热浸镀锌技术的研究进展

介绍了连续热浸镀锌和批量热浸镀锌工艺及其适用范围,论述了热浸镀锌层的组织和性能,分析了合金元素、钢基体化学成分、热浸镀温度和热浸镀时间等因素对热浸镀锌层组织和性能的影响,介绍了热浸镀锌技术的应用领域和研究现状,对该技术的研究方向进行了展望。     

Ni 含量对热浸 Zn-Al-Ni 合金镀层组织和耐腐蚀性能的影响

为了提高热浸镀锌层的耐腐蚀性能,向Zn-0.01%Al镀浴中添加少量Ni,在Q235钢表面获得Zn-Al-Ni热浸镀锌合金层,并用光学显微镜观察了镀层的组织,通过全浸腐蚀实验表征了镀层的耐腐蚀性能。结果表明:随着镀浴中Ni含量的增加,Zn-Al-Ni镀层的腐蚀速率先减小,后增大,当Ni含量为0.05%时,镀层的耐腐蚀性能最好;可以通过降低ζ相层的厚度以及增大δ相层的厚度,来提高镀层的耐腐蚀性能。     

Zn-Ni-Ti热浸镀层组织及其耐蚀性

将Q235钢在450℃的Zn-Ni-Ti合金中热浸镀0.5~5 min,研究了锌池中添加0.03%~0.06%Ni和0.02%~0.04%Ti对含硅结构钢热浸镀锌层组织的影响。并通过电化学方法测试了Zn-Ni-Ti合金及其镀层在10%Na Cl溶液中的耐蚀性。研究发现,锌池中同时添加0.03%~0.05%Ni和0.02%~0.03%Ti可有效抑制Q235钢热浸镀锌时的硅反应性,合金层厚度明显减薄,其生长主要受扩散控制。而且不会形成大量的三元化合物渣滓。实验证实,添加微量Ni和Ti后,提高了锌合金及其镀层的耐蚀性。但当添加0.05%Ni+0.04%Ti时,镀层表面质量下降,还会形成较多的溶解了约1.0%Ni的Zn-Fe-Ti三元化合物。     

表面脱碳层对H13钢热疲劳性能的影响

主要研究了在自约束条件下,表面脱碳层对H13钢热疲劳性能的影响.结果显示,含脱碳层试样表面开裂严重,表层硬度急剧下降,热疲劳损伤因子大大高于半脱碳和无脱碳的试样.说明脱碳造成材料表层含碳量减少,强度降低,使热疲劳时产生的交变热应力超过材料的屈服强度,引起往复塑性变形,逐渐造成损伤累积,从而导致钢的热疲劳强度下降.     

超声冲击改善P355NL1钢焊接接头腐蚀疲劳性能研究

对P355NL1钢焊接接头进行超声冲击处理,研究超声冲击对腐蚀疲劳性能的影响。利用光学显微镜和扫描电镜对超声冲击前后的表层显微结构以及腐蚀疲劳失效断口进行分析,利用电化学工作站对超声冲击前后试样电化学腐蚀速率进行测定。结果表明,当试样处于6%(质量分数) NaCl腐蚀溶液中时,焊态试样疲劳强度下降12.5%;在6%NaCl腐蚀液和水介质中,冲击态试样相较于焊态试样疲劳强度分别提高了75%和53%,S-N曲线斜率分别改变75.4%和60.4%。经超声冲击处理后试样表层产生明显的塑性变形层,最大变形层深度约350μm;冲击之后试样的疲劳寿命有很明显提高,疲劳断裂位置也由焊趾处转移到焊缝或者母材区,腐蚀坑数目明显减少。表明超声冲击可以细化晶粒,同时降低应力集中现象,消除有害残余拉应力,引入有益的残余压应力,降低电化学腐蚀速率,提高焊接接头的腐蚀疲劳性能。     

热处理对Q420冷轧建筑钢性能的影响研究

采用不同工艺参数对Q420冷轧建筑钢进行了热处理,并测试与分析了Q420钢的耐腐蚀性能和拉伸性能。结果表明:随热处理温度从750℃上升至850℃,或热处理时间从0.5 h增加至2.5 h,试样的质量损失率先减小后增大,抗拉强度先增大后减小,试样的耐腐蚀性能和拉伸性能均先提高后下降。为提高Q420建筑钢结构件的耐腐蚀性能和拉伸性能,最佳热处理温度和时间分别为825℃、1.5 h。     

桥梁钢Q420qD断裂韧度CTOD失效评定图评估方法

由于桥梁钢断裂韧度CTOD评估时没有相应的产品标准或者行业规范规定其允许值δmin,无法直接开展韧度评估,因此提出了采用失效评定图评估方法将断裂试样假定为带缺陷构件的间接评估方法,并依据此方法完成了桥梁钢Q420qD的焊接接头母材、焊缝、热影响区的断裂韧度CTOD评估,验证了该方法的可行性。评估结果表明,桥梁钢Q420qD母材和热影响区相对焊缝更安全,焊缝在常温下断裂韧度CTOD合格,但低温下极有可能开裂。     

压痕对表面感应淬火中碳钢疲劳性能的影响

对S38C中碳钢进行表面感应淬火+低温回火处理,对处理后的试样显微组织、截面硬度分布和抗拉强度进行表征,通过疲劳试验和断口形貌分析评价压痕对先压痕后淬火和先淬火后压痕两类试样疲劳性能的影响。结果表明,试样有效淬硬层厚度为700μm,淬硬层有未转变的铁素体存在,最大硬度480 HV0.2在亚表面200μm处。淬火试样抗拉强度比基体材料高140MPa,断裂伸长率只有基体的一半。当压痕较小时,两类试样的疲劳强度没有差异,当试样压痕较大时,淬火后压痕疲劳断面有微裂纹,造成这类试样疲劳强度迅速下降,表面强化材料表面冲击损伤不能简单的当作一般缺陷处理。     

25CrMo钢与Q345钢焊接接头低周疲劳性能研究

针对轴25CrMo与辐板Q345在风力发电机转子焊接领域的应用,进行了焊接接头单试样增量法低周疲劳试验,获得S-N曲线及疲劳极限,并采用SEM对疲劳断口进行分析。结果表明:25CrMo与Q345焊接接头疲劳强度高于母材Q345的,疲劳断裂位置发生强度较低的Q345母材区,韧性断裂;其焊接接头的循环应力疲劳寿命曲线的表达式为lgσa=2.986-0.052lgN,修正后的疲劳极限为380MPa,接头疲劳断口为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区,焊缝内部及表面缺欠是影响接头疲劳性能的主要原因。     

Zn－Fe合金电镀新技术在钢铁防护中的应用

钢铁基体防护技术实施的电镀、有电镀与热浸镀之分,同样都以金属镀为镀层,相互差距较大;热浸镀防怕锭远优于电镀锌,电我站成本则又远低于热浸镀锌。锌铁合金新技术,兼二者之宅又避其短。防护性能不次于热浸镀锌,比电镀锌提高了３－５倍。生产成本仅为热浸镀锌的１／１０,比电镀锌也偏低,且对环境无污染。对这方面的实例作了具体论述,匀 合很有发展前景的工艺。     

压痕对氮碳共渗S38C钢疲劳性能的影响

研究了压痕对未处理和氮碳共渗S38C钢试样疲劳性能的影响,并将未处理试样疲劳试验结果与Murakami模型计算结果对比,运用扫描电镜分析两类试样的断口形貌。结果表明,未处理试样疲劳强度随着压痕尺寸的增大而降低,和计算结果没有差别。氮碳共渗可将光滑试样疲劳强度提高12%,氮碳共渗试样压痕引发化合物层产生的微裂纹导致试样疲劳强度迅速下降。     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 108循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.     

DD98M镍基单晶高温合金900℃高周疲劳行为

研究了无Re第二代单晶高温合金DD98M在900℃时的高周疲劳性能.结果表明:该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小,且缺口降低了合金的疲劳强度和疲劳寿命,900℃时光滑和缺口试样的疲劳强度分别为574和360 MPa;利用扫描电镜(SEM)观察疲劳试样的断口形貌,发现缺口试样为多裂纹源断裂,裂纹主要萌生于缺口根部应力集中区域,而光滑试样为单一裂纹源断裂,裂纹源起始于试样表面、次表面疏松处或碳化物处;利用透射电镜(TEM)观察疲劳变形后的位错组态,发现光滑试样中主要以基体通道中的位错滑移为主,高应力水平下会出现位错对切割γ′相,而缺口高周疲劳在高应力下主要变形机制为不全位错切割γ′相形成层错.     

建筑用Q235钢的表面镀层与耐腐蚀性能研究

采用热浸镀方法在建筑用Q235钢面制备了55Al-43Zn-2Si镀层,研究了表面镀层的显微形貌、物相组成和耐腐蚀性能。结果表明,Q235钢板基材表面镀层较为平整,无明显凹凸,局部区域存在分散的显微凹陷或针孔;经过热浸镀处理后镀层已经覆盖Q235钢表面,表面镀层中只有Al和Zn相,且灰黑色区域是富Al相,灰白色区域为富Zn相;在Q235钢镀层腐蚀时镀层表面灰白色富Zn相优先腐蚀,随后才发生富Al相和化合物相的腐蚀,最终造成腐蚀介质渗漏而造成Q235钢基体的腐蚀破坏。     

表面热处理工艺对建筑钢性能的影响

使用不同感应加热表面淬火工艺对Q235建筑钢进行了热处理,并研究了表面热处理工艺对材料耐腐蚀性能和热疲劳性能的影响。结果表明:当行进速度2 mm/s时,加热功率从80 kW增至160 kW或者当加热功率140 kW时,行进速度从1 mm/s增至3 mm/s,试样的耐腐蚀性能和热疲劳性能均先提高后下降。加热功率优选为140 kW、行进速度优选为2 mm/s。与未经表面热处理的试样相比,采用优化工艺表面热处理的试样240 h盐雾腐蚀后的质量损失率减小81.9%,热疲劳裂纹级别从15级变为3级。     

热浸时间对纯锌和含锌RE合金镀层力学性能的影响

研究了热浸时间对Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si-0.02%RE合金镀层中元素分布、厚度的影响,及对IF钢抗弯曲强度和镀层硬度的影响。结果表明:镀层的厚度随热浸镀时间的增加而增大,同时镀层中间过渡层的厚度随时间增加而增大;随着热浸镀时间的延长,纯锌镀层和合金镀层试样的抗弯曲能力都呈下降趋势,且合金镀层试样下降的更为明显;随着热浸时间的延长,纯锌镀层的硬度减小,而合金镀层的硬度增加。Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si-0.02%RE合金镀层的综合力学性能优于纯锌镀层的。     

电镀铬对300M钢疲劳性能影响研究

对多次电镀铬的300M钢试样的疲劳性能、氢脆倾向、疲劳断口进行了测试和分析,以研究镀铬次数、镀铬层厚度对300M钢疲劳性能的影响规律。结果表明:镀铬层对300M钢的疲劳性能影响很大,在试验条件下,带镀层试样较未电镀试样的疲劳强度和相同应力条件下的疲劳寿命降低约60%,且镀层越厚疲劳寿命越低;这种影响与电镀次数无明显关系,只要执行正常的除氢工艺,重复电镀多达15次的300M钢仍未发现氢脆倾向。断口分析表明:疲劳裂纹主要起源于镀铬层或镀层与基体的界面处,疲劳性能的大幅降低主要与镀铬层本身的特性有关。     

连接体的接头断裂原因分析

某连接体的接头材质为35号钢,热处理状态为正火态,在使用一段时间后发生突然断裂。采用光学金相显微镜和扫描电子显微镜对接头的断裂原因进行分析,找到了接头的断裂模式和原因。接头的断裂模式为疲劳。导致接头疲劳断裂的原因有两个,一为将15号钢接头代替35号钢接头使用,降低了接头的疲劳强度;二为接头设计的尖角产生较大应力集中,成为疲劳断裂的起源,造成疲劳强度的下降。     

热处理制度对42CrMo钢缺口疲劳性能的影响

本文研究了热处理制度对４２ＣｒＭｏ钢光滑试样和缺口试样疲劳性能的影响，结果表明：８５０℃淬火后，５６０℃回火时，４２ＣｒＭｏ钢获得最好疲劳性能；过热组织会使其疲劳强度大幅度降低。     

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能. 结果表明, 超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高, 中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比. SEM断口观察表明, 绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物. 随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅ΔK_inc的减小, 疲劳寿命N_f增加; 而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅ΔK_GBF并不随N_f变化而变化, 基本为一常数, 且粗晶粒试样的ΔK_GBF高于细晶粒试样. 这表明, 细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.