热处理温度对SLM成形316L不锈钢组织性能影响研究

使用选区激光熔化(SLM)技术制备316L不锈钢试样以及残余应力样件,采用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM,配备电子背散射衍射探头EBSD）、显微硬度计等研究不同热处理工艺对SLM成形316L的显微组织、显微硬度、力学性能以及残余应力的影响,得到最优热处理工艺。结果表明SLM制备制件组织致密,在最优热处理1 000℃、保温2 h制度下,试样的性能稳定,显微硬度及拉伸性能各向异性差异小,残余应力小。此研究为SLM成形316L不锈钢的力学性能优化及显微组织调控提供了强有力的基础。     

激光3D打印制备多孔结构不锈钢的组织及压缩性能研究

采用316L不锈钢粉末基于激光3D打印技术(Laser 3D printing,L3DP)制备多孔结构试样与致密试样,研究其微观组织结构及压缩性能。首先对两种试样进行显微组织分析及显微硬度测量;随后进行压缩试验,获得两种试样工程应力-应变曲线并比较其压缩性能;最后利用有限元数值模拟动态再现两种试样的压缩过程,分析变形过程中金属流动与宏观工程应力-应变曲线的内在联系。结果表明:L3DP成型多孔结构不锈钢部件内部组织具有典型的层带结构,主要由沿不同方向生长的柱状晶构成,晶粒尺寸由中心白亮组织向外逐层递增,各层带成分分布均匀且显微硬度在170~190 HV之间变化;L3DP成型多孔不锈钢部件的屈服强度为380 MPa,压缩弹性模量为23.0 GPa,具有良好强塑性匹配;压缩仿真试验显示多孔结构部件内部孔隙在应力作用下逐渐弯曲,最终由流动金属压合填充,由此导致整体空间体积减小,所以相同工程应力下多孔结构部件的工程应变较大。     

6mm厚304不锈钢激光焊接接头组织及力学性能研究

采用光纤激光对304奥氏体不锈钢进行焊接,获得成型良好的激光焊接接头,利用光学显微镜、超景深、显微硬度计等分析检测手段,对304不锈钢焊接接头的微观组织特点、力学性能及断口特征进行了研究并进行相应的分析.结果表明,在激光焊接过程中,由于焊缝冷却速度较快,焊缝组织主要以垂直于熔合线的柱状晶的形态存在,焊缝中心组织以等轴晶为主,热影响区不明显;接头硬度分布不均匀,焊缝处硬度最高,热影响区未发生明显软化;焊接接头抗拉强度为711.5MPa,接头拉伸后断于焊缝,拉伸性能达母材拉伸性能的97.5％,可应用于各种工程.     

SAF2205双相不锈钢与16MnR钢焊接接头的组织与性能

采用ER309焊丝对SAF2205双相不锈钢与16MnR低合金高强钢进行了钨极氩弧焊(TIG)焊接,对其接头进行了拉伸试验、冲击试验及硬度测试,并用扫描电镜、光学显微镜及X射线衍射仪对接头的显微组织进行了分析。结果表明:母材16MnR钢一侧与焊缝结合界面处分别存在一个脱碳层和增碳层,焊缝中心区为奥氏体+针状铁素体组织;拉伸试样断裂在强度相对较低的母材16MnR钢一侧;在16MnR钢/焊缝界面部位存在硬度突变;接头质量较高,其力学性能能够满足一般工程结构的要求。     

DLF与SLM激光快速成型方法的比较研究

分别采用激光直接制造(DLF)技术和选择性激光熔化(SLM)技术对不锈钢材料进行一系列的激光快速成型实验,根据实验结果,对比分析DLF和SLM两种方法在成形机理、成型精度、成型效率、适用场合、成型件的力学性能和组织结构等方面的异同。结果表明,SLM技术的成型精度要优于DLF技术;两者成型件都具有较高的力学性能,均优于普通不锈钢;SLM与DLF成型件组织性能基本相同;如果切片层厚相同,SLM的成型效率高于DLF;DLF主要用于粗加工或零件修复等场合,而SLM可用于精密、复杂零件的制造。     

超细晶高氮奥氏体不锈钢的制备及其性能

通过机械合金化和放电等离子烧结技术制备超细晶高氮奥氏体不锈钢,用X射线衍射仪和透射电镜、能谱仪对粉体及烧结试样进行了表征,对其进行了力学性能试验.结果表明:在球磨的过程中,粉末中的氮化物逐渐消失,烧结试样基体为奥氏体;烧结试样氮含量1.19%,其晶粒尺寸为50～100 nm,氮元素在试样基体内分布均匀;制备的超细晶高氮奥氏体不锈钢硬度、抗拉强度均超过普通的304奥氏体不锈钢,耐腐蚀性能比304奥氏体不锈钢更加优良.     

高氮钢双面双弧TIG焊接接头组织性能研究

采用双机器人协同双面双弧TIG焊接方法,通过使用不同比例混合的Ar-N_2保护气对高氮奥氏体不锈钢进行TIG焊接,分析了焊接接头显微组织、硬度和力学性能,研究了N_2的加入对焊接接头组织性能的影响。结果表明,焊缝凝固模式始终为A模式,但是N_2的加入会改变焊缝区微观组织形貌;硬度测试显示,焊缝区硬度值均低于母材硬度值并高于热影响区硬度值;接头抗拉强度先增大后减小,拉伸断口为韧性断裂,且均断裂于焊缝位置;     

交变磁场对高硬熔覆层组织与性能的影响

为改善高硬激光熔覆层的力学性能,在激光熔覆过程中辅助施加类正弦交变磁场,在Q235A表面制备了高硬合金熔覆层。对熔覆试样进行拉伸和冲击性能测试、断口分析、显微组织观察、物相分析、显微硬度测试以及耐磨性对比分析,研究了交变磁场对熔覆层力学性能和微观组织的影响。研究结果表明：在激光熔覆过程中加载强度为50mT、频率为20Hz的交变磁场时,可使试样的拉伸强度提高约9%,延伸率提高约1%,冲击韧性提高约11%,且拉伸断口出现明显韧窝,材料组织更细化、致密;熔覆层显微硬度随着磁感应强度的增大而增大,但随磁场频率的变化极小;当交变频率为25Hz、磁场振幅为60mT时,熔覆试样磨损失重减小15%。     

选区激光熔化成形Inconel625合金的显微组织及力学性能

采用雾化方法制备了Inconel 625合金粉,利用选区激光熔化成形技术将该合金粉直接成形制备了金相、拉伸和冲击试样,研究了其表面残余应力、显微组织及退火前后的力学性能。结果表明:试样表面有少量微裂纹,内部存在少量碳氧夹杂物颗粒,显微组织均匀致密,由单一奥氏体相组成;退火前试样的表面残余拉应力为398 MPa,高于经1 140℃×2h退火处理后试样的(242 MPa),其平均屈服强度、抗拉强度、冲击功、断后伸长率和断面收缩率分别为743 MPa,1 043 MPa,139J,31.4%和49.6%,而退火处理后试样的屈服强度、抗拉强度降低,冲击功、伸长率和断面收缩率有所增加;退火前试样的拉伸和冲击断口均呈韧性断裂特征。     

高铁用进口EA4T钢车轴的组织和力学性能

研究了高铁用进口EA4T钢车轴的显微组织和力学性能,分析了组织和力学性能的均匀性。结果表明:车轴中存在CaS、Al2O3及少量硅酸盐等非金属夹杂物,沿表面至心部夹杂物的数量增多;车轴不同位置的显微组织均为回火马氏体、贝氏体和少量先共析铁素体,自表面向心部先共析铁素体的尺寸增大、数量增多,组织不均匀;车轴的拉伸性能和硬度均满足标准要求,但心部因先共析铁素体含量较多,抗拉强度明显较低;车轴纵向存在带状组织,因此其横向冲击韧性较差;车轴试样的拉伸断口存在较多小而深的韧窝,说明其塑性良好,断裂方式为韧性断裂,而冲击断口存在明显的河流花样和韧窝,断裂方式为脆韧混合断裂。     

基于原位拉伸的CrMoV钢焊接接头局部力学性能研究

采用微拉伸试验研究了CrMoV钢焊接接头焊缝金属的局部力学性能,并对焊缝金属进行了微观组织观察和显微硬度测试。结果表明,焊缝金属呈现不均匀的微观组织分布;焊缝金属环向试样的拉伸强度要大于径向和轴向试样的拉伸强度,而焊缝中心所取试样的拉伸强度要小于焊道上所取试样的拉伸强度。结合金相分析得到,焊接接头焊缝金属最薄弱的部位在焊缝中心等轴晶区。     

超级贝氏体组织中残余奥氏体的TRIP效应研究

针对超级贝氏体组织中残余奥氏体的应力诱发相变及对钢的力学性能影响,设计试验钢60Mn2SiCr,经900 ℃完全奥氏体化保温30 min,在260 ℃盐浴炉中等温处理12 h后,将试样在疲劳试验机上进行加载试验;利用扫描电镜(Scanning electron microscope, SEM)、透射电镜(Transmission electron microscope, TEM)、X射线衍射仪(X-ray diffracmeter, XRD)和拉伸试验机等仪器设备对加载前后的样品,分别进行显微组织形貌观察和相组成的定性定量检测分析以及力学性能测试;结果显示,等温处理后样品的显微组织为超级贝氏体(贝氏体铁素体BF+残余奥氏体AR),残余奥氏体体积分数为9.4%,其含碳量为1.296%;经加载后试样显微组织中残余奥氏体体积分数下降至6.1%,含碳量达1.439%;钢的强塑积提高近20%。这说明等温处理获得超级贝氏体组织的钢,经施加载荷给予应力作用,显微组织中残余奥氏体发生转变,即超级贝氏体组织中的残余奥氏体能够通过相变诱发塑性(Transformation induced plasticity, TRIP)效应的产生,提高钢的力学性能。     

06Cr20Ni11钢埋弧焊焊缝的显微组织和性能

采用SJ601A焊剂和HS308L焊丝对06Cr20Ni11钢进行埋弧焊,通过宏观和微观观察、化学成分分析、拉伸试验、冲击试验、晶间腐蚀试验等方法研究了接头焊缝的显微组织和性能。结果表明:焊缝成形良好,表面无黏渣、气孔、压坑等缺陷,X射线探伤结果为I级焊缝;焊缝金属以铁素体-奥氏体模式凝固,组织为奥氏体和少量枝晶状δ铁素体;焊缝金属的拉伸性能和抗冲击性能均符合标准要求,冲击断裂方式为韧性断裂,耐晶间腐蚀性能良好。     

硼含量对铅镁铝合金组织与力学性能的影响

采用真空熔炼法制备了含硼的铅镁铝合金,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪和力学性能试验机等研究了硼含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:添加硼后,合金中出现了黑色的颗粒状AlB2相,且与Mg-Mg17Al12共晶组织相伴生;随着硼含量的增加,AlB2相分布趋于均匀化,Mg-Mg17Al12共晶相增多;当硼的质量分数为1%时,合金的力学性能最好,抗拉强度、硬度和伸长率分别为105MPa,160MPa和6.87%,室温拉伸断口主要为韧性断裂和准解理断裂的混合特征。     

高氮钢复合焊接接头组织与力学性能研究

热输入对焊接接头组织与力学性能有重要影响。采用激光-电弧复合焊接方法,研究了不同电弧能量和激光能量下的接头组织、焊缝氮含量、拉伸与冲击性能及接头显微硬度。研究表明：焊缝组织为奥氏体+少量δ铁素体,焊缝中析出的δ铁素体随热输入加大而增多;当电流达到200A后,熔池液态金属中氮的溶解近于饱和,即使焊接电流增大,焊缝氮含量依然趋于恒定;而当激光功率增至2.0kW后,焊接过程中的匙孔维持在稳定状态,焊缝氮含量也近于恒定;拉伸断裂位置均在焊缝区,当焊接电流为200A时,平均拉伸强度最高,达到967.58MPa,当激光功率为1.6kW时,平均拉伸强度可达962.88MPa;焊缝冲击功随激光功率的增大呈先降低后升高的变化趋势,但随电流的增大其变化趋势相反;熔合线的冲击功随着焊接参数的变化呈现出相同的变化趋势,焊缝和熔合线的最大平均冲击功分别为47.60J和62.85J;拉伸和冲击的断裂形式均为韧性断裂;焊缝区显微硬度最低,导致拉伸测试时均断裂于焊缝区。     

真空泵叶片断裂失效分析

通过对真空泵叶片进行宏观形貌分析、扫描电镜分析和金相分析,同时进行了材料化学成分和拉伸力学性能测试,综合讨论得出真空泵叶片断裂原因:由于材料的铸造缺陷导致真空泵叶片疲劳断裂。     

静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题,设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型,并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测,分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比,检测其焊缝机械强度,并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中,产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热,搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小;对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速,C轴转速对产热量影响不大;在主轴压力为2940～3430 N,主轴转速为1000 r/min,C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下,完成焊接的焊缝表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右;焊缝断口存在分层现象,靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性,下层呈延性断裂特性,与母材相比,焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。     

A comparison of the tensile, fatigue, and fracture behavior of Ti–6Al–4V and 15-5 PH stainless steel parts made by selective laser melting

In this work, Ti–6Al–4V and 15-5 PH steel samples were fabricated using selective laser melting (SLM) and their tensile, fatigue, and fracture properties were analyzed and compared. The tensile properties were compared with respect to the build orientation. The horizontally built samples showed relatively better tensile properties as compared with the vertically built samples. Fatigue performance was studied for the vertical build orientation and compared with standard wrought material data. The tensile and fatigue performance of SLM-built materials were comparable to their respective standard wrought materials. Fractography was carried out for all tensile and fatigue-tested samples. The fatigue fracture behavior of Ti–6Al–4V was different from 15-5 PH steel. For Ti–6Al–4V, the fatigue crack initiation occurred deep in the subsurface whereas for PH steel the fatigue crack was initiated from the surface.     

139.7mm加重钻杆外螺纹接头断裂原因分析

为查明某井139.7 mm加重钻杆外螺纹接头的断裂原因,对断口进行了宏观和微观分析,对材料进行了化学成分分析、力学性能试验和金相分析,并进行了有限元分析等。结果表明:加重钻杆断裂属于腐蚀疲劳断裂;断裂主要原因是加重钻杆接头内径大于标准规定值,降低了加重钻杆外螺纹接头断裂扭矩和抗拉载荷,在疲劳载荷与腐蚀介质作用下,腐蚀疲劳裂纹首先在加重钻杆外螺纹接头危险截面部位螺纹牙底萌生,随后在载荷作用下裂纹不断扩展,进一步降低了接头的强度,最终发生了断裂事故。     

楔压变形程度对重力铸造ZL401铝合金管坯显微组织和力学性能的影响

为了消除重力铸造ZL401铝合金管坯中的孔洞、疏松等缺陷,改善其组织并提高力学性能,对其进行楔形压制(最大变形量为40%),并对其微观组织、力学性能和拉伸断口进行了研究。结果表明:楔形压制能明显压合甚至消除重力铸造产生的孔洞和疏松,随变形程度增大,其强度和伸长率均增大,抗拉强度、伸长率和相对密度分别从从楔压前的161MPa,3.3%,94.3%提高到232MPa,7.2%,99.5%;断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变。