中心偏析对FH40低温钢焊接组织性能的影响

利用金相(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)以及能谱(EDS)等手段研究了FH40低温钢焊接接头显微组织演变及其对低温冲击韧性的影响.结果表明,FH40低温钢母材具有优异的综合力学性能,其屈服强度为420 MPa,抗拉强度为518 MPa,-60℃夏比冲击功为162 J,而焊接接头熔合线位置及热影响区的低温韧性急剧降低至16 J.显微组织分析表明,低温钢母材为细小的多边形铁素体+珠光体组织,在心部位置珠光体组织呈带状分布.焊接热影响区的显微组织主要为针状铁素体,但是心部存在明显的马氏体带.针状铁素体硬度为229.7 HV_(0.05),比原来的多边形铁素体高约40 HV_(0.05),而马氏体的硬度为313.7 HV_(0.05),较原来的多边形铁素体高约140 HV_(0.05).EBSD结果显示在马氏体带存在较高的内应力,这是造成焊接接头低温韧性急剧下降的主要原因.EDS表明,中心偏析导致热轧低温钢母材形成C、Mn富集的珠光体带,这些C、Mn富集的珠光体带在焊接热影响作用下重新奥氏体化,并在冷却过程中转变成硬质相马氏体组织.

回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、能谱仪和X射线衍射等研究了回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响。结果表明:BS960E钢淬火后组织为板条状马氏体,其原始奥氏体平均晶粒尺寸为5.69μm,位错密度为4.02281×10^(15)cm^(-2)。随着回火时间的延长,马氏体板条结构逐渐分解;回火2 min时仍存在部分板条组织,有效晶粒尺寸(马氏体板条块)为2.47μm,位错密度急剧下降至9.48079×10^(14)cm^(-2);回火15和30 min时马氏体板条开始粗化,小角度晶界密度占比降低,此时有效晶粒尺寸分别为2.57和2.59μm,位错密度分别为7.80957×10^(14)和6.75406×10^(14)cm^(-2);回火60 min时,马氏体板条块合并明显,大角度晶界密度及占比下降,有效晶粒尺寸粗化达到2.99μm,位错密度降低至5.19655×10^(14)cm^(-2)。碳化物的析出位置可分为原始奥氏体晶界析出、马氏体板条块界析出和晶内析出3类。随着回火时间的延长,BS960E钢的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,伸长率增加。回火时间达到60 min时由于析出的碳化物粗大导致伸长率降低。综合考虑BS960E钢经过快速加热淬火后,回火时间在2 min时综合力学性能最佳。

镍基变形高温合金裂纹形成及控制研究进展

随着高性能航空发动机对材料要求的不断提高,新型镍基变形高温合金的合金化程度和γ'相质量分数也在不断增加。这就导致了合金的熔炼难度逐渐提高。高合金化的新型镍基变形高温合金一般通过真空感应熔炼(VIM)+保护气氛电渣重熔(PESR)+真空电弧重熔(VAR)三联工艺来生产。受合金化程度的影响,合金在熔炼过程中易产生液固相间的溶质分凝和元素偏析,电极和铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂,造成后续重熔过程电弧波动,从而对铸锭质量造成不利影响。电极裂纹问题是高温合金凝固过程中产生的一种复杂冶金缺陷,也是长期困扰我国高合金化难变形高温合金锭型扩大的共性技术难题。基于此,综述了近年来作者团队和国内外研究组在变形镍基高温合金熔炼过程中裂纹的形成机制、裂纹的影响因素及裂纹控制方面的研究进展,并对沉淀强化型镍基变形高温合金的未来发展方向进行了展望。

放电等离子烧结制备细晶AlN陶瓷

采用纯纳米AlN粉和掺杂质量分数3%Y_(2)O_(3)的纳米AlN粉为原料,经放电等离子烧结工艺制备AlN陶瓷,研究了两类AlN陶瓷的相对密度、微观组织、力学性能和导热性能。结果表明:纯纳米AlN粉和掺杂Y_(2)O_(3)纳米AlN粉在40~60 MPa下,经1500℃放电等离子烧结5~60 min,均可获得相对密度>99%的AlN陶瓷。当烧结压力为50 MPa时,获得的AlN陶瓷晶粒尺寸最小,分别为176 nm和190 nm,细化晶粒明显提高了AlN陶瓷硬度和抗弯强度。当烧结时间从5 min延长至60 min时,两种AlN陶瓷晶粒尺寸分别增大至1.71μm和1.73μm。晶粒长大导致AlN陶瓷硬度和抗弯强度下降,但提升了导热性能。通过对比发现,相同放电等离子烧结工艺下添加烧结助剂Y_(2)O_(3)能够有效提升AlN陶瓷的综合性能。

增材制造钢中氧化物形成及其控制的研究进展

简述了增材制造高性能钢中氧化物的研究概况,包括氧化物的特征和形成,氧化物对熔池的影响,氧化物的破坏和重构机制以及氧化物在熔池中的运动情况,阐述了实现氧化物无害化的设计思路,以期对未来金属增材制造过程中氧化物无害化的研究提供参考。

基于正交实验法的BS960E高强钢的淬火工艺优化

基于正交实验法研究了淬火过程中加热速率、保温温度、保温时间和冷却速率等参数对BS960E贝氏体高强钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,淬火后BS960E钢的组织均为板条马氏体;通过正交实验法设计的淬火工艺获得最小平均晶粒尺寸的最优参数组合为:加热速率50℃/s、保温温度920℃及保温时间2 min;获得最大维氏硬度的最优参数组合为:加热速率50℃/s、保温温度1010℃、保温时间2 min及冷却速度100℃/s。通过增设对照实验组验证了正交实验法的正确性,正交实验设计的试样最小平均晶粒尺寸为6.36μm,马氏体板条群、马氏体板条块和马氏体板条分别为5.2μm、1.24μm和336.3 nm。正交实验设计的试样最大硬度为424.3 HV,马氏体板条群、马氏体板条块和马氏体板条分别为8.5μm、1.65μm和333.5 nm。相比于前者,后者在冷却速率相同(100℃/s)的情况下,由更高的温度(1010℃)降低至室温,产生了更大的过冷度,马氏体相变驱动力增加导致位错密度增加,大角度晶界占比由70.5%提高至83.3%,因此硬度更高。

加热速率与保温温度对NM400钢淬火组织与性能的影响

使用DIL805A型相变膨胀仪模拟了NM400型热轧板带钢感应热处理的加热和冷却过程,研究了加热速率和保温温度对其原始奥氏体晶粒尺寸、组织特征和硬度的影响。结果表明:加热速率对实验钢原始奥氏体晶粒尺寸有较大的影响,随着加热速率的增大,原始奥氏体晶粒尺寸逐渐减小,在80℃/s快速加热速率下原始奥氏体晶粒尺寸约为26.6μm,淬火马氏体板条群明显细化,硬度为413.9 HV。保温温度对冷却过程中的过冷度有显著的影响,随着保温温度的升高,过冷度增加,淬火后马氏体含量逐渐增多;当保温温度升高至1010℃时,淬火后实验钢的组织为全马氏体组织,硬度为409.3 HV。

材料数据在材料创新发展中的作用与存在问题的思考

材料数据是材料基因组计划的三大核心工具之一,近年来在国际上引起强烈关注,美国、日本等国相继资助了大型数据库建设和数据分析的项目。材料数据的准确性与完整性,是数据分析与挖掘的根本保障,并直接影响材料数据库的建设以及材料数据价值的深度开发和应用。材料大数据的特征主要表现在材料属性的高维以及属性间的复杂关联关系,在材料数据分析挖掘中应重视与材料领域知识的充分结合,以及离群点分析上的学科特点及需求特殊性。而材料数据相关的基础教育,尤其是在本科阶段数学与计算机相关基础课程的设置,则成为今后材料数据成为材料创新发展手段的保障。本文就材料基因工程框架下材料数据长久发展进程中目前亟待重视和解决的问题加以讨论。

基于有约束L_(1/2)范数稀疏正则化的声源识别方法

基于等效源法(equivalent source method,ESM)的近场声全息(near field acoustic holography,NAH)是一种有效的声源识别技术。然而,针对空间稀疏分布的声源识别问题,传统基于L_(2)范数以及基于L_(1)范数的ESM方法分别存在声源幅值被低估与算法稳定性差等问题。因此,提出了基于有约束L_(1/2)范数稀疏正则化的声源识别方法,该方法具有强稀疏性与强抗干扰的优势,可以解决传统方法的声源识别精度低的问题。通过数值模拟试验以及普通室内的实测实验,验证了方法的有效性。

长时热暴露对Mar-M247合金组织演变及高温拉伸性能的影响

研究了等轴Mar-M247高温合金在800℃热暴露长达24000 h过程中的组织演变规律和800℃的高温拉伸强度和塑性。结果表明:热暴露5000 h前,合金的枝晶干二次γ′相、三次γ′相尺寸显著增大,热暴露5000~240000 h时,枝晶干二次γ′相尺寸没有明显变化,枝晶干三次γ′相尺寸略微增长。随热暴露时间延长,枝晶干二次γ′相体积分数增大,三次γ′相体积分数下降。根据两种γ′相的尺寸分布(PSD),两种γ′相的粗化均符合跨界面扩散控制(Trans-interface diffusion-controlled,TIDC)粗化理论;晶界处MC型碳化物通过MC+γ→M_(23)C_(6)+γ′反应逐渐分解,在晶界处形成γ′相膜,包裹着MC型碳化物和M_(23)C_(6)型碳化物。高温拉伸实验结果表明,随热暴露时间的延长,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后基本不变,伸长率和断面收缩率先增大后减小再增大,在热暴露5000 h后,屈服强度和抗拉强度分别减小了164和76 MPa,而在热暴露5000~24000 h时,屈服强度和抗拉强度分别稳定在750和950 MPa。

B_(2)O_(3)对CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元保护渣熔体结构的影响

通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网络和平衡过剩电荷的作用;Al在熔体中主要以4配位形式存在,同时存在少量高配位Al-O结构,B_(2)O_(3)的含量为5%时,熔渣中[AlO_(4)]含量最高;随着B_(2)O_(3)含量的增多,熔渣网络结构聚合程度降低,复杂Al-O结构减少,熔渣微结构的有序性增加。

材料科学数据共享网及其在材料行业创新发展中的应用

材料科学数据共享网是国家科技部科技基础条件平台建设项目,旨在整合我国材料领域的数据资源,建立满足国家不同需求的材料科学数据体系和材料科学数据共享服务平台。本文主要阐述材料科学数据共享网项目取得的成果以及材料数据作为加快新材料的研发、降低材料成本的三大关键技术之一,在材料数据科学这一新学科的提出以及支撑虚拟材料设计生产线的建设等方面的应用。

典型特殊制备技术对无取向电工钢织构的影响规律

电工钢又称硅钢,是一种重要的特殊钢,常被称作特殊钢中的“艺术品”,这主要是因为其加工制备流程复杂、性能影响因素繁多。其中无取向硅钢主要应用于旋转电磁场环境,为了获得优良的软磁性能,需要形成较多的{100}等有利织构,为此研究人员进行了大量探索,近年来发现一些特殊制备技术在形成大量{100}等有利织构方面有显著效果。本文综述二次轧制、斜轧、异步轧制及双辊薄带连铸四种典型特殊制备技术对无取向硅钢再结晶织构的影响规律,发现二次轧制与双辊薄带连铸均能增强λ与高斯织构,并削弱γ织构,斜轧也会增强λ织构,但对γ织构影响不大,异速异步轧制能增强η织构,而异径异步轧制对再结晶织构却基本没有影响。最后,总结目前各项特殊制备技术存在的缺陷,并提出一些发展方向,如借助斜轧原理在常规冷轧中产生更多剪切带、利用异步轧制进行二次加工以均匀化磁感等,为后续无取向硅钢的工业生产提供更多参考。

基于改进自编码器的转炉炼钢工艺模式提取方法

转炉炼钢吹炼过程的控制主要包括供氧、造渣和底吹等工艺操作,吹炼过程控制的稳定性直接影响着终点钢水的质量.传统的静态控制模型以物料平衡和热平衡为基础获得吹炼过程工艺操作模式,未考虑以原料为主的标量型数据和以工艺参数为主的时序型数据之间的强耦合关系,导致传统静态模型的可靠性不高,需要依靠人工经验来调整工艺参数.为解决上述问题,提出一种基于改进自编码器的转炉炼钢工艺模式提取方法,该方法以自编码器为基础结构,使用全连接模块、长短期记忆网络模块、一维卷积模块和批量K-Means模块建立聚类模型,并联合聚类损失函数和重构损失函数实现模型的训练,获得原始高维数据在低维特征空间所对应的隐藏向量;在此基础上,利用隐藏向量完成聚类;最后,在属于不同聚类类别的数据中,寻找离各个聚类中心最近的样本,将最近样本的供氧、造渣和底吹工艺操作作为该类样本的工艺操作模式.利用转炉炼钢生产过程实际数据验证了所提方法的有效性,使用标量型数据和提取的工艺模式数据预测终点碳温,终点碳的质量分数在±0.02%误差范围内的平均命中率为95.06%,终点温度在±20℃误差范围内的平均命中率为91.48%,在终点碳的质量分数±0.02%、温度±20℃误差范围内的平均双命中率为90.80%.

460MPa级耐火耐候建筑用钢的组织和性能研究

采用低钼复合添加钛、镍、铬、铜的微合金化设计,配以合理的控轧控冷工艺,试制了低成本460 MPa级耐火耐候建筑用钢。通过周浸实验研究了实验钢在模拟工业大气环境中的耐候性能。结果表明:实验钢由粒状贝氏体、M/A岛耐火钢理想组织组成。在600℃保温时析出的大量纳米级Ti的碳氮化物,纳米析出物与位错发生交互作用,阻碍位错运动,提高了实验钢的高温力学性能。与Q345B钢相比,耐火耐候建筑用钢的耐蚀性能提升了30%以上。耐火耐候建筑用钢的锈层致密且稳定,锈层中的α-FeOOH含量较多,能有效阻止腐蚀离子接触基体。腐蚀速率及稳定锈蚀相的相对含量变化证明了耐火耐候建筑用钢锈层随时间延长变得越来越稳定,耐候性能更好。

回火工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织和性能的影响

利用SEM、TEM、EBSD等研究了回火工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织和力学性能的影响。回火后,该钢贝氏体板条合并长大,板条界变得模糊。随着回火温度升高和回火时间延长,板条合并长大明显。相比于700℃×4 h回火,720℃×4 h回火和700℃×6 h回火后贝氏体板条尺寸分别增加了44.98 nm和55.93 nm。随着回火温度升高和回火时间延长,20Cr1Mo1VTiB螺栓钢中的主要碳化物为VC、TiC、M_(3)C尺寸变大,形貌从方形向球形转变;同时,该钢的抗拉强度和硬度降低,延伸率和-20℃冲击韧性有所提高。

终冷温度对稀土TiC颗粒增强耐磨钢组织和性能的影响

稀土元素在钢铁材料中的应用对优化其性能具有重要意义。文章以稀土元素铈(Ce)作为主要添加剂,制备了一种稀土TiC颗粒增强的耐磨钢,并系统地探讨了终冷温度对其组织和耐磨性能的影响。微观组织分析表明,凝固过程中铈元素能够有效地细化铸态组织中的长条链状TiC颗粒,轧制过程中,残余奥氏体含量会随着终冷温度的降低有所减少。磨损试验表明,稀土铈微合金化的TiC颗粒能够有效阻碍磨损的进行,从而提高钢板的耐磨性能。

基于随机森林模型的粗轧过程孔型优化设计

以粗轧轧辊孔型为优化对象,对影响折皱缺陷的因素进行了分析,提出了一种基于随机森林的粗轧过程孔型参数优化设计方法。首先,采用DEFORM-3D软件建立三维轧制热力耦合有限元模型,分析了折皱缺陷的产生原因,探究了折皱缺陷的影响参数;然后,开发了基于随机森林算法的机器学习模型,建立了变形温度、孔型圆角尺寸、槽底宽度和轧辊与轧件间的摩擦因数与宽展值之间关系的设计数据库;结合约束条件,得到了孔型参数的最优解,最后,对优化后的孔型进行了验证。研究结果表明:当孔型槽底宽度b k为165 mm、圆角尺寸R为14 mm时,取得最优解,此时宽展值最小;采用优化后孔型进行生产,消除了折皱缺陷,成品合格率明显提高。

微晶铸造对K4169合金组织及持久性能的影响

分别采用普通铸造、细晶铸造和微晶铸造工艺制得了晶粒度为ASTM M9~M7级、ASTM M14~M9级和ASTM 3~5级的K4169合金试样,研究了微晶铸造对K4169合金组织及持久性能的影响。研究结果表明,微晶铸造工艺可显著细化晶粒,降低凝固偏析,减少Laves相和大块MC碳化物,增加γ″相体积分数;使合金704℃/448 MPa条件下的持久性能相比于普通铸造和细晶铸造合金分别提高了621%和44%,达到614.9 h;断裂模式从普通铸造K4169的脆性穿晶断裂转变为微晶铸造K4169的韧性沿晶穿晶混合型断裂。微晶铸造工艺引起的晶粒细化和γ″相体积分数的提高,有效强化了K4169合金,而大块MC碳化物及Laves相的减少,减少了潜在的裂纹萌生、扩展位置,二者共同作用提高了K4169合金的持久寿命,并降低了性能数据分散性。微晶铸造工艺可获得良好的综合力学性能,提升K4169合金机匣、壳体、扩压器等整体结构件在700℃以下的服役性能,有良好的应用前景。

EH500特厚海洋工程用钢多相组织调控及对性能的影响

特厚钢板心部轧制压缩比低和中心偏析的存在,导致其心部低温韧性差,这大大限制了高强度特厚钢板的应用.针对具有严重中心偏析的100 mm厚EH500海洋工程用钢,系统研究了两步临界热处理对多相组织调控及性能的影响.结果表明,实验钢经过740℃两相区临界退火,其屈服强度和抗拉强度分别为540 MPa和869 MPa,其延伸率和-40℃低温韧性很低,分别仅为5.1%和14 J.再经过600、660和680℃回火后,实验钢强度相差不大,屈服强度介于528~551 MPa,抗拉强度介于687 MPa~730 MPa.而实验钢的延伸率和低温韧性随着回火温度的升高先提高后下降,660℃回火时塑韧性最佳,延伸率达30.6%,-40℃夏比冲击功为163 J.显微组织表征结果表明,实验钢740℃两相区退火后显微组织为临界铁素体和马氏体组织,再经过600℃回火获得了临界铁素体、回火马氏体和细小碳化物的多相组织.回火温度为660℃时,实验钢为临界铁素体、回火马氏体以及细小残余奥氏体,且中心偏析区残余奥氏体含量明显高于非偏析区,进而显著改善了实验钢的塑韧性.而回火温度进一步升高到680℃时,实验钢在中心偏析区获得了临界铁素体、回火马氏体/贝氏体、少量残余奥氏体和大量马奥岛组织,马奥岛的存在使实验钢的塑韧性明显恶化.