AerMet100超高强钢热变形行为及3种流变应力模型对比

对Aer Met100超高强钢试样进行了变形温度为1173~1473K、应变速率为0.01~10s^(-1)、变形量为60%的热压缩实验。结果表明:随着应变的增加,Aer Met100超高强钢试样的真应力先迅速增大,然后增长速率减小,直至趋于动态平稳。在实验的变形条件内,真应力-真应变曲线呈现出动态回复型与动态再结晶型这2种曲线形式。基于实验结果,分别构建了应变补偿型Arrhenius本构模型、优化型Johnson-Cook模型和BP神经网络模型,分析对比了3种模型对Aer Met100超高强钢高温变形行为的预测精度,得到3种模型的线性相关系数R分别为0.99461、0.98694和0.99998;平均相对误差绝对值AARE分别为3.029%、5.220%和0.129%。其中,BP神经网络模型预测的流变应力线性相关强度最高,模型预测精度最高。

回火工艺对Aermet100超高强度钢组织与韧性的影响

采用SEM、TEM等方法研究了不同回火温度对Aermet100超高强度钢的显微组织和韧性的影响。结果表明,Aermet100钢经885℃淬火后,在472～492℃温度范围内回火,显微组织为高位错密度的板条马氏体(板条M)和少量逆转变奥氏体(AR)。随着回火温度的升高,板条M宽度略有增加,韧化相AR的含量有所提高。高密度位错马氏体的存在使得Aermet100钢保持较高的韧性水平,而逆转奥氏体含量的增加则导致Aermet100钢的韧性显著提高。

超高强度钢AerMet100磨削烧伤研究

针对超高强度钢AerMet100磨削烧伤问题,基于磨削热力耦合及烧伤测试方法的结合获得磨削烧伤机理和定量化分析方法。在正交磨削工艺参数条件下对磨削温度和磨削力测试分析,建立了磨削力和磨削温度关于磨削工艺参数的回归经验模型。在此的基础上,分别采用酸洗法、显微硬度法、微观组织法研究了的磨削烧伤机理和测试方法,同时采用巴氏杂讯法获得了磨削烧伤关于磨削工艺参数的回归经验模型,分析了磨削工艺参数对磨削烧伤的影响规律。研究结果表明:磨削烧伤是磨削热力耦合作用的结果,采用巴克杂讯法检查烧伤具有无损测试、量化分析的优点;磨削力、磨削温度和磨削烧伤BN值均对磨削深度的变化最敏感,磨削烧伤BN值随着磨削深度、砂轮速度和工件速度的增大而增大。其为超高强度钢AerMet100构件的磨削烧伤测试和控制提供数据依据和理论指导。

AerMet100超高强度钢的动态力学性能研究

对AerMet100超高强度钢淬火后深冷处理,然后在不同温度下回火,利用OM,SEM,TEM对处理后的组织进行观察。采用分离式Hopkinson压杆研究不同热处理工艺对其动态力学性能的影响规律。结果表明:深冷处理可降低残余奥氏体的含量,提高材料的动态塑性,改善材料的综合性能;在高应变率(1000~4200s^(-1))下,与准静态相比,材料表现出明显的应变率硬化效应。随着回火温度的升高,材料的动态压缩强度呈现出先升高后降低的趋势,在482℃时出现峰值,约为2800MPa。在动态加载条件下,材料的断裂形式均是剪切断裂。

AerMet100超高强度钢铣削加工性能及参数优化研究

为研究AerMet100超高强度钢铣削加工性能及加工后表面质量,基于仿真与正交试验综合分析加工铣削力,并建立经验预测模型进行参数分析;以加工表面粗糙度和显微组织变化为参评指标,分析铣削加工参数对加工表面质量的影响,并对铣削参数进行多目标遗传算法优化。结果表明:铣削力仿真值与试验值变化趋势基本相同,且进给量和切削深度对铣削力影响最显著;进给量对表面粗糙度影响最显著;靠近加工表面的晶粒发生组织变化,变化程度随距离增大而减小。

基于响应面法AerMet100超高强度钢钻削预测与优化试验研究

为了在实际钻削加工中,获得更优加工表面质量,减小刀具磨损的同时提高加工效率,使用响应面法对AerMet100超高强度钢进行钻削加工轴向力预测和优化研究,通过中心组合设计试验结果建立预测模型并进行模型显著性分析和参数交互回归分析,以研究各加工参数(主轴转速、进给速度以及步进量)改变对轴向力的变化影响规律,并对最优方案进行试验验证。研究表明:预测模型较为显著且拟合程度较高,失拟项不显著;主轴转速与进给速度及其二次项相对于步进量和各参数交互项对轴向力影响更为显著;试验验证预测模型相对误差较小,证明预测模型较为可靠。

AerMet100超高强度钢铣削表面质量与参数优化

针对AerMet100超高强度钢的难加工性,基于正交试验分析不同铣削参数下加工表面粗糙度、三维表面形貌和金相组织的变化规律,并建立加工表面粗糙度经验数学模型。通过多目标粒子群优化算法对铣削参数局部寻优。结果表明:切削参数中主轴转速是表面粗糙度的最大影响因素。加工表面近端产生一定厚度的变形区和白层,靠近加工表面白层厚度随切削用量的增加发生变化,位于变形区的晶粒组织沿切削速度方向表现出明显的取向性。经验证,通过多目标优化算法获取的参数组合相对误差较小,预测模型的可靠性较高。

AerMet100超高强度钢拉削工艺仿真

为更好地预测机加工中的切削力及切削温度,利用AdvantEdge软件对AerMet100超高强度钢的拉削工艺进行仿真研究,通过单因素试验法分析了不同切削参数对切削力及切削温度的影响规律。采用多元线性回归分析法对正交仿真试验数据进行分析,建立切削力及切削温度的模型公式,并利用极差分析法筛选出最优组合,对模型进行验证。结果表明:齿升量是影响切削力的主要因素,切削速度和拉刀前角次之;齿升量和切削速度也是影响切削温度的主要因素,拉刀后角对切削力及切削温度的影响较小,且建立的模型公式能较好地预测切削力及切削温度。

热处理对激光增材制造AerMet100超高强度钢动态力学性能的影响

采用分离式霍普金森压杆对激光增材制造AerMet100超高强度钢沉积态和热处理态试样进行高应变率(1000~4200 s-1)动态压缩测试,并对微观组织和冲击断口进行了分析。结果表明:激光增材制造AerMet100钢具有明显的应变率敏感性,应变率强化效应显著;热处理可显著提高激光增材制造AerMet100钢的动态冲击性能,经885℃固溶(1 h)+(-73℃)深冷(1 h)+482℃回火(5 h)处理后,激光增材制造AerMet100钢试样表现出最佳的强韧性配比,动态冲击性能优异;当回火温度提高到494℃时,试样的动态压缩强度降低。

真空感应熔炼AerMet100超高强度钢脱氮实验研究

通过取样检测并结合热力学和动力学计算研究了氧化镁质(MgO)、镁铝尖晶石质(MgO·Al_(2)O_(3))和氧化钙质(CaO)3种坩埚和2种真空压力(50~100 Pa和5~10 Pa)对AerMet100超高强度钢脱氮的影响。实验结果表明:随着精炼时间增加,3种坩埚在2种真空压力下的钢液中N质量分数都逐渐减少。相比之下,CaO坩埚脱氮效果最佳,2种真空压力下30 min时N质量分数均减少到0.000 5%。动力学计算结果表明:MgO和MgO·Al_(2)O_(3)坩埚在2种真空压力下的钢液中O和S活度较高,脱氮反应均服从2级,即钢液脱氮受界面化学反应控制;而CaO坩埚在2种真空压力下的钢液中O和S活度较低,脱氮反应均服从1.5级,即钢液脱氮由液相边界层传质和界面化学反应共同控制。此外,减小真空压力,脱氮速率加快,有利于钢液脱氮。

屈服强度1100 MPa级超高强钢热处理组织及性能

随着工程机械向大型化轻量化方向发展,超高强钢的市场需求越来越大且综合性能要求越来越严格。结合5 000 mm宽厚板生产线及热处理装备,研究淬火过程中淬火温度对屈服强度1 100 MPa级超高强度钢组织及力学性能的影响。结果表明,淬火温度决定了合金元素的溶解和分布状态、原始奥氏体晶粒尺寸,影响试验钢的综合力学性能。不同淬火温度下,基本微观组织为板条马氏体。随着淬火温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸增大;当淬火温度由840℃升高至990℃时,原奥氏体晶粒平均尺寸由9.0μm增加到22.5μm。采用900~930℃淬火及350℃回火的热处理工艺,试验钢可获得最佳的强韧性匹配,此时屈服强度为1 125~1 155 MPa、抗拉强度为1 306~1 335 MPa、断后伸长率为12.5%~14.0%,布氏硬度为415~419,-40℃冲击功为80~100 J,抗拉强度与布氏硬度比值范围在3.10~3.20之间,满足标准GB/T 28909—2012对Q1100E的要求。

超高强钢在不同单一霉菌环境中的腐蚀行为研究

通过扫描电镜结合能谱分析,对Aermet100钢、300M钢和超高强不锈钢3种超高强钢在绳状青霉、黄曲霉和杂色曲霉3种单一菌种中的腐蚀形貌进行观察分析,结果表明:3种超高强钢试样进行84 d霉菌试验后,试样表面都发生一定的腐蚀。其中,在杂色曲霉环境中,3种超高强钢腐蚀都比较严重。采用扫描Kelvin探针测试技术,研究了3种超高强钢在杂色曲霉环境中的腐蚀行为,结果表明:杂色曲霉对Aermet100钢和300M钢的腐蚀行为有一定促进作用;而杂色曲霉形成的生物膜覆盖在超高强度不锈钢表面,抑制其腐蚀的发展。

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。