Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响

铝镁合金是轻量化材料应用领域中一种重要的金属材料,属于中高强度铝合金,具有较高的塑性、良好的耐蚀性以及优良的焊接性等优势,目前在航空航天、交通运输和军工制造等领域具有广阔的应用前景。笔者综述了铝镁合金力学性能特点以及用途,介绍了Al-Mg系合金中的强化机制,重点阐述了Al-Mg系合金中主合金化元素Mg及其含量对合金微观组织和力学性能的影响规律及机理,详细论述了Mn、Zr、Ti、Sc、Er、Y等微合金化元素的作用以及对Al-Mg系合金微观组织和力学性能的影响规律。最后,结合Al-Mg系合金当前研究现状,提出了今后值得研究的方向。

浅析激光合金化过程成形机理的研究进展

激光合金化技术由于其操作简单且效率高,在金属表面改性中具有很好的应用价值和发展前景。为了更好地分析与研究该技术,本文分别从温度场、热力场及工艺参数三个方面,全面分析激光合金化的过程和成形机理,逐步形成激光合金化过程实现精确可控的技术指导思路,并对近年来对金属激光合金化成形过程的分析与总结,为激光合金化的发展提供了有益的参考。

AOD炉钼精矿直接合金化钼收得率影响因素分析

以钢液中C、Si、Mn、Fe等元素还原MoO_(3)的冶金热力学为基础,在AOD炉中进行钼精矿直接合金化试验,并分析加入时机、加入方式、熔炼温度、钢液成分对AOD炉钼的收得率影响。结果表明:采用加氧化钼矿球后其上覆盖碱性炉渣的加料方式钼元素收得率最高,可达到98.33%;在加入量相同的情况下,C质量分数为0.8%时加入钼精矿,钼元素的收得率较高;[C]质量分数为4.00%的纯铁液中,1600℃时[C]还原氧化钼的速率明显高于1500℃,纯铁液中不同质量分数的[Si]还原氧化钼的速率均高于碳元素。

Ti和Nb微合金化对CuZr基相变增韧非晶复合材料组织性能的影响

以典型B2相增韧非晶复合材料形成合金Zr_(48)Cu_(48)Al_(4)为基础,分别研究了Ti、Nb微合金化添加对其凝固组织和性能的影响规律。研究发现,与基础合金相比,微合金化显著改变了B2相的组织形貌(包括大小、数量、形状),其中Ti微合金化降低了B2晶体相的形核能力,提高了非晶和非晶复合材料的形成能力;而Nb微合金化则提高了B2相的稳定性,并大幅提高了非晶相与B2相的硬度以及非晶复合材料的强度和压缩塑性(分别达到了1470 MPa和21.5%)。本研究为非晶复合材料的成分设计与制备提供了实验依据,对开发高性能相变增韧非晶复合材料具有参考价值。

Ti微合金化热轧高强钢带性能试验研究

针对Ti微合金化高强钢带力学性能波动的问题,进行炼钢生产工艺优化,开展不同工艺对低合金高强钢热轧钢带力学性能影响的研究。原炼钢工艺为先将钢水在氩站进行钛合金化,然后直接送连铸机浇铸。为了进一步提高钢水洁净度、改善产品质量、增强力学性能稳定性,在原炼钢工艺中增加LF精炼工序,并进行新工艺试验。结果表明:钢水经过LF精炼处理,钢中硫含量从0.010%左右降低到0.005%左右,TiN夹杂物颗粒尺寸减小到10μm以内,能够使Ti微合金化高强钢热轧钢带的纵向冲击功提高43 J、横向冲击功提高38.9 J,并且具有良好的0℃低温冲击性能,保持产品力学性能稳定。

不同孕育剂随流孕育对微合金化球墨铸铁组织和性能的影响

为探究硫氧孕育剂随流孕育对微合金化球墨铸铁组织和性能的影响,在相同铸造条件下,用树脂砂型分别浇注75Si Fe孕育剂和硫氧孕育剂随流孕育处理的球墨铸铁试样。通过组织观察、室温拉伸试验、布氏硬度试验等分析了两种不同孕育剂随流孕育对微合金化球墨铸铁的显微组织、力学性能和拉伸断口的影响,探寻硫氧孕育剂随流孕育与球墨铸铁组织和性能的联系。结果表明:两种试样均由大量的珠光体、少量的铁素体、大量的石墨球组成,其中用75Si Fe孕育剂进行随流孕育,石墨球易畸变,圆整度不好,石墨球数量少,尺寸较大,平均球化率为84%,平均石墨球数为137个/mm^(2);而用硫氧孕育剂进行随流孕育,石墨形态改善明显,石墨球径更细小,分布更均匀,石墨球数量大幅增加,平均球化率为91%,平均石墨球数为297个/mm^(2)。硫氧孕育剂试样的抗拉强度和断后伸长率均高于75Si Fe孕育剂,分别为874 MPa和6.4%。硫氧孕育剂随流孕育球墨铸铁试样断裂模式为伴有少量塑性变形的准解理断裂。综合认为,用硫氧孕育剂随流孕育可获得较高的综合力学性能。

钛微合金化螺纹钢筋的生产试验

介绍了钛微合金化螺纹钢筋的生产工艺,以及不同的钛含量对螺纹钢组织性能的影响。试验表明:随着钛含量的增加,螺纹钢筋的强度得到显著提高,但是钛含量过高时,拉伸曲线会出现无屈服平台的现象,其原因是钛的加入降低了贝氏体临界转变速度,发生贝氏体转变,组织中的贝氏体比例较高,导致拉伸曲线无屈服平台。

微量TiC粉末合金化改善电弧增材制造Ti-6Al-4V合金的组织和性能

原位合金化是调控增材制造钛合金微观组织和力学性能的有效方法,文中研究了添加微量TiC粉末对电弧增材制造Ti-6Al-4V合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,添加微量TiC粉末后,Ti-6Al-4V合金中的柱状β晶粒尺寸减小,α-Ti相细化,微观组织为精细的网篮组织,抗拉强度和断后伸长率达到了1029 MPa和14.8%,分别提高了12.8%和26.5%,实现了电弧增材制造Ti-6Al-4V合金强度和塑性的协同改善.同时,沉积合金的显微硬度提高至362.9HV,相比Ti-6Al-4V合金提高了11.4%.通过电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)分析得出,TiC粉末的添加降低了沉积合金的织构强度,增加α-Ti相的取向.添加微量TiC粉末后,Ti-6Al-4V合金力学性能的提高主要归因于细晶强化和固溶强化效应,其中细晶强化是主要的强化机制.对比分析两种沉积合金的拉伸试样断口得出,Ti-6Al-4V合金的断口形貌呈现出塑性-脆性混合断裂,添加质量分数0.5%TiC粉末后,断口形貌呈现出塑性断裂.证实了TiC粉末作为电弧增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒细化剂的潜力.

Ti微合金化对高锰钢组织和性能的影响

研究了Ti微合金化对Mn18钢组织和力学性能的影响,并分析了Mn18钢锤头失效的原因。结果表明,Ti微合金化在Mn18钢中具有细化晶粒、提高冲击韧性、伸长率、强度和硬度等作用,在Mn18钢加入0.10%和0.30%的w[Ti]时,随着Ti含量增加,高锰钢的硬度增大、强度提高,冲击韧性和延伸性也均呈优化趋势,继续增加w[Ti]至0.51%时,除布氏硬度继续增大外,KU2数值及稳定性、强度稳定性、伸长率等指标均出现下降趋势,高锰钢属于高氮奥氏体钢,加入Ti后迅速析出大量TiN,作为异质核心,起到系列有益作用,加入量过大,则TiN类夹杂物的尺寸过大,且出现局部聚集,将对Mn18钢的性能稳定性造成不利影响,也易于导致Mn18锤头断裂失效。在Mn18钢中使用Ti微合金化,为保证其有益效果,其含量不应超过0.30%。

Ge/Sn合金化对CsPbBr_(3)钙钛矿热载流子弛豫影响的非绝热分子动力学研究

铯基全无机钙钛矿CsPbBr_(3)具有良好的热稳定性,在应用中表现出优越的发光特性,是近年来光电领域的明星材料.CsPbBr_(3)界面的光生载流子过程与其光电性能密切相关.本文采用非绝热分子动力学方法结合含时密度泛函理论,对CsPbBr_(3)及其合金化结构的激发态动力学过程进行了系统研究.研究结果表明,Sn/Ge合金化能够有效缩短退相干时间,减缓电子-空穴复合.CsPb_(0.75)Ge_(0.25)Br_(3)体系的载流子寿命延长至1.6倍,而CsPb_(0.5)Ge_(0.25)Sn_(0.25)Br_(3)体系的载流子寿命延长为原始体系的4.2倍.证明了B位(钙钛矿结构ABX_(3)中的B位)金属阳离子的双原子合金化对CsPbBr_(3)的非辐射电子-空穴复合具有很强的影响.本研究提供了一种能够有效延长钙钛矿载流子寿命,合理优化太阳能电池性能的合金化方案,为未来钙钛矿太阳能电池材料的设计提供了思路.

铌微合金化和淬火速率对热成形钢组织与力学性能的影响

基于传统22MnB5钢设计了一种新型含Nb热成形钢,研究在不同淬火速率下Nb对热成形钢显微组织与力学性能的影响。新型Nb微合金化热成形钢与广泛应用的22MnB5商业钢种均经900℃保温3 min的固溶处理后分别水淬和油淬至室温,检测两种钢在两个淬火条件下的力学性能,并通过扫描电镜、背散射电子衍射仪、X射线衍射仪和透射电镜等分析合金组织。结果表明:油淬时Nb微合金化热成形钢与22MnB5钢能发生较明显的自回火,但前者的屈服强度高于后者约130 MPa,且伸长率也略有改善,对强化机制的定量计算表明这是由于含Nb钢晶粒细化形成的细晶强化以及位错强化和沉淀强化的共同作用;而在水淬条件下,两种钢的屈服强度与伸长率均相似,推测是由于冷却速率高抑制了自回火,使得马氏体相变产生的残余应力成为影响屈服强度的主导因素,而当水淬样品在170℃回火减轻内应力后,此时含Nb钢屈服强度再次高于22MnB5钢。

基于增材制造的原位合金化制造方法的研究进展

基于增材制造的原位合金化方法是利用激光或电子束将多种元素粉或多种预合金粉的混合粉末熔化,使材料同时进行合金化和致密化的一种成本低廉、快速高效的开发新材料的方法,已经在高熵合金开发、新型生物医用合金打印件开发等领域得到初步应用。总结了混合粉末的形貌、粒径、高熔点粉末含量及粉末混合技术对原位合金化打印件性能的影响的研究结果。研究表明,混合粉末的颗粒级配需要同时保证元素混合均匀性和粉末流动性,才能保证原位合金化打印效果。激光功率、束斑直径、重熔工艺等打印参数对熔池几何特征影响很大,继而也强烈影响原位合金化的效果。熔池深度越大,越能保证打印过程中的层间重熔,促进元素均匀,但过深的熔池会造成孔隙。还介绍了基于原位合金化打印制备具有成分波动或成分梯度的合金材料的研究进展。原位合金化工艺本身固有的成分不均匀性有助于制备成分不均匀的合金,从而获得具有双相结构的打印件,这是基于预合金粉打印无法得到的。基于多材料及多相流模型,原位合金化粉床激光熔融过程的数值模型也被研究者建立,模拟得出的原位合金化的增材制造工艺优化参数与针对预合金粉打印的差别很大。最后对增材制造原位合金化技术的应用前景和面临的挑战作出了展望。

热压处理对气相合金化法制备的镁锌合金显微组织和耐蚀性的影响

为了有效改善镁合金的性能,探究在冷凝和热压2种状态下,锌对镁合金的显微组织和腐蚀行为的影响,采用气相合金化法制备出Mg-Zn二元合金,并通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDX)以及电化学工作站等手段进行研究和分析。结果表明:冷凝态和热压态的合金的物相均由α-Mg,MgZn,Mg_(7)Zn_(3)以及MgZn_(2)相组成。经300~360℃、压力为10 MPa条件下热压40 min后,合金的显微组织更均匀化、更致密,且逐渐形成条状组织;随着热压温度的升高,合金的腐蚀电流密度下降,耐蚀性增强。当热压温度为320℃,时间由4 h延长到12 h后,合金的塑性变形程度明显增大,析出细小的Mg_(7)Zn_(3)相增多,且分布均匀,合金的耐蚀性降低。

CuGa_(2)前驱体合金的制备和去合金化过程中纳米多孔铜的形成

在220℃的加热条件下制备前驱体CuGa_(2)合金,运用化学腐蚀与电化学腐蚀两种去合金方法制备纳米多孔铜,分析不同浓度的腐蚀介质对多孔结构形成的影响,并分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱(EDS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-Ms)分析样品的相组成和微观形貌。结果表明,合金化过程中以甲基硅油作为防氧化保护介质可获得前驱体CuGa_(2)合金;不同腐蚀介质对纳米多孔铜的形成有显著影响。在电化学腐蚀过程中,由于不同溶液中Cu,Ga与CuGa_(2)的平衡电位不同对纳米多孔铜的形成影响显著,1M HCl溶液中CuGa_(2)的平衡电位与Cu的平衡电位相近,Ga、Cu原子会共同溶解导致无法形成多孔结构;1M NaOH溶液中Cu与CuGa_(2)的平衡电位的电位差较大,可进行充分腐蚀获得多孔结构,形成的多孔孔隙分布杂乱且不均匀,孔径范围为120 nm~1μm。前驱体合金经1M HCl溶液的化学腐蚀,由于H^(+)的腐蚀作用,Cl^(-)促进Cu原子的扩散重排,获得的多孔纳米铜形貌与结构更加清晰均匀且连续,其孔径范围为20~100 nm。

熔盐电解制备CoCrFeNi高熵合金及其合金化机理研究

高熵合金是近年来迅速发展起来的一种新型金属材料,具有特殊的优异性能。然而,目前高熵合金多采用液相法制备,存在能耗高、沸点低、易挥发、合金元素易偏析、收缩气孔等问题,使得其制备成本高。本文提出了采用熔盐电解工艺直接电解混合金属氧化物,低温制备CoCrFeNi高熵合金的研究方法,并对高熵合金化机理进行了探究。研究结果表明,在900℃、3.1 V电解电压和CaCl_(2)熔盐条件下可通过电解混合氧化物直接制备得到CoCrFeNi高熵合金,本工艺与传统高熵合金制备工艺相比具有温度低、流程短、成本低的优势。研究发现固态混合氧化物直接电解脱氧过程与氧化物的分解电压相关,分解电压较低且相近的CoO、NiO先脱氧形成CoNi合金,Fe_(2)O_(3)先还原为Fe_(3)O_(4),再得到金属Fe后形成CoNiFe合金,并随着电解时间的延长,各金属元素的含量逐渐趋近等比例。分解电压较高的Cr_(2)O_(3)脱氧速度较慢,最终与CoNiFe合金形成CoCrFeNi,各元素相互扩散逐渐趋近形成等比例的CoCrFeNi高熵合金,最终形成单相FCC结构的CoCrFeNi高熵合金。本研究表明,采用低温熔盐电解工艺可实现直接利用混合金属氧化物制备高熵合金,通过调控电解电压和电解时间可得到成分相对均匀的CoCrFeNi高熵合金。本研究可为低成本制备高熵合金提供参考。

Ce微合金化在镁合金中的研究现状与展望

Ce微合金化是开发低成本、高性能镁合金的一种有效途径,对我国镁资源的循环利用和可持续发展具有重要的意义。本文综述了近五年来Ce微合金化在镁合金中的研究进展,分别讨论了Ce微合金化对Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Gd、Mg-Y系列合金的微观组织、时效析出行为、织构演变以及力学性能的影响。为建立含Ce镁合金中成分与力学性能间的关系提供了数据支持。此外,还详细阐述了Ce的添加对提高镁合金耐蚀性的强化机理。最后指出了Ce微合金化在镁合金应用中目前面临的一些问题和思考,提出了进一步深入研究的几个方面,以期拓宽轻量化稀土镁合金的应用范围。

淬回火工艺对N-Mo合金化Cr13型耐蚀塑料模具钢组织与力学性能的影响

对N-Mo合金化Cr13型耐蚀塑料模具钢进行925~1150℃保温0.5 h的油淬处理,再分别进行150~300℃保温2 h或者350~600℃保温1 h的回火处理,研究了淬回火工艺对该钢组织与力学性能的影响。结果表明:试验钢淬火后的组织主要为淬火马氏体,随着淬火温度的升高,晶粒长大,第二相逐渐固溶进基体,试验钢的硬度先增大后降低,当淬火温度为1050℃时,硬度达到峰值,为57.7 HRC,此时第二相基本固溶进基体,残余奥氏体体积分数仅为8.49%。随着回火温度的升高,试验钢组织由回火马氏体向索氏体转变,第二相逐渐析出并长大;硬度呈先降低后升高再迅速降低的趋势,冲击吸收能量随回火温度的变化规律与回火硬度的变化规律相反,抗拉强度的变化规律与硬度的变化规律一致,屈服强度呈先增大后降低的趋势,并在回火温度为480℃时达到最大值,为1445 MPa;在200℃以上温度回火后试验钢的塑性均保持在一个较好的水平。试验钢获得优异综合性能的热处理工艺为1050℃×0.5 h淬火+200~300℃×2 h回火,此时组织为回火马氏体,硬度为48~53 HRC,抗拉强度为1752~2050 MPa,屈服强度为1171~1223 MPa,冲击吸收能量为41~51 J,断面收缩率为42%~51%,断后伸长率为17.1%~17.7%。

V-N微合金化热轧因瓦合金的组织和性能

因瓦合金具有极低的热膨胀系数,但较低的力学强度严重制约其在结构材料领域的应用。为进一步提升因瓦合金的强度,借鉴微合金化思想,设计了V-N微合金化因瓦合金。采用维氏硬度计、拉伸试验机、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了微量V、N对热轧因瓦合金显微组织和力学性能的影响,并分析其作用机理。结果表明:V-N微合金化因瓦合金的热轧组织显著细化,硬度和抗拉强度显著增加;随着N含量增加,其晶粒尺寸进一步细化,且分布更为均匀,抗拉强度进一步增加。V-N微合金化因瓦合金的基体上析出了大量细小、弥散分布的V(C,N)第二相,尺寸约为400 nm,其钉扎晶界和位错。细晶强化、析出强化和位错强化是V-N微合金化因瓦合金力学性能显著提升的主要原因。

90 t转炉冶炼低碳含铝钢脱氧合金化实践

针对90 t转炉冶炼低碳含铝钢时合金收得率低的问题,分析了影响合金收得率的主要原因,采取优化转炉终点钢水中的氧含量,优化复合脱氧合金配比,调整渣料组成并合理使用挡渣塞后,降低了脱氧铝的消耗,合金收得率提高至87.4%,整体合金成本降低7元/t以上。

激光合金化强化2Cr13叶片表面组织及性能研究

2Cr13不锈钢常被用作汽轮机叶片、风机叶片、透平机叶片等部件的原材料,由于其服役在恶劣的工作环境中,常常受到沙粒、炉尘颗粒等硬质相颗粒的冲蚀,表面易出现疲劳失效。针对此问题,采用Fe-Cr-Ni铁基粉末,依托激光合金化技术在2Cr13不锈钢表面制备铁基涂层,并尝试在Fe-Cr-Ni粉末中添加WC陶瓷硬质相,以期进一步提高试样的抗冲蚀性能。利用XRD物相检测、EDS元素分析、显微硬度对比、摩擦磨损、抗冲蚀等实验手段对合金化试样展开了微观组织和表面性能分析。研究结果表明:Fe-Cr-Ni涂层中主要物相由Fe-Ni固溶体、Fe-Cr固溶体、Ni-Cr-Fe元合金组成,Fe-Cr-Ni涂层显微硬度最大值可达530HV0.5,摩擦系数约为0.15,相对耐磨性为0.44;添加WC硬质相后涂层中晶体明显细化,涂层中新生成了碳化物Cr_(23)C_(6),并检测有WC硬质相的存在,硬度值最大值提高到590HV0.5,摩擦系数降低到0.13,相对耐磨性提高到0.62;Fe-Cr-Ni试样抗冲蚀能力较基材有所增强,添加WC硬质相后试样的抗冲蚀能力进一步提高,失重量呈近似直线的趋势。