高氮不锈轴承钢的微观组织与性能研究

利用OM、SEM、XRD和电化学方法对X60N高氮不锈轴承钢(/%:0.63C,15.00Cr,0.61Mo,0.190N)进行组织观察、室温和高温力学性能及耐蚀性能研究。结果表明,钢中降碳加氮可显著降低粗大共晶碳化物的数量及尺寸,X60N钢加氮后的原始奥氏体晶粒尺寸及碳化物明显细化。X60N钢经1 050℃奥氏体化淬火后形成大量残余奥氏体,随后-73℃2 h冷处理及回火将其体积分数由31%降至约6%。由于残余奥氏体的相变强化及细小碳化物与碳氮化物析出强化,X60N钢的最终HRC硬度值由淬火的56.6提高到61.2(低温回火)和60.8(高温回火)。此外,凭借加氮后具有较高的初始硬度、均匀的组织及超细碳氮化物析出,X60N钢在高温硬度及耐蚀性能方面比440C钢(/%:1.00C,17.62Cr,0.55Mo,0.002N)更加优异。

人工智能在钢铁材料微观组织分析中的应用与展望

综述了人工智能在钢铁材料微观组织分析的应用与研究进展、主要问题和当前研究热点。目前,微观组织试验测试结果数据全部实现数字化。图像等结果数据的智能分析呈现基于专家系统的知识应用型弱人工智能特征。工业大数据和物理数学模型日趋完善促进热轧组织性能预报强智能化发展。深度学习的应用逐步提升微观组织分析研究与实践的智能化水平。展望未来,基于大数据集构建和深度学习的强人工智能技术将广泛深入应用到本领域。

热膨胀法在钢铁材料固态相变研究中的应用

热膨胀法是通过测量金属材料热循环过程中线性应变与时间和温度的关系,来研究钢铁材料固态相变的一种实用的分析方法。简述了热膨胀实验基本原理、测量设备及实验分析方法,并结合实例对热膨胀法在钢铁材料连续加热相变(CHT)及动力学模型、连续冷却转变曲线(CCT)及等温转变曲线(TTT)等方面的应用进行了概述。

基于扫描电镜测量非金属夹杂物分类方法探讨

基于扫描电镜检测夹杂物元素设置时是否计入O元素和N元素以及不同成分的夹杂物硬度相关研究较少,但其对夹杂物分类非常重要,基于此实验利用扫描电镜自动测量分析低碳钢中夹杂物含量,分别统计计入和不计入O元素和N元素时,各种类型夹杂物的成分含量变化规律,并选择典型的夹杂物进行Mapping,分析O元素、N元素及合金元素在夹杂物中的分布特点,最终依据元素的含量和分布特点,确定测试时是否应计入O元素和N元素以及不同类型夹杂物的成分分类标准。利用纳米压痕对夹杂物硬度进行表征,分析成分变化对夹杂物硬度的影响。实验结果表明Mg、Al、Ca、Mn、S元素具有较高的检测分辨率,质量分数不小于2%时,可确认该元素存在并依据其检测结果进行分类;N元素测量误差较大,分类时不可计入。此外,夹杂物硬度研究结果表明,夹杂物硬度与其成分密切相关,氧化物夹杂物硬度最大可达25 GPa;MnS硬度在3.5~4.5 GPa之间。结合夹杂物成分定量与Mapping结果,建议了不同类型夹杂物的分类准则。

高温激光共聚焦显微镜在钢铁材料中研究进展

介绍了高温激光共聚焦显微镜的工作原理及主要功能,详细汇总了近年来高温激光共聚焦显微镜在钢铁冶金领域、材料研发领域、焊接领域的研究进展,包括钢液在高温熔融过程中夹杂物上浮、聚集、长大行为以及夹杂物聚集的动力学机制研究、相变行为等。利用高温激光共聚焦显微镜研究钢中典型珠光体、贝氏体和马氏体相变基本特征,探讨了不同尺寸粒子在高温对晶界的钉扎、溶解等行为,分析了当前应用过程中存在的主要问题,提出了相应的改进建议,并为后期高温激光共聚焦在钢铁材料领域的应用研究提供参考。

高洁净度齿轮钢中非金属夹杂物的检测方法

研究了一种方便可靠的夹杂物评估方法:利用合适电化学充氢后的拉伸试样获取夹杂物并与极值统计法相结合估算不同体积钢中非金属夹杂物的最大尺寸并预测疲劳强度.研究选用工业生产的高洁净度20Cr2Ni4A齿轮钢,将淬火+低温回火态的标准拉伸试样进行电化学充氢,使拉伸断口由于氢脆现象存在一些以粗大非金属夹杂物为中心的脆性平台,从而可方便快捷地在扫描电子显微镜下对夹杂物的类型、尺寸和分布进行检测,并利用极值统计法对钢中的最大夹杂物尺寸进行评估.为了验证该方法的准确性,采用传统金相法和旋转弯曲疲劳试验对钢中非金属夹杂物进行了检测,结果表明,使用本文所提出的夹杂物评估方法预测的钢中最大夹杂物尺寸及疲劳强度与疲劳试验结果相吻合.因此,该方法有望成为预测高洁净度高强度钢中最大夹杂物尺寸及其疲劳强度的一种有效方法.

利用纳米压痕表征高铁车轮微观相的力学性能

为了研究高铁车轮钢微观组织相的力学性能,利用纳米压痕仪对我国现行的CRH5型动车组车轮的微观组织进行纳米压痕测试,结果表明:该车轮钢微观组织相的纳米压痕硬度具有明显的尺寸效应,而弹性模量无明显的尺寸效应;具有不同宏观力学性能的轮辋及轮辐的微观组织的力学性能基本相同,说明宏观力学性能不仅与微观组织力学性能有关,还可能与微观相的晶粒取向等有关。通过本研究得出了该车轮钢中铁素体及珠光体的微观力学性能,有助于高速车轮钢力学性能的改善。

电解萃取研究稀土元素对耐候钢中夹杂物的影响

为了研究稀土元素对钢中夹杂物的改性影响,以未添加稀土元素的Q235和添加了稀土元素的Q235RE两种耐候钢为研究对象,采用非水溶液电解萃取和物理磁选分离的方法提取出钢中的夹杂物,结合X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别对其类型、三维形貌进行研究。研究结果表明:未添加稀土元素的Q235钢中的夹杂物类型主要是硫化锰和铝、硅的复合氧化夹杂,且尺寸较大,呈现不规则多角状的镁铝氧化物、氧硫复合夹杂物尺寸可达40μm,长条状硫化锰夹杂尺寸可达50μm;稀土耐候钢Q235RE中夹杂物的类型主要是氧硫稀土复合夹杂物,夹杂物尺寸明显变小,长条状的硫化物被规则的球状的稀土硫化物及稀土氧硫复合夹杂物所取代,不规则多角状的氧化夹杂物尺寸小于15μm,尺寸减小了约60%。

中锰钢逆相变退火组织的演变及锰的配分行为

采用SEM、TEM、STEM、XRD、EBSD等实验分析方法对中锰钢(0.2C5Mn)在奥氏体逆相变不同时间退火过程中的微观组织演变进行了分析。结果表明:中锰钢在650℃短时间逆相变退火时析出大量M3C型碳化物,随着退火时间的延长,逆相变奥氏体形成长大,获得马氏体、奥氏体双相片层状组织。马氏体与逆相变奥氏体晶粒取向服从K-S关系,且两相板条平均宽度在0.5μm左右。退火过程中锰元素出现由淬火组织平均分布逐渐向逆相变奥氏体富集的配分行为,长时间退火后形成体积分数为30%的逆相变奥氏体,抗拉强度为960MPa,屈服强度为500MPa,总伸长率为40%,强塑积高达38.4GPa·%。

Mo含量及冷却工艺对低碳贝氏体钢组织与M/A岛的影响

为考察冷却工艺参数对低碳贝氏体钢组织和马氏体/奥氏体(M/A)岛的影响,利用热模拟试验机对不同Mo含量的低碳贝氏体钢进行研究。结果表明,随Mo含量增加,组织中板条贝氏体和M/A岛含量增多;增大冷速、降低终冷温度均能够细化组织,提高组织中板条贝氏体的含量及显微硬度;随着冷速的升高,M/A岛含量减少,由大颗粒的球形向细小的针状转变;终冷温度在410~350℃时,M/A岛含量和尺寸随终冷温度的降低逐渐减小,终冷温度降为330℃时,组织中短棒状M/A岛数量增多,M/A岛含量也开始增多。组织中的粒状贝氏体+板条贝氏体和其上分布的尺寸细小、形状规则的M/A岛是获得实验钢强度和韧性良好匹配的最佳组织类型。

热处理对AISI4340钢临界点及CCT曲线的影响

采用热膨胀法测定了AISI4340钢的固态相变点,观察了组织和硬度,研究了不同热处理状态对临界点和奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)的影响。结果表明,试验钢具有较好的淬透性,冷速为0.03℃/s时得到单一贝氏体组织,冷速为0.03~0.78℃/s之间得到马氏体和贝氏体混合组织,冷速大于0.78℃/s时相变组织都为马氏体。不同热处理状态对ATSI4340钢的A_(c1)、A_(c3)有影响,而CCT曲线没有明显差别。弥散分布、介稳定的组织具有较低的A_(c1),原始组织对A_(c1)的影响比A_(c3)大。

Monel K-500合金高温流变特性及其本构方程

采用Gleeble 3800热模拟实验机研究了Monel K-500合金在变形温度为850~1 100℃,应变速率为0.01~10s-1时的高温流变行为,测定了合金在不同条件下的流变应力曲线。结果表明,最大压缩变形量对合金的流变行为影响不大;变形温度相同时,合金在应变速率为0.1s-1时取得最大峰值应变;根据Arrhenius模型得到了合金的热变形本构方程。

2209双相不锈钢焊缝的析出及对冲击性能的影响

对2209双相不锈钢焊缝在690℃进行不同时间时效处理,采用了透射(TEM)、相分析、冲击测试等手段,研究了析出相的形貌、分布及其类型和含量以及析出相对冲击功的影响。结果表明,析出相为M23C6和σ相,主要在铁素体和奥氏体晶界和铁素体内析出。随着时效时间的延长,析出相逐渐长大并增多,冲击功逐渐降低。在扫描电镜下观察冲击断口形貌为韧窝和准解理,断裂类型由韧性到脆性断裂。

合金元素对高氮不锈轴承钢组织与性能的影响

采用金相、扫描、X射线衍射和电化学等方法研究了合金元素对高氮不锈轴承钢组织性能的影响。结果表明:钢中加氮细化组织与碳化物,析出相尺寸随着氮含量的增加而降低。高氮不锈轴承钢1030、1050℃淬火后残余奥氏体体积分数达到20%~35%,而且碳氮含量越高,残余奥氏体越多。经冷处理及回火后残余奥氏体体积分数降至7%~10.3%,由于残余奥氏体的相变强化与碳氮化物析出强化,低温回火硬度约为59HRC,500℃高温回火硬度可达到58HRC~59HRC。高氮不锈轴承钢中析出相细化、基体贫铬区减少及氮-钼协同作用,使其耐蚀性能明显优于440C钢,而且钢中氮含量越高,耐蚀性能越好。因此,较高合金含量(C+N)的高氮不锈轴承钢兼具高硬度和优异的耐蚀性能。

低合金高强钢微观组织转变机制

通过高温激光共聚焦显微镜原位观察低合金高强钢(Q345R)在热循环过程中微观组织演变规律,并结合扫描电镜和纳米压痕,研究不同类型铁素体形核、长大机制及硬度。结果表明,铁素体可在晶界、亚晶界及夹杂物上形核,多边形铁素体及链状晶界铁素体主要在晶界上形核,而侧板条铁素体可在晶界及亚晶界上形核,而针状铁素体则主要在夹杂物及已形成的铁素体上形核,且奥氏体晶界及晶内亚结构尺寸控制了铁素体尺寸;讨论了夹杂物特征参数对针状铁素体形核的影响规律,Al、Mg、Ca、S等元素的含量达到一定比值且尺寸在5μm以下的复合夹杂物更容易成为针状铁素体的诱导核心;硬度实验结果表明,不同类型铁素体组织硬度存在差别,针状铁素体硬度最大可达到4 GPa。

扭力轴断裂原因分析

某军用车扭力轴在其生产过程中的预扭工序发生断裂。通过微观检验以及断口分析等手段,对断裂的扭力轴进行了综合失效分析。结果表明,该扭力轴存在原始铸造缺陷,断口表面可观察到明显的枝晶凸起,以及由于补缩不及时、结晶不连续而导致的缩孔及冷隔形态缺陷。在扭力轴预扭工序的受力过程中,原始缺陷作为裂纹源进一步扩展,导致其最终断裂。

钢中非金属夹杂物及对性能的影响

简要介绍了钢中非金属夹杂物的分类及形态,分析了非金属夹杂物与裂纹的形成之间的关系。结合电机弹性轴断裂、供暖水管泄露和液化石油气罐鼓包开裂等失效实例分析了非金属夹杂物对钢的塑韧性、疲劳性能、耐腐蚀性能和氢致延迟断裂等的影响。

析出相对高钴铬钼镍轴承齿轮钢抗氢脆性能的影响

以高钴铬钼镍轴承齿轮钢为实验材料,通过TDS测试、慢应变速率拉伸、微观分析等实验方法系统研究了实验钢的氢致断裂过程。结果表明,充氢导致实验钢强塑性明显下降,钢中的氢大部分为可扩散氢,由较弱的氢陷阱控制。通过对比2种实验钢的晶粒尺寸、板条尺寸、残余奥氏体数量、位错密度、析出相等,分析得到对实验钢抗氢脆性能的主要影响因素为碳化物密度和分布,弥散分布的细小碳化物更有利于提高抗氢脆性能。实验得出韧脆临界充氢条件,推断出临界氢含量,为部件的高可靠性安全服役提供了参考。

分离式Hopkinson压杆试验技术的介绍

目前分离式Hopkinson压杆试验技术的用途越来越广泛,其已经成为确定材料在高应变率下动态力学性能最简便有效的试验方法。简单回顾了分离式Hopkinson压杆试验技术的发展历史,介绍了分离式Hopkinson压杆的组成及试验原理,简单讨论了弥散效应、界面的摩擦效应、波动效应等影响试验的几个技术问题,阐述了高应变速率力学试验标准的现状。动态测量的材料力学特性精度较准静态测量方法的精度差,且不同设备测量的数据离散性较大,建议规范分离式Hopkinson压杆设备的制造,建立更为详细统一的试验标准体系。

样品尺寸及尺寸测量方法对薄板拉伸性能的影响

通过对比GB/T 228.1―2010和GB/T 228―2002新旧拉伸标准中对样品原始横截面积测量和计算方法,并使用不同的标准方法对一种超高强度马氏体时效不锈钢冷轧钢带进行了拉伸试验,所得到的结果与这种钢的力学性能标准值进行对比,探讨了使用不同方法对薄板尤其是超高强度钢薄板拉伸性能的影响。对于厚度为0.1~<3 mm薄板和薄带,厚度的测量误差对拉伸结果影响较大,若使用GB/T 228.1―2010测量原始横截面积,在3点的数据极差较大时,可尽量采用5点或5点以上平均值进行计算,以使强度检测结果更加准确。