30CrMnSiA高强钢在工业和海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的为30CrMnSiA高强钢的大气腐蚀防护设计、应用范围扩展和开发新钢种提供有益的借鉴和参考。方法采用腐蚀质量损失、XRD和SEM研究了30CrMnSiA高强钢在工业和海洋大气环境暴露60个月的大气腐蚀行为。结果 30CrMnSiA高强钢在工业和海洋大气环境中腐蚀质量损失随暴露时间变化的双对数函数分别是lgΔw=2.245+0.387lg t和lgΔw=2.822+0.637lg t。纤铁矿和针铁矿是两种大气环境中形成的腐蚀锈层的主要成分,除了纤铁矿和针铁矿外,在海洋大气环境形成的锈层中还发现了四方纤铁矿。随着暴露时间的延长,在海洋大气环境中形成的锈层呈现逐渐剥落的趋势。结论 30CrMnSiA高强钢在海洋大气环境中表现出较高的腐蚀敏感性,在工业大气环境中表现出较低的腐蚀敏感性。

T700碳纤维复合材料与30CrMnSiA高强钢在NaCl溶液中的电偶腐蚀行为

为了探究碳纤维复合材料与高强钢在相互接触时实际使用的可行性,将T700碳纤维环氧树脂复合材料与30CrMnSiA高强钢置于NaCl溶液中进行电偶腐蚀,研究了温度、NaCl浓度、pH值对二者电偶腐蚀行为的影响。采用电化学法测试了二者在3.5%NaCl溶液中的开位电位,采用扫描电镜观察二者电偶腐蚀前后的形貌。结果表明:碳纤维与高强钢在NaCl溶液中接触时会发生严重的电偶腐蚀;温度、NaCl浓度及pH值对电偶电流有较大的影响;高强钢电偶腐蚀后,表面有一层暗红色的铁锈,腐蚀严重;随着腐蚀的进行,碳纤维环氧复合材料表面树脂由于溶胀作用遭到剥离,碳纤维露出得越来越多,进一步加快了高强钢的腐蚀。

补焊对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响

以30CrMnSiA高强钢原始焊接接头和一次补焊接头为研究对象,通过拉伸试验、疲劳试验及显微组织分析等方法研究了补焊对其焊接接头力学性能的影响。结果表明:经过补焊后,30CrMnSiA高强钢焊接接头的力学性能略微降低;热影响区是接头拉伸性能的薄弱部位,而焊趾处是接头疲劳性能的薄弱部位;补焊对焊缝附近的显微组织无明显影响。

不同镀铬工艺及镀铜预处理对30CrMnSiA高强钢疲劳性能的影响

目的尝试采用新型微裂纹铬工艺或者引入缓冲层来实现镀铬层抗疲劳性能的改善。方法分别采用标准硬铬、自研微裂纹铬工艺对30CrMnSiA高强钢进行处理,通过旋转弯曲疲劳试验评价了两种镀铬工艺对其疲劳性能的影响。同时,对比了镀铜预处理的作用,利用FESEM分析了断口形貌。结果相比于硬铬镀层,自研微裂纹铬镀层表面微裂纹浅而细、数目更多,密度高达1020条/cm,且裂纹未贯穿镀层,呈层状分布。在850 MPa应力下,30μm厚的硬铬镀层会使30CrMnSiA钢的中值疲劳寿命下降48%左右,疲劳断口呈多源区特征。而相同厚度的自研微裂纹铬镀层仅使基体的疲劳寿命下降了23%,疲劳试验后镀层上未发现明显裂纹、裂纹呈多向性扩展。结论自研微裂纹铬工艺处理的30CrMnSiA钢,其抗疲劳性能明显好于硬铬处理试样。若在基体/镀铬层之间引入镀铜过渡层,可有效地减少直达金属基体的裂纹数目,30CrMnSiA钢的疲劳性能得到明显改善,中值疲劳寿命几乎接近于基体。

不同镀层的30CrMnSiA高强钢-TA15钛合金电偶腐蚀行为

研究了3.5%NaCl溶液中,镀镍、镀镉钝化、镀锌钝化处理后的高强钢30CrMnSiA与TA15钛合金偶接后的电偶腐蚀行为。试验发现相比于镀镉钝化和镀锌钝化处理,镀镍处理的30CrMnSiA-TA15电偶对电偶腐蚀反应的驱动力最小,电偶电位最正,电偶电流密度最小,耐电偶腐蚀性能最好。采用扫描电镜观察电偶腐蚀后各种镀层的形貌,结果发现:镀镍层腐蚀形态为点蚀,镀镉钝化层会形成微裂纹,镀锌钝化层腐蚀局部呈片状,层层剥落。

热处理对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响

针对某型飞机的焊接模拟件展开了力学特性研究,模拟件为30CrMnSiA高强钢板件的一次焊接试验件,分为焊后热处理与焊后不进行热处理两种加工状态。通过拉伸试验、疲劳试验,对疲劳断口显微组织进行了分析,研究了热处理对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响。结果表明:焊后热处理可以改善焊接接头的力学性能,其中拉伸强度与中值疲劳强度明显提高。通过断口的显微组织观察,可以发现热处理减小了焊缝区的气孔缺陷,改善了焊接接头的疲劳性能。

30CrMnSiA高强钢拉杆激光熔覆修复

针对飞机用30CrMnSiA高强钢拉杆的修复需求,以气雾化30CrMnSiA钢合金粉末为熔覆材料,开展激光熔覆工艺研究及拉杆修复。对比不同工艺参数对成形质量的影响,研究最优工艺下焊接接头熔覆区的组织、力学性能以及熔覆层的耐磨损性能,并采用最优工艺对拉杆受损伤部位进行修复及尺寸测量。结果表明:采用最优激光熔覆工艺,可获得与基体冶金结合良好、组织致密的熔覆层,熔覆层由呈柱状或蜂窝状的铁素体及周边的马氏体组成;接头熔覆区的显微硬度在475HV左右,高于基体约36%;熔覆接头平均抗拉强度相比母材增加约9%;耐磨性实验中,激光熔覆试样与30CrMnSiA钢锻件相比磨痕深度减小27.7%,磨痕宽度也减小35.2%,具有更好的耐磨损性能。采用最优激光熔覆工艺获得了熔覆质量良好、尺寸符合要求且基本无热变形的修复拉杆。

淬回火对30CrMnSiA高强钢组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、透射电镜、拉伸试验、冲击试验等研究了不同温度淬回火对30CrMnSiA钢组织与力学性能的影响。结果表明:不同温度淬火的30CrMnSiA钢的组织为板条马氏体和残余奥氏体的混合组织。随着淬火温度的升高,30CrMnSiA钢的马氏体板条束逐渐变宽。880℃淬火的30CrMnSiA钢进行不同温度的回火,随着回火温度的升高,30CrMnSiA钢中析出碳化物不断增多,640℃回火的30CrMnSiA钢中碳化物大量聚集呈带状分布。随着回火温度的升高,30CrMnSiA钢的强度逐渐下降,伸长率、冲击吸收能量逐渐升高。880℃淬火+520℃回火的30CrMnSiA钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率和冲击吸收能量分别为1098 MPa、985 MPa、11.3%和181 J,满足钢结构紧固件材料10.9S性能等级要求。

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。

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。

30CrMnSiA建筑结构钢SHPB高温压缩力学性能分析

分离式Hopkinson压杆加载装置(SHPB)高温压缩有助于提高冶金材料的力学性能,被广泛应用于各种建筑结构钢材的冶金成形领域。为了提高建筑用30CrMnSiA结构钢的力学性能,探究了30CrMnSiA的SHPB高温压缩力学性能分析。研究结果表明:当受热温度不断升高时,流动应力降低,下降幅度随温度变化幅值增大而增大,温度敏感性在此过程中较显著;30CrMnSiA结构钢流动应力更容易受到温度软化效应作用的影响,动态屈服强度在温度升至300℃时表现出更为显著的下降趋势,整体为常温的35%。该研究有助于提高建筑冶金棒材的综合力学性能,提高高层建筑的安全性。

30Si2Mn2CrMo高强钢等温淬火及连冷淬火工艺对耐磨性的影响

为满足当前智能化采煤工作面采煤机截齿高强韧性与耐磨性要求,研制了30Si2Mn2CrMo高强钢,并研究了等温淬火和连续冷却淬火对其力学性能和耐磨性的影响.研究结果表明:不同淬火介质冷却后其冲击功和硬度不同;在连冷淬火工艺下选择聚烷撑乙二醇聚合物淬火液(PAG)冷却,截齿的硬度(57.8 HRC)和冲击功(63.9 J)综合力学性能良好.通过三体冲击磨料磨损试验表明,截齿试样在260℃进行等温淬火时其硬度值达到53.2 HRC,耐磨性是PAG淬火冷却试样的1.6倍,且其单次试验磨损量均为最低,故相对耐磨性能最佳.

30CrMnSiNi2A钢表面激光熔覆两种高强钢粉末的对比研究

分别在30CrMnSiNi2A钢表面激光熔覆1Cr12Ni2与AM355两种高强钢粉末,制备了熔覆1Cr12Ni2试样与熔覆AM355试样,测定了两种熔覆试样的力学性能,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪观察了熔覆试样的组织与断口形貌。结果表明:两种试样的熔覆层均为马氏体组织,但熔覆AM355试样中清晰可见胞状晶组织。熔覆1Cr12Ni2试样的力学性能相对较低,抗拉强度达到1300 MPa,断后伸长率为3%,冲击韧性为27 J/cm^(2)。AM355熔覆层的合金元素含量更多,固溶强化作用更明显,此外奥氏体稳定化元素镍含量更高,奥氏体量较多,塑性与韧性较好,因此熔覆AM355试样具有好的综合力学性能,抗拉强度达到1380 MPa,断后伸长率达到5%,冲击韧性达到55 J/cm^(2)。熔覆AM355试样拉伸断口的熔覆层区域为撕裂型伸长韧窝,冲击断口的熔覆层区域为局部区域起伏的小韧窝形貌,显示出了更好的塑韧性。

30CrMnSiA薄壁杯形件的强韧化工艺方法

30CrMnSiA薄壁杯形件是广泛应用于谐波减速器柔轮壳体的一类关键基础零部件。文中针对传统采用车削制备的30CrMnSiA薄壁杯形件强韧性不足而导致谐波减速器承载能力较低及寿命较短的问题,提出采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺来实现30CrMnSiA薄壁杯形件的少、无切削高性能制备;并通过拉伸及冲击实验,对比各工序件的力学性能变化规律,对各工序件的微观组织进行了分析。结果表明:旋压-调质工艺可获得具有较高强度的回火索氏体组织,但是材料的塑性降低;时效处理使旋压成形获得的纤维状微观组织进一步细化,并在铁素体基体上析出均匀弥散分布的细小碳化物;在300℃+6 h时效处理时可同时获得较高的强度和良好的塑性。相比调质后车削成形,采用形变-热处理相结合制备的30CrMnSiA薄壁杯形件的屈服强度和抗拉强度分别提高了93.65%和47.88%,硬度提高了26.87%,冲击强度提高了12.01%,同时还具有较好的塑性,断后伸长率和断面收缩率分别达11.60%和24.64%。采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺可实现薄壁杯形件的强韧化制造,为高强韧性薄壁杯形件的生产提供一种新的工艺方法。

30CrMnSiA合金结构钢电流辅助单向压缩流变行为

以30CrMnSiA合金结构钢为研究对象,对其在脉冲电流作用下的单向压缩流变行为进行了研究,设计了“导电块-上下压块-导电块”的电流施加方案,提出采用压缩空气进行冷却的方法消除焦耳热的影响,分析了脉冲电流参数(脉冲电流密度、脉冲占空比和脉冲频率)对30CrMnSiA合金结构钢流变行为的影响规律。基于Voce加工硬化模型,构建了脉冲电流辅助下30CrMnSiA合金结构钢的电致塑性本构模型,并进行了试验验证。结果表明,30CrMnSiA合金结构钢的流变应力随着脉冲电流密度、脉冲占空比以及脉冲频率的升高而降低,脉冲电流密度的变化对材料流变应力的影响最为显著;通电条件下材料的加工硬化指数n高于不通电时,且随电流密度与占空比的升高而升高,随脉冲频率变化不明显;利用构建的本构模型计算的流变应力值与试验数据的误差在6%以内,说明该模型能较好地预测30CrMnSiA合金结构钢电流辅助压缩类成形时的流变行为。

30CrMnSiA高强度钢氢脆断裂机理研究

试验结果表明 :30CrMnSiA高强度钢的下贝氏体组织具有最小的氢脆敏感性。贝氏体组织的氢脆断口特征是准解理 ,而索氏体、屈氏体则主要是沿晶 ;同时分析了以上三种氢脆断口形貌特征及其断裂机理 ;氢促进了位错的运行与增殖 ,从而影响裂纹的萌生与扩展。

低合金高强度钢30CrMnSiA厚壁容器焊接工艺研究

低合金高强度钢30CrMnSiA厚壁容器焊接,存在材料焊接性差、产品结构难度高的问题。本文研究了30CrMnSiA厚壁容器在焊接方法、焊接材料选择和坡口形式、工艺参数确定,以及预热后热、过程质量控制等方面的问题。通过工艺试验,确定了最终焊接方案,试验结果表明:按照研究的工艺,容器组焊后,通过了水压爆破试验,符合产品质量要求,为企业后续大型容器加工、生产奠定了工艺基础。

补焊工艺对30CrMnSiA接头微观组织及性能的影响研究

为了降低企业成本、避免检修过程中大型结构件直接更换造成的资源浪费,针对30CrMnSiA焊接件服役过程中出现的裂纹缺陷开展了补焊试验。试验过程中的焊缝填充金属分别选用HTJ-3、HTG-1焊条,并采用金相、扫描电镜、电子背散射衍射、拉伸、冲击、弯曲等试验对补焊前后接头的组织和性能进行表征分析,建立微观组织与力学性能之间的依存关系,为结构钢钢补焊工艺的优化提供一定的理论支撑。结果表明:补焊前后焊缝底部区域的组织均以马氏体+铁素体为主。补焊过程采用HTG-1作为填充金属,使得补焊区沿垂直于熔合线方向形成了粗大的柱状晶。另外,补焊前后接头原始焊缝区均以大角度晶界为主,使得该区域金属对裂纹扩展的阻碍能力增强。补焊后,焊接接头的抗拉强度及塑性指标都有明显的下降,但冲击韧性有所提高。

航空用30CrMnSiNi2A高强钢电镀锌-镍合金层及其对氢脆性能的影响

目前,国内就航空用高强度钢表面电镀锌-镍合金层对氢脆性能的影响研究较少。在30CrMnSiNi2A高强钢表面电镀锌-镍合金层,并对其进行除氢处理。采用X射线荧光光谱仪测量镀层厚度和镀层中的镍含量,采用划线法测试镀层与基体的结合力,通过拉伸试验研究了镀层对基体氢脆性能的影响,通过盐雾试验测试了镀层的耐蚀性能。结果表明:锌-镍合金镀层的防蚀能力达到航空用材防蚀要求;当电镀时间较短、镀层较薄时,电镀过程对基体的氢脆性影响较小;电镀时间较长、镀层较厚(16μm左右)时,电镀过程中产生的氢会渗入基体并积累,并可导致氢脆,镀后1 h内进行除氢,则可有效去除基体中的氢。

激光熔覆修复30CrMnSiA合金钢的显微组织和性能研究

针对电动绞车滚筒磨损失效要求,采用多层多道激光熔覆对称填充坡口,对30CrMnSiA高强合金钢滚筒进行了同材质粉末激光熔覆修复,并对其接头组织、硬度、拉伸与冲击性能进行了研究分析。结果表明,熔覆接头热影响区出现了硬化现象,硬度最高值可达450 HV0.5,熔覆区硬度约为380 HV0.5,熔覆接头平均抗拉强度(1176 MPa)和平均屈服强度(1049 MPa)均为母材的104%,拉伸断裂于母材,30CrMnSiA增材-30CrMnSiA锻件室温冲击韧性(115.8 J/cm^(2))远超过了锻件标准值(49 J/cm^(2)),满足滚筒材料性能要求,修复性能可达到使用要求。