Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

富铜相对Fe-3%Si-Cu合金再结晶行为的影响

以2块热轧Fe-3%Si-Cu合金板为研究对象,分别过时效处理和固溶处理后多道次冷轧再进行500~800℃再结晶退火处理,分析了合金再结晶退火后的显微组织及不同再结晶退火工艺下合金的硬度变化,从而研究了冷轧Fe-3%Si-Cu合金的再结晶行为。结果表明,热轧试样经650℃过时效处理后有椭球形或棒状的面心立方ε-Cu相析出,棒状富铜相的尺寸较大,其长轴≥100 nm。不同工艺热处理的试样经冷轧后均表现出随退火温度的升高,完全再结晶时间缩短,且由于富铜相的析出,经固溶处理后的试样退火后其再结晶时间明显比过时效处理后试样的短。当再结晶退火温度为500℃时,冷轧前进行了固溶处理的试样出现了回复引起的软化不足以抵消析出造成的硬化的现象,在10;s时硬度曲线上出现明显的时效硬化峰;在600℃以上退火时,则表现出再结晶占优势的退火特征,硬度曲线没有明显的时效硬化峰。

Ti-10V-2Fe-3Al合金热变形的研究

利用Gleeble3500热模拟试验机对Ti-10V-2Fe-3Al合金两种状态在不同变形温度及不同变形速率条件下的热变形行为进行了研究。结果表明,不同初始状态对合金的应力应变行为影响较大,经过固溶处理后在低于相变点变形时合金的流变应力比较高,但在高于相变点变形时流变应力没有明显差异;合金的应力指数与合金的状态和应变速率有关,大概以0.1s-1为界分为低应变速率和高应变速率两部分;合金的表观激活能与材料的状态、变形温度及变形速率有关。当两种状态下的合金在温度为650～800℃、应变速率为0.001～0.1s-1范围内变形时,β相内只发生动态回复,而α相除了发生动态回复外还可能发生动态再结晶;合金在相变点以上变形时只存在着单一的动态回复机制。

应用人工神经网络模型预测Ti-10V-2Fe-3Al合金的力学性能

采用人工神经网络方法建立了Ti-10V-2Fe-3Al合金机械性能预测的神经网络模型。模型的输入参数包括变形温度、变形程度、固溶温度、时效温度等热加工工艺参数和热处理制度。模型的输出为钛合金最重要的5个机械性能指标,即抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率和断裂韧性。与传统回归拟合公式相比,该模型具有容错性好、通用性强等优点。该模型可以预测Ti-10V-2Fe-3Al合金在不同热加工工艺参数和热处理制度下的机械性能,也可以用于优化热加工参数和热处理制度。

热轧变形对Ti-10V-2Fe-3Al合金组织和性能的影响

研究了形变温度、形变量以及双重时效工艺对Ti-10V-2Fe-3Al合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着形变温度的提高,在时效过程中析出的次生α相含量逐渐增加,合金强度升高;然而,当形变温度高于相变点时,初生α相对β晶粒的钉扎作用明显减弱,使得β晶粒迅速长大,导致合金的拉伸塑性明显下降;次生α相的体积分数主要决定于形变温度,因此应变量对Ti-10V-2Fe-3Al合金力学性能的影响较小。此外,相对于单重时效工艺,由于在低温时效(300℃×8 h)时发生ω→α转变,为次生α相提供了均匀的形核点,Ti-10V-2Fe-3Al合金在低温-高温双重时效工艺中获得了更加均匀、细小的α+β显微组织,使得拉伸强度获得比较大的提高。

Fe-12Cr-2Al-3Mo合金减振性能的研究

从具体工程应用出发,研究了Fe-12Cr-2Al-3Mo合金的阻尼性能。采用倒扭摆测试仪测试合金丝材的内耗值,用振动测试仪测试合金圆桶构件的减振性能。结果表明,Fe-12Cr-2Al-3Mo合金内耗值明显高于0Cr18Ni9Ti不锈钢;圆桶构件的振动加速度峰值为0Cr18Ni9Ti不锈钢的1/5。利用磁畴结构可以解释Fe-12Cr-2Al-3Mo合金具有高减振性能的原因。

Fe-13Cr合金沉积（ZrO2-Y2O3）／（Al2O3-Y2O3）微叠层的抗氧化性能

采用交替电化学沉积和烧结的方法在Fe-13Cr合金表面制备（ZrO2-Y2O3）／（Al2O3-Y2O3）微叠层复合膜。采用高分辨扫描电镜（FE-SEM）对微叠层进行表征，结果表明（ZrO2-Y2O3）／（Al2O3-Y2O3）微叠层具有纳米结构。采用SEM，DES和增重法用来研究Fe-13Cr合金沉积（ZrO2-Y2O3）／（Al2O3-Y2O3）微叠层的抗氧化性能。实验结果表明，这种微叠层对合金抗氧化性能的提高优于分别沉积ZrO2-Y2O3或Al2O3-Y2O3膜，其抗氧化性能随着涂层中层次的增加而提高。这些有益效应可归于这种微叠层综合了ZrO2-Y2O3或Al2O3-Y2O3膜的各种优点同时克服了缺点。

硼在体心立方Fe-3%Si合金中的晶界偏聚行为

利用硼径迹显微照相(PTA)技术研究了体心立方Fe—3%Si合金试样在冷却和淬火等温过程中硼向晶界的偏聚行为结果表明:Fe-3%Si合金中硼的晶界平衡偏聚趋势高于奥氏体合金,也不存在淬火诱导硼向晶界的非平衡偏聚.硼原子与晶界结合能Q=55.7 kJ/mol用淬火诱导非平衡偏聚的复合体机制解释了硼在Fe-3%Si合金与奥氏体合金中偏聚行为异同的原因.

高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具磨损试验研究

针对切削加工Ti-10V-2Fe-3Al钛合金时刀具磨损迅速、加工效率低的问题,开展硬质合金刀具高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具寿命试验,以研究刀具的磨损机理,分析刀面磨损的发展以及对切削力的影响。利用扫描电子显微镜观察了后刀面磨损区域的微观形貌并对元素成分进行了能谱分析。实验结果表明:高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al时硬质合金刀具的磨损形式为后刀面带状磨损与局部崩刃,伴有明显的切屑黏附与热裂纹;磨损区域有工件材料的元素向硬质合金内扩散的迹象出现;切屑流的黏附与撕扯导致硬质合金的颗粒脱落,切削刃逐步退化为洼形区域,其与后刀面交界的棱边代替原切削刃进行切削直至剥落。

Co含量对Fe-30Ni-xCo-10.5Al-3Nb-0.05B形状记忆合金组织与伪弹性的影响

熔炼了Fe-30Ni-xCo-10.5Al-3Nb-0.05B(x=0、9、18、22,原子分数,%)多晶合金,将合金冷轧后进行固溶和600℃下的时效处理,时效时间为60 h。应用扫描电镜、X射线衍射仪研究了合金组织和物相的变化,并对合金进行了室温下的硬度和伪弹性测试。结果表明:Co含量为0%时,时效后晶内析出γ’和β两相;Co含量为9%~22%时,时效后晶内析出单一的γ’相;随着Co含量的增加,合金晶粒大小逐渐增加,γ’相的粒径也会发生变化。Co含量为0%的合金表现出超弹性,最大可回复应变为5.87%;Co含量为9%~22%的合金表现出伪弹性,其中,Co含量为18%的合金伪弹性最佳,形状回复率达84.00%,可回复应变达5.25%。合金的应力-应变曲线显示,合金伪弹性的来源除了应力诱发的马氏体相变,还存在其它机制。

热轧变形对Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金显微组织和力学性能的影响

对氩气雾化Fe-14Cr-3W-0.4Ti(质量分数,%)合金粉末进行60 h机械球磨,在950℃对粉末进行热挤压成形,然后在950℃热轧制和1050℃/1 h退火热处理,得到Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金。利用扫描电镜和背散射电子衍射分析仪观察和分析合金的显微组织,并测定合金的室温拉伸性能,研究热轧变形对Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金组织与力学性能的影响。结果表明,热轧变形可有效调控Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金的晶粒尺寸,提高合金的力学性能。经过热轧变形的合金,晶粒明显细化,并且随热轧制变形量增加,晶粒尺寸先减小后增大,合金的抗拉强度也出现先升高后降低现象。合金的最佳热轧参数为950℃/40%,变形量为40%的合金平均晶粒尺寸最小,为1.39μm,抗拉强度和伸长率分别达到1161 MPa和9.5%,与挤压成形态合金相比,抗拉强度提高31.2%。

Ti-10V-2Fe-3A1合金表面彩色转化膜制取方法及其性能

介绍Ti－10V－2Fe－3A1合金表面彩色转化股的制取工艺及其性能。

Ti-10V-2Fe-3Al合金锻件组织和性能的控制

介绍了Ti－10V－2Fe－3Al合金锻件的研制过程。通过锻造工艺和热处理工艺试验表明，该合金可实现中等强度下的高塑性和高韧性匹配，达到与30CrMnSiA钢相当的性能水平。

氢化物诱导微观组织调整对亚稳β型Ti-10V-2Fe-3Al合金力学性能的影响

钛合金热氢处理技术可以通过调整显微组织来提高近净成形钛合金产品的力学性能。氢作为间隙元素通常存在于局部应力集中区,引起晶格膨胀或扭曲变形。热氢处理技术发展至今,尽管已经十分成熟,但由于β型钛合金组织复杂且对热处理敏感等原因,使得该项技术在β型钛合金中的应用较少。

VAR工艺参数对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固行为的影响

采用真空自耗电弧熔炼(VAR)工艺制备Ti-10V-2Fe-3Al铸锭,研究了熔炼电流和搅拌磁场等工艺参数对铸锭凝固行为的影响,并对真空自耗电弧熔炼过程中起弧、熔炼、补缩等阶段的凝固组织及熔池形貌进行了分析。结果表明,在未加搅拌磁场时,熔池较窄,铸锭组织粗大,而施加搅拌磁场后,熔池变宽且旋转明显,铸锭宏观组织中的晶粒变小;随熔炼电流增大,熔池加深,凝固组织中的晶粒变得粗大。

时效处理对形变Cu-10Fe-3Ag组织及性能的影响

研究时效处理对形变Cu-10Fe-3Ag复合材料组织和性能的影响,分析合金元素Ag在时效过程中的行为规律和作用机制。结果表明,Ag能够促进γ-Fe在Cu基体中的时效析出,同时也降低了Fe纤维的热稳定性;随着时效温度的升高,形变Cu-10Fe-3Ag复合材料的硬度和导电率都是先增加后降低,在475℃时效6h,导电率达到58.4%IACS。合金的断口均为韧性断裂,随着时效温度的升高,韧窝有变小的趋势,合金的塑性变好。

Fe-20Cr-5Al不锈钢加稀土元素La合金化工艺对La收得率的影响

研究了50 kg真空感应炉＋电渣重熔工艺冶炼Fe-20Cr-5Al不锈钢（/％：0.004 ～0.006C,0.18Si,0.08Mn,20.25～20.28Cr,5.06 ～5.17Al）时的加La合金化方法对La回收率的影响.结果表明,采用真空感应炉熔炼（VIF） Fe-20Cr-5 Al母合金＋稀土氧化物La2O3（/％：50CaF2-20CaO-30La2O3）电渣重熔（ESR） La合金化时,钢中La的平均含量为0.003％,加稀土氧化物电渣重熔La合金化不明显;真空感应炉母合金La合金化（含0.38％ La）＋70％ CaF2-30％ Al2O3电渣重熔后钢中平均La含量为0.066％;真空感应炉母合金La合金化（含0.34％ La）＋50％CaF2-20％ CaO-30％ La2 O3电渣重熔后钢中平均La含量为0.032％,说明含La母合金在电渣重熔过程La烧损较大,但30％ Al2 O3较30％ La2O3更有利降低母合金在电渣重熔过程中La的烧损.

新型含铝Fe-Cr合金的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对Fe-18Ni-12Cr-3Al合金进行压缩试验,其变形温度为925~1175℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)。分析了合金真应力-真应变曲线,建立了本构方程及热加工图,并结合θ-σ曲线上的拐点,采用拐点法研究其动态再结晶的临界条件。结果表明,Fe-18Ni-12Cr-3Al合金应力随着应变速率增加和变形温度降低而升高,发生动态再结晶的临界应力和峰值应力之间具有相关性,即σ_(c)=0.95σ_(p)。依据热本构方程和热加工图,热激活能为376.1 kJ/mol,应变为0.1时的最佳热加工区域是变形温度为1110~1160℃,应变速率为0.01~1 s^(-1)。

精密仪器用合金的耐腐蚀性能分析

开发具有工程应用价值的Fe-Cr-Ni-Mo系精密仪器用新型合金并制备新型Fe-25Cr-22Ni-3.5Mo-3Ti合金,对合金的物相组成进行分析,进行电化学腐蚀和乙酸盐雾腐蚀试验。结果表明:新型合金由σ相(即(FeNi)x(CrMo)y相)、Ti Ni相组成。与常规Fe-25Cr-22Ni-3.5Mo合金相比,该新型合金的腐蚀电位正移194mV,乙酸盐雾腐蚀10天后的质量损失率减小77%,耐腐蚀性能得到显著改善。