超音速微粒轰击38CrSi钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术（Supersonic Fine Particles Bombarding，SFPB）对调质态合金钢38CrSi进行表面纳米化处理；利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析技术研究不同工艺条件下表面纳米化层的微观组织结构特征。结果表明：经SFPB处理后，材料表层组织严重细化，并形成了纳米结构层（晶粒尺寸〈100nm），随处理时间的延长，最表面纳米晶的尺寸变化不大，纳米结构层的厚度有所增加；当处理时间为240s时，在最表面层形成了平均晶粒尺寸约为16nm的具有随机取向的等轴纳米晶。纳米结构层的晶粒尺寸随着距表面距离的增加而增大。在距表面约25μm处，存在着大量的由位错线和高密度的位错缠结分割的胞块，尺寸为80～100nm；分析表明位错运动是表面纳米化的主要原因。

高强38CrSi钢力学性能测试及本构关系研究

使用万能材料试验机、霍普金森拉杆(SHTB)和Taylor杆撞击试验研究了淬火加中温回火处理的高强38CrSi钢在常温~700℃的准静态、动态力学性能。基于试验数据,对Johnson-Cook(J-C)本构模型中的温度软化项做了轻微修改。结合Taylor杆撞击试验反算,得到了修改的J-C本构相关参数和Cockroft-Latham(C-L)断裂准则的模型参数。通过对高速下Taylor杆撞击试验中弹体变形和断裂的数值仿真与试验结果的比较,验证了模型及参数对预测高强38CrSi钢动态大变形和断裂的有效性。

38CrSi钢表面纳米结构层力学性能的研究

采用超音速微粒轰击技术在38CrSi合金钢表面制备了厚度约为25μm纳米晶层。利用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对表面结构进行分析。纳米结构层的最表面层的晶粒尺寸约为16nm,晶粒尺寸随着距表面距离的增加而增大。利用纳米压痕仪对表面纳米结构层的力学性能进行研究,结果表明,当表面晶粒尺寸降低到纳米量级时力学性能明显改善,最表面纳米结构层的硬度是基体的2倍左右,并服从Hall-Petch关系;表面纳米结构层的弹性恢复系数明显提高;利用该方法制备的纳米晶对弹性模量的影响较小;对表面纳米化样品进行低温退火处理可使纳米结构层的性能更加稳定。分析表明表面纳米结构层力学性能的改善主要是表面晶粒细化的结果。

38CrSi钢大气暴露早期腐蚀行为研究

为考察38CrSi钢的环境适应性,在我国6个典型试验场站开展6个月环境大气暴露试验,通过考察锈层的形貌、结构和腐蚀质量损失,研究38CrSi钢的大气暴露早期腐蚀行为。结果表明:38CrSi钢在不同环境下的腐蚀形态存在巨大差异;试样在拉萨、漠河和西双版纳3个试验站的腐蚀呈现双锈层结构,在厦门试验站具有明显的点蚀特征,在万宁试验站产生强烈的腐蚀;影响38CrSi钢大气腐蚀速率的地域排序为万宁>江津>厦门>西双版纳>拉萨>漠河。

38CrSi自配副的摩擦磨损性能

采用自制的销盘式摩擦磨损试验机研究了38CrSi自配副干滑动时的摩擦因数、磨损率随滑动速度和载荷的变化规律;利用SEM观察了磨损面的微观形貌,分析了摩擦磨损机理。结果表明:其摩擦因数随着载荷和速度的增加而减小;磨损率随着载荷的增加而增大,随着速度的增加先增大后减小,和常用材料的磨损率随速度增加而增大的规律不同;磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。

38CrSi合金钢表面纳米化中渗碳体相的细化分析

利用表面机械加工法在具有回火索氏体组织的38CrSi合金钢表面制备了纳米结构层,利用X射线衍射和透射电镜等分析技术,对距表面不同深度处渗碳体相的微观结构特征及物相组成进行研究,分析38CrSi合金钢表面纳米化过程中渗碳体相的细化过程。结果表明,铁素体基体细化过程中,渗碳体颗粒在切变力作用下形成细小颗粒的同时还发生了溶解。在应变量和应变速度较高的最表面,渗碳体颗粒溶解较严重,分析表明高密度位错产生的高界面能、应力集中以及能量波动是使得渗碳体颗粒发生切变和溶解主要原因。

38CrSi多筋筒形件旋压成形工艺研究

筒形件强力旋压工艺参数选择不恰当,会引起金属纤维走向不均匀,导致扭曲,内应力增加,本文通过三轮错距旋压工艺试验,研究了一定工艺参数条件下38CrSi筒形件旋压过程的退让量的选取,并采用优化后的工艺参数进一步对带外环向筋38CrSi筒形件进行了旋压试验,获得了理想的旋制工件,总结出径向减薄量的选取规律,为以后带筋筒形件的旋制提供了一定的参考。

38CrSi钢晶粒的细化工艺

对38CrSi钢分别加热至880、900和920℃,进行3～5次的循环加热淬火,以细化38CrSi钢的晶粒。利用光学显微镜观察38CrSi钢的晶粒形貌,利用截线法测量晶粒的尺寸。结果表明38CrSi钢晶粒细化的最佳工艺为880℃×12 min＋油淬,循环3次,晶粒尺寸为5～7μm。

SFPB处理的38CrSi钢表面纳米化层微观结构特征

采用超音速轰击技术（Supersonic Fine Particles Bombarding，SFPB）对调质态合金钢38CrSi进行表面纳米化处理，在材料表面制备了纳米结构表层；利用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等分析技术研究了表面纳米层的微观结构特征。结果表明：经SFPB处理后，材料表层发生了严重的塑性变形，表面形成了晶粒尺寸约为15nm的纳米结构层，微观应变约为0．19％；表面纳米层的厚度约为20μm（晶粒尺寸〈100nm），纳米晶粒的尺寸随着距表面距离的增加而增大；在距表面40μm的范围内，高密度的位错墙和位错缠结将晶粒分为了尺寸为200～400nm的胞块结构，分析表明表面纳米化主要是位错运动的结果。

循环热处理超细化38CrSi钢晶粒

采用多次循环快速淬火分别在880、900和920℃保温12、13.5和15 min循环3~5次细化38Cr Si钢的晶粒。利用光学显微镜观察38Cr Si钢的晶粒形貌,利用截距法和晶粒度法测量奥氏体晶粒的尺寸。在880℃保温12 min循环3~5次淬火,确定出最佳的循环次数为3次。分别在880、900和920℃保温12 min循环3次淬火,确定出最佳的淬火温度为880℃。在880℃循环3次淬火分别保温12、13.5和15 min,确定出最佳的保温时间为12 min。结果表明:随着循环次数的增加,晶粒不断细化,当3次循环淬火后,继续增加循环次数,晶粒不再细化。当加热温度为880℃,保温12 min时,继续升高温度或者延长保温时间,晶粒开始长大。经过最佳工艺细化处理后,38Cr Si钢的晶粒细化到5.2μm。

装甲车辆被动轴断裂失效分析

被动轴是装甲车辆侧减速器的主要零部件,在行驶过程中起着支撑、动力输出和传递扭矩的重要作用,其材质为38CrSi。某批被动轴在装甲车跑车试验过程中发生断裂。通过对断裂件进行宏观断口、化学成分、金相组织检测,并采用有限元法对被动轴进行应力情况模拟,分析了被动轴的断裂属性及原因。结果表明,被动轴断裂为多源脆性开裂,主要是由于热处理后被动轴内部出现组织偏析、不均匀以及轴径处存在较大的应力集中引起的。

不同钢中马氏体与贝氏体组织形貌

不同热处理工艺下,钢中马氏体与贝氏体含量与形貌不同,造成钢的力学性能具有差异。通过对45钢、40Cr钢、38CrSi钢进行不同的热处理,获得不同形貌的马氏体、贝氏体组织。采用OM、SEM、TEM对不同钢中的马氏体、贝氏体进行组织形貌观察及分析,并估算了其含量。结果表明,不同碳含量的钢经过水冷淬火热处理后,马氏体组织形貌随碳含量的升高而变化,由低碳板条状过渡到中碳针状板条状并存。同一种钢经过不同热处理后可得到不同形貌的贝氏体组织,45钢、40Cr钢、38CrSi钢贝氏体组织多在晶界处形核并向晶内长大。无碳贝氏体与粒状贝氏体的析出与热处理工艺有关,贝氏体形貌随碳含量与热处理温度的降低由羽毛状逐步过渡到无碳贝氏体。