微铸锻增材制造TC4-DT合金的高温力学性能与断裂失效行为

研究了微铸锻增材制造TC4-DT合金的高温力学性能与断裂失效行为。通过X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜观察了微铸锻增材制造TC4-DT合金在平行沉积扫描方向与平行沉积增高方向的相组成与显微结构,测试了不同温度(500、600和700℃)TC4-DT合金的高温力学性能,观察了不同测试温度的拉伸断口形貌并分析了其断裂失效行为。结果表明:微铸锻增材制造TC4-DT合金主要物相为α相,平行和垂直于沉积方向的显微结构主要是网篮状组织和片层α组织,未观察到明显的各向异性。随温度升高,TC4-DT合金的强度降低,断裂行为由穿晶断裂向沿晶断裂转变。材料失效行为的主要影响因素包括高温下晶粒的长大、晶界的软化、气孔的长大与聚集。

X70 MS管线钢焊接接头硫化物应力腐蚀敏感性及氢捕获效率

目的分析探讨氢在X70级抗酸管线钢(X70 MS)母材及焊接接头中的氢捕获效率及其对硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)敏感性的影响机理。方法依据NACE TM 0177标准,采用应力环拉伸试验分别获得X70 MS管线钢母材及焊接接头SSCC的临界应力门槛值(σscc)。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察拉伸断口形貌、氢显试验后表面形貌以及电化学充氢后裂纹区域EBSD观察。利用改进的D-S双电解池氢渗透技术,联用Letry应力腐蚀试验机,测量母材及焊接接头的氢渗透动力学参数。结果X70 MS管线钢母材和焊接接头发生SSCC的临界应力门槛值σscc分别为362.1 MPa和338.4 MPa,拉伸断口均呈脆性断裂特征。与母材相比,焊接接头的氢渗透通量J∞和表观氢浓度Capp较大,氢有效扩散系数Deff较小,被捕获的晶格氢、可逆氢和不可逆氢浓度均较高。结论X70 MS管线钢焊接接头具有比母材较高的SSCC敏感性,一方面是由于焊接接头中的板条贝氏体组织晶界及其亚晶界均是氢扩散通道及捕获陷阱,具有较高的氢捕获效率;另一方面,焊缝区中有相对较多的易于裂纹穿晶扩展的{101}//ND取向晶粒,在应力和可逆氢的共同作用下,裂纹易穿过这些取向晶粒快速扩展。

Mn对高牌号无取向硅钢组织、织构及磁性能的影响

本文借助OM、EBSD和磁性能测量仪,研究了Mn对高牌号无取向硅钢组织、织构和磁性能的影响。结果表明,与0.2Mn相比,1.6Mn热轧板再结晶过程受到较大程度的抑制,这导致旋转立方织构强度明显增强。经920℃常化后,相较于热轧板,常化板组织明显改善,且基本保留了热轧板的织构组分,但添加1.6%Mn对常化板织构影响较小。930℃退火后,相较于0.2Mn,1.6Mn成品板晶粒尺寸略大一些,同时不利的{111}织构含量几乎不变,有利的{100}织构含量降低,导致织构因子下降,因此磁感B5000由1.683T降至1.644T。对于铁损,Mn含量增高导致铁损P1.5/50由2.45 W/kg下降至2.35 W/kg,而高频铁损P1.0/400则可能由于涡流损耗大幅降低,导致其从19.29 W/kg明显降至17.36 W/kg。

KH550-TiO_(2)@ODA-GO对有机硅-环氧树脂防腐蚀及抑菌性能的影响

目前,有关氧化石墨烯(GO)、十八烷基胺(ODA)和纳米SiO_(2)复合后对材料防腐蚀、抑菌性能的影响研究较少。先后采用十八烷基胺(ODA)及硅烷偶联剂(KH550)改性后的纳米TiO_(2)分别对氧化石墨烯(GO)进行共价改性得到KH550-TiO_(2)@ODA-GO,通过XRD、FTIR、FE-SEM等表征方法研究了该复合材料的物理性能;并将其应用于有机硅-环氧树脂(SMER),利用扫描开尔文探针(SKP)、电化学阻抗谱(EIS)、盐雾试验及抑菌性能测试等方法评价了该复合涂层的防腐蚀及抑菌性能。结果表明:KH550-TiO_(2)@ODA-GO/SMER涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡28 d后,低频端阻抗值(|Z|0.01 Hz)仍高达2.78×10^(9)Ω·cm^(2);且其对大肠杆菌的杀灭率达到了95%。KH550-TiO_(2)@ODA-GO与SMER涂层的高相容性提高了涂层的界面结合力、延长了腐蚀介质的扩散路径并增强了涂层的抗剥离性能,从而显著改善了SMER涂层的防腐蚀性能。此外,纳米TiO_(2)在改性及负载到GO片层表面后,在SMER涂层中仍发挥出了良好的抑菌效果。

铁素体/珠光体界面对耐酸管线钢氢致开裂敏感性的影响

利用OM、SEM、EBSD、TEM等手段,分别对热轧态和退火态耐酸管线钢的微观组织、晶界分布、位错及析出相进行表征,测试了不同组织管线钢的氢致开裂(HIC)敏感性,计算分析了有效氢扩散系数、氢陷阱密度及其对不同组织的氢捕获效率,重点探讨了铁素体/珠光体(F/P)界面对耐酸管线钢HIC敏感性的影响。结果表明,随着管线钢珠光体含量的增加,F/Fe 3C界面及F/P界面越多,二者作为不可逆氢陷阱会阻碍氢的扩散,提高氢的捕获效率,有效氢扩散系数降低,管线钢的HIC敏感性提高;F/P界面附近位错的聚集会加速氢原子向高界面能的F/P界面聚集,使氢致裂纹起始于F/P界面处,并沿着F/P界面扩展。

新型Cu-Mo耐候钢在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为

通过干、湿交替周期浸润实验、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场发射电子探针(FE-EPMA)、X射线衍射(XRD)、Raman光谱以及电化学测试等技术,研究了新型Cu-Mo试验钢在模拟海洋大气中的长期腐蚀行为。结果表明,新型Cu-Mo试验钢的腐蚀过程可分为加速和减速两个阶段。腐蚀前期,以多边形铁素体和少量片层状珠光体为主的新型Cu-Mo试验钢的耐蚀性劣于以贝氏体-铁素体为主的含Cr耐候钢;长期腐蚀后期,新型Cu-Mo试验钢中Cu、Mo的富集和α-FeOOH的增加增强了锈层的防护性,使新型Cu-Mo试验钢的腐蚀速率大大降低,耐候性反而优于含Cr耐候钢。

时效处理对Al_(0.25)CrFeMn_(1.3)Ni高熵合金显微组织演变及耐磨性的影响

采用真空磁悬浮炉熔炼了Al_(0.25)CrFeMn_(1.3)Ni高熵合金,利用场发射扫描电镜、X射线衍射和场发射电子探针显微分析等研究了不同温度时效处理对其显微组织及耐磨性能的影响。结果表明:铸态合金的组织由Cr-Mn-Fe-Ni FCC相基体、Al-Ni-Mn B_(2)相粒状组织和Fe-Cr-Mn BCC相枝晶基体组成。时效处理后,枝晶基体由BCC相转变为σ(Fe-Cr)相,又因合金长时间保温出现软化,使得合金硬度随时效时间的增加先升高后降低,硬度均在时效10 h时达到峰值,随时效温度升高,合金峰值硬度降低。此外,合金表现出良好的耐磨性,磨损120 min后相较于316L不锈钢的磨损质量损失,铸态合金为其的11.9%,750℃时效10 h后合金的磨损质量损失最低,仅为其的5.7%。铸态合金以氧化磨损为主,伴随有粘着磨损和磨粒磨损,随时效温度的升高,合金磨损机理由以粘着磨损为主转变为以分层磨损为主。

Ti-Mg-Al复合脱氧X70级抗酸海底管线钢氢捕获效率及HIC敏感性

采用NACE TM 0284-2016标准评估了一系列不同Al含量的Ti-Mg-Al复合脱氧X70级别抗酸海底管线试验钢的氢致开裂(HIC)敏感性,并通过测量氢扩散通量(J∞L)和有效氢扩散系数(D eff)研究了其氢捕获及扩散动力学行为。结果表明:Al的添加因能促进针状铁素体形成而显著提高试验钢的抗拉强度;随着Al含量增加,试验钢中的夹杂物不仅数量增加,成分也发生变化,由以均匀分布的单一Mn-S和Al-Ti-Mg-O-Mn-S复合夹杂物为主转向以带状分布的单一Al-O夹杂和Al-Ti-O-Mn-S型复合夹杂为主;当Al含量增加至0.03%时,试验钢的屈服强度降低,且[H]容易在脆性Al_(2)O_(3)夹杂物周围引发内部微裂纹,并产生表面氢鼓泡。Al的添加主要是通过影响钢中非金属夹杂物的特性,从而改变氢在钢中的捕获和扩散动力学行为,进而影响钢的HIC敏感性。在本实验范围内,Al的添加量不宜超过0.03%。

Al-Ni-Co纳米纤维的选择性腐蚀制备与高温稳定性

采用超重力场凝固制备不同Co含量的AlNi2.5Cox(x=0,0.1,0.15,0.2)合金,通过选择性腐蚀成功制备出Al-Ni-Co纳米纤维粉末,研究了不同Co含量对Al-Ni-Co纳米纤维显微结构和高温稳定性的影响规律,研究结果表明,超重力场凝固过程中添加少量Co元素能有效细化Al3Ni,当Co含量为0.1%(原子分数)时,其纤维平均直径为132nm。选择性腐蚀制备Al-Ni-Co纳米纤维粉末的高温稳定性实验结果表明,高温氧化后纳米纤维粉末的形貌无明显变化,Co元素的添加能提高纳米纤维粉末的高温稳定性。

冷拔应变对304H钢丝扭转性能的影响

研究了304H不锈钢丝Φ2.6 mm至Φ0.89 mm冷拔过程中组织演变和缺陷对不锈钢丝扭转性能的影响。结果表明:当钢丝冷拔真应变介于0~1.39时,扭转性能急剧下降、扭转次数减少;当冷拔真应变介于1.39~2.14时,扭转性能逐步回升,扭转次数增加。随着应变的施加,加工硬化导致位错塞积致使塑韧性变差,是扭转性能下降的主要因素,且此阶段{111}//ND织构含量增加也不利于扭转性能;随着冷拔真应变进一步增大,钢丝内部晶粒细化为超细晶粒导致强度进一步提升,塑韧性回复,是扭转性能回升的主要因素,且{111}//ND织构含量下降也有利于扭转性能。但冷拔真应变超过1.39之后,夹杂物平均面密度也同时增加,阻碍了钢丝扭转性能的进一步恢复。

钒微合金化对中锰热成形钢氢脆敏感性的影响

利用慢应变速率拉伸、氢渗透以及氢显试验,结合SEM、TEM、EBSD分析,研究了0.12%钒对中锰热成形钢氢脆敏感性的影响。结果表明,钒微合金化对中锰热成形钢氢脆敏感性具有双重影响:一方面,钒不仅显著细化晶粒、析出了大量的纳米级含钒碳化物,使钢中的氢陷阱密度大幅增加,有效抑制了氢向铁素体/马氏体界面的富集,而且添加钒后长条状铁素体明显减少、小角度晶界占比增加,可进一步抑制裂纹的连续扩展,从而降低试验钢的氢脆敏感性;但另一方面,钒使钢中马氏体含量增加,会在一定程度上增加氢脆发生的风险。在常规的热成型工艺下,钒微合金化产生的有益作用更为显著,使含钒试验钢具备更优异的氢脆抗力。

耐候钢热轧氧化皮对快速稳定化锈层演变规律及耐蚀性影响

利用大气暴晒试验,辅以场发射扫描电镜(FE-SEM)、场发射电子探针扫描分析仪(FE-EPMA)、显微拉曼光谱(Raman)以及电化学测试,研究了热轧氧化皮对经快速稳定化处理Q345qDNH耐候钢锈层演变规律及其耐工业大气腐蚀性能影响机理。结果表明,氧化皮(Fe_(3)O_(4)+Fe_(2)O_(3)+少量FeO及FeCr_(2)O_(4)相)存在改善了锈层表面的致密性,但未改变Q345qDNH耐候钢腐蚀产物类型,有无氧化皮的Q345qDNH耐候钢试样腐蚀产物均主要由γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)组成,两种试样快速稳定化锈层均呈现出α-FeOOH由外向内生长的现象,带热轧氧化皮试样因氧化皮中Fe_(3)O_(4)存在可促进α-FeOOH生成而表现出更好的锈层稳定化效果和耐蚀性。

缝隙几何尺寸对闭塞区化学环境及腐蚀行为的影响

针对2205双相不锈钢在NaCl溶液中的缝隙腐蚀行为,设计缝内溶液化学环境测试及电化学实验装置,研究了缝隙腐蚀孕育期内Cl~-和H^(+)的富集规律,以及发展期缝内电极的阳极溶解行为,探讨了缝隙高度和闭塞区体积对闭塞区化学环境和腐蚀行为的影响。结果表明,随着缝隙高度或闭塞区体积减小,在缝隙腐蚀孕育期,Cl~-和H^(+)富集速率明显上升,H^(+)浓度增加2个数量级。而在缝隙腐蚀发展期,OH^(-)浓度显著增大;而缝内电位降越小,缝内电极的阳极溶解速率就越大。

690 MPa级耐候桥梁钢焊接接头在模拟工业大气环境下的耐蚀性研究

采用周期浸润腐蚀实验和电化学测试方法,结合扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等表面测试技术研究了690 MPa级耐候桥梁钢焊接接头在模拟工业大气环境下的耐蚀性。结果表明,在腐蚀初期,由于微观组织的不同,以铁素体为主的焊缝区耐蚀性优于贝氏体为主的母材区,同样由于晶粒粗大且分布不均匀导致贝氏体组织的热影响区耐蚀性最差,焊接接头不同微区域未发生明显电偶腐蚀;在腐蚀后期,Cu、Cr等在焊接接头不同区域的锈层中明显富集,Ni在焊缝区锈层中富集量远高于母材区和热影响区,焊缝区由于合金元素含量较高使其锈层更加平整致密且具有较高的极化电阻和阻抗值,导致整个焊接接头的耐蚀性能好于母材。

9Ni钢铸坯在900~1250℃空气中的高温氧化行为

采用热分析-质谱仪联用系统,结合场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场发射电子探针显微镜(FEEPMA)、X射线衍射(XRD)等表面测试技术及FactSage10.0热力学软件研究了9Ni钢铸坯在900~1250℃的氧化热、动力学行为。结果表明:9Ni钢在900~1250℃区间的恒温氧化,基本都遵循抛物线规律,氧化速率受金属离子在氧化膜中的扩散控制;Ni在内氧化层中以FeNi3和NiFe2O4形式存在,在内外氧化层交界处则以Ni单质富集,且与Fe的氧化物相互缠结;9Ni钢铸坯发生晶界高温腐蚀主要是由于Si氧化后生成的SiO_(2)会与铁氧化产物FeO反应形成Fe_(2)SiO_(4)(铁硅橄榄石),当温度高于其共晶温度(约1170℃),铁硅橄榄石呈液态是由于向基体中的奥氏体晶界进行不规则渗透所致。

交变应力频率对E690钢在3.5%NaCl溶液中腐蚀电化学行为的影响

采用电化学技术与微观形貌观察,研究了不同频率(0.1,0.5,1.0,1.3,1.8和2.0 Hz)弹性交变应力下E690高强海洋工程用钢在3.5%(质量分数) NaCl溶液中的腐蚀电化学行为,探讨了加载频率对腐蚀反应机理的影响。结果表明,存在一个临界频率,将交变应力作用下腐蚀电化学行为分为两个不同的阶段。加载频率在临界频率以下时,随着弹性交变应力加载频率的增大,E690钢的应变速率峰值增大,钢的表面产生活性位点增多,腐蚀过程主要受活化控制,腐蚀速率和局部腐蚀面积均随着加载频率的提高而增大。加载频率超过临界频率时,腐蚀过程主要受扩散控制,腐蚀速率和局部腐蚀面积不受加载频率变化的影响。

基于正交方法研究阴极保护电位波动下X100管线钢的点蚀行为

利用方波极化技术模拟阴极保护电位波动,通过正交试验方法研究不同电位波动参数,如电位波动频率(f)、电位波动幅度(E)、占空比(δ)、电位总加载时间(tt)等,对酸性土壤环境中X100管线钢表面点蚀行为的影响程度大小。结果表明,电位波动参数对点蚀密度影响的顺序为:tt>δ>f>E。当f为0.5 Hz,E为-0.95^-0.7 V,δ为50%和tt为3 d时,宏观点蚀密度最大,即X100管线钢抗局部腐蚀性最差。同时,宏观点蚀密度随f增大而增大,随E升高而增大,在δ为50%时达到最大值,随tt的延长而增大。

应变速率对预充氢DP780钢氢脆敏感性的影响

利用电化学预充氢和慢应变速率拉伸实验研究了不同应变速率(10^(-4)、10^(-5)和10^(-6) s^(-1))条件下DP780钢的氢脆敏感性。结果表明,随应变速率降低,材料的氢脆敏感性增强,但其变化幅度与初始预充氢状态有关。当预充氢电流密度较小时,充氢量少且钢中无初始氢致裂纹,随应变速率降低,更多氢原子可扩散至试样心部应力集中处,导致断口心部脆性区域宽度增加,氢脆敏感性增强。但当预充氢电流密度较大(≥30 mA/cm^(2))且充氢量大于8.5 mg/L时,钢中产生的初始氢致裂纹会影响氢原子向心部扩散与聚集,同时其本身可捕获H原子产生氢脆,使材料氢脆敏感性随应变速率增加幅度减小。

回火温度对DP600钢氢扩散及氢脆敏感性的影响

利用慢应变速率拉伸和双电解池氢渗透试验,结合SEM、TEM、EBSD表征手段研究了不同回火温度下DP600钢中显微组织变化对其氢扩散及氢脆敏感性的影响。结果表明,DP600钢的氢脆敏感性和有效氢扩散系数均随回火温度的升高呈下降趋势,这主要与钢中位错、小角度晶界等可逆氢陷阱浓度降低以及碳化物/基体界面、大角度晶界等不可逆氢陷阱浓度增加有关。其中弥散分布的碳化物使碳化物/基体界面捕获的氢原子分布均匀,导致试验钢的氢脆敏感指数由44.6%(270℃)下降至1.8%(350℃)。综合考虑回火温度对试验钢强度和氢脆敏感性的影响,DP600钢的最佳回火温度为330℃。

690 MPa级耐候桥梁钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为研究

采用周期浸润加速腐蚀实验和电化学方法,结合场发射扫描电镜 (FE-SEM)、X射线衍射 (XRD)、电子探针 (EPMA) 等表面测试技术研究了 690 MPa 高性能耐候桥梁钢在模拟工业大气环境中的腐蚀行为。结果表明,在腐蚀初期,以贝氏体为主的Q690qENH钢的耐蚀性优于含有铁素体和珠光体组织的Q235钢;在腐蚀后期,Q690qENH钢腐蚀速率逐渐减小且远低于Q235钢,Q690qENH钢锈层中Cu、Cr、Ni合金元素的富集提高了锈层的致密性和稳定性,对腐蚀性介质的抵抗作用更强,锈层保护性参数 α/γ*更大。电化学结果也表明,Q690qENH 钢的锈层电阻及线性极化电阻更大,保护作用更强,因此在模拟工业大气环境中耐蚀性明显优于Q235 钢。