30CrMnMoV钢氮化力学性能研究

采用气体原位催化渗氮技术获得了30CrMnMo钢渗氮试样,并对催化与未催化试样的微观组织和力学性能进行了对比分析。结果表明,采用催化渗氮处理可以促进氮原子扩散,同时提高化合物层的硬度,改善其脆性,进而提高氮化处理零件表面耐磨耐冲击性能。

表面喷丸及退火处理对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢组织与性能的影响

为实现强韧化,对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢进行了表面喷丸及退火热处理。采用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等手段分析了喷丸以及喷丸结合退火处理对TWIP钢显微组织结构的影响,并利用显微维氏硬度计和万能材料试验机对原始样品、喷丸以及喷丸结合退火处理样品的硬度分布、力学性能及加工硬化行为进行了研究。分析结果表明,喷丸可在TWIP钢表面引起强烈的塑性变形,并形成包含60~100 nm大小的位错胞块的强烈形变层和包含微纳尺度形变孪晶结构的过渡层。该纳米-微米尺度的晶粒尺寸梯度结构可以将TWIP钢表面强烈形变层的硬度显著提升至366 HV0.1,并在残余压应力联合作用下使试样的屈服强度提升至485 MPa,均远高于初始样品的对应值。但受喷丸引起的表面粗糙和强烈形变层纳米晶塑性低的影响,其断后延伸率仅为41.8%。退火处理后,喷丸样品中的形变组织发生回复与再结晶,其中强烈形变层位置的再结晶晶粒尺寸为1~3μm,硬度也降低至215 HV0.1。所形成的微米-微米尺度晶粒尺寸梯度结构试样的屈服强度降低至261 MPa,但延伸率增加至65.3%。晶粒尺寸梯度结构有助于增加TWIP钢屈服与抗拉强度,但不利于延伸率的提升。

铸态30CrMnSiNi2A钢的热变形行为与热加工图

目的研究铸态30CrMnSiNi2A钢的热变形行为,并建立热加工图评估出合适的热变形参数。方法在变形温度900~1200℃和应变速率0.01~10 s^(−1)条件下开展热压缩实验,分别构建应变0.2、0.4、0.6、0.8下的热加工图,结合扫描电镜对变形后的微观组织进行分析。结果30CrMnSiNi2A钢在压缩过程中真应力的变化是加工硬化和动态软化协同作用的结果;在低应变速率时(0.01、0.1 s^(−1)),流动曲线在应力值达到峰值应力(σp)后都表现出流动软化现象,而在高应变速率下流动曲线则表现出连续的加工硬化现象。结论根据变形试样的微观组织和塑性流动是否稳定,可将热加工图分为3个区:流动失稳区、不完全动态再结晶区、完全动态再结晶区,在完全动态再结晶区内的晶粒细小均匀,所以将变形温度1100~1180℃、应变速率0.01~0.5 s^(−1)确定为适合于30CrMnSiNi2A钢的加工窗口。

淬火态30CrNi2MoVA高强度钢高速铣削参数优化研究

运用三因素三水平的正交试验方案对淬火态30CrNi2MoVA高强度钢进行高速精密铣削实验,获得了铣削参数对于铣削力的影响规律以及高速切削机理;根据各铣削力实验结果建立指数型回归模型,并对其进行显著性分析;对铣削合力线性模型进行方差分析得到铣削参数对于铣削合力变化的显著性分析结果,显著性大小依次为轴向切削深度、每齿进给量、切削速度;应用田口法与极差分析法相结合,以铣削合力进行单目标的参数优化,获得了大致相同的最优铣削参数组合;通过计算证明了田口预测方法预测值与实验值的一致性。

30CrMnSiA钢激光堆焊修复研究

采用正交试验对激光焊接工艺进行优化,随后采用不同焊丝对线切割预制深度为1.2 mm缺陷的30CrMnSiA钢疲劳试样进行激光堆焊修复。采用扫描电子显微镜和疲劳试验机检测了修复后的疲劳试样疲劳性能及其断口特征。结果表明:正交试验获得的最佳激光堆焊修复工艺参数为激光功率3.4 kW、扫描速度1.2 m/min和送丝速度3.0 m/min;以440 MPa的应力水平旋转弯曲疲劳试验时,采用GH3030合金焊丝激光堆焊修复的疲劳试样的循环次数大于10~6,大于采用其他两种焊丝修复的疲劳试样的循环次数,与30CrMnSiA钢疲劳试样的循环次数相近,说明GH3030合金焊丝最适用于激光堆焊修复30CrMnSiA钢。

脉冲应力冲击下30CrMnMo钢的绝热剪切失效行为

为研究30CrMnMo钢在脉冲应力冲击载荷下的绝热剪切失效及演化特性,利用分离式霍普金森压杆对一种轴对称帽型试件进行冲击剪切实验,并运用LS-DYNA动力学有限元软件对不同入射脉冲应力载荷下的剪切失效演化及剪切区温度分布进行数值模拟。结果表明,帽型试件的绝热剪切失效与脉冲应力比冲量相关,对于30CrMnMo钢帽型试件,其绝热剪切失效对应的脉冲应力比冲量近似为常量。数值模拟中,当网格尺寸小于剪切带宽度时,能够有效模拟剪切带内的局部温升热点特性。绝热剪切演化表现为失稳由帽型试件剪切区拐角处启动并同时向中心传播,剪切带内外材料主要经历均匀剪切变形和失稳快速扩展2个阶段。

30CrMo钢裂尖应力诱导氢扩散影响因素数值模拟研究

低合金钢在应力集中和高压氢气的交互作用下通常会产生以氢致开裂(HIC)为代表的环境致裂(EAC)现象。文章旨在研究高压储氢压力容器常用材料30CrMo钢在高压氢环境下的断裂力学行为,采用Abaqus/Explicit有限元软件建立30CrMo钢紧凑拉伸试样有限元模型,分析了应力强度因子及缺陷裂纹长度对裂纹尖端力学场、氢浓度场分布状态的影响。结果表明:裂尖应力强度因子的增大为裂纹扩展行为提供更大的驱动力;此外,在恒定外载条件下裂纹在扩展过程中裂尖驱动力呈逐渐增大的趋势。而裂尖所产生的奇异场将抑制可扩散氢在裂尖的最终分布状态。除去裂尖奇异场,裂尖氢浓度场随着应力强度因子的增加、裂纹长度的增加呈增大的趋势。

30CrMnSiA结构钢表面多功能改性层的性能分析

首先采用不同技术在30CrMnSiA钢表面制备了6种黑色多功能改性层,分别是采用电镀技术制备了纯Cr镀层、纯Ni镀层、纯Zn镀层和Zn-Ni复合镀层,采用低温渗氮+氧化(LTN+O)复合技术制备了LTN+O复合层,以及采用物理气相沉积(PVD)技术制备了PVD涂层,随后利用X射线衍射仪、扫描电镜等对黑色多功能改性层的组织结构进行表征,以及通过显微硬度仪、球-盘摩擦磨损试验机和电化学工作站对其力学性能和耐蚀性能进行测试。结果表明:采用电镀、低温渗氮+氧化复合以及PVD沉积等技术均可在30CrMnSiA钢表面成功制备黑色多功能改性层;在硬度方面,PVD涂层硬度最高,达到1610 HV0.05;在摩擦磨损性能方面,相比30CrMnSiA钢基体,黑色多功能改性层的摩擦系数均略有升高,除纯Ni镀层外,其他改性层的耐磨性能均优于30CrMnSiA钢基体;在结合力方面,PVD涂层和纯Ni镀层的结合力最好,压痕边缘位置无裂纹;在耐蚀性方面,相比30CrMnSiA钢基体,Zn-Ni复合镀层和LTN+O复合层耐蚀性有所提高,其他改性层的耐蚀性有所降低。

火箭橇滑靴用30CrMnSiNi2A钢的静、动态力学行为

30CrMnSiNi2A钢因其良好的塑性、韧性及抗冲击性能,已作为滑靴材料应用于高超声速火箭橇试验中。获得30CrMnSiNi2A钢宽温度域、宽应变速率范围内的本构模型是基于数值方法开展火箭橇刨削问题研究的必要条件。通过准静态压缩实验和动态冲击实验研究了30CrMnSiNi2A钢在25~800℃温度区间、0.0005~10000 s^(-1)应变速率范围内的静、动态力学性能,分析了应变速率和温度对30CrMnSiNi2A钢流动行为的影响,讨论了该材料的应变速率敏感性和温度敏感性,并进一步利用准静态压缩实验数据与动态冲击实验数据,建立了能够考虑应变速率和温度效应的Johnson-Cook本构模型。结果表明:30CrMnSiNi2A钢的极限抗压强度并非单一地随应变速率的变化而变化,并且应变速率对极限抗压强度的影响不大;不管是承受准静态压缩还是动态冲击,30CrMnSiNi2A钢均表现出较强的热软化效应,温度敏感系数随着温度的升高而升高;Johnson-Cook本构模型能够有效预测出不同温度、不同应变速率条件下30CrMnSiNi2A钢的真实响应行为。

30Cr3超高强度钢淬火态激光焊接接头组织及性能分析

为了分析淬火态30Cr3超高强度钢激光焊接接头的微观组织特点、力学性能及断口特征,采用碟式激光发生器和KUKA机器人进行激光自熔焊接,工艺参数为:激光功率4 200 W、焊接速度1.45 m/min、离焦量+5 mm、保护气流量25 L/min。利用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计和拉伸机等对焊接接头进行分析检测。结果表明,在优化的激光焊接工艺下,焊缝成形良好,无裂纹、咬边等缺陷;焊缝区组织为树枝晶状,热影响区组织为粗大的马氏体,部分相变区为回火屈氏体+回火马氏体;显微硬度测试显示焊缝熔池处硬度最高,平均值为589 HV,部分相变区硬度最低,平均值为482 HV;焊接接头的平均抗拉强度为1 727 MPa,达到母材的96.7%,平均延伸率为5.6%;断裂位置集中在热影响区,断裂方式为韧性断裂。试验证明,30Cr3超高强度钢在淬火状态下通过激光焊接可以获得接近母材性能的焊接接头,尽管存在部分相变区的软化现象,但焊接接头的整体力学性能良好,为固体火箭发动机壳体等承压件的制造提供了一种可行的焊接工艺方法。

30CrMnSiA钢钨极脉冲氩弧焊层间气孔缺陷控制研究

针对5 mm厚30CrMnSiA管U形坡口对接焊,为解决焊缝机械加工后表面裸露链状气孔问题,采用钨极脉冲氩弧焊方法,研究了不同气体流量、焊接电流、焊接层数及层间间歇时间对焊缝层间气孔的影响。结果表明:在送丝速度及转胎速度与焊接电流匹配的条件下,采用10,12 L∕min氩气流量、3层焊接及3~5 min的层间间歇时间可以有效避免焊缝机械加工后表面裸露链状气孔问题。

30CrMnSi钢激光熔覆修复技术研究

为探讨30CrMnSi钢激光熔覆修复技术,采用激光熔覆工艺进行了试验研究。采用金相显微镜对微观组织进行表征,采用显微硬度计、拉伸试验机对性能进行测试,采用扫描电镜仪观察断口形貌。研究发现,激光熔覆后的熔覆区域分为母材区、热影响区、熔合区及熔覆区4个部分。熔覆区显微硬度相比母材提高约2.5倍,表层熔覆区硬度最高,母材硬度最低。激光熔覆后抗拉强度高于母材70 MPa,熔覆正火处理后抗拉强度高于母材110 MPa。母材试样拉伸断裂为韧性断裂,断口呈韧窝形态,熔覆后试样拉伸断裂为脆性断裂,断口呈准解理断裂。熔覆后正火热处理,提高了抗拉强度及韧性。

28CrMnMoV钢过冷奥氏体连续冷却转变

利用Gleeble-3500热模拟机测量28CrMnMoV钢以不同速度连续冷却时的膨胀曲线,结合差热分析法和金相硬度法,确定临界点及相变温度点,绘制并分析和应用过冷奥氏体的连续冷却曲线（CCT图）,研究实验钢连续冷却时的奥氏体转变。研究结果表明：实验钢过冷奥氏体在高温区可能发生铁素体转变和珠光体转变,中温区可能发生贝氏体转变,低温区可能发生马氏体转变;当冷却速度为0.05~0.5℃/s时,转变产物为多边形铁素体、珠光体和少量贝氏体的混合组织;在1~5℃/s的冷却速度范围内,转变产物为贝氏体;当冷却速度大于5℃/s时,转变产物为马氏体;合金元素Cr,Mo,V有抑制奥氏体扩散分解的作用,以低于1℃/s的速度冷却才会有先共析铁素体和珠光体;锰质量分数较高对贝氏体转变有明显的促进作用,在0.05~10℃/s的较宽速度范围内连续冷却会发生贝氏体转变。根据测得的CCT图指导28CrMnMoV钢的分级控冷工艺,可在减小钢管淬火应力的同时,为V150油套管的高强韧性提供组织保障。

28CrMnMoV钢过冷奥氏体连续冷却转变研究

利用Gleeble-3500热模拟机测量28CrMnMoV钢以不同速度连续冷却时的膨胀曲线,结合差热分析法和金相-硬度法,确定临界点及相变温度点,绘制、分析、应用过冷奥氏体的连续冷却曲线（CCT图）,研究实验钢连续冷却时的奥氏体转变。研究结果表明：实验钢过冷奥氏体在高温区可能发生铁素体转变和珠光体转变,中温区可能发生贝氏体转变,低温区可能发生马氏体转变,当冷却速度为0.05-0.5℃/s时,转变产物为多边形铁素体、珠光体和少量贝氏体的混合组织,在1-5℃/s的冷却速度范围内,转变产物为贝氏体,当冷却速度大于5℃/s时,转变产物为马氏体。较低的含碳量提高了马氏体转变温度,合金元素Cr,Mo和V有抑制奥氏体扩散分解的作用,以低于1℃/s的速度冷却才会有先共析铁素体和珠光体,较高的锰含量对贝氏体转变起到了明显的促进作用,在0.05-10℃/s的较宽冷却速度范围内连续冷却都会发生贝氏体转变。根据测得的CCT图指导28CrMnMoV钢的分级控冷,会对减小钢管淬火应力产生很好的效果,为V150油套管的高韧性提供组织保障。

30Cr1Mo1V转子钢蠕变-疲劳交互作用的实验研究

对30Cr1Mo1V转子钢进行了应变保持的蠕变-疲劳交互作用试验,试验温度为540℃和565℃,应变幅为0.6%～1.2%,拉压对称梯形波,保持时间为10s,20s,60s.对该材料蠕变-疲劳交互作用下的应力松弛现象及应变-寿命规律进行了研究.实验结果表明,随着控制应变幅的增加,第1、3阶段比例均呈增加趋势,第2阶段的比例呈现减小趋势;以应力下降比率作为参考变量,在整个寿命周期内,拉应力松弛与压应力松弛基本一致,应力下降比率基本相同.给出了基于应变范围划分法和基于频率修正的Coffin-Manson公式的寿命方程.从实验结果来看,将30Cr1Mo1V转子钢的使用温度提高到565℃是可行的.

变形条件对30MnSiV钢动态再结晶行为的影响

通过在Gleeble 1500热模拟实验机上对30MnSiV钢进行高温压缩变形实验,研究了变形条件对其动态再结晶行为的影响。结果表明,变形的温度、速率及程度均对30MnSiV钢的动态再结晶有影响。获得了30MnSiV钢动态再结晶产生的条件及动态再结晶激活能。

15CrMnMoV钢分层致韧效应的研究

本文用形变时效方法显著提高了15CrMnMoV钢的强度、韧性、特别是K_(ISCC)。织构测定、SEM、TEM等分析结果表明,形变时效可在15CrMnMoV钢基体中引入大量平行于轧制面的显微弱界面。这些弱界面是强烈的{100}板织构形成的解理面,其能够缓解三向拉应力状态、纯化裂纹,偏析裂纹扩展路径,抑制裂纹扩展,具有显著的韧化作用。

30CrMnSiNi2A钢焊接接头热处理后的组织与性能

研究了 30CrMnSiNi2A钢电子束焊接接头热处理后的组织和性能。试验结果表明 ,该钢电子束焊接接头焊缝为典型的粗大针状马氏体加残余奥氏体组织 ,HAZ(热影响区 )为中温组织 ;经过 90 0℃油淬加低温回火处理后 ,焊缝和热影响区组织转变为回火马氏体和残余奥氏体。焊态下 ,由于母材的强度较低 ,此种电子束焊接接头的拉伸试验断裂部位均在母材 ;经过上述热处理 ,母材的强度有了大幅度的提高 ,焊缝的强度虽然稍有降低 ,但伸长率提高了将近 1倍 ,获得了良好的综合力学性能。但上述热处理后 ,焊缝和热影响区的冲击韧度和断裂韧度值较低 ,这主要是因为中碳马氏体中含碳量略高造成的。焊缝由于组织细小且均匀 ,与热影响区相比 。

30Mn水淬钢调质热处理工艺的研究

测定了30Mn钢的CCT曲线和淬透性。研究表明,当冷却速度大于60℃/s时,能得到50%以上的马氏体组织,淬透性能满足Φ245mm×13.84mm以下油井管的要求。在此基础上研究了不同的回火温度、回火保温时间、淬火温度和淬火保温时间对30Mn钢组织性能的影响规律,制订了实验室条件下的调质热处理工艺,并进行了试验研究。结果表明,经此调质工艺处理后,材料的力学性能达到了API5CT标准要求。作为水淬钢种,30Mn钢可用来生产N80Q钢级的油井管。

30CrMnSiNi2A钢在模拟油箱积水环境中的腐蚀行为研究

通过分析探讨腐蚀面积、腐蚀失重速率、模拟油箱积水中的溶解氧含量和pH值、材料表面腐蚀电位等变化,研究了30CrMnSiNi2A高强钢在模拟油箱积水环境中的腐蚀行为。研究发现:30CrMnSiNi2A高强钢在模拟油箱积水中的腐蚀可分为三个阶段:快速腐蚀阶段(0～24h),腐蚀面积小,腐蚀速率快;中速腐蚀阶段(24～168h),腐蚀面积大,腐蚀速率相对减慢;慢速腐蚀阶段(168～480h),发生全面腐蚀,腐蚀产物的大面积覆盖使得腐蚀速率缓慢。随着腐蚀的进行,模拟油箱积水中的溶解氧含量从开始的逐渐减少到保持稳定;pH值从开始的迅速增大到小幅度波动变化;腐蚀电位在整个腐蚀过程中呈指数函数递减变化。另外,电化学交流阻抗谱和Tafel极化曲线测试结果表明,30CrMnSiNi2A钢在三个特征pH值处的腐蚀速率快慢为V4.2>V4.8>V5.2。