预腐蚀与预疲劳对30CrMnSiA螺栓钢微动疲劳行为的影响

为探究30CrMnSiA高强度螺栓钢在海洋环境服役工况下的微动疲劳行为,采用扫描电子显微镜、能谱仪、电化学阻抗谱等分析手段研究了预腐蚀、预疲劳以及两者联合作用对30CrMnSiA高强钢微动疲劳损伤行为的影响规律及机制。结果表明:本实验条件下30CrMnSiA螺栓钢损伤模式为微动疲劳;随着预腐蚀时间的延长,30CrMnSiA螺栓钢的微动疲劳寿命逐渐降低,预腐蚀6 d后螺栓的平均微动疲劳寿命降低了73.69%。在相同预腐蚀实验条件下,随着预疲劳循环次数的增加,螺栓的微动疲劳寿命逐渐降低;然而“预疲劳1万次+预腐蚀2 d”螺栓的微动疲劳寿命却稍高于单纯预腐蚀2 d的螺栓。预疲劳循环次数愈多和预腐蚀时间越长,螺栓的微动疲劳寿命则越短。预疲劳4万次循环后再腐蚀4 d的螺栓疲劳寿命降低了86.4%。原因是预腐蚀及其与预疲劳联合作用通常会促进30CrMnSiA螺栓钢表面疲劳裂纹的萌生和扩展,进而导致其微动疲劳寿命降低,但当预疲劳周次较少时,微动磨损较轻,且对螺栓表面有一定的整平作用,由此缓解了腐蚀的不利影响,使得螺栓的微动疲劳寿命反而比单纯预腐蚀螺栓的寿命稍长。

气流条件下30CrMnSiA钢的激光热化学烧蚀研究

基于三维可压缩非定常N-S方程和金属铁高温氧化原理,研究了气流条件下激光作用30CrMnSiA钢的热化学烧蚀特性。采用热-流-固紧耦合计算方法,结合二次开发程序和动网格技术,构建了钢的激光热化学烧蚀数值模型,考虑了烧蚀过程中金属氧化、膜层吸收率变化和气流冲刷等过程,分析了金属板表面膜层生长、氧化放热和流场变化规律。采用化学激光作为加载热源,设计并开展了气流条件下合金钢的热烧蚀实验,获得了其瞬态温度和烧蚀形貌。结果表明,数值模型能够模拟激光作用下金属表面膜层生长和氧化放热等过程,金属板烧蚀形貌和温度与实验结果吻合较好。

30CrMnSiA钢激光堆焊修复研究

采用正交试验对激光焊接工艺进行优化,随后采用不同焊丝对线切割预制深度为1.2 mm缺陷的30CrMnSiA钢疲劳试样进行激光堆焊修复。采用扫描电子显微镜和疲劳试验机检测了修复后的疲劳试样疲劳性能及其断口特征。结果表明:正交试验获得的最佳激光堆焊修复工艺参数为激光功率3.4 kW、扫描速度1.2 m/min和送丝速度3.0 m/min;以440 MPa的应力水平旋转弯曲疲劳试验时,采用GH3030合金焊丝激光堆焊修复的疲劳试样的循环次数大于10~6,大于采用其他两种焊丝修复的疲劳试样的循环次数,与30CrMnSiA钢疲劳试样的循环次数相近,说明GH3030合金焊丝最适用于激光堆焊修复30CrMnSiA钢。

30CrMnSiA结构钢表面多功能改性层的性能分析

首先采用不同技术在30CrMnSiA钢表面制备了6种黑色多功能改性层,分别是采用电镀技术制备了纯Cr镀层、纯Ni镀层、纯Zn镀层和Zn-Ni复合镀层,采用低温渗氮+氧化(LTN+O)复合技术制备了LTN+O复合层,以及采用物理气相沉积(PVD)技术制备了PVD涂层,随后利用X射线衍射仪、扫描电镜等对黑色多功能改性层的组织结构进行表征,以及通过显微硬度仪、球-盘摩擦磨损试验机和电化学工作站对其力学性能和耐蚀性能进行测试。结果表明:采用电镀、低温渗氮+氧化复合以及PVD沉积等技术均可在30CrMnSiA钢表面成功制备黑色多功能改性层;在硬度方面,PVD涂层硬度最高,达到1610 HV0.05;在摩擦磨损性能方面,相比30CrMnSiA钢基体,黑色多功能改性层的摩擦系数均略有升高,除纯Ni镀层外,其他改性层的耐磨性能均优于30CrMnSiA钢基体;在结合力方面,PVD涂层和纯Ni镀层的结合力最好,压痕边缘位置无裂纹;在耐蚀性方面,相比30CrMnSiA钢基体,Zn-Ni复合镀层和LTN+O复合层耐蚀性有所提高,其他改性层的耐蚀性有所降低。

30CrMnSiA钢钨极脉冲氩弧焊层间气孔缺陷控制研究

针对5 mm厚30CrMnSiA管U形坡口对接焊,为解决焊缝机械加工后表面裸露链状气孔问题,采用钨极脉冲氩弧焊方法,研究了不同气体流量、焊接电流、焊接层数及层间间歇时间对焊缝层间气孔的影响。结果表明:在送丝速度及转胎速度与焊接电流匹配的条件下,采用10,12 L∕min氩气流量、3层焊接及3~5 min的层间间歇时间可以有效避免焊缝机械加工后表面裸露链状气孔问题。

30CrMnSiA建筑结构钢SHPB高温压缩力学性能分析

分离式Hopkinson压杆加载装置(SHPB)高温压缩有助于提高冶金材料的力学性能,被广泛应用于各种建筑结构钢材的冶金成形领域。为了提高建筑用30CrMnSiA结构钢的力学性能,探究了30CrMnSiA的SHPB高温压缩力学性能分析。研究结果表明:当受热温度不断升高时,流动应力降低,下降幅度随温度变化幅值增大而增大,温度敏感性在此过程中较显著;30CrMnSiA结构钢流动应力更容易受到温度软化效应作用的影响,动态屈服强度在温度升至300℃时表现出更为显著的下降趋势,整体为常温的35%。该研究有助于提高建筑冶金棒材的综合力学性能,提高高层建筑的安全性。

30CrMnSiA钢超大型桶制件生产实践

介绍了30CrMnSiA钢超大型桶制件的生产制造,从电炉冶炼、LF精炼、VD脱气处理、中间坯的镦拔锻造、超大型桶制件毛坯的轧制成形、热处理装备及工艺等全过程的生产实践。经检验分析,30CrMnSiA钢桶制件的材料纯洁度高,晶粒细小,力学性能优异,超声检测符合验收要求。验证了大型环锻件、筒体锻件采用径-轴向轧制生产制造工艺的合理性和可行性。

6061铝合金与30CrMnSiA结构钢在模拟工业-海洋大气环境下的电偶腐蚀防护

重点研究6061铝合金和30CrMnSiA结构钢在模拟工业-海洋环境下的电偶腐蚀防护。以表面阳极氧化及有机涂层处理的6061铝合金、表面镀镉及涂层处理的30CrMnSiA结构钢为实验材料,将试样装配成标准电偶试样,对其进行氙灯老化和周期浸润实验,并对腐蚀后的试样进行分析。结果表明:仅采用表面阳极氧化处理的6061铝合金的强度σb和塑性δ损失较大,σb和δ分别下降了约24.2%和13.4%。而采用环氧聚酰胺底漆和丙烯酸聚氨酯面漆的复合防护涂层的6061铝合金强度和塑性损失较小,σb和δ分别下降约4%和5%。且无涂层试样的平均点蚀坑深度明显大于有涂层试样的,最高相差32μm,表明此涂层可减弱电偶腐蚀。

脉冲电流对疲劳后30CrMnSiA钢组织结构的影响

对在应力控制下预疲劳卸载的热轧态30CrMnSiA钢样品进行高密度脉冲电流处理后,得到了细小均匀的等轴晶组织,晶粒尺寸远小于热轧样品的晶粒尺寸。处理后样品的疲劳寿命显著提高。高密度脉冲电流使疲劳形成的位错产生运动,当刃型位错的距离达到临界距离时,位错发生湮灭,使局部的位错密度梯度增大,在位错密度低的地方发生再结晶形核,使钢发生再结晶。

激光焊接工艺参数对30CrMnSiA钢气孔率的影响

激光焊接30CrMnSiA钢时有严重的气孔倾向。通过工艺试验,研究了激光焊接参数(焊接线能量、脉冲频率、焊接占空比等)对其焊缝气孔率的影响。X射线透射分析测试结果表明,合适的焊接参数能较好地抑制气孔的产生。脉冲频率在35Hz、占空比大于50%、线能量大于65kJ/m时,气孔率能控制在较低水平。

基于SPH-FEM转换算法的7.62mm步枪弹冲击30CrMnSiA钢板的数值计算

从转换判据和时间步长控制两个方面对光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FEM)转换算法进行改进,采用改进的SPH-FEM转换算法对7.62 mm步枪弹冲击特殊热处理的30CrMnSiA钢板进行全尺寸三维数值计算,将子弹在冲击过程中发生严重畸变的有限单元转换为SPH粒子继续参与计算.子弹采用弹塑性模型,靶板采用修正的Johnson-Cook强度模型和Gruneisen状态方程.针对不同的子弹初速,计算靶板盘形凹陷和冲塞两种破坏模式,计算结果与实验结果吻合较好.表明改进的SPH-FEM转换算法能够合理高效地利用有限单元和SPH粒子,为低强度子弹冲击高强度靶板的计算提供一种有效途径.

连续激光重复加载下30CrMnSiA钢的反射率

利用双光束反射率测量装置,研究了连续激光重复加载作用下30CrMnSiA钢金属材料的反射率变化特性。通过激光加载、冷却然后再加载到更高的温度的辐照试验与激光单次辐照的结果比较,发现二次加载时材料表面的激光反射率与样品表面首次加载时达到的最高温度所对应的反射率基本一致,只有达到并超过首次加载时样品曾达到的最高温度后,样品表面的反射率才会再次发生变化,且变化趋势与单次完整加载时的路径重合。这表明样品表面的反射率与其达到的最高温度有关,进一步的研究结果表明,样品达到的最高温度与样品表面在最高温度下产生的氧化反应层有关,而这一氧化层在冷却过程和再加载过程不变化。

调质状态下30CrMnSiA钢的激光焊接

探讨了调质状态下 30CrMnSiA钢的激光焊接性、焊缝成形及焊后残余变形 ;研究了调质状态下激光焊接30CrMnSiA钢时焊缝及热影响区的金相组织 ;提出了调质状态下 30CrMnSiA钢在焊深≥ 1.5mm时的激光焊接规范参数。结果表明 ,采用激光焊接调质状态下的 30CrMnSiA钢 ,易获得质量优良的焊缝 ,不会出现常见的焊接裂纹和明显的热影响区性能变化 ;工件加工误差对焊缝成形的影响可通过一定的措施加以改善 。

不同镀层的30CrMnSiA高强钢-TA15钛合金电偶腐蚀行为

研究了3.5%NaCl溶液中,镀镍、镀镉钝化、镀锌钝化处理后的高强钢30CrMnSiA与TA15钛合金偶接后的电偶腐蚀行为。试验发现相比于镀镉钝化和镀锌钝化处理,镀镍处理的30CrMnSiA-TA15电偶对电偶腐蚀反应的驱动力最小,电偶电位最正,电偶电流密度最小,耐电偶腐蚀性能最好。采用扫描电镜观察电偶腐蚀后各种镀层的形貌,结果发现:镀镍层腐蚀形态为点蚀,镀镉钝化层会形成微裂纹,镀锌钝化层腐蚀局部呈片状,层层剥落。

7.62mm步枪弹正冲击30CrMnSiA钢板破坏效应试验

采用Ф25口径弹道滑膛炮发射7．62mm步枪弹头对经过某热处理工艺的4．1mm厚30CrMnSiA钢板进行了正冲击弹道破坏效应试验。冲击速度为600～890m／s。随着冲击速度的增加，通过试验分别观察到靶板的破坏模式依次经历隆起和盘形凹陷的塑性变形、花瓣型破坏以及冲塞型破坏3种模式。弹道极限速度在662m／s左右。试验结果分析表明，对靶板的冲击效应主要体现在弹头内强度较高的钢芯上，但当冲击速度提高到一定程度之后，被甲的质量效应开始表现出来，形成继钢芯冲塞靶板之后的二次冲塞；冲击之后的弹头钢芯头部镦粗，且其镦粗程度随弹头冲击速度的提高逐渐降低，一般不发生质量侵蚀现象。

表面强化对30CrMnSiA钢疲劳性能的影响

对30CrMnSiA钢磨削表面分别进行了振动强化和喷丸强化,然后再进行镀铬处理,研究了不同强化方法对该钢疲劳性能的影响。结果表明:该钢表面经过振动强化和喷丸强化处理后,其疲劳强度分别提高了13.0%和19.6%,达到617 MPa和653 MPa;表面经过振动强化和喷丸强化再经过镀铬处理后的疲劳强度略微增加了2.1%和2.6%,达到630 MPa和670 MPa。

30CrMnSiA钢的回火组织转变

对三种含砷量的３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢进行了不同温度的回火处理，在室温下测取了回火处理试样的穆斯堡尔谱，同时对典型试样作了金相和俄歇电子能谱（ＡＥＳ）分析。试验结果表明。３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢经淬火十回火处理后，其室温组织为α＇固溶体、碳化物和少量残余奥氏体的混合组织。回火温度不同，碳化物的形态也不一样，残余奥氏体含量随回火温度升高而降低。低温回火脆性主要是残余奥氏体分解与ε＋θ碳化物析出综合作用的结果。

镀铬层厚度对30CrMnSiA钢疲劳性能的影响

研究了镀硬铬对轴用30CrMnSiA高强度钢疲劳强度的影响，发现镀铬可导致疲劳强度降低，详细分析了镀铬导致疲劳强度下降的原因。通过疲劳成组对比试验发现，当铬镀层6达到150μm时疲劳强度明显下降，其中值疲劳寿命下降44％～55％。

35CrMnSiA高强度螺栓断裂失效分析

采用理化实验对实装实验中断裂的35CrMnSiA高强度螺栓进行了失效分析.结果表明,该型螺栓在实装实验中发生的断裂不同于其在预装中发生的氢脆断裂,符合应力腐蚀断裂的特征.结合螺栓实际受力情况、工作环境综合分析,得出了螺栓在实装实验中发生的断裂属于海洋大气环境造成的应力腐蚀断裂.提出了以更换镀层、提高成品的检测和分选能力来提高螺栓抗延迟断裂能力.

30CrMnSiA高强钢在工业和海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的为30CrMnSiA高强钢的大气腐蚀防护设计、应用范围扩展和开发新钢种提供有益的借鉴和参考。方法采用腐蚀质量损失、XRD和SEM研究了30CrMnSiA高强钢在工业和海洋大气环境暴露60个月的大气腐蚀行为。结果 30CrMnSiA高强钢在工业和海洋大气环境中腐蚀质量损失随暴露时间变化的双对数函数分别是lgΔw=2.245+0.387lg t和lgΔw=2.822+0.637lg t。纤铁矿和针铁矿是两种大气环境中形成的腐蚀锈层的主要成分,除了纤铁矿和针铁矿外,在海洋大气环境形成的锈层中还发现了四方纤铁矿。随着暴露时间的延长,在海洋大气环境中形成的锈层呈现逐渐剥落的趋势。结论 30CrMnSiA高强钢在海洋大气环境中表现出较高的腐蚀敏感性,在工业大气环境中表现出较低的腐蚀敏感性。