保温时间对锌铁合金镀层热冲压钢开裂行为的影响

通过表面镀锌铁合金的22MnB5基板在热冲压前炉内保温时间的变化,研究了热冲压后的镀层和基体裂纹形貌及镀层相结构的变化,探讨了保温时间对锌铁合金镀层热成形钢微观结构和开裂行为的影响。结果表明:随保温时间的延长,扩展到基体的裂纹长度变短,保温360 s时无裂纹扩展到基体;镀层主要由Zn含量较高的Γ-Fe_3Zn_(10)和Fe含量较高的α-Fe(Zn)组成;随保温时间的增加,部分Γ相转化为α-Fe(Zn)相,镀层中α-Fe(Zn)固溶相的比例增多。     

镀锌热成形钢表面颜色及氧化物形成规律

目的 研究保温时间对热成形钢镀锌层颜色及氧化物组成的影响。方法 通过改变镀锌热成形22MnB5钢热处理保温时间,利用色差、辉光实验、X射线光电子能谱、粗糙度检测、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对镀层表面及截面进行观察,利用电子探针进行元素分析,研究保温前后镀层表面氧化物形貌及镀层元素分布规律。结果 随着保温时间的增加,色差值ΔE逐渐增大。当温度处在945℃时,镀层连续性受到破坏,逐渐脱落。880℃加热过程后,镀层表面由排列均匀连贯的圆球状氧化物组成,连续覆盖表面,且呈聚集存在趋势,镀层表面氧化物厚度出现明显差异。当热加工时间超过6 min后,氧化物明显增多,表面厚度起伏大,呈现出不均匀分布趋势,裂纹萌生,并逐渐加深扩散。随着加热时间的增加,整体Zn浓度有降低的趋势。结论 镀层表面主要由ZnO、FeO、Al₂O₃组成,ZnO连续铺满表面,并呈现连续分布的趋势,有效避免了在高温下镀层表面Zn的挥发。保持Zn含量在一定范围内,使得镀层具有阴极保护的作用。     

奥氏体化过程中热冲压钢Al-Si镀层的组织演化

利用差示扫描量热仪、场发射电子探针和激光共聚焦显微镜研究了22MnB5热冲压钢奥氏体化过程中Al-Si镀层的组织演化。镀层板升温过程中,Al-Si镀层在570 ℃左右熔化;由于温度较低,Al、Fe、Si原子的扩散受到Fe₂SiAl₇阻挡。当温度升到610 ℃左右时,扩散到镀层的Al原子增多,使得Fe₂Al₅进一步生长;Si原子向基体和镀层外表面扩散,由于Fe₂Al₅溶解Si原子能力弱,因此在Fe₂Al₅晶界处形成一层沉淀物FeSiAl₂,其余的Si原子就扩散在镀层表面形成Fe₂SiAl₇。750 ℃时,Al原子扩散到基体中形成了Fe₃Al;镀层中的Fe原子增加使Fe₂Al₅和FeAl₂不断生长;由于Fe₂Al₅和FeAl₂相中Si原子的溶解度低,因此会在晶界处形成Fe₃SiAl₅沉淀物;与Fe₂Al₅、Fe₃SiAl₅、Fe₃Al相比,FeAl₂相的生长速度更快,所占Al-Si镀层整体体积最大,这是因为FeAl₂正交晶格中沿c轴的高空位率(30%)导致了FeAl₂相的生长动力学更强。     

镁合金表面Zn/Sn叠层的低温热扩散研究

研究镁合金基体上进行预处理及电镀Sn、Zn处理后,在190℃进行扩散热处理后的镀层结构.通过XRD、SEM及Darken-Garry理论分析不同热扩散时间后,不同镀层、镀层与镁合金基体之间的微观形貌和相结构的变化.研究表明,镁合金表面镀锌和镀锡后,在190℃处理过程中,锡逐渐扩散至镀锌层内部,并与镁形成了Mg2Sn化合物,锌和镁间并未形成化合物及固溶体.单独镀锡层锡与镁的扩散速度大于Zn/Sn叠层中锡与镁的扩散速度.在保温过程中单镀锌层并未与镁合金发生明显的扩散反应,只是镀锌层结构发生了改变.     

基于第一性原理的热浸镀Zn-Al-Mg镀层力学及耐蚀性能

使用第一性原理计算方法，系统地评价了热浸镀Zn-Al-Mg镀层产品中Zn、MgZn₂、Mg₂Zn₁₁这3种主要成分在镀层表面的作用。计算发现，Mg₂Zn₁₁具有力学各向异性及结构不稳定性，这解释了Mg元素的添加使得材料塑性下降的现象。从微观层面上，揭示了MgZn₂提升热浸镀Zn-Al-Mg镀层耐蚀性能的原因。发现MgZn₂中Mg原子可以有效地保护Zn原子，阻碍Cl^-对MgZn₂中Zn原子的腐蚀。该结果从理论方面深入分析了浸镀Zn-Al-Mg镀层的力学性能和耐蚀性能，有助于指导镀层成分设计与组织调控，进而提高生产效率。     

热浸镀55%Al-Zn板微观组织演变分析

热浸镀锌是目前钢材防腐的常见措施之一,分析热浸镀层的微观组织对改善镀层性能具有重要意义。主要通过OM、XRD、SEM、EDS等手段对GL镀55%铝锌热浸镀层的形貌、相组成、元素成分、断口形貌进行分析。结果表明:镀层表面呈现树枝状分布,这可能是基体表面异质形核且在适当的温度梯度和过冷度共同作用的结果;镀层元素分布方式不同,Al元素仅在镀层一侧以弥散分布的形式存在,而Zn元素则在镀层和基体上以扩散的方式存在。     

Ti6Al4V合金表面热浸镀Ti-Al镀层相组成

采用热浸镀方法在Ti6Al4V合金表面制备Ti-Al镀层,并在1100 ℃高温下进行热扩散处理。结果表明,TC4合金热浸镀铝后在1100 ℃保温,形成了表面氧化层、过渡层及基体,表面氧化层和过渡层厚度随扩散时间延长而增加,表面氧化层主要由Al₂O₃和TiO₂构成,过渡层主要相为TiAl₃、Ti₂Al₅和Ti₁₉Al₆金属间化合物。     

保温时间对铝/铜钎焊接头界面化合物和力学性能的影响

采用Zn-22Al钎料配合KAlF4-CsAlF4无腐蚀钎剂,在不同保温时间下对铝/铜进行炉中钎焊,研究了保温时间对钎焊接头、微观组织形貌,铜侧界面元素分布以及接头力学性能的影响.结果表明,随着保温时间的延长,Al/Cu接头Cu/钎缝界面CuAl₂化合物由层片状逐渐转变为树枝状并向钎缝内部生长;钎缝中的CuAl₂相由粗大块状转变为长条状或薄片状;Cu/钎缝界面处Zn元素含量峰值在保温时间为2 min时出现在铜母材与AlCu化合物之间,随着保温时间延长,Zn元素峰值逐渐向钎缝内部迁移.同时,铝/铜钎焊接头的抗剪强度随保温时间延长先提高后降低.     

时间和温度对放电等离子体扩散焊接Ti48Al2Cr2Nb合金接头显微组织的影响

采用放电等离子体扩散焊接技术,以Ti/Ni/Ti箔为中间层,实现了Ti48Al2Cr2Nb合金之间的扩散连接. 研究了焊接时间和温度对接头显微组织的影响. 结果表明,950 ℃时,保温15 min,中间层和基体中元素互扩散有限;保温时间延长到30 min,中间层在接头处扩散均匀. 在相同保温时间30 min的条件下,900 ℃和950 ℃得到的接头界面存在分层,各个层的主要物相都是α₂相,仅最内层存在α-Ti. 升高温度到1 000 ℃和1 050 ℃,接头界面分层消失,显微组织相似,都是由粗大的α₂相和固溶了少量Ni原子,Nb原子,Cr原子的α₂相组成. 放电等离子体烧结(SPS)对接头处的元素扩散有促进作用,尤其是Ni元素,使得接头内部没有TiNi和TiAlNi金属间化合物生成.     

中碳钢盘条的高温氧化行为研究

针对中碳钢盘条的高温氧化问题,利用热重分析仪对45钢和40Cr钢盘条的高温氧化行为进行了试验研究;采用场发射电子探针表征了氧化铁皮厚度及截面微观形貌,对氧化铁皮形貌演变规律以及合金元素在氧化铁皮与基体界面处的分布规律进行了研究分析。结果表明:45钢和40Cr钢盘条的氧化增重曲线在1 050~1 250 ℃范围内遵循抛物线规律,当氧化条件相同时,相比于常规低碳钢,其氧化激活能较高,抗氧化性能更好;氧化铁皮呈典型的3层结构,从外到里分别为Fe₂O₃、Fe₃O₄及FeO,并且在氧化铁皮与基体界面处存在合金元素富集层;45钢盘条在高温氧化时,Cr元素分布不明显,Si元素在氧化铁皮与基体界面处有少量富集,Mn元素在氧化铁皮中均匀分布;40Cr钢盘条在氧化铁皮与基体界面处不仅有富Si层,还明显存在一层均匀完整的富Cr层,由于合金元素富集层阻碍了Fe²⁺向外扩散,提高了盘条的高温抗氧化性能。     

碳化硼对粉/丝复合堆焊高硼铁基合金组织结构的影响

为了探讨合金元素B,C对高硼铁基堆焊合金组织结构、裂纹敏感性的影响,采用粉/丝复合堆焊技术配合不同B₄C含量合金粉体制备高硼铁基堆焊合金,通过显微组织结构、微区成分、显微硬度及宏观硬度试验检测,分析不同B,C元素含量及配比的堆焊合金组织与性能. 结果表明,高硼铁基堆焊合金由α-Fe,Fe₂B,Fe₃(C,B)相组成,随着B₄C的添加,初晶岛状α-Fe消失,菱形初晶Fe₂B、粒状Fe₃(C,B)析出,鱼骨状、条状共晶状组织α-Fe+Fe₂B体积分数趋于减小并消失,菊花状α-Fe+Fe₂B+Fe₃(C,B)包晶组织成为堆焊合金的主体. 高硼铁基合金中硼、碳的含量及配比是影响堆焊合金组织结构、裂纹敏感性的原因之一,约30%合金粉体(含35%硼铁粉、5%B₄C)配合约70%H08Mn2Si焊丝获得的堆焊层,可有效抑制堆焊裂纹的出现,并可获得稳定的高硬度值66 HRC.     

Cu-25Sn-10Ti活性钎焊SiO2f/SiO2复合材料与Invar合金

采用Cu-25Sn-10Ti钎料钎焊SiO_2f/SiO₂复合材料与Invar合金,研究了界面组织结构及其形成机理,分析了不同钎焊保温时间下界面组织对接头性能的影响.结果表明,在钎焊温度880℃,保温时间15 min的工艺参数下,接头在SiO_2f/SiO₂复合材料侧与Invar合金侧均形成了连续的界面反应层,界面整体结构为Invar合金/Fe₂Ti+Cu(s,s)+(Ni,Fe,Cu)₂TiSn/Cu(s,s)+Cu₄₁Sn₁₁+CuTi/TiSi+Ti₂O₃/SiO_2f/SiO₂复合材料.在钎焊温度一定时,随着保温时间的延长,复合材料侧TiSi+Ti₂O₃反应层厚度逐步增加,Fe₂Ti颗粒逐步呈大块状连续依附其上,接头强度先增大后减小.当钎焊温度880℃,保温时间15 min时,接头室温抗剪强度达到11.86 MPa.     

Fe基胎体中添加Zn粉后的金刚石磨边轮组织及性能

在金刚石磨边轮Fe基胎体中分别添加0,0.7%,2.1%,3.5%,4.9%质量分数的Zn粉,研究Zn粉添加量对金刚石磨边轮Fe基胎体的热压烧结组织、物相组成及力学性能的影响;在此基础上,研究Fe基胎体中添加0、2.1%、3.5%质量分数的Zn粉以及浓度为24%的金刚石后制成的3种金刚石节块的性能及对应的3种磨边轮的磨削性能。结果表明:当采用相同烧结工艺时,不添加和添加Zn粉后的Fe基胎体中的白色、深灰色、灰色3种组织面积及存在形态明显变化,加入质量分数为2.1% 的Zn粉有助于胎体中部分物质扩散,且其物相除γ-Fe、(Cu, Sn)和(γ-Fe, Ni)、Cu₄₁Sn₁₁固溶体以及Fe₄Cu₃、Ni₄Sn等金属间化合物外,还出现了Cu_0.61Zn_0.39新相。Zn粉质量分数增加,Fe基胎体的相对密度、硬度、耐磨性等皆呈下降趋势,但降幅不明显;而其抗弯强度相对未加Zn粉时的呈先增大后减小趋势,且在Zn粉添加质量分数为2.1%时提高了16.1%,达到最大值983.2 MPa;但添加的Zn粉质量分数过高,胎体热压时会出现流料现象。添加或未添加Zn粉的Fe基胎体中加入金刚石后,制作的节块与未加金刚石时的比,其抗弯强度下降,但添加Zn粉后的胎体抗弯强度降幅较小,把持力系数较大,可间接表明胎体对金刚石的把持力较高。用添加质量分数为2.1% 的Zn粉的Fe基胎体制作的金刚石磨边轮磨削渗花陶瓷砖边时,与胎体中未添加Zn粉和添加质量分数为3.5%的Zn粉制作的磨边轮磨削效果比较,其锋利度适中,使用寿命最长。      

氩弧熔覆原位自生TiC-TiB增强铁基复合涂层组织与性能

以碳粉、钛粉、硼粉和铁粉末为原料,利用氩弧熔覆技术在16Mn钢基材表面成功制备出铁基增强相复合涂层,运用XRD,SEM等分析手段研究了复合涂层的显微组织,利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度,并用磨损试验机分析了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,复合涂层与基体界面无气孔、裂纹,呈冶金结合.复合涂层由TiB,TiC,Fe₂Ti和α-Fe组成.显微硬度和耐磨性测试结果表明,该复合涂层显微维氏硬度高达1000 MPa左右.常温干滑动磨损条件下,复合涂层具有优异的耐磨性.     

Effects of Zinc and Calcium Concentration on the Microstructure and Mechanical Properties of Hot-Rolled Mg–Zn–Ca Sheets

Four kinds of Mg alloys with different Zn and Ca concentration were selected to analyze the effect of Zn and Ca concentration on the microstructure and the mechanical properties of Mg–Zn–Ca alloys. It was found that Zn and Ca concentration has a great influence on the volume fraction, the morphology and the size of second phase. The Mg–1.95Zn–0.75Ca(wt%) alloy with the highest volume fraction, continuous network and largest size of Ca2Mg6Zn3 phase showed the lowest elongation to failure of about 7%, while the Mg–0.73Zn–0.12Ca(wt%) alloy with the lowest volume fraction and smallest size of Ca2Mg6Zn3 phase showed the highest elongation to failure of about 37%. It was suggested that uniform elongations of the Mg–Zn–Ca alloys were sensitive to the volume fraction of the Ca2Mg6Zn3 phases, especially the network Ca2Mg6Zn3phases; post-uniform elongations were dependent on the size of the Ca2Mg6Zn3 phase, especially the size of network Ca2Mg6Zn3 phase. Reduction in Zn and Ca concentration was an effective way to improve the roomtemperature ductility of weak textured Mg–Zn–Ca alloys.     

Ni-P镀层对Cu/Al钎焊界面结构及性能的影响机制

为了研究Ni-P镀层对Cu/Al异种金属钎焊界面反应的影响,首次采用Zn98Al和BAl67CuSi两种钎料对含/不含Ni-P镀层的T2紫铜与3003铝合金进行了高频钎焊,获得4种不同的钎焊接头,分别对接头Cu侧界面结构、抗剪强度、断口形貌、显微硬度及弯曲形貌进行了系统研究,并与无镀层接头进行对比. 结果表明,T2表面镀覆Ni-P后,Cu/Zn98Al/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+8.8 μm厚的Cu_3.2Zn_4.2Al_0.7化合物转变为1.5 μm厚的Al₃Ni化合物,而Cu/BAl67CuSi/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+15 μm厚CuAl₂转变为1.8 μm厚Cu₃NiAl₆;与无镀层接头相比,镀覆Ni-P后,Cu/Zn98Al/Al接头强度略有上升,Cu/BAl67CuSi/Al接头强度略有下降,但两种接头的韧性均明显增强,力学性能试验结果与接头Cu侧界面微观组织转变规律相符. 最后建立了Cu/Al接头的界面反应模型,并阐明了Ni-P镀层对Cu/Al接头界面结构和力学性能的影响机制.     

可控离子渗入对新型热作模具钢高温耐磨性能的影响

借助高温摩擦磨损试验机、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计等研究了可控离子渗入(PIP)对新型热作模具钢显微组织及高温耐磨性的影响。结果表明,采用可控离子渗入技术处理后的新型热作模具钢试样表面形成了40 μm厚的致密且均匀的渗层。最外层的Fe₃O₄相能降低试样表面的摩擦因数,次表层的Fe_2-3N和Fe₄N能显著提高基体硬度。磨损温度低于 600 ℃ 时,Fe_2-3N和Fe₄N相稳定存在;磨损温度高于800 ℃时,Fe_2-3N和Fe₄N相转变为α-Fe相,形成含氮马氏体组织,提高了材料的抗高温磨损性能。     

氮气保护粉/丝复合堆焊高硼铁基合金的组织及结构

为改善高硼铁基堆焊合金韧性不足、易引发裂纹的问题,采用N₂保护堆焊并添加氮化铬铁的方式引入合金元素N,同时添加强氮化物形成元素,制备高硼铁基堆焊合金,通过显微组织结构、微区成分、硬度等试验检验,分析合金元素N对高硼铁基堆焊合金组织与性能的影响. 结果表明,氮气保护堆焊高硼铁基合金由初晶Fe₂B、共晶α-Fe+ Fe₂B及粒状复合物M(C,N)组成,N元素的引入促使大量粒状复合物M(C,N)析出,有效细化初晶Fe₂B相,抑制堆焊裂纹的出现. 堆焊合金的宏观硬度也因氮的引入而达到67.8 HRC,但过多的氮会导致Fe₂B生长不完全,硬度略有下降.     

激光熔覆Fe/NiCr-Cr3C2复合涂层的组织和磨损性能

利用激光熔覆技术在GCr15 钢表面制备Fe/NiCr-Cr₃C₂复合涂层,研究不同NiCr-Cr₃C₂含量对铁基涂层微观组织和磨损性能的影响。结果表明:随NiCr-Cr₃C₂含量的增多,复合涂层显微组织逐渐细化,在铁基合金里掺入NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷粉末导致复合涂层里残留奥氏体含量增多,α-Fe相含量减少,截面硬度显著降低。当加入10%NiCr-Cr₃C₂时,复合涂层中出现较多的Cr₃C₂和Cr₂₃C₆硬质相,同时磨痕表面生成了具有减摩作用的氧化产物,从而降低了磨耗和摩擦阻力,使涂层表现出最佳的耐磨性能。     

CLAM钢表面铝化物涂层的制备与铅液相容性研究

目的探索铝化物涂层的制备工艺,研究其是否能有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。方法用配制的渗剂对CLAM钢进行包埋渗铝,并通过随后的热扩散和原位氧化处理,在CLAM钢表面制备铝化物涂层,研究不同渗铝时间和热扩散时间对涂层厚度的影响。通过静态氧化试验和铅液腐蚀试验,分别评价铝化物涂层的抗氧化性能及其与铅液的相容性,采用XRD、SEM和EPMA分析涂层的相组成以及铅液腐蚀前后的微观形貌和元素分布。结果包埋渗铝+热扩散+原位氧化处理制备的铝化物涂层主要由约30μm的FeAl相层和约70μm的α-Fe(Al)固溶体层组成。在热处理过程中,由于Al和Fe的互扩散现象,涂层中的Fe-Al相依次经过了Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl、Fe₃Al和α-Fe(Al)的转变。在600℃空气中静态氧化120 h后,铝化物涂层试样氧化质量增量为0.028 mg/cm²,比CLAM钢的氧化质量增量降低了1个数量级,铝化物涂层使CLAM钢的氧化动力学曲线由直线规律转变为抛物线规律。经550℃铅液腐蚀600、1800 h后,铝化物涂层的腐蚀质量增量分别为0.058、0.077 mg/cm²,仅约为CLAM钢的1/120。CLAM钢表面产生了疏松多孔的铁氧化物层,而铝化物涂层没有发生明显的腐蚀,但是腐蚀1800 h后,随着表面铝含量的不断消耗,Al₂O₃层厚度逐渐减小。结论铝化物涂层具有良好的抗氧化性能及与铅液的相容性,能够有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。