不同壁厚下40CrMnSiB钢柱壳内爆炸膨胀裂纹生成机制分析

针对内爆加载下弹体钢壳膨胀断裂机制,采用光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)对几种壁厚下40CrMnSiB钢柱壳在内爆载荷下的膨胀断裂过程与裂纹分布规律进行了数值模拟;利用爆炸水井回收技术开展了对比实验研究;结合柱壳断裂破片的宏观形貌与微观组织分析了其裂纹的生成机制。结果表明,40CrMnSiB钢柱壳的断裂模式随着壁厚的增加由纯剪切逐渐过渡到拉剪混合;当柱壳壁厚由4 mm增至17 mm时,拉伸裂纹所占比例由0逐渐增至4/5,柱壳裂纹周向密度和形成破片总数则分别减小了54.54%和67.06%,并且随着金属柱壳壁厚的增加,最终破片的质量分布逐渐分散;分析回收破片微观组织发现,柱壳的断裂实际是由壳体内表面产生的剪切裂纹与外表面产生的拉伸裂纹共同作用及相互竞争的结果,裂纹之间存在相互屏蔽的现象。

40CrMnSiB钢的热变形行为与本构方程建立

40CrMnSiB是一种新型中碳含硼结构钢,利用Gleeble-3800热模拟试验机对40CrMnSiB进行高温压缩试验,得到变形温度为800~1 100℃、应变速率为0.01~50 s^(-1)、压缩变形量60%的轴向单道次压缩条件下的真应力-真应变曲线,利用Arrhenius双曲正弦函数,确定其热变形激活能,建立该钢的流变应力本构方程。结果表明:40CrMnSiB钢在800~1 100℃进行压缩试验时,存在动态回复和动态再结晶两种软化机制,其流变应力随应变速率的升高和变形温度的降低而升高;在高温低应变变形时,软化机制主要为动态再结晶;在高温高应变变形时,软化机制主要为动态回复;在低温低应变时,加工硬化占主导作用。其热变形激活能Q为299.02 kJ/mol,应力指数为4.478 9,峰值应力的预测值与测量值之间的平均相对误差为3.86%,预测精度较高,可为40CrMnSiB钢热加工工艺制定提供相应理论依据。

40CrMnSiB钢连续冷却转变曲线的测定

采用DIL805A型淬火变形膨胀仪,利用膨胀法结合金相-硬度法,绘制了40CrMnSiB钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线),研究了冷却速率对组织和硬度的影响规律。结果表明:在试验条件下,40CrMnSiB钢相变温度A_(c1)为770℃,A_(c3)为823℃,M_(s)为322℃,M_(f)为176℃;随冷却速度增加,组织由软相铁素体+珠光体变为贝氏体和马氏体,显微硬度也逐渐提高。40CrMnSiB钢淬透性较高,当冷速为2℃/s时,开始发生贝氏体和马氏体转变;冷速为10℃/s时,组织为全马氏体。CCT曲线的测定为该钢种的生产实践和热处理工艺制定提供了参考依据。

回火温度对40CrNiMo钢耐摩擦磨损及抗氧化性能的影响

通过扫描电子显微镜、洛氏硬度计、摩擦磨损试验机等系统研究了回火温度对40CrNiMo钢组织、硬度、摩擦磨损性能及抗氧化性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,钢中渗碳体加快析出并逐渐聚集球化,其形貌从细片状转变为粗粒状,500℃回火的钢铁素体发生再结晶;硬度与耐磨性呈下降趋势。不同温度回火的试样在800℃的抗氧化评级为GB/T 13303—1991中的4级“弱抗氧化性”,表明回火40CrNiMo钢适用于温度较低的服役环境。

40Cr钢转动轴齿轮磨损原因

某40Cr钢转动轴在转动测试约35 h后,转动轴齿轮出现磨损现象。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、金相检验、硬度测试等方法分析了齿轮磨损的原因。结果表明:该转动轴齿轮与齿轮轴套的热处理工艺控制不当,导致齿顶表层晶粒偏大;与该转动轴齿轮匹配的齿轮轴套硬度偏高,使转动轴齿轮发生变形以及齿顶表层材料缺失,缺失的材料形成磨粒磨损,最终导致该转动轴齿轮齿牙缓慢剥落。

EH40钢在模拟海水溶液中的腐蚀行为研究

通过浸泡法、电化学法研究了EH40钢在海水模拟溶液中的耐蚀性。浸泡实验结果表明:在1400 h内随着腐蚀时间的推移,试样表面的腐蚀孔洞数量不断增加,在360 h时腐蚀孔洞数量最多,在840 h后表面逐渐有腐蚀产物形成,致使腐蚀孔洞数量增长不明显。电化学测试结果表明:随浸泡时间增加耐蚀性先减弱后增强,360 h时耐蚀性最差。对EH40钢在模拟海水溶液中的腐蚀行为进行研究具有重要的工程实践意义和理论研究价值,有助于推动海洋工程材料的发展和应用。

水泥选粉机40CrMoA钢轴断裂原因

某水泥选粉机40CrMoA钢轴在服役10 d后出现断裂事故,采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、金相检验等方法对其断裂原因进行分析。结果表明:钢轴显微组织为回火索氏体+条状或块状铁素体,组织中存在硫化物等非金属夹杂物和带状组织,夹杂物和带状组织处容易产生应力集中;裂纹在缺陷处萌生并扩展,最终导致钢轴断裂。

40CrNiMoA钢气体渗氮层硬度优化

通过分析40CrNiMoA钢调质基体硬度、回火索氏体数量、渗氮温度、氮势值,以及换气率对渗氮性能的影响,得出结论:硬化层深度(498HV1)随基体硬度提高而增加,随回火索氏体数量增加而增加,随渗氮温度降低而增加,随氮势值和换气率提高而增加。40CrNiMoA钢气体渗氮可以实现表面硬度达到600~635HV1,同时0.52mm深处达到498HV1的技术要求。

40CrMnSiB结构钢连续冷却过程相变及组织分析

利用相变膨胀仪分析不同连续冷却工艺对新型低成本含硼结构钢40CrMnSiB相变及组织转变的影响,利用膨胀法测定材料临界点及CCT曲线。结果表明:在试验条件下,40CrMnSiB钢相变温度A_(c1)为750℃,A_(c3)为850℃,M_s为340℃,M_f为175℃。在CCT曲线中,相变区域主要有三部分:高温区域的A(奥氏体)→F(铁素体)+P(珠光体)转变,中温区域的A(奥氏体)→B(贝氏体)转变及低温区域的A(奥氏体)→M(马氏体)转变。随冷却速度增大,铁素体、贝氏体相变开始温度和结束温度均有下降趋势。

40Cr钢热变形行为及热加工图

为研究40Cr钢的热变形行为和热加工性能,在Gleeble1500型热模拟试验机上对40Cr钢进行了不同参数下的等温热压缩试验,建立了包含再结晶特征的40Cr钢高温流变应力模型,并绘制了其热加工图。结果表明,所建立的流动应力模型能够很好地预测40Cr钢不同热变形条件下的应力-应变曲线。观察了不同变形条件下热压缩试样的微观组织,发现失稳区域为不完全动态再结晶的“项链”组织,非失稳区域中耗散值较小区域和较大区域分别为平均晶粒尺寸为128.2和20.4μm的动态再结晶组织,验证了热加工图的可靠性。结合微观组织观察和热加工图分析,可以确定40Cr钢的最佳热加工区域为温度1050~1150℃、应变速率1~10 s^(-1)。

温轧40CrMo中厚钢板在退火过程中铁素体与碳化物的协同演变规律

将温轧40CrMo钢置于700℃下退火,分别保温15 min、60 min、120 min,利用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术观察铁素体与碳化物的协同演变规律。结果表明:温轧板的组织中分散着大量的纳米级碳化物,经过15 min退火保温后,组织内以铁素体的回复机制为主;带状铁素体出现向等轴状转变的趋势,铁素体平均晶粒尺寸为0.76μm;铁素体晶内部碳化物尺寸较小,晶界上的碳化物尺寸较大,碳化物平均尺寸为54.85 nm。将退火保温时间延长到60 min后,组织内主要发生铁素体的再结晶和部分晶粒的长大,铁素体的平均晶粒尺寸为1.86μm,碳化物开始长大与球化,碳化物平均尺寸为57.55 nm。退火120 min后,组织内主要以长大机制为主,晶粒的长大和晶界的迁移现象最为明显,得到粗大的铁素体和碳化物,此时铁素体的平均晶粒尺寸为4.15μm,碳化物的平均尺寸为61 nm。随着退火时间的延长,晶界经历亚晶界迁移、大角度晶界快速增殖和大角度晶界缓速增殖三个阶段的演变过程。本工作通过对实验数据进行拟合分析,构建了40CrMo钢温轧板在退火过程中铁素体与碳化物的长大动力学模型,发现铁素体和碳化物的交互长大机制与长大速率有关。

40Mn钢高温高应变速率塑性本构行为

为研究40Mn钢在高温高应变速率下的塑性本构行为,利用分离式霍普金森压杆装置对40Mn钢开展了高温(650℃)和高应变速率(1700、2800、3500、4600和5500 s~(-1))下的压缩实验。实验结果显示,在应变速率高于4600 s~(-1)时,40Mn钢的应变速率强化效应明显减弱。对测量获得的应力和应变数据进行Johnson-Cook塑性本构模型拟合。利用MATLAB进行了材料塑性本构参数的优化,并在有限元模拟中应用了所构建的本构模型。通过对比有限元模拟和实验测量的高速压缩后的试样高度,验证了所构建本构模型及优化后的模型的预测精度。

中心偏析对FH40低温钢焊接组织性能的影响

利用金相(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)以及能谱(EDS)等手段研究了FH40低温钢焊接接头显微组织演变及其对低温冲击韧性的影响.结果表明,FH40低温钢母材具有优异的综合力学性能,其屈服强度为420 MPa,抗拉强度为518 MPa,-60℃夏比冲击功为162 J,而焊接接头熔合线位置及热影响区的低温韧性急剧降低至16 J.显微组织分析表明,低温钢母材为细小的多边形铁素体+珠光体组织,在心部位置珠光体组织呈带状分布.焊接热影响区的显微组织主要为针状铁素体,但是心部存在明显的马氏体带.针状铁素体硬度为229.7 HV_(0.05),比原来的多边形铁素体高约40 HV_(0.05),而马氏体的硬度为313.7 HV_(0.05),较原来的多边形铁素体高约140 HV_(0.05).EBSD结果显示在马氏体带存在较高的内应力,这是造成焊接接头低温韧性急剧下降的主要原因.EDS表明,中心偏析导致热轧低温钢母材形成C、Mn富集的珠光体带,这些C、Mn富集的珠光体带在焊接热影响作用下重新奥氏体化,并在冷却过程中转变成硬质相马氏体组织.

奥氏体化温度对40CrMoVTiNb钢组织和力学性能的影响

用硬度-温度法测定了试验材料的相变温度,研究了不同奥氏体化温度对40CrMoVTiNb钢组织和力学性能的影响。研究结果表明,40CrMoVTiNb钢的相变温度AC1为700~710℃、AC3为820℃。40CrMoVTiNb钢820℃以下温度加热时,随着奥氏体化温度提高,试验材料淬火态的硬度升高,淬火温度为820℃时,淬火态硬度最高,HRC为56.3。试验材料780℃淬火加热时综合性能最佳,抗拉强度为1120 MPa,伸长率为18%,断面收缩率为61.9%,冲击功AKV为107.3 J,组织为回火索氏体和少量铁素体。

调质态40NiCrMo7钢的高温性能

对含0.389%C、0.807%Cr、1.715%Ni和0.237%Mo(质量分数)的40NiCrMo7钢进行了850℃油淬、590℃回火。热处理后,对钢在250~550℃进行了拉伸试验和在400~550℃以160~500 MPa的应力进行了低周次蠕变试验。研究了钢的线膨胀量、平均线膨胀系数、高温拉伸性能和低周次高温蠕变性能随温度的变化。结果表明:随着温度从20℃升高至700℃,钢的线膨胀量先增大后减小再增大;随着温度从20℃开始升高,钢的平均线膨胀系数先增大后减小,在20~700℃钢的平均线膨胀系数最大;随着温度从250℃升高至350℃,钢的抗拉强度和屈服强度均下降,但塑性显示出相反的变化趋势;温度和应力对调质态40NiCrMo7钢的高温蠕变行为有显著影响,以相同应力在不同温度进行蠕变试验时,温度越高,蠕变越充分,而在相同温度以不同应力蠕变试验时,应力越大,蠕变越充分。

热处理对40CrMnSiB低合金超高强度钢组织和性能的影响

采用OM、SEM、JMatPro7.0分析技术,研究了热处理工艺(860~950℃淬火+200~400℃回火)对新型中碳40CrMnSiB低合金超高强度钢(0.41C,0.84Cr,0.76Mn,1.44Si,0.006B)微观组织及力学性能的影响。结果表明:920℃淬火和300℃回火钢的力学性能达到最佳强韧性匹配,即抗拉强度为1 943 MPa、屈服强度为1 931 MPa、延伸率为9%、断面收缩率为39.5%、冲击吸收功为44J、HRC硬度值为52.7。

40Cr钢热变形行为研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度900~1200℃和应变速率0.01~10 s-1范围内,对40Cr钢试样进行压缩实验。研究了40Cr钢真应力-应变曲线特征,建立了峰值应力、应变速率和变形温度间的本构方程,并确定了40Cr钢热变形激活能为310.625 kJ/mol。研究结果显示:40Cr钢热变形时的流变软化机制为动态回复和动态再结晶;随着变形温度增加和应变速率减小,流变应力减小;试样的变形温度越高,应变速率越低,显微组织中的动态再结晶越完全,并且动态再结晶晶粒越容易长大。

40MnBH钢轴头开裂原因

在对某经过调质处理的40MnBH钢轴头进行机械加工时,发现该轴头内孔表面存在轴向和环向裂纹,采用宏观观察、磁粉检验、金相检验、扫描电镜分析等方法研究了裂纹产生的原因。结果表明:该裂纹为淬火裂纹,裂纹的产生原因是冲孔异常使内孔表面形成环向折叠,并产生了局部应力集中。对冲孔模具及锻造工艺进行改进,可以避免该类问题再次发生。

合金冷镦钢ML40Cr脱碳层影响因素分析及优化

某公司采用120t BOF→LF→RH→180×180连铸→线材轧制工艺,ML40Cr冷镦钢盘条成功研发,并批量生产。下游冷镦紧固件类的客户在加工过程通常采用攻丝、调质等工序,材料表面脱碳将引起螺牙强度不足、冷镦开裂等缺陷,直接导致螺栓产品在后续使用过程存在“脱扣”的风险,造成产品不合格。高端客户对材料脱碳层要求比较高,单边脱碳层深度要求控制在盘条直径的1.0%以下,因此优化脱碳层深度对于提升公司ML40Cr产品档次,进入高端紧固件客户具有十分重要的意义。结合生产实际,对轧制过程中影响ML40Cr盘条脱碳层深度的原因进行分析与工艺优化。

40Cr钢承重连接杆开裂原因

在对经调质处理的40Cr钢承重连接杆进行精加工时,发现其外表面发生横向开裂。采用宏观观察、化学成分分析、气体分析、金相检验及硬度测试等方法分析了该连接杆开裂的原因。结果表明:该连接杆开裂的原因是热处理工艺不当,导致组织未被淬透;在零件内槽变形处的加工精度不足,产生了应力集中,导致弧形裂纹延伸至表面。采用调整淬火工艺参数、将冷却介质改为水基淬火液、优化工件车削精度、将过渡区域改为圆角等方法可以提高产品的合格率。