430/304不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头的组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊技术,以1200 r/min的搅拌转速对1 mm厚的430和304不锈钢板进行焊接,研究焊接速度对搭接接头组织和力学性能的影响。结果表明:随着焊接速度增加,接头界面两侧Hook钩尺寸减小,过渡层厚度减小,界面由锯齿状逐步转变为平直状。所有试样均断裂于焊缝附近的430不锈钢母材上,焊接速度为50 mm/min焊接接头的剪切强度最大,搭接接头界面区的冶金反应起主导作用,机械连接起促进作用。

原位充氢-拉伸载荷作用下304不锈钢氢脆行为及显微组织表征

搭建了原位电化学充氢—慢应变速率拉伸载荷平台,模拟真实临氢环境—载荷环境,研究了原位充氢对304奥氏体不锈钢氢脆敏感性的影响。结果表明:相比传统预充氢拉伸实验,304奥氏体不锈钢经原位电化学充氢拉伸后呈现较低的强度和更高的氢脆敏感性,未发生明显马氏体相变;试样在变形早期即发生严重氢致断裂,对实际临氢环境服役条件下不锈钢氢脆行为研究和应用具有参考价值。

高温环境下模拟CO_(2)驱采出液中304不锈钢的腐蚀行为

现阶段随着CO_(2)驱油技术的普遍使用,采出液中CO_(2)的含量不断上升,使得采出系统中金属管道的腐蚀程度逐渐增大。为了掌握304不锈钢在高温环境下CO_(2)驱采出液中的腐蚀行为,室内配制了模拟CO_(2)驱采出液,测试了304不锈钢在高温环境下不同含量CO_(2)、不同腐蚀时间下的金属腐蚀速率,并对不同腐蚀时间下金属表面的微观形貌和腐蚀产物组成进行了表征。结果表明,随着CO_(2)含量和腐蚀时间的不断上升,金属的腐蚀速率上升;随着腐蚀时间的上升,金属表面的腐蚀产物逐渐增加,发生了局部区域析氢腐蚀过程;腐蚀产物膜主要由Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)和FeCO_(3)组成。

超细晶层状结构304L不锈钢摩擦学行为研究

用MS-T3000型多功能摩擦磨损试验机评估了超细晶层状结构304L不锈钢在空气和PAO4润滑条件下的摩擦学性能,以传统粗晶态304L不锈钢为对比材料,分析磨损前后的材料结构、成分及磨痕表面形貌,揭示磨损机制。结果表明:在空气湿度为75%时,粗晶态304L不锈钢与超细晶层状结构304L不锈钢的平均摩擦因数分别约为0.44和0.33,粗晶态304L不锈钢表面发生严重的黏着磨损和氧化磨损,超细晶层状结构304L不锈钢表面发生较缓和的黏着磨损和微氧化磨损。在PAO4润滑条件下,粗晶态和超细晶层状结构304L不锈钢的摩擦因数和磨损率都显著降低,粗晶态样品为典型的微切削磨损机制,超细晶层状结构样品为更微弱的微切削磨损机制。

选区激光熔化成形304L不锈钢氦泡长大与辐照硬化行为

采用350 keV He+离子束在300℃下对沉积态和固溶态选区激光熔化成形(Selective laser melting,SLM)304L不锈钢进行辐照,辐照剂量为5×10^(16)ions/cm^(2),随后进行600℃保温1 h退火处理。利用透射电子显微镜(TEM)、正电子湮灭和纳米压痕仪研究氦泡的长大与材料硬化行为。系统对比了沉积态和固溶态两种状态的SLM 304L样品,结果表明:600℃退火处理时,沉积态SLM 304L不锈钢表现出优异的抗氦泡粗化能力,主要是由于沉积态样品中高密度位错和纳米析出物-基体界面等作为缺陷阱,有效抑制氦泡生长。此外,沉积态样品比固溶态样品具有更高的抗辐照硬化性能,退火处理后两者的硬化率分别为19%和51%。Orowan模型的计算表明,氦泡粗化程度的差异是造成两种状态下SLM 304L不锈钢硬化率不同的主要原因。

打印方向对增材制造304L不锈钢微观结构及力学性能的影响

增材制造技术已被广泛应用于航空工业、汽车工业等各个领域。本文利用选择性激光熔融(Selective Laser Melting;SLM)技术加工得到304L不锈钢材料,并对其微观结构和力学性能进行研究。试验中,利用光学显微镜(OM)和电子背散射衍射仪(EBSD)对材料的不同截面进行微观观察;同时对水平打印试样和竖直打印试样进行单轴拉伸试验。试验结果表明,SLM技术加工得到的304L不锈钢的微观结构具有各向异性,垂直于打印方向和平行于打印方向的微观形貌具有显著的差异,同时材料内部存在较大的残余变形。

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

430不锈钢热轧板坯边部侧翻缺陷形成的数值模拟

在不同温度(1173.15~1473.15 K)和应变速率(0.01~10 s^(-1))下对430不锈钢进行热压缩变形试验,基于流变数据建立修正的Zerilli-Armstrong方程,并评估该方程的预测能力;将该本构方程参数导入Deform-3D软件,对试验钢五道次可逆热轧变形进行有限元模拟,分析边部缺陷的形成过程,并与实际轧制缺陷进行了对比。结果表明:修正的Zerilli-Armstrong本构方程能够很好地描述试验钢的高温流变行为,流变应力预测值和试验值之间的相关系数为0.9939,平均相对误差为5.9%;模拟得到在轧制过程中轧辊与板坯之间的摩擦力使得板坯表面和内部存在横向位移差,导致板坯侧面节点上翻到表面形成边部侧翻缺陷,缺陷的位置和形貌与工业试制结果相吻合。

304不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了压入深度与滑动速度对304不锈钢磨损量、摩擦系数、位错演变及剪切应变的影响.结果表明:在较大的压入深度下平均摩擦系数及位错长度明显较高,导致了更严重的塑性变形;在相同的压入深度下较高滑动速度的摩擦力明显升高而位错长度降低,这是由于高速下不锈钢内部位错形核缺乏持续驱动力,从而减轻了不锈钢的变形.此外滑动摩擦过程中产生的摩擦热促进了内应力的释放,导致离散结构位错、多节点位错及位错锁(环)的形成,从而阻碍位错进一步传播并提高不锈钢抗变形能力.本工作中所计算磨损原子数量几乎与滑动距离呈线性正比,符合经典Archard定律.

304不锈钢局部干法水下激光填丝焊接工艺及焊缝性能研究

目的采用自主研制的水下激光填丝焊接装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行U形坡口激光填丝焊接试验,为304不锈钢水下修复工作提供技术参考。方法在功率为5600 W、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为205 cm/min、保护气体流量为15 L/min、排水气体流量为30 L/min的条件下进行焊接试验,并对空气和水下环境下的焊缝进行对比检测分析。通过光学显微镜分析2种环境下焊缝的显微组织;对2种焊缝进行拉伸、弯曲等力学性能测试;采用显微硬度计测试1 kg载荷下不同区域的显微硬度;使用VersaSTAT 3F电化学工作站测定在3.5%(质量分数)的NaCl溶液中2种焊缝的开路电位和极化曲线。结果2种环境下的焊缝均无明显裂纹、气孔等缺陷;显微组织主要由奥氏体和铁素体组成,但2种环境下焊缝的奥氏体晶粒大小和铁素体形状均略有差别,焊缝拉伸断口均为典型的韧性断裂形貌且抗拉强度符合304不锈钢标准。2种环境下焊缝的微观组织和晶粒大小不同,水下焊缝硬度高于空气的。通过分析2种环境下焊缝的开路电位和极化曲线,可知水下焊缝的耐腐蚀性略高。结论所开发的局部干法水下激光填丝焊接工艺可以满足实际工程中水下焊接维修的要求,其焊缝性能可以满足304不锈钢空气环境下的焊接质量标准。

退火工艺对汽车用430铁素体不锈钢组织与力学性能的影响

对热轧态430铁素体不锈钢进行了不同温度和保温时间的退火处理,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机等研究了不同退火处理对430铁素体不锈钢组织与力学性能的影响。结果表明:退火态430不锈钢组织由铁素体和黑色析出相组成。随着退火温度的升高、保温时间的增加,430不锈钢中铁素体晶粒尺寸先减小后增大,析出相数量先减少后增多。退火温度850℃、保温10 min的430不锈钢组织中晶粒细小均匀,析出相数量最少,其抗拉强度为663.3 MPa,伸长率为32.4%,强塑性匹配较好。因此,850℃退火保温10 min为430铁素体不锈钢的理想退火工艺。

不同路径对电子束熔丝沉积304不锈钢组织与性能的影响

目的采用电子束熔丝沉积方法进行打印,以获取具有高抗拉强度与高伸长率的304不锈钢。方法以304不锈钢丝材为材料,当加速电压为60 kV、聚焦电流为430 mA、束流强度为22 mA、成形速度为250mm/min、送丝速度为1400mm/min时,在成形路径为“弓字形”和“交替弓字形”条件下打印不锈钢样品,在样品x、y、z3个方向上截取试样,采用金相、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对试样的微观组织和力学性能进行研究。结果在“弓字形”成形路径下,产品x方向试样的显微组织主要以等轴晶为主,而y方向试样的显微组织以相互平行的柱状晶为主;在“交替弓字形”成形路径下,产品微观组织主要是相互垂直的柱状晶,在z方向试样中出现了位错胞结构。在“交替弓字形”成形路径下,z方向试样具有最优的综合力学性能,其致密度为98.60%,抗拉强度为(1344±14)MPa,屈服强度为(701±7)MPa,断后伸长率为(25±0.4)%。结论在EBF打印304不锈钢样品中,选用“交替弓字形”成形路径能使不锈钢具有更高的致密度,可以提升抗拉强度和屈服强度。

不同退火保温时间对304奥氏体不锈钢组织及性能影响研究

研究了不同退火时间对304不锈钢晶粒结构、拉伸性能及显微硬度的影响,通过对比微观组织、力学性能的差异,分析了800℃退火温度、5~20 min不同热处理时间下,该材料晶粒尺寸、拉伸强度、形变情况、截面显微硬度值的变化规律,讨论了不同保温时间对304奥氏体不锈钢组织及性能演化特征的影响机理。

6A01-T5铝合金/304不锈钢的缝隙腐蚀行为研究

目的 研究6A01-T5铝合金和304不锈钢异种金属间的缝隙腐蚀行为规律。方法 采用常温常压浸泡腐蚀方法,结合SEM、EDS、XRD和白光干涉检测,对6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙结构在碱性Na Cl溶液中的腐蚀行为进行研究。结果 6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙腐蚀表现为在缝口处产生沿缝口方向的凹陷渠,在缝内,以局部减薄和腐蚀坑为主,并随着腐蚀时间的延长,腐蚀程度逐渐加重。不同区域腐蚀产物的形貌和成分组成不尽相同,缝外暴露区的腐蚀产物表现为晶体颗粒状,主要成分为Ca CO3和Al(OH)3等铝的腐蚀产物。缝口附近沿缝口方向形成一层有明显界线的腐蚀产物覆盖层,缝隙内部的腐蚀产物相对较少,表现为尺寸相对较小的结块,主要成分为Al(OH)3等铝的腐蚀产物。结论 在6A01-T5铝合金与304不锈钢非电连接情况下,6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙内2种金属分别独立发生缝隙腐蚀,因2种金属在腐蚀过程中争夺O2,使得304不锈钢对6A01-T5铝合金的缝隙腐蚀起到抑制作用。

304不锈钢氩氧脱碳精炼过程中炉渣成分预测模型

针对304不锈钢氩氧脱碳(Argon-Oxygen Decarburization,AOD)精炼过程中存在炉渣成分难以测量等问题,本研究综合考虑了顶枪吹氧、供气比例变化、物料熔化速度以及初始渣量对渣-钢反应和精炼炉渣成分的影响,建立了炉渣成分预测模型,并用于计算精炼过程中的炉渣和钢液成分变化。此模型计算的渣成分与钢液硫含量与实测值吻合较好,AOD精炼终点渣中SiO_(2)含量平均偏差为1.434%,CaO含量平均偏差为1.848%,Cr_(2)O_(3)含量平均偏差为0.080%,MnO含量平均偏差为0.016%,钢液终点S含量平均偏差为0.002%。

表面粗糙度对304不锈钢空蚀腐蚀联合作用的影响

为探究不同表面粗糙度对腐蚀空蚀破坏的影响机制,利用超声空蚀实验装置,对不同表面粗糙度的304不锈钢试样在质量分数35%NaCl溶液中进行空蚀腐蚀联合作用实验。通过分析试样的质量损失、表面形貌、显微硬度和电化学性能变化,探究不同表面粗糙度对空蚀腐蚀表面形貌和性能的影响规律。结果表明:空蚀腐蚀后的304不锈钢试样表面出现蚀坑,且蚀坑主要发生在磨痕边缘,并呈现腐蚀和空蚀双重特征;随着表面粗糙度的增大,蚀坑的密度增加,试样质量损失更加严重,但粗糙度达到一定程度时,空蚀会降低表面粗糙度数值,起到平整作用;经过空蚀腐蚀作用后,试样表面均出现硬化现象,但随着表面粗糙度的增大,试样表面硬化现象变弱;空蚀腐蚀后,试样的腐蚀电流增大,腐蚀电位负移,且随着粗糙度增大,试样的腐蚀电位和腐蚀电流变化也增大,呈现耐腐蚀性能不断下降趋势。

氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响

为了探究氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响及其作用机制,采用过氧化氢作为氧化剂,研究不同氧化剂质量分数下304不锈钢材料去除率及表面粗糙度值的变化规律,并基于接触角和电化学试验分析过氧化氢在抛光过程中的作用机制。结果表明:化学机械抛光过程中过氧化氢含量的增加有利于304不锈钢表面氧化膜的生成,从而有效提高304不锈钢的材料去除率及表面质量;但是过高的过氧化氢含量会导致304不锈钢表面氧化膜致密,使得化学作用与机械作用失衡从而造成304不锈钢表面质量下降;当过氧化氢质量分数为0.04%时,抛光后304不锈钢表面粗糙度值最低,仅有2.5 nm,材料去除率达到324.21 nm/min。

镍/钼复合中间层钎焊连接C/C复合材料和304不锈钢

本文使用在BNi-2或AgCuTi箔片钎料中添加金属中间层(Ni、Mo或Ni/Mo)的方法有效提高了C/C复合材料和304不锈钢真空钎焊接头的强度,并先后对接头的微观结构、连接机理和力学性能进行分析。分析表明,BNi-2+Ni/Mo接头的微观结构包括Cr_(3)C_(2)、Ni(s,s)、Cr_xNi_(y)+MoNi_(4)、MoNi_(4)+Cr_(x)M_(y)和Ni(s,s)+Cr-Fe;AgCuTi+Ni/Mo接头的界面则由TiC、Ag(s,s)+Cu(s,s)、Ni、Ag(s,s)+Cu(s,s)+MoTi、Mo和MoTi+Cu(s,s)+Ag(s,s)构成。有限元模拟结果表明,AgCuTi钎料加持下的镍/钼复合中间层能够有效缓解C/C母材与焊缝界面间的残余应力。室温下BNi-2+Ni/Mo、AgCuTi+Ni、AgCuTi+Mo和AgCuTi+Ni/Mo钎焊接头的平均剪切强度分别为2.57 MPa、10.91 MPa、23.81 MPa和26.77 MPa,有效验证了有限元结果的可靠性。

退火对304不锈钢电解质等离子体抛光的影响

这里主要研究了退火处理对电解质等离子体抛光304不锈钢表面粗糙度、材料去除率和残余应力的影响,从而为降低不锈钢工件表面粗糙度,提高表面性能提供依据。通过在不同温度下对304不锈钢样品进行真空退火处理,并在相同的实验条件下进行电解质等离子体抛光(电压、电流密度、电解液浓度、温度、加工时间),采用粗糙度测试仪、超景深光学显微镜、X射线应力分析仪、X射线衍射仪(XRD)对抛光前后样品的残余应力、粗糙度值、表面形貌、材料去除率、物相和组织变化进行了测试和表征,讨论了不同退火温度对电解质等离子体抛光304不锈钢样品表面粗糙度和残余应力的影响。结果表明电解质等离子体抛光不仅能有效降低304不锈钢样品的表面粗糙度和残余应力,且表现出了明显的晶粒取向分布。退火温度越高,电解质等离子体抛光后表面残余应力越小,材料去除率随着退火温度的升高而降低。电解质等离子体抛光过程中的热效应和组织转变是造成残余应力松弛的主要原因。

基于熔池图像的304不锈钢焊管氩弧焊钨针损耗检测

钨极氩弧焊(TIG焊)是目前大部分不锈钢焊管制管企业采用的焊接工艺。该种工艺通常使用钨针作为电极材料,正常的钨针顶部一般为尖锥形,而随着焊接的进行,钨针针尖会逐渐产生烧损,烧损后的钨针会对焊缝的成型造成极大的影响,极易产生焊洞、咬边、漏焊等缺陷。该文通过分析氩弧焊焊接图像中的熔池轮廓模型及图像信息,发现熔池宽度与焊接电流、钨针损耗之间的联系,提出一种基于熔池轮廓的钨针损耗检测方法,通过实验证明,该文所提出的通过熔池宽度的变化检测钨针损耗的方法具有较好的准确性和可行性。