AerMet100钢的研究与发展

以AerM et100钢专利和AMS标准的变迁为基础,结合近年来国外AerM et100钢研究内容和材料院相关的研究工作,理出提高AerM et100钢断裂韧度研究的思路。不断提高纯洁度是AerM et100钢断裂韧度提高的重要条件之一;通过多元微量稀土元素改变杂质元素的状态和空间分布,可以有效减少杂质元素对断裂韧度的危害;热处理形成的稳定的逆转变奥氏体对断裂韧度起到积极作用。

纳米TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢的磨损机理

采用纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具对新型难加工材料AerMet100钢进行高速铣削试验,并对实验获得的数据从刀具磨破损形态及其磨损机理两方面进行系统地分析和研究.研究表明纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具在高速面铣削AerMet100钢时磨损破损形式主要为前刀面磨损、后刀面磨损、涂层材料的破损、微崩刃、边界沟槽磨损和贝壳状崩落;磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.此外,研究发现,高速铣削AerMet100钢时,由于工件材料中的Co含量较高,刀具中的Co元素不但没有扩散流失,反而增加.

基于刀具耐用度和材料切除率目标的AerMet100钢铣削参数优选

针对基于铣削高强度钢的刀具的耐用度和材料切除率的铣削参数控制进行了研究。通过正交试验,建立了刀具耐用度模型,研究了基于铣削参数的灵敏度和相对灵敏度模型的稳定区间敏感性分析方法,结合正交试验中的极差分析,提出了刀具耐用度和材料切除率的铣削参数区间优选流程,优选出铣削参数稳定区间,并优选出铣削参数。研究结果表明:铣削AerMet100钢时,铣削速度vc的优选范围为100～105m/min,每齿进给量fz的优选范围为0.11～0.12mm,铣削深度ap的优选范围为2.1～2.5mm;铣削参数优选为vc=100m/min,fz=0.11mm,ap=2.5mm。研究结果为优选高强度钢铣削参数以及进行刀具耐用度和材料切除率的控制研究提供了理论方法和试验依据。

单轴拉伸下AerMet100钢中稀土夹杂物开裂过程的原位观察

扫描电镜观察了AerMet100钢中稀土夹杂物的形貌、尺寸;原位观察了单轴拉伸条件下稀土夹杂物的微观力学行为。结果表明:稀土夹杂物呈球状或椭球状,拉伸过程中稀土夹杂物内部最先萌生裂纹。建立了裂纹萌生的应力判据。裂纹在夹杂物内部扩展,不易向基体延伸。数值模拟单轴拉伸试验和理论计算结果与原位观察基本一致。

Aermet100钢等温压缩力学行为及正交多项式本构模型的建立

由于Aermet100钢是一种新型超高强度钢,需要对其进行高温流变性能的相关研究。文章通过因果图分析设计试验,再次对各因素(温度、应变、应变速率等)对流变应力的影响进行了分析,并通过正交试验设计和正交多项式理论,建立了Aermet100钢的正交多项式本构模型。结果表明,建立的本构模型误差精度满足工程需要,可以作为后续成形过程控制的基础。

AerMet100钢热压缩过程流变应力模型

用Gleeble-1500D型试验机研究了AerMet100钢热压缩变形过程流变应力的演变规律。结果表明:流变应力随变形温度的提高而降低,随应变速率和变形量的提高而增加。基于三因子的二次正交回归设计分析方法,建立了流变应力随变形量、应变速率和温度变化的数学模型并对流变应力进行了预测。该模型预测结果与实测结果基本吻合。

表面喷丸对Aermet100钢耐蚀性影响

目的探究表面喷丸处理对于Aermet100钢耐蚀性能的影响。方法借助显微观察、电化学测量及XRD分析等手段,开展喷丸与未喷丸2类A100钢试件的中性盐雾试验。结果腐蚀形貌上,两者腐蚀表面变化均为先出现红褐色物质,后出现红棕色与绿色絮状物,在出现变化的时间上相差约1个周期。随着腐蚀时间增长,XRD衍射峰发生右移,2类试件XRD结果均在144 h变化明显。中性盐雾试验电化学结果与海洋环境下电化学结果在溶液电阻、腐蚀产物电阻和腐蚀反应电阻上均有差异,自腐蚀电位略低,自腐蚀电流则低了2个数量级。结论两者腐蚀现象规律一致,XRD衍射峰右移表明试件晶格参数变小。2类试件腐蚀速率呈现增加到减缓再到增加的趋势。喷丸能明显提高A100钢的耐蚀性。

纳米TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢刀具寿命研究

采用2种新型纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具对AerMet100钢进行一系列的铣削试验,获得了切削速度和每齿进给量对刀具寿命的影响规律。并通过对比分析获得:在较低速铣削条件下宜采用耐磨性好的超细晶粒硬质合金作为刀具基体材料,而较高速铣削条件下宜采用韧性更好的细晶粒硬质合金作为刀具基体材料。

AerMet100钢拉伸断口形貌仿真

研究了时效工艺对AerMet100钢延性断口形貌的影响。基于图像处理技术实现了对试验用钢拉伸断口微观形貌的模式识别,提取韧窝的面积和深度作为特征矢量,并应用自组织映射(SOFM)神经网络将韧窝形貌分成特点不同的6组。基于BP神经网络原理,建立了由时效工艺预报试验用钢各组韧窝的数量的数学模型。根据预报结果通过图像处理过程,实现了不同时效工艺下的AerMet100钢拉伸断口的仿真,模拟结果与试验结果基本吻合。

AerMet100钢热压缩过程流变应力的神经网络预报

本文研究了变形温度、应变速率和应变量对固溶和轧制态的AerMet100钢热压缩变形过程流变应力的影响规律。结果表明:变形温度、应变速率和应变量对流变应力有显著影响,预处理方式对流变应力的影响不大。基于人工神经网络原理,建立了流变应力与变形温度、应变速率和应变量的数学模型,由此预报的AerMet100钢热压缩过程流变应力与实测结果相吻合。

AerMet100钢热挤压变形过程数值模拟

建立了AerMet100钢热挤压过程的瞬态温度场和应力场三维限元数学模型,在热力耦合与刚粘塑性有限元分析基础上采用DEFORM软件模拟了AerMet100钢的热挤压变形过程,得出了热挤压过程中坯料心部温度先升高后下降,心部最高,与模具接触区温度下降较快;坯料应力不断增大,且外侧比心部增长快;坯料在工作带处应力较大。

AerMet100钢动态剪切性能数值仿真研究

根据AerMet100钢动态剪切试验结果,基于ABAQUS/Explicit动力学分析软件对AerMet100帽形试件的绝热剪切敏感性、临界速度以及绝热剪切带的宽度进行了数值模拟分析,模拟结果与实验吻合较好.在此基础上,研究了AerMet100钢绝热剪切敏感性与加载速度的关系,分析了AerMet100钢试件在动态加载过程中的应力场分布、绝热剪切带的演化过程以及温度场分布.研究结果表明,剪切区域特征单元的承载能力随加载速度的提高而降低,剪切带形成的临界速度在32m/s左右,剪切高温区集中在微米量级的带状区域.

Aermet100钢制坯工艺对微观组织和力学性能的影响

针对Aermet100钢研究了大规格棒材锻造工艺对微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：细化锻造过程的晶粒度有利于获得较高的断裂韧度。细化晶粒度的途径主要有锻造加工温度控制在再结晶区间和增大总变形比。Aermet100钢锻造温度区间应控制在950~1100℃之间进行,终锻温度控制在950~1000℃;总变形比之和应大于20。

AerMet100钢在盐雾中的腐蚀与电化学特性

目的对AerMet100钢在盐雾中的腐蚀和电化学特性进行研究,分析其腐蚀机理。方法通过盐雾试验,观察分析AerMet100钢的腐蚀行为和腐蚀形貌,分析腐蚀产物成分。测试盐雾试验不同时间后的极化曲线和电化学阻抗谱,并建立等效电路模型,采用Cview和Zsimp Win软件进行等效电路和极化曲线拟合,计算自腐蚀电位、自腐蚀电流和等效元件数值,定量分析其变化规律,之后通过K-K转换验证等效电路拟合的正确性。利用扫描开尔文探针(SKP)测试盐雾试验不同时间后带锈试样的表面电位,并进行Gaussian拟合,分析其电位分布和变化规律。最后,结合试验结果,对AerMet100钢在盐雾中的腐蚀机理进行分析。结果AerMet100钢在盐雾试验中的腐蚀形态由点蚀逐步发展为均匀腐蚀,其腐蚀产物分为两层:外锈层主要成分是β-FeOOH,内锈层主要成分是Fe_3O_4和γ-Fe_2O_3,内锈层较外锈层更为致密。盐雾试验9 d后,自腐蚀电位为–593.178 mV,自腐蚀电流为3.919μA,腐蚀产物层电阻为4.152?·cm^2,腐蚀反应电阻为2748?·cm^2,此时试样的腐蚀倾向性最低,腐蚀产物的积聚降低了腐蚀反应速率。未腐蚀试样表面平均电位为–842.387 mV,盐雾试验6 d后为–701.686 mV,12 d后为–575.502 mV。随着盐雾试验时间的延长,试样表面平均电位升高,电位分布分散,电位差增大,分为明显的阴极区和阳极区。结论AerMet100钢表面腐蚀产物层可有效阻止腐蚀溶液向基体的渗透和扩散,延缓腐蚀进程,对基体起到较好的保护作用。

AerMet100钢喷丸强化前后表面完整性及疲劳性能分析

目的提高AerMet100钢的疲劳寿命,研究喷丸对其表面完整性和疲劳性能的影响。方法通过表面完整性测试,分析喷丸对其表面形貌、粗糙度、晶粒度、硬度、残余应力和显微组织的影响。开展疲劳试验,观察疲劳断口形貌,分析喷丸对其疲劳性能的影响。结果喷丸后,试样表面产生明显塑性变形,粗糙度有所增加,晶粒得到细化,硬度增大,形成约140μm的残余压应力层;此外,形成了交错的马氏体板条,强化层内位错增多,产生细化的马氏体板条以及孪晶。疲劳试验中,未喷丸试样寿命均值为163566周次,喷丸试样寿命均值为209552周次,平均增幅达28.1%。喷丸试样断口分布有多个裂纹源,裂纹扩展路径曲折,在断口边缘形成了凹凸不平的台阶,消耗了更多的能量。试样强化层内的裂纹扩展区总体形貌较为无序和杂乱,疲劳条带较未喷丸试样更为细密,表明其裂纹扩展速度较慢。结论喷丸后,AerMet100钢的疲劳抗力增加,疲劳寿命显著提高。

Cl^-作用下AerMet100钢在盐雾环境中的微区电化学行为

目的对Cl^-作用下AerMet100钢在盐雾环境中的腐蚀和微区电化学行为进行研究。方法通过开展盐雾腐蚀试验,对AerMet100钢的腐蚀形貌和腐蚀产物进行研究分析。盐雾试验不同时间后,通过SKP测试,得到试样的表面电位分布,通过Gauss拟合,对试样表面扫描开尔文电位的分布和变化情况进行分析。结果AerMet100钢在盐雾腐蚀试验过程中的腐蚀行为从点蚀开始,逐渐发展为均匀腐蚀。腐蚀产物分为内外两层,外层疏松,内层致密。由于腐蚀反应过程中生成大量铁的氧化物及羟基氧化物,因此,内外层腐蚀产物中含有大量的Fe、O元素;内外锈层中均含有少量的Cl元素,表明Cl^-参与了腐蚀反应过程;内外锈层中Cr、Co、Ni等合金元素的存在,使得锈层具有离子选择性、致密性,加速了锈层的产生。未腐蚀的试样表面电位分布比较均匀,集中程度较高,即电位差较小,总体电位差为152mV,有少量表面活性点随机分布,此时试样表面阴极和阳极分布不规则。盐雾试验3天后,试样表面电位正移,分布趋于分散,电位差增大,总体电位差为270mV,产生较为明显的阴极区和阳极区,由于吸附在试样表面活性点附近的Cl^-破坏了表面的氧化膜,腐蚀情况逐渐发生。盐雾试验6天后,试样表面电位进一步升高,分布更为分散,电位差略有减小,总体电位差为180mV,由于腐蚀产物层的不断扩展,试样表面已经分为明显的较大面积的阴极区和阳极区。结论Cl^-的侵蚀作用破坏了基体表面的氧化膜,使得AerMet100钢的腐蚀在夹杂物处发生。腐蚀产物能够阻碍Cl^-的渗透,对基体具有保护作用。

热等静压对电子束成形AerMet100钢性能的影响

针对电子束增材制造技术成形的Aer Met100钢,研究了热等静压工艺与拉伸性能的关系。利用光学显微镜对其内部组织进行观察,利用万能试验机测试了其室温拉伸性能。结果表明:均匀化退火与热等静压对电子束成形Aer Met100钢的室温抗拉强度有明显改善;930℃热处理后的试样的抗拉强度高于1000℃热处理试样的抗拉强度,但屈服强度略低;均匀化退火与热等静压处理对材料塑性的改善不明显,但可降低成形件抗拉性能的各向异性。

Aermet100钢热变形过程中微观组织演变规律

AerMet100钢因其突出的抗拉强度、硬度、韧性和抗疲劳强度等力学性能,在航空航天领域被广泛应用,尤其军用战机中的重要承力构件会选用AerMet100钢,其中更以飞机起落架为主。文章采用微观组织观察方法,对该合金钢热变形前后的微观组织进行观察与表征。从而揭示A100钢热变形过程中微观组织演变规律,随着温度的提升,其组织在往更易于动态再结晶和动态再结晶的长大并向动态再结晶长大后的合并趋势进行。

Aermet100钢热变形行为研究

AerMet100钢是二次硬化钢里非常典型的特种钢,因其非常突出的抗拉强度、硬度、韧性和抗疲劳强度等的突出性,在中国的航空航天技术中被广泛应用。本文的研究思路为采用Gleeble-3500型热模拟机对国产AerMet100钢圆柱形铸锭进行热压缩模拟实验,获得A100钢不同热变形温度、应变速率下的应力-应变曲线。以实验数据为基础,计算该合金钢的应变速率敏感型指数m值。从而得到A100钢热变形过程中的流变应力特性。

淬火温度对电弧微铸锻AerMet100钢组织与性能的影响

采用OM、XRD、SEM、TEM和力学性能试验方法,研究了在885~1150℃范围内不同淬火温度对电弧微铸锻增材制造AerMet100超高强度钢组织及力学性能的影响规律。结果表明,电弧微铸锻AerMet100钢原始态组织主要由板条马氏体和奥氏体组成,呈现出快速凝固的组织特征;随着淬火温度的升高,试验钢的凝固组织逐渐消失,当温度超过1050℃时基本上完全消除;断裂韧度随着淬火温度的升高表现出升高的趋势;抗拉强度和屈服强度随着淬火温度的升高没有明显变化;冲击吸收能量随着淬火温度的升高呈现先升高后下降的趋势,在淬火温度为1050℃时达到峰值。在试验温度范围内,1050℃左右淬火可获得优异的强韧性匹配,此时试验钢的断裂韧度为82.9 MPa·m^(1/2),抗拉强度为2010 MPa,冲击吸收能量为50 J。