钢的疲劳裂纹扩展抗力稍好一些;当应力强度因子较高时则反之。

淬火温度对2Cr13不锈钢组织和性能的影响

对2Cr13不锈钢进行水淬火实验,研究了淬火温度对2Cr13不锈钢组织和性能之间的关系,发现在1050℃淬火时,试样的硬度值基本达到了最高,其原因是因为碳化物大多被溶解,铁素体的含量已经非常低。在1050℃淬火时,奥氏体晶粒开始长大,不过晶粒长大的幅度并不是很大,所以2Cr13不锈钢在1050￣1070℃淬火对于要求高硬度用钢是比较理想的。

稀土元素Ce对2Cr13不锈钢中夹杂物变性的影响

2Cr13(0.19％C、12.88％Cr)马氏体不锈钢由非自耗真空电弧炉冶炼,在铸模加入0～0.18％的Ce。用光学和扫描电镜(SEM)、X-射线能谱仪观察和分析钢中夹杂物形貌和成分。结果表明,未加稀土元素Ce时,钢中夹杂物尺寸为19.33μm的不规则MnS、Cr_2S_3和FeS复合夹杂物;加入0.14％Ce,钢中夹杂物为近似椭球状稀土夹杂物,尺寸18.64μm;复合夹杂物内部为稀土硫化物,外部为稀土硅酸盐;加入0.16％～0.18％Ce时,钢中夹杂物为椭球或球形稀土硅酸盐,尺寸为7.69～8.15μm。

合金元素对2Cr13马氏体不锈钢组织及性能的影响

Ni,Mo,V均是影响13Cr型马氏体不锈钢性能的主要元素。研究了在普通2Cr13基础上添加不同含量的Ni,Mo以及微量V对其力学性能、耐腐蚀性能的影响。研究表明:单独添加Ni或Mo元素均未能明显改善2Cr13型马氏体不锈钢的综合力学性能,但同时添加适量的Ni,Mo等合金元素能明显提高材料的力学及耐CO2腐蚀性能。

氮元素对2Cr13不锈钢CO_2腐蚀产物膜结构和电化学性能的影响

利用高温高压釜进行2Cr13不锈钢的高温高压CO2腐蚀实验,用扫描电镜(SEM)和X射线光电子谱(XPS)分析腐蚀产物膜的形貌和成分,电化学交流阻抗谱测试腐蚀产物膜对2Cr13不锈钢电极过程影响,失重法评价两种2Cr13不锈钢CO2均匀腐蚀速率．结果表明:含氮钢的腐蚀产物膜结构比较疏松,腐蚀膜中的Cr2O3被CrN和Na3CrO4部分替代,并且含有较多的Fe3O4和α-FeOOH,其膜的电阻值比不含氮的2Cr13钢的小,腐蚀速率较大．

回火温度对2Cr13钢疲劳强度的影响

通过对2Cr13钢进行拉伸试验,比较了2Cr13钢调质处理时在两种不同回火温度下的疲劳强度。结果表明,与970℃淬火+710℃回火工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火后的疲劳强度提高,塑性降低。

激光处理对2Cr13不锈钢微动磨损性能的影响

利用Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电于显微镜分析了激光相变硬化、激光熔凝渗碳和未经激光处理的２Ｃｒ１３不锈钢的相组成和显微组织，用显微硬度计和ＳＲＶ型微动磨损试验机分别测量了两种激光处理硬化层的显微硬度沿层深的分布及其与基体２Ｃｒ１３不锈钢的相对耐磨性，并且结合对微动磨痕表面形貌的扫描电子显微镜观察，发现激光相变硬化和激光熔凝渗碳处理可以分别使２Ｃｒ１３不锈钢的微动耐磨性提高４．４８倍和１．８１倍。这两种激光处理之所以都能够大幅度地提高２Ｃｒ１３不锈钢的微动磨损性能，是因其使这种不锈钢的主要微动磨损机制由粘着擦伤和严重的塑性变形转变成了氧化磨损和脱层损伤。

试验条件对2Cr13钢不同处理状态冲蚀磨损抗力影响的试验研究

2Cr13钢不同处理状态冲蚀磨损试验结果表明,在石英砂冲击时,磨损率为冲击速度的指数关系,速度指数在1.5～1.9范围变化;以20°和70°冲角下的磨损率来衡量,调质态为典型的延性型,氮化态为典型的脆性型。四种处理状态的磨损率随磨料硬度的增高呈现不同的变化,并不全是随磨料硬度的增高而增加;除磨料硬度对磨损有影响外,还需顾及磨料其它特性所造成的影响。冲蚀磨损抗力高低的排队是,玻璃砂冲击时为氮化、淬火、回火、调质;石英砂冲击时则恰好相反。

用钢-镍磷合金替代2Cr13不锈钢的研究

用钢－镍磷合金替代闸阀材料２Ｃｒ１３不锈钢，研究了该合金和有关闸阀材料的性能。结果表明，３５ＣｒＭｏ钢－Ｎｉ（Ｐ）合金结合牢固，拉伸、冲击性能均能保持正常值，具有良好的耐磨性和抗腐蚀性能，符合静压寿命试验要求。