热处理对高Co-Ni超高强度钢冲击断口的影响

研究了不同固溶及回火温度对高Co-Ni超高强度钢23Co14Ni12Cr3Mo的Charpy V型缺口试样冲击功AKV和硬度HRC的影响,并用扫描电镜观察分析不同处理状态下的冲击断口形貌,用透射电镜对未溶碳化物进行了分析。结果表明,在850～930℃范围内固溶,随温度的提高,冲击功升高,硬度先升高后降低;在454～510℃范围内回火,随温度的提高,冲击功也增加,硬度降低。断口形貌观察结果表明,试验用钢冲击断口形貌均呈韧窝状,为韧性穿晶断裂,随固溶温度升高韧窝变大变深。韧窝中发现M23C6型碳化物颗粒,随固溶温度的升高而逐渐减少,提高固溶温度对改善试验用材料综合性能有利。

高Co-Ni超高强度钢残余应力的巴克豪森信号表征

采用四点弯曲的加载方式,通过巴克豪森检测方法表征高Co-Ni超高强度钢不同热处理状态的残余应力以及微观组织状态。分析得出残余应力以及微观组织与巴克豪森信号的对应关系。结果表明,高Co-Ni超高强度钢表层应力和材料微观组织与巴克豪森信号值相关性较好,在弹性极限范围内,巴克豪森噪声值(BN)随拉应力的增大而增大,随压应力的增大而减小;退火处理状态下BN值最高,淬火态次之,回火状态下最低。

Co-Ni超高强度钢的组织与性能

研究了回火温度对Co-Ni超高强度钢AerMet100显微组织和力学性能的影响。430℃回火,板条边界存在的粗大渗碳体使钢的冲击韧性和断裂韧性出现最低值。455℃回火导致硬化峰,主要是位错上有细小碳化物的析出共格区所致。482℃回火,片状渗碳体减少及板条边界形成的薄膜状的逆转奥氏体,钢的韧性迅速增加。高温回火,M_2C粗化并失去与基体的共格关系,钢强度下降。采用大型真空炉试制的大规格AerMet100棒材,各项指标满足标准要求,主要力学性能σ_b为2000MPa,K_(IC)为110MPa m^(1/2)。

Co-Ni超高强度钢的疲劳裂纹扩展行为与组织的关系

研究了 2 3NiCo钢应力比R =0 .1的疲劳裂纹扩展行为与组织的关系。 2 3NiCo钢比同一强度级钢具有较低的裂纹扩展速率的原因主要与钢的微观组织特征有关。 2 3NiCo钢在

夹杂物体积分数和平均间距对高Co-Ni超高强度钢断裂韧度的影响

微孔聚集延性断裂模式的高Co-Ni超高强度钢的断裂韧度受显微组织和夹杂物特征控制。影响断裂韧度的夹杂物特征包括夹杂物性质、大小、体积分数、平均间距和夹杂物抗空穴形核能力。在固定显微组织和夹杂物抗空穴形核能力因素的基础上,分析夹杂物体积分数f、夹杂物平均间距X0对临界裂纹尖端张开位移δIc的影响,得出高Co-Ni超高强度钢临界裂纹尖端张开位移与夹杂物体积分数f-1/3和平均间距X0呈线性关系。结果表明,减小夹杂物体积分数、增大夹杂物平均间距有利于高Co-Ni超高强度钢断裂韧度的改善。

高温处理对高Co-Ni超高强度钢拉伸性能的影响

研究了不同微合金化的高Co-Ni超高强度钢A-100在标准热处理以及高温处理(模拟锻造死区状态)的拉伸力学性能及断口形貌.结果表明,在标准热处理条件下材料的综合力学性能优异,高温+标准热处理之后强度变化不大,但断后伸长率和断面收缩率显著下降.加入稀土元素Ce,高温+标准热处理后的塑性损失情况大大改善.高温处理使微观组织从标准热处理下的细小均匀板条马氏体变为粗大的板条马氏体,使拉伸断口由韧性断裂的韧窝状变为脆性沿晶断裂的“冰糖状”.沿晶断裂刻面为大量细小的韧窝,韧窝底部存在大量碳化物颗粒.加入Ce元素后断口出现了部分穿晶断裂,脆性开裂状态有所改善,与力学性能的提高相对应.在进行锻造工艺设计和生产过程中应尽量避免形成不变形的“锻造死区”.

航空超高强度钢表面防护技术的研究进展

超高强度钢同时具有高强度和高韧性,是航空航天领域的重要承载构件,在飞机起落架、主梁、传动件、承力螺栓等领域有着广泛的应用。由于其使用时经常暴露在海洋大气环境下,腐蚀现象比较严重,通过对其进行表面保护,可以有效地改善其耐蚀、耐磨等性能,延长相关零件的使用寿命。针对目前常用的几种表面防护技术(热喷涂、真空镀、电镀、化学镀、表面组织转化、激光熔覆、离子注入等),综述了这些表面防护方法对不同超高强度钢耐磨、耐蚀、氢脆、疲劳等方面的影响,分析了这些防护方法的优缺点,并对其今后的发展方向进行了展望。

超深井用160钢级超高强度高韧性套管的研制及组织表征

根据超深井开发要求对超高强度高韧性套管的合金化技术和制造工艺进行研究,开发出具有优异韧性和抗延迟断裂性能的BG160V超高强度高韧性套管,并分析了该BG160V套管在不同服役温度下的强韧性以及微观组织。工业性试制的性能检测结果表明:该套管的屈服强度达到1100 MPa以上,0℃横向夏比冲击功超过名义屈服强度的10%,满足超深井油气资源开发对套管性能的要求;管体晶粒度达到11级,平均有效晶粒尺寸2.45μm,细小的晶粒是材料具有良好韧性和抗延迟断裂性能的主要保证。

3 GPa超高强度马氏体时效钢组织性能

航空航天系统的小型化、轻量化发展趋势对动力轴材料的强塑性提出了更高的要求。为了开发3 GPa级的马氏体时效钢,设计一种高Co、Ni、Mo的马氏体时效钢,其成分为14Ni-15Co-9Mo-0.86Ti-0.35Al-Fe。通过锻比大于10的高温大塑性变形尽可能细化晶粒,并结合预拉伸变形及深冷+时效的热处理工艺调控,实验钢抗拉强度达到3.076 GPa,断后伸长率5.5%,表现出了优异的强塑性。通过对其显微组织进行分析表征,发现其基体组织为高位错密度的板条马氏体结构,平均晶粒尺寸为0.47μm。透射电镜及3DAP结果表明,基体中分布着大量的Ni3(Mo,Ti),析出相平均直径为6~7 nm。析出强化、细晶强化及位错强化是其主要的强化机制,保证了合金超过3 GPa的超高强度,同时极细的亚微米级晶粒保证了材料良好的塑性。

激光热处理对超高强度钢扩孔性能的影响

针对DP1180和MS1500两种超高强度钢,采用不同激光工艺参数对拉伸试样进行了激光热处理,通过基于数字图像相关(DIC)技术的单向拉伸实验和显微硬度测试获得激光热处理试样的力学性能并确定了最优激光热处理工艺参数。基于该参数对扩孔试样进行了激光热处理和扩孔实验,研究了激光热处理对两种超高强度钢扩孔性能的影响。结果表明,激光热处理后两种超高强度钢的扩孔性能均显著提升。DP1180在激光功率700 W、扫描速度5 mm·s^(-1)热处理后的扩孔率较基材增加约25.4%。MS1500在激光功率625 W、扫描速度5 mm·s^(-1)热处理后的扩孔率较基材增加约34.4%。

超高强度钢超声振动光整加工性能试验研究

超声振动光整加工可有效提高工件强度、耐疲劳性以及耐腐蚀性,进而延长被加工零件使用寿命。针对飞机典型难加工材料30CrMnSiNi2A超高强度钢试样实施超声振动光整加工,通过对试样开展表面残余应力、显微硬度、拉伸试验、疲劳试验等试验分析,验证了经超声振动光整加工后试件的表层残余应力状态有较明显的改善、组织更细密、疲劳性能提升,进而为满足新一代飞机对机体结构提出的长寿命的设计指标提供了新的制备工艺方案。

扩孔参数对AF1410超高强度钢切屑微观形貌的影响

通过对AF1410钢扩孔加工试验探究主轴转速和进给速度对切屑微观形貌的影响,为改善切屑形貌提升AF1410超高强度钢的扩孔质量提供依据。对有典型形貌特征切屑的自由表面、后表面和上表面进行观测,结果表明,切屑自由表面均为锯齿状片层结构且锯齿片层的宽度随主轴转速和进给速度的增加而增加。切屑后表面整体较光滑,随着主轴转速的增加,后表面光滑程度增加,利于提升已加工表面质量,且在主轴转速为800r/min时,顶部出现撕裂锯齿状毛边,同时进给速度对后表面影响较小。切屑上表面均呈周期锯齿状,切屑厚度随主轴转速增加而减小,锯齿高度随着主轴转速和进给速度的增加而增加。

飞机起落架用300M超高强度钢的表面脱碳行为研究

300M超高强度钢具有优异的综合性能,被广泛应用于飞机起落架系统中各种重要承力锻件的制造。在热加工生产流程中,长时间高温加热和热处理,材料不可避免会发生脱碳现象,脱碳会显著恶化钢质锻件表面的微观组织和力学性能,是飞机起落架零件上不允许出现的一种材料缺陷。通过箱式电阻炉等温加热实验,利用金相法,研究了保温时间、加热温度和热处理工艺等工艺参数对300M超高强度钢脱碳行为的影响。结果表明:当加热温度为1160℃时,在0.5~2 h保温时间范围内,300M超高强度钢的脱碳层深度随着保温时间的延长而增大,但是脱碳层深度增长趋势随着保温时间的增加而变缓;当保温时间为2 h时,在800~1200℃加热温度范围内,脱碳层深度随着加热温度升高先增大后减小,当1100℃时脱碳层深度最大;不同热处理工艺下,不做热处理时300M超高强度钢的表面脱碳深度最小,而加热温度最高的正回火+淬回火热处理工艺的脱碳层深度最大。

固态相变对Fe-Co-Ni超高强度钢长臂梁构件焊接-淬火过程应力和变形的影响

建立了Fe-Co-Ni超高强度钢板电子束焊热源模型和“热-冶金-力学”耦合有限元模型,通过焊缝截面形貌和残余应力的模拟结果和实测结果对比,验证了耦合有限元模型的可靠性。利用耦合有限元模型模拟了Fe-Co-Ni超高强度钢长臂梁构件的“电子束焊-真空气淬”过程,预测了在焊接-淬火过程中组织转变规律和应力与变形。研究发现,真空气淬是导致超高强度钢构件产生明显变形的主要原因,考虑固态相变的真空气淬过程模拟结果可以获得准确的变形方向和大小。

激光辅助铣削AerMet100超高强度钢薄壁件变形与表面粗糙度研究

采用激光参数优化实验对AerMet100超高强度钢的激光辅助铣削进行激光参数优化,并进行激光辅助铣削AerMet100超高强度钢的温度单因素实验和正交试验,分析了适合AerMet100超高强度钢加工温度场及各铣削参数对薄壁工件变形、表面粗糙度的影响,采用极差分析的方法得到影响工件变形和表面粗糙度的铣削参量排序。从工件变形量和表面粗糙度两个方向进行参数优化,为激光辅助铣削Aermet100超高强度钢提供了指导。

30Cr3超高强度钢淬火态激光焊接接头组织及性能分析

为了分析淬火态30Cr3超高强度钢激光焊接接头的微观组织特点、力学性能及断口特征,采用碟式激光发生器和KUKA机器人进行激光自熔焊接,工艺参数为:激光功率4 200 W、焊接速度1.45 m/min、离焦量+5 mm、保护气流量25 L/min。利用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计和拉伸机等对焊接接头进行分析检测。结果表明,在优化的激光焊接工艺下,焊缝成形良好,无裂纹、咬边等缺陷;焊缝区组织为树枝晶状,热影响区组织为粗大的马氏体,部分相变区为回火屈氏体+回火马氏体;显微硬度测试显示焊缝熔池处硬度最高,平均值为589 HV,部分相变区硬度最低,平均值为482 HV;焊接接头的平均抗拉强度为1 727 MPa,达到母材的96.7%,平均延伸率为5.6%;断裂位置集中在热影响区,断裂方式为韧性断裂。试验证明,30Cr3超高强度钢在淬火状态下通过激光焊接可以获得接近母材性能的焊接接头,尽管存在部分相变区的软化现象,但焊接接头的整体力学性能良好,为固体火箭发动机壳体等承压件的制造提供了一种可行的焊接工艺方法。

双时效工艺对复合析出强化型超高强度钢的组织与性能的影响

为了使新开发的Fe-C-Cr-Ni-Mo-Co-Al复合析出强化型超高强度钢实现较好的强韧性匹配,本研究深入探讨了双时效工艺对实验钢组织演化和力学性能的作用机制,确定最优的时效工艺参数,以达到优异的强度与韧性。研究结果表明,正常时效工艺,实验钢具有较高的抗拉强度(1924 MPa),但是屈服强度和韧性较差。双时效工艺(570℃×0.5 h+480℃×20 h)可以使钢的强度和韧性达到良好的匹配,经优化的双时效工艺后,抗拉强度仅下降42 MPa的情况下,屈服强度提高了224 MPa,冲击功提高了77%,其中,冲击功的误差为±0.5 J。组织表征与理论计算结果表明,析出强化相及逆转变奥氏体的含量对实验钢的强韧性起决定性作用,高温预时效有利于钢中奥氏体和二次硬化析出相的形核长大,逆转变奥氏体的形成有助于提升实验钢的冲击功,但奥氏体含量过高会显著降低钢的强度。当在610℃持续时效处理,沉淀相粗化和马氏体组织回复会导致强度和韧性降低。

超高强度钢螺栓断裂失效分析

马氏体型超高强度钢30Si2MnCrMoVE钢制连接螺栓在装配预紧力作用下,发生延迟断裂。对断裂螺栓进行化学成分分析、金相硬度检验和断口分析,发现螺栓组织正常,力学性能合格,断口呈沿晶形貌,晶面存在鸡爪痕和空洞,呈现典型的氢致开裂断口形貌特征,裂纹起源于螺纹根部。得出螺栓的断裂原因为在静载荷的持续拉应力下,发生的氢至延迟断裂。通过对氢脆产生的原因进行分析,针对高强度螺栓氢脆敏感性和缺口敏感性较高的特点,提出了解决措施。

超高强度钢组织性能调控研究进展

基于超高强度钢在航空航天领域的应用,本文综述了国内外低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢的发展现状,总结了不同种类的超高强度钢发展趋势及组织性能调控思路。

基于仿真的M54超高强度钢真空自耗重熔工艺优化

采用Meltflow-VAR软件,选取稳态熔速为3.6、3.9、4.2、4.5、4.8、5.1 kg/min六种工艺曲线,对M54超高强度钢Φ660 mm大锭型真空自耗重熔工艺进行仿真。计算结果表明,随熔速增加,熔池深度和体积增加,熔速4.8 kg/min及以上熔池与结晶器完全接触,冷却效果得到改善。一次枝晶间距随熔速增大单调上升,局部凝固时间和二次枝晶间距在3.6~4.8 kg/min范围随熔速增加下降、在4.8~5.1 kg/min无明显变化。选取4.2 kg/min熔速开展工业化试制验证,熔池形状与计算结果吻合良好。钢锭宏观偏析程度较低,但微观偏析(枝晶偏析)的程度可达30%以上。微观偏析在有二次枝晶结构存在的位置与二次枝晶间距正相关,在无二次枝晶结构的位置与一次枝晶间距正相关。综合考虑熔速对熔池形状、枝晶间距、元素偏析的影响,建议稳态熔速优化为4.8 kg/min。