20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

12Cr2Mo1锻件带极埋弧堆焊Inconel625工艺研究

为保证12Cr2Mo1锻件带极埋弧堆焊Inconel625质量达到设计文件要求,对锻件基材和Inconel625焊接性能进行了分析,模拟承制产品实际生产状态进行堆焊工艺评定试验,采用周向堆焊和直道堆焊相结合的方法制备评定试件,对堆焊层化学成分、弯曲性能、硬度指标、金相组织、耐腐蚀性能进行了检测。试验结果表明,采用EQ62-50/ES200的焊带/焊剂组合可以获得性能优良的堆焊层。对堆焊层进行腐蚀速率检测,其焊态试样腐蚀速率为1.50 mm/a,固溶态试样腐蚀速率为1.17mm/a,两者之比为1.28,满足JB/T 4756—2006标准规定比值小于或等于1.5的要求。根据评定合格的焊接工艺对热高分气/循环氢换热器管板进行了堆焊,堆焊产品已稳定运行三年,未出现焊接缺陷和腐蚀缺陷。

200 mm厚度加氢反应器用特厚板12Cr2Mo1VR(H)的开发

介绍了加氢反应器特厚板12Cr2Mo1VR(H)钢的成分设计、冶炼、浇铸和轧制工艺,利用JMatPro软件计算热扩散率、热容量、钢板导热能力等重要相变参数,并分析了热处理制度对其组织、回火脆化性能、高温持久与蠕变性能的影响。生产过程中通过调整Cr、Mo(Mn)和V含量,控制各组织的形态和分布,促进晶内铁素体形核,利用洁净钢冶炼技术将有害元素控制在较低水平,减少有害元素晶界偏聚产生的回火脆化现象,利用水冷模浇铸技术和控制轧制技术控制原始晶粒度,性能检测结果显示,12Cr2Mo1VR(H)钢的抗回火脆化温度达到-51℃,钢板经模拟热循环后X向、Y向、Z向的三个位置拉伸性能差异范围在15 MPa以内,厚度截面表层、厚度1/4、厚度1/2、厚度3/4位置冲击功均达到280 J以上,无较大的位置趋向差异,在540℃温度下,加载力为210 MPa时,持续1 010 h未断裂,高温蠕变弹性伸长率为0.147 5%,总塑性伸长率1.454 5%。

高强无磁不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N的热加工特性

利用Gleeble 3800热模拟机对奥氏体不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N进行热压缩实验,研究该钢种的高温变形与应变速率以及温度的关系,建立了双曲正弦本构方程,最终得到其热激活能为679.58 kJ/mol,应变速率因子Z=εexp(679580/R T)。实验结果表明,在950~1200℃,0.01~10 s^(-1)条件内,材料变形过程均发生动态再结晶,在950℃,应变速率为0.1 s^(-1)条件下,再结晶开始的变形量为10%。流变应力随温度升高及应变速率降低呈现明显下降趋势,由950℃、10 s^(-1)时的326 MPa降低至1200℃、0.01 s^(-1)时的75 MPa。结合微观组织分析及锻造试验,对压缩试样开裂问题进行深入探究,结果表明晶界处碳、氧化物的聚集恶化晶界塑性,导致热变形过程中在该处形成裂纹源并逐步扩展。通过热处理和热变形试验,确定Cr21Ni13Mn5Mo2N电渣锭在1170℃固溶6 h后晶界碳、氧化物消除,电渣锭晶界处结合力明显提升,成功消除锻造开裂问题,实现锻造成材率大幅提升。

G20Cr2Ni4A轴承滚子开裂失效分析

采用金相显微镜、洛式硬度计、扫描电镜、X荧光光谱仪等检测分析手段,对材质为G20Cr2Ni4A的轴承滚子开裂原因进行分析。结果表明:G20Cr2Ni4A钢的化学成分、硬度、渗碳层深度及金相组织等均符合技术标准要求;失效滚子基体中存在的氢脆缺陷,大大增加了材料脆性,此为其快速脆性断裂的主要原因。

动载荷下Mn13Cr2Mo高锰耐磨铸钢形变硬化行为

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)的测试方法对不同冲击载荷下典型高锰铸钢Mn13Cr2Mo的形变硬化行为进行了系统研究。结果表明,随着气缸压强由0.2MPa增加至0.8MPa,Mn13Cr2Mo铸钢形变硬化过程可近似分解为线性硬化、非线性硬化两阶段;当压强为0.2 MPa时,线性硬化维持至约107 MPa时开始向非线性硬化阶段转变。当压强由0.4 MPa增加至0.6 MPa时,线性硬化向非线性硬化阶段转变的临界强度由123 MPa增加至356 MPa;在非线性硬化阶段,当压强高于0.4 MPa时高锰钢的应变硬化率明显提高。综合考虑线性硬化向非线性硬化的转变强度以及高锰钢的加工硬化速率,当气缸压强高于0.6 MPa时,由线性硬化向非线性硬化阶段转变的临界强度达到约356 MPa。材料在非线性硬化阶段的应变硬化率较高,此时试验用Mn13Cr2Mo高锰耐磨铸钢形变硬化能力被充分激发。

NiCrFe合金补焊15Cr2Mo1耐热钢焊缝组织与力学性能

针对15Cr2Mo1耐热钢焊缝服役过程中易出现表面裂纹的问题,采用与该钢种使用场景相似的NiCrFe合金对预制不同坡口深度来模拟裂纹深度的焊缝进行补焊。通过补焊焊缝组织及性能表征,验证补焊修复工艺的适用性。结果表明:不同深度裂纹补焊后均成型良好且无明显缺陷,焊缝金属均由奥氏体胞状树枝晶及第二相析出物组成,熔合区附近存在少量共晶铁素体,但Ⅱ型边界与熔化边界间的白亮条带中不存在铁素体。补焊填充量的增加主要使接头的屈服强度降低,尤其坡口深度由6.5 mm增加至13 mm时,室温及高温屈服强度均大幅度降低15%左右,此后降低趋势减缓。填充量增加使熔合线及熔合线外2 mm区域冲击韧性提高,而全焊缝硬度随填充量增大呈现先减小后增大的特点,这与补焊缝所受的拘束作用、合金元素偏析形成析出相增多有关。

冷轧压下率对ZGMn18Cr2钢组织与性能的影响

采用显微组织观察、XRD、硬度测试、冲击磨损试验等研究了不同冷轧压下率(15%~55%)对ZGMn18Cr2钢组织与性能的影响。结果表明:经1120℃×2 h水韧处理的ZGMn18Cr2钢为均匀的奥氏体组织,晶粒呈等轴状。随着冷轧压下率的增加,钢的晶粒不断沿着轧制方向被拉长,变形带逐渐增多,位错密度逐渐增大,硬度逐渐增加,耐磨性能逐渐提高。与未冷轧的ZGMn18Cr2钢相比,冷轧压下率55%的钢硬度提高了131.5%,冲击磨损质量损失降低了37.3%。

20Cr2Ni4A钢的高温热变形行为及热加工图

利用热模拟试验机,在变形温度800~1050℃、应变速率0.01~5 s^(-1)条件下对20Cr2Ni4A钢进行单道次热压缩试验,对获得的真应力-真应变曲线进行摩擦修正,根据摩擦修正后的曲线,分析了其高温热变形行为,构建了热变形本构模型,绘制了热加工图。结果表明:通过摩擦修正计算得到的流变应力小于实测应力,二者差距随应变增加而增大;当变形温度为850~1050℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1)时,试验钢在热压缩过程中的动态再结晶较明显;构建的热变形本构模型能够很好地预测试验钢在高温变形时的峰值应力,预测值与实测值的平均相对误差在3.44%;由建立的热加工图结合显微组织,得出试验钢适宜的热变形工艺参数为变形温度875~925℃、应变速率0.01~0.02 s^(-1)和变形温度925~1050℃、应变速率0.01~1 s^(-1)。

18Cr2Ni4WA钢奥氏体形核和长大行为研究

在齿轮热加工过程中,发现有晶粒粗大不均匀即混晶现象,严重影响着大型风电齿轮的综合性能以及该新型材料的推广应用。为了细化晶粒、改善大型齿轮综合力学性能,以18Cr2Ni4WA大型齿轮钢为研究对象,研究其锻后热处理过程中奥氏体晶核形成及其晶核长大行为。结果表明,该钢的形核和长大都与α相再结晶有关,在临界温度(700℃)主要是针状形核,临界温度以上(740℃)发生球状形核。随着α相再结晶完成,长大趋于等轴状,且奥氏体均匀化。

12Cr2Ni4A钢球面垫圈开裂原因

某航空发动机经工厂试车后,发现其球面垫圈外圆发生开裂。采用宏观观察、断口分析、能谱分析、金相检验、硬度测试等方法对该球面垫圈的开裂原因进行了分析。结果表明:该球面垫圈经氰化处理后,在磨削加工过程中,磨削温度过高导致磨削烧伤,形成黑色团状区域,该区域在快速冷却后,存在较大的残余应力,从而在该区域产生磨削裂纹,最终导致该球面垫圈发生开裂。

高强度30Cr2Ni4MoV钢低压转子锻件断裂韧性研究

断裂韧性是汽轮机转子设计、制造和安全性运行评估的关键材料数据之一。测试研究结果显示,汽轮机低压转子锻件用830 MPa强度等级30Cr2Ni4MoV钢在室温下的断裂韧性为264 MPa·√m。通过与其他强度等级的30Cr2Ni4MoV钢的断裂韧性数据进行对比分析,可见随着强度等级提高,30Cr2Ni4MoV钢的室温断裂韧性略有下降,但830 MPa强度等级钢的室温断裂韧性与常用的760 MPa等级基本处于同一水平,仍保持在较高值上。研究成果可为高强度30Cr2Ni4MoV钢低压转子锻件的设计制造提供参考。

步冷试验对核电低压转子30Cr2Ni4MoV钢组织及力学性能的影响

为了解决30Cr2Ni4MoV低压转子钢的长期时效脆化问题,采用化学成分和显微组织分析以及室温拉伸、硬度、冲击、韧脆转变温度测试等方法,研究了步冷试验对核电汽轮机30Cr2Ni4MoV低压转子钢组织及力学性能的影响。结果表明:步冷试验过程中,低压转子钢的晶粒长大,碳化物聚集粗化,导致其拉伸强度和硬度降低,室温冲击吸收能量降低,韧脆转变温度升高,但步冷试验后力学性能的下降并不明显,据此判断所研究的30Cr2Ni4MoV低压转子钢对时效脆化不敏感。

12Cr2MoG材料焊接特性及处理

针对12Cr2MoG钢材在手动埋弧焊焊接时存在的问题,提出基于手动埋弧焊的焊接工艺,利用超声波、X射线、磁粉开展焊缝检测、化学成分分析以及硬度性能、抗弯曲性能、拉伸性能、冲击韧性检测,采用这种焊接方式,可以降低钢材焊接脆硬性,提升焊接接头性能,获得良好的焊接工艺参数,为手动埋弧焊焊接提供技术保证。

3Cr2W8V热作模具钢的稀土合金处理

采用15 t EAF冶炼,25 t LF精炼,740 kg铸锭锻制成Φ110 mm的3Cr2W8V钢材.在LF精炼后期,钢中氧含量为29×10-6,加入0.048%RE合金(%:21～24RE,44Si,3Mn,5Ca,3Ti,余Fe)进行稀土合金处理,稀土元素的回收率为30.78%.检验结果表明,进行稀土处理能够有效地改善3Cr2W8V模具钢共晶碳化物偏析,并显著减少P、Pb、Sn、As、Sb等有害元素在晶界的偏析.

替打环用30Cr2Ni2Mo钢中低温回火性能研究

通过光学显微镜、拉伸试验、冲击试验等方法,研究了回火温度对替打环用30Cr2Ni2Mo钢组织和力学性能的影响。结果表明:在220~450℃区间回火,30Cr2Ni2Mo钢硬度由51.3HRC降至45.9HRC,屈服强度从1359MPa降至1299MPa,抗拉强度从1673MPa降至1492MPa,屈强比从0.81升高至0.87,冲击吸收能量整体走势几乎呈水平线,在250℃时出现高点值为31.7J。

25Cr2Ni4MoV材料的真空直注工艺研究

25Cr2Ni4MoV真空直注工艺相较于中间包浇注工艺能避免钢液在浇注过程中接触大气,防止二次氧化,减少夹杂物的产生。本文在中间包浇注工艺基础上对真空直注工艺进行研究,通过温度、水口直径和吹氩压力的对比分析,确定了采用真空直注工艺时,控制浇注温度、浇注速度和钢液散流等关键参数与采用中间包浇注工艺时的差异。

3Cr2Mo钢CCT曲线的测定与分析

在Gleeble-1500热模拟机上测定3Cr2Mo钢以不同冷却速度连续冷却时的膨胀曲线,结合金相-硬度法、示差热分析法（DSC）获得该钢的连续冷却转变曲线（CCT曲线）。根据测得的CCT曲线,分析以不同冷却速度连续冷却时的组织转变;阐明冷却速度与组织的演变以及硬度变化的关系。比较分析所测CCT曲线与同类转变曲线的异同。研究结果表明：马氏体转变的临界冷却速度为1.0~1.5℃/S;为生产实践和新工艺的制定提供了参考依据。

30Cr2MoV转子钢高温下的低周疲劳特性实验研究

该文采用总应变控制对30Cr2MoV钢在高温450℃、500℃和550℃下的低周疲劳特性进行了实验研究.采用Manson-Coffin公式对实验结果进行了分析,得到了该材料的高温低周疲劳特性参数、循环应力(应变曲线和具有95%置信度的50%~90%的不同存活率下的应变(寿命曲线,并将实验结果和文献进行了比较,分析了存在差异的原因,对于汽轮机的疲劳设计、延寿和寿命管理具有很大的实用价值.

Al／Cr2O3复合粉体的制备及红外反射特性研究

采用液相沉淀法,制备了在片状铝粉表面包覆Cr2O3的复合粉体颜料,利用XRD、SEM、UV/VIS/NIR分光光度计、FTIR红外光谱仪等方法对颜料相结构、形貌、光谱及红外反射特性等进行了测试表征。结果表明,Cr2O3包覆层对光谱反射特性的影响随波长变化而异,波长越短,包覆前后反射率的变化越大。当Cr3＋：Al摩尔比为0.2：1.0时,Al/Cr2O3复合颜料在可见光波段的反射率下降接近50%,颜色明度参数L＊降低15,而8~14μm波段红外反射率下降不到10%。分析表明,包覆层对不同波长辐射的吸收系数以及表面粗糙度的差异导致了上述结果。该复合颜料对于低明度和光泽度的低红外发射率涂层设计有重要研究价值。