钴磷镀层表面热疲劳裂纹的萌生及扩展机理

在自约束型热疲劳试验机上对化学镀钴磷合金镀层进行了热疲劳试验,采用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了在热应力作用下镀层表面热疲劳裂纹萌生、扩展的方式和形态。结果表明:200次冷热循环后,V型缺口处发生塑性变形,并且随冷热循环的进行,热疲劳裂纹由缺口底部萌生并沿着循环方向扩展。重点分析了钴磷合金镀层表面热疲劳裂纹的萌生及扩展机理。     

700℃循环热冲击下钴基合金的裂纹扩展及应力计算

对不同缺口类型的钴基合金在700℃下进行循环热冲击试验,采用扫描电镜、光学显微镜和长度测量软件等,对合金在不同循环热冲击次数下产生主裂纹的情况进行统计分析,并计算缺口位置首次热冲击所致开裂或裂纹萌生的热应力。结果表明,不同缺口类型的试样在首次或者较低循环次数的热冲击下均产生一定长度的主裂纹;随循环热冲击次数增多,裂纹不断扩展,但扩展速率减小;热冲击过程中,在WC和Cr_7C_3这两相的内部以及它们与基体的界面处易产生微裂纹,微裂纹聚集长大形成主裂纹并沿着易产生微裂纹的区域(薄弱区域)扩展长大,发生弯曲和偏转,最终沿最薄弱区域断裂。缺口位置应力集中程度不同,致使所产生的裂纹长度以及裂纹产生所需要的热循环次数不同。通过有限元计算结果发现:缺口的应力集中程度对开裂产生重要影响,离缺口越远的位置产生的正应力越小。     

GH230合金的热疲劳行为

利用开有V形缺口的平板试样,研究了GH230合金在试验最高温度分别为700、800、900和1000℃,最低温度为20℃的热循环下的热疲劳行为.研究表明,随着热疲劳试验最高温度的增加,GH230合金热疲劳裂纹扩展速率增加,但合金在不同循环温度条件下裂纹扩展长度与循环周次基本满足线性关系.通过光学显微镜和扫描电镜观察了试...     

高钴钼不锈轴承钢疲劳裂纹萌生及扩展行为

采用高钴钼不锈轴承钢光滑圆柱形试样和缺口试样(理论应力集中系数K_t=3)进行旋转弯曲疲劳测试,研究了高合金轴承钢的裂纹萌生及裂纹扩展行为。用升降法和成组法分别测得轴承钢的疲劳极限和S-N曲线,利用扫描电镜对轴承钢旋转弯曲疲劳试样断口进行观察。结果表明,光滑试样起裂类型为单源萌生起裂,起裂源为表面缺陷和次表面夹杂物,表面缺陷为表面粗糙度、驻留滑移带和加工凹痕,次表面夹杂物为Al_2O_3-CaO-MgO-SiO_2复合夹杂;缺口试样疲劳极限显著下降,起裂类型为多源萌生起裂,计算得轴承钢的缺口敏感系数q_f为1.18。光滑试样疲劳破坏从以高应力幅粗糙度萌生表面裂纹的破坏向低应力幅驻留滑移带、加工凹痕、夹杂缺陷萌生裂纹转移。疲劳裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命的94.1%以上。     

汽车排气系统用铁素体不锈钢的耐热性研究

利用实验室条件下冶炼的Fe-Cr-Nb-Mo铁素体不锈钢,对其高温强度和热疲劳性能进行了研究。研究结果表明:实验钢的高温抗拉强度和屈服强度优于或基本相当于目前所使用的铁素体不锈钢的性能;实验钢的热疲劳裂纹从V形缺口处萌生,夹杂物为裂纹萌生优先区域;热疲劳裂纹长度和扩展速度随热疲劳上限温度的升高而增大;热疲劳裂纹优先沿晶界扩展,高温氧化是疲劳裂纹扩展的主要因素。     

温度对Z3CN20-09M不锈钢在含氯高温水中应力腐蚀行为的影响

研究了温度对核电用Z3CN20-09M不锈钢在含Cl的高温高压水中的应力腐蚀开裂行为的影响.材料的应力腐蚀开裂敏感性变化趋势与试验温度变化趋势并不一致.320℃时材料的应力腐蚀开裂敏感性最高,290℃时为最低,250℃时开裂敏感性介于两者之间.250℃和320℃条件下腐蚀后试样表面形成了内部致密、外部疏松的双层氧化膜,而在290℃条件下腐蚀后试样形成的是致密的单层氧化膜.大多数点蚀坑产生于铁素体相.应力腐蚀裂纹优先在点蚀坑底部或相界面形核,并倾向于沿相界面或向铁素体内部扩展.铁素体/奥氏体界面对应力腐蚀裂纹的作用取决于裂纹面与相界面的取向关系.当裂纹扩展方向平行于相界面时,裂纹易沿着相界扩展;当裂纹扩展方向垂直于相界面时,相界面对裂纹扩展起阻碍作用.      

金属间化合物TiAl合金的缺口断裂机制研究

通过TiAl基合金两种组织的四点弯曲断裂实验，研究了TiAl基合金的缺口断裂机制。实验结果表明：缺口试样的断裂过程为几个沿层裂纹直接起裂于缺口根部，并沿着缺口根部的层间扩展；当遇到位向不利的晶粒时，裂纹便停止在这一晶粒前方，随着外加载荷的增加，即应力的增加，裂纹彼此连接并通过穿层裂纹而扩展；裂纹尖端超钝化、裂纹分叉、沿着层间偏转，形成显微裂纹区，裂纹停在障碍晶粒前的边界上为这种材料的韧化机制；裂纹扩展的驱动力是拉伸应力，缺口的存在增加了缺口前沿或者裂纹尖端的应力。     

压痕对车轴钢疲劳极限的影响

利用硬度计在光滑沙漏状车轴钢疲劳试样上制造压痕,同时利用电火花在试样上加工缺陷,通过疲劳试验研究两种缺陷尺寸与试样疲劳极限之间的关系.将两类试样的测试结果和基于材料硬度、缺陷投影面积的Murakami模型计算结果进行对比.利用扫描电镜观察试样疲劳断口.结果表明,与计算结果相比较,压痕局部塑性变形导致的加工硬化和残余应力对试样的疲劳强度没有影响,裂纹依然从应力集中最大的压痕底部起裂.电火花缺陷表面粗糙度较大引起二次缺口效应,表面硬脆的重铸白层上还有微孔和微裂纹存在,导致此类试样疲劳强度低于模型计算结果,裂纹从电火花缺口底部多处萌生.      

无镍高氮不锈钢弯曲疲劳裂纹萌生与扩展行为

 采用四点弯曲疲劳试验研究了不同应力水平下无镍高氮不锈钢的疲劳行为,并对材料疲劳裂纹的微观形貌、萌生位置及扩展路径进行了分析。结果表明,试验钢疲劳为多裂纹起裂,随着应力水平的升高,裂纹总长度逐渐增加,当应力水平接近材料屈服极限时,裂纹长度趋于稳定;裂纹大多数在滑移带处萌生,裂纹在扩展过程中产生了扭曲、偏移和分叉现象;裂纹在晶内主要沿单滑移带或多滑移带交替扩展,穿过晶界或孪晶界时大多发生了偏转。     

全层TiAl基合金缺口试样原位拉伸卸载试验的研究

通过对TiAl基合金不同类型的缺口试样进行原位拉伸卸载实验和相应的断裂表面观察,研究了TiAl基合金全层组织的断裂机理。研究发现:对于缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹首先起裂、扩展并最后断裂。在整个断裂过程中断裂是穿层断裂和沿层断裂的混合体,裂纹路径较曲折。在拉伸过程中,试样产生微裂纹导致材料发生损伤,随后卸载再加载时,与先前相比,裂纹更易扩展。预损伤加快了裂纹的产生和扩展,使损伤进一步加重,促使材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降。     

非对称热轧单面不锈钢-碳钢复合板生产工艺研究

釆用“电子束真空焊接制坯+热轧”的工艺在钢厂热连轧生产线上进行了“316L不锈钢+Q345C碳 钢”的单面不锈钢复合板热轧生产。采用非对称制坯及异步轧制的手段生产出了高品质单面不锈钢复合板,所生 产的不锈钢复合板界面剪切强度大于320 MPa、屈服强度大于370 MPa、抗拉强度大于520 MPa、断后伸长率大于 30%,各项指标均达到GB/T8165-2008的要求。不锈钢层和碳钢层结合度良好,复合界面平直,无明显缺陷,不锈 钢与碳钢之间实现了良好的冶金结合,结合率达100% 。     

真空热轧Q345B碳钢-304不锈钢复合板界面Cr、Ni扩散行为研究

研究了 60 mm Q345B碳钢/10 mm 304不锈钢复合板坯在1 200℃仅加热不轧制及进行2倍压缩比轧制后30 mm Q345/5 mm 304复合界面Cr、Ni的扩散行为.试验结果表明,加热过程中,界面是否贴合并未影响扩散的进行,真空状态下不锈钢侧Cr、Ni发生蒸发逸出不锈钢并向碳钢侧发生了扩散,Cr扩散距...     

冷轧不锈钢-碳钢复合板弯曲裂纹的分析

通过“爆炸+轧制”法生产的0.80～1.20mm的304不锈钢碳钢(Q235A,08Al)304不锈钢复合板的厚度比例为1∶10∶1,该板在建筑门窗幕墙和日用炊具领域有广泛应用前景。冷弯试样产生裂纹的分析结果表明,基板含碳量高的Q235A钢(0.16%C)比基板含碳量低的08Al钢(0.06%C)出现裂纹的几率大,并且钢中夹杂物、钢的晶粒度和热处理工艺均影响冷轧复合板的弯曲性能。通过选择08Al钢为基层板,控制1050℃热处理工艺,使晶粒度级别≤8级,可明显改善冷轧复合钢板的弯曲性能。     

压下率对316L/EH40复合板界面微观形貌的影响

 为确定制备316L/EH40不锈钢复合板所需压下率,采用MSC.Marc有限元软件模拟研究了316L/EH40不锈钢复合板在不同压下率下的轧制过程,通过对变形区结合界面处应力场与应变场的综合分析,确定不锈钢复合板实现有效黏合的最小压下率为55%。基于有限元仿真结果,采用Gleeble-3800热模拟试验机制备了不同变形率下的复合样件,并对复合样件结合界面处的微观组织形貌进行了观测。通过分析得出结论,样件压下率达到30%后,结合界面处孔隙基本闭合,但仍有部分夹杂物和微孔存在;当压下率超过50%后,结合界面处微孔完全消失,夹杂物数量减少并且尺寸减小;低合金钢侧组织由铁素体和珠光体组成,靠近结合面处存在脱碳层,随着压下率的提高,脱碳层厚度逐渐降低;不锈钢侧由奥氏体组织组成,奥氏体晶粒尺寸随着压下率的提高得到不同程度的细化;显微硬度值随着压下率提高逐渐增大。     

4不锈钢-碳钢复合板多道次小变形轧制温度场的数值模拟

基于弹塑性热力耦合有限元法研究了72mm Q235钢基板和14mm 304不锈钢复板11道次变形至12mm复合板的热轧过程,并应用有限元MARC软件二次开发技术建立了温度场模型。模拟结果表明,变形区内,复合板表面温度持续下降,界面温度略有升高;变形区外,表面温度有所回升;随轧制过程进行,轧件高度方向温度梯度逐渐减小;界面处温度呈“S”形,变形区温度变化显著,且随轧制速度提高,升温明显。     

316L/Q345R热轧复合板界面组织演变及性能

利用扫描电子显微技术结合能谱分析对316L/Q345R热轧复合板结合界面组织及元素扩散情况进行了检测,通过热力学计算分析了界面附近碳的分布规律,并测量了结合界面的显微硬度与剪切强度。结果表明,结合界面碳钢一侧存在约50μm的铁素体带,而不锈钢侧存在约100μm的元素扩散影响区;不锈钢中铬、镍等元素向碳钢中扩散,碳钢中碳元素向不锈钢中扩散;复合板界面剪切强度为373 MPa,明显高于标准规定的210 MPa,略低于Q345R与316L剪切强度和的1/2(379 MPa)。     

热轧不锈钢复合板界面剪切强度测定

 为了相对精确测定复合板结合界面的剪切强度,对热轧不锈钢复合板进行了系列剪切试验。利用扫描电镜和EDS能谱仪对热轧不锈钢复合板剪切后的界面微观特征进行了研究,发现剪切断裂一般发生在界面区域中强度较低的部位,温轧及冷轧复合板的经验公式并不适合预测热轧不锈钢复合板的剪切强度。根据台阶根部加工在不同位置的系列剪切试验可相对准确确定热轧不锈钢复合板的剪切强度。     

TMCP工艺轧制桥梁用不锈钢复合板的组织与性能

为了获得桥梁用不锈钢复合板良好的综合性能,采用控轧控冷(thermal mechanical control process,简称TMCP)工艺轧制了桥梁用不锈钢复合板316L+Q370qD,利用金相、扫描、拉伸、冲击、弯曲、剪切和晶间腐蚀等手段研究了该复合板的组织与性能。结果表明,316L+Q370qD桥梁用不锈钢复合板的界面实现了完全冶金结合,未发现孔洞、裂纹等缺陷以及大颗粒的析出物及氧化物夹杂等;复合板的屈服强度为421~446MPa,伸长率为24.0%~28.0%,-20℃纵向冲击吸收能量平均值为200J,180°内、外弯曲合格,平均剪切强度为412 MPa,复合板的各项力学性能均满足GB/T 8165—2008《不锈钢复合钢板和钢带》标准要求。按照GB/T 4334—2008方法 E进行晶间腐蚀试验,复层不锈钢316L未出现晶间腐蚀现象,具有良好的耐晶间腐蚀性能。     

不锈钢-碳钢复合板多道次小变形轧制温度场的数值模拟

基于弹塑性热力耦合有限元法研究了72 mm Q235钢基板和14 mm 304不锈钢复板11道次变形至12 mm复合板的热轧过程,并应用有限元MARC软件二次开发技术建立了温度场模型。模拟结果表明,变形区内,复合板表面温度持续下降,界面温度略有升高;变形区外,表面温度有所回升;随轧制过程进行,轧件高度方向温度梯度逐渐减小;界面处温度呈“S”形,变形区温度变化显著,且随轧制速度提高,升温明显。