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。

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。

超高强度钢30CrMnSiNi2A动态力学性能实验研究

运用SHPB实验研究超高强度钢30CrMnSiNi2A在应变率500-5000s^-1时的应力应变关系，并对典型试样进行了金相观察．实验得到30CrMnSiNi2A钢的屈服强度随着应变率的增加从1655MPa增加到1908MPa．基于试样金相和断口分析，30CrMnSiNi2A钢在高应变率冲击加载条件下产生了韧窝型沿晶断裂，导致材料宏观上表现为剪切破坏．结合准静态实验数据，确定了30CrMnSiNi2A钢的Johnson-Cook本构模型的材料参数．

超高强钢30CrMnSiNi2A冲击韧度试验研究

通过对含V型缺口试样的示波冲击试验和断口分析,研究温度对超高强钢30CrMnSiNi2A冲击韧度的影响。结果表明,实测的载荷—位移曲线上最大载荷所对应的位移随温度的降低而减小,而最大载荷随温度变化不明显;30CrMnSiNi2A的冲击韧度随温度的降低而降低,温度低于-40℃时裂纹形成功、裂纹扩展功和总功均随温度降低明显下降;随着温度的降低,断口上的空穴数量增多,体积增大,导致裂纹扩展容易,裂纹扩展功下降。

30CrMnSiNi2A超高强度钢孔挤压强化残余应力场的模拟

利用有限元软件ANSYS建立了30CrMnSiNi2A超高强度钢孔挤压强化残余应力场的三维有限元模型,分别模拟分析了不同孔径、过盈量、厚度和孔边距比下30CrMnSiNi2A超高强度钢构件孔挤压强化的三维残余应力场分布.模拟结果表明,残余应力沿厚度在中层和出口处随着孔径的增大而增大,且残余拉应力的增加幅度也大;随着过盈量的增大,残余压应力增大,但达到一定程度后过盈量的增量所引起的有利残余压应力的增量减小;随着厚度的增加,残余压应力在入口表面的孔周处先减小后增大;孔边距的减小,对残余压应力影响较小,而对残余拉应力的影响很大.

30CrMnSiNi2A超高强度钢电子束焊接接头的疲劳性能

对7.5 mm+10.5 mm超高强度钢30CrMnSiNi2A真空电子束锁底焊接接头和母材进行了疲劳性能的研究。分析接头疲劳性能数据,拟合中值疲劳S-N曲线,对比分析接头与母材的疲劳性能,并采用扫描电镜观察进行断口分析,获取焊接件和母材的疲劳失效机理。结果表明,在低应力区,母材裂纹萌生形式以角裂纹源为主,焊接件裂纹萌生形式以气孔裂纹源为主。在高应力区,疲劳寿命在3×10^4~1×10^5,母材和焊接件疲劳性能相当。母材的疲劳极限为1102MPa,焊接件的疲劳极限为980 MPa。

30CrMnSiNi2A超高强度钢激光熔覆工艺及性能研究

采用激光熔覆技术,针对30CrMnSiNi2A超高强度钢在使用过程中关键部件的腐蚀情况,开展前期修复研究——激光熔覆工艺及组织性能。研究结果显示:激光熔覆试样截面主要由熔覆层、细晶区、软化区和母材组成,熔覆试样的室温拉伸性能达到母材的92%,冲击韧性超过了母材,耐磨性能与母材相当。

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。

超声冲击对30CrMnSiNi2A钢补焊接头显微组织和性能的影响

对30CrMnSiNi2A钢3次补焊接头焊趾区域进行超声冲击处理,通过组织观察、拉伸试验、硬度测试和残余应力测试等方法研究了超声冲击对补焊接头显微组织、力学性能和残余应力的影响。结果表明:超声冲击使得在距离补焊接头表面约100μm区域产生晶粒细化和塑性变形;由于超声冲击影响层的厚度与补焊件相比较小,因此超声冲击对补焊接头拉伸性能的影响不大;超声冲击使得补焊接头表面的显微硬度显著提高,这与补焊接头表面产生的晶粒细化和位错运动阻力增大有关;超声冲击可将补焊接头在多次补焊过程中累积的残余拉应力转化为残余压应力。

30CrMnSiNi2A超高强度钢真空电子束焊接工艺应用研究

针对锁底对接形式的30CrMnSiNi2A超高强度钢进行了真空电子束焊接工艺分析与讨论,借助金相分析、显微硬度、扫描电镜等测试方法对焊缝形貌、组织和性能进行了研究,并分析了常见缺陷的种类和防止措施。试验结果表明,在合适的电子束焊接参数下可以获得较为理想的30CrMnSiNi2A超高强度钢焊缝形貌,且具有较好的综合力学性能,焊缝经目视检查、X射线探伤和磁粉探伤,达到I级焊缝要求,并将此焊接工艺成功地应用于飞机机体产品的焊接。

超高强钢30CrMnSiNi2A的冷裂纹插销试验研究

对超高强钢30CrMnSiNi2A抗冷裂纹能力进行了大量的插销试验,结果表明:在退火和调质两种热处理状态下,熔合区是对冷裂纹最敏感的区域;同时发现采用光滑插销试样评估超高强钢抗冷裂纹能力的尝试是可行的。

30CrMnSiNi2A钢电子束焊接接头的应力腐蚀特性研究

研究了在腐蚀介质为3.5wt%的NaCl溶液及恒温(35±1)℃条件下,不同初始弹性应力状态下28 mm厚30CrMnSiNi2A超高强钢电子束焊接接头及母材的应力腐蚀情况,采用电镜观察分析了接头和母材的应力腐蚀形貌及应力腐蚀开裂特征,同时计算分析了接头和母材的应力腐蚀速率。结果表明,当初始弹性应力分别为屈服强度的75%、80%和85%时,试样经过672 h的应力腐蚀后,试样表面均出现了黑色的腐蚀产物及腐蚀产物剥落现象,试样的腐蚀情况与初始施加应力水平呈一定的正相关关系。相同载荷水平条件下,接头的耐腐蚀性能要弱于母材。接头试样应力腐蚀开裂后最大的裂纹宽度分别为1.89、3.54和6.84μm;接头试样应力腐蚀速率的平均值分别为1.361、1.536和1.892mm/a。接头母材区、热影响区和焊缝区各区域的显微组织差异较小,均为回火马氏体。

超高强度钢30CrMnSiNi2A的氢脆敏感性试验

采用延迟破坏、测氢含量、扫描电镜分析及冲击拉伸试验等方法,研究了超高强度钢30CrMnSiNi2A的氢脆敏感性。试验结果表明,30CrMnSiNi2A钢在甲醇或丙酮裂解气氛中保护加热油淬有明显氢脆现象,但只要及时回火,氢脆基本消除,性能达到合格。试验结果为生产提供了实验依据。

30CrMnSiNi2A超高强度钢电子束焊接头的低周疲劳性能

对26 mm厚的30CrMnSiNi2A超高强度钢板电子束焊接头和母材的低周疲劳性能进行了研究。结果表明:母材的低周疲劳性能稍优于接头的,母材和接头的应变疲劳极限分别为0.50%和0.48%。电子束焊接头的疲劳断裂位置在母材区。二者的疲劳裂纹源均在试样表面,且呈现多源启裂特征;疲劳裂纹扩展区均呈典型的疲劳辉纹,最后拉伸断裂区有大量韧窝,呈现韧性断裂特征。接头母材、热影响区和焊缝区组织较为相似,均为回火马氏体,但焊缝区晶粒尺寸较大。

双真空熔炼(VIM+VAR)30CrMnSiNi2A钢屈服强度的影响因素分析

对影响双真空(VIM+VAR)熔炼30CrMnSiNi2A钢屈服强度(σ0.2)的因素进行了分析。结果表明,C,Si对该钢σ0.2影响较大,为了确保σ0.2满足技术规范的要求,C,Si含量宜控制在上限;在规定200～300℃回火温度范围内,较高的温度回火对提高σ0.2有利。

壳体用钢30CrMnSiNi2A的强韧化热处理研究

本文介绍的是针对壳体用低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A的强韧性进行的一种热处理工艺研究。通过贝氏体区短时间等温淬火得到马氏体+贝氏体+少量残余奥氏体的复合组织,使得强度和韧性得到良好的配合。实验考察了等温时间的变化对钢力学性能的影响,得出较优的等温时间范围。

30CrMnSiNi2A钢真空等温淬火工艺研究

通过对材料进行真空等温淬火和盐浴等温淬火系列对比试验,研究了等温温度对30CrMnSiNi2A钢的表观质量、金相组织和力学性能的影响,获得了30CrMnSiNi2A钢真空等温淬火的工艺参数。

30CrMnSiNi2A钢的动态屈服强度研究

采用分离式Hopkinson压杆技术,对经过不同热处理的低合金超高强度钢—30CrMnSiNi2A钢的动态力学行为进行研究。试样经过正火热处理、860℃淬火+600℃回火、860℃淬火+200℃回火热处理3种热处理制度后,经过动态力学实验得出:30CrMnSiNi2A钢在不同应变率下的屈服强度值随应变率增加而增大,呈现一定的应变率敏感性;在860℃淬火+200℃回火状态下,表现为一定的回火脆性;在860℃淬火+600℃回火状态时表现为优良的综合力学性能。

多次补焊对30CrMnSiNi2A电子束焊接头力学性能的影响

研究了多次补焊对30CrMnSiNi2A超高强度钢电子束焊接头力学性能的影响。通过对不同补焊次数的焊缝接头进行分层拉伸试验和冲击试验,研究了电子束补焊技术修复焊缝的可行性。试验结果表明:随着电子束焊补焊次数的增加,试板焊接残余角变形量单调增大,补焊1次、2次和3次的角变形量分别约为2.1°,4.0°和5.5°;多次补焊对接头的抗拉强度影响较小,不同补焊次数下强度变化幅度不超过1.5%,但随着电子束焊补焊次数的增加,接头整体塑性下降,接头冲击韧性单调降低。本文结果对30CrMnSiNi2A超高强度钢结构焊接生产具有指导意义。

冷拔变形量对30CrMnSiNi2A六角材晶粒度及脱碳判定的影响

分析30CrMnSiNi2A钢冷拔六角材总脱碳不合原因,结果表明:当冷拔一次拔制变形量处于临界变形区间时,经690℃退火后冷变形区域晶粒较为粗大,影响总脱碳判定。当冷拔一次拔制变形量在21%~30%时,经热处理后冷变形区域再结晶晶粒得到细化。从而消除因变形量处于临界变形区间导致拔制退火后晶粒粗大而影响总脱碳判定准确性。通过生产实践将冷拔一次变形量控制在20%~25%,并降低退火温度到630℃,生产的S22 mm六角材总脱碳满足标准要求,且脱碳层改善效果明显。