40Cr激光熔凝硬化组织形态及硬度研究

利用CO2轴流激光加工机对40Cr钢表面进行激光熔凝硬化处理.利用扫描电子显微镜、金相显微镜和显微硬度计研究了不同工艺下熔凝硬化层及基体的显微组织和硬度分布特征.实验表明:熔凝硬化层由熔化区、相变硬化区和热影响区组成;由表及里组织分别为极细隐晶马氏体 少量残余奥氏体、隐晶马氏体 碳化物 残余奥氏体、马氏体 回火屈氏体 铁素体.硬化层最高硬度约是基体的3倍;随着扫描速度的增加表层硬度先增加后减小,当扫描速度为2.5 m/min时,表层硬度最大,为1097.9 HK.     

Cr5钢支承辊激光熔凝强化

采用光纤激光对Cr5钢支承辊表面进行激光熔凝强化处理,通过组织、显微硬度和耐磨性能分析,研究激光功率和扫描速度对单道熔凝层,以及激光功率和扫描间距对多道熔凝层的影响规律.结果表明,激光熔凝处理显著改善了Cr5钢支承辊的表面性能,单道熔凝层显微硬度可达800HV;多道熔凝的后道激光处理对前道熔凝层存在回火作用,但熔凝层仍具有良好的热稳定性,熔凝层平均硬度约为600～700HV,熔凝试样的磨损量比未经处理的基体减小约10倍,熔凝层耐磨性能明显提升.在本实验条件下,激光功率1.4 kW、扫描速度0.48?m/min、扫描间距2.2?mm时,可较好地兼顾生产效率及Cr5钢激光熔凝层的耐磨性能.     

40Cr激光熔凝硬化组织形态及性能研究

利用CO2轴流激光加工机对40Cr钢表面进行激光熔凝硬化处理.利用扫描电镜、显微硬度计、磨损试验机和盐雾试验机研究了不同工艺下熔凝硬化层显微组织及性能.实验表明,熔凝硬化层由熔化区、相变硬化区和热影响区组成:由表及里组织分别为极细小的马氏体 残余奥氏体、针状马氏体 碳化物 残余奥氏体、回火马氏体 残余奥氏体 铁素体十碳化物:扫描速度越小,硬化层越深;经过激光熔凝硬化处理的40Cr耐磨性以及耐蚀性都有较明显的提高.     

工作电流对球墨铸铁表面等离子束硬化组织和性能影响

研究了丁作电流对球墨铸铁表面等离子束硬化组织和性能的影响规律.结果表明:通过调整电流的大小可实现球墨铸铁表面的微熔硬化处理和同态相变硬化处理;工作电流增大,熔凝层和硬化层的深度、宽度增加,硬化层的最大硬度值先升后降;球墨铸铁表面等离子束熔凝硬化后,熔凝区石墨相消失,其室温组织为细小的变态莱氏体+残余奥氏体,相变硬化区的组织为隐针马氏体+残余奥氏体+球状石墨+铁素体,过渡区组织为针状马氏体+变态莱氏体+包围石墨球的马氏体壳;从表面沿深度方向显微硬度分布呈现先降后升,达到最高值后又缓慢下降的趋势,且出现包围石墨球的马氏体壳组织,其硬度高达1068.5HV0.1,对提高耐磨性有利:最高显微硬度出现在距表面有一定距离的次表层,且在熔凝Ⅸ和相变硬化区间有一软化区.     

不锈钢激光熔凝工艺研究

采用激光熔凝技术对1Cr18Ni9Ti不锈钢表面进行单道扫描,研究不同激光工艺参数下熔凝层微观组织和显微硬度的变化.结果表明:激光熔凝区品粒细小,熔凝层显微硬度较基体硬度有所提高,最高硬度可达288HV.可以推断采用激光熔凝技术,能够提高不锈钢的硬度,改善其耐磨性能.     

扫描速度对40Cr表面等离子束硬化层组织和性能的影响

采用等离子束热源对40Cr表面进行硬化处理.利用扫描电镜和金相显微镜分析了硬化层的显微组织结构,并对硬化层进行显微硬度和耐磨性测试.结果表明:硬化区整体形貌呈月牙形,熔凝区组织形态为隐针马氏体+网状索氏体+残余奥氏体,相变淬火区组织为隐针马氏体+网状屈氏体+残余奥氏体+铁素体;其他工艺参数不变,随扫描速度的增大,硬化层深度和宽度减小,而最高硬度增加;沿硬化层层深的硬度分布规律是,从硬化层由表及里显微硬度先升高后降低,最高硬度在次表层;沿硬化层层宽的硬度分布规律是,硬化层中心部位硬度略有降低,向两侧硬度先升高后降低,直至40Cr基体硬度.硬化处理后试样耐磨性显著提高.     

45钢激光束扫描数值模拟与组织性能北大核心CSCD

利用有限元软件ANSYS对激光束扫描试样的温度场进行数值模拟,研究其温度分布规律。研究激光束扫描对试样显微组织和性能的影响,探讨激光功率和扫描速度等工艺参数对相变硬化层组织性能的影响。采用光学显微镜分析45钢激光相变硬化区的显微组织,用显微硬度计进行硬度测量。结果表明:45钢经激光束扫描后,硬化层的显微组织为针状或板条状的马氏体,组织更加均匀、细小,试样表面硬度最高可达57.5 HRC,相比调质处理提高约1倍,激光扫描区域组织沿深度方向上成梯度分布规律,从表层往深度方向依次为相变硬化区、过渡区和基体。激光工艺参数对硬化层显微组织和性能有较大的影响,相变硬化层的深度和宽度随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而减小;硬化层的截面硬度随着激光功率和扫描速度的增加呈现先增加后减小的变化规律。     

铸铁等离子熔凝处理硬化层的组织与耐磨性能

利用等离子熔凝技术,选择合适的工艺参数,在硼铸铁基体上进行熔凝硬化处理。借助于金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了硬化层的显微组织,采用显微硬度计测试了硬化层的显微硬度分布,通过环-块磨损试验评估了硬化层的耐磨性能。结果表明,硼铸铁表面微熔硬化处理后,熔凝区组织为细小均匀的共晶莱氏体+少量未溶石墨,固态相变区的组织为针状马氏体+残余奥氏体+片状石墨+磷共晶,相变区与基体交界处组织为针状马氏体+珠光体+残余奥氏体+片状石墨+磷共晶。熔凝层显微硬度分布均匀,可达820～910 HV0.1,在室温润滑滑动磨损条件下,硬化层的耐磨性约是基体试样的3倍。     

45钢激光束扫描数值模拟与组织性能

利用有限元软件ANSYS对激光束扫描试样的温度场进行数值模拟,研究其温度分布规律。研究激光束扫描对试样显微组织和性能的影响,探讨激光功率和扫描速度等工艺参数对相变硬化层组织性能的影响。采用光学显微镜分析45钢激光相变硬化区的显微组织,用显微硬度计进行硬度测量。结果表明:45钢经激光束扫描后,硬化层的显微组织为针状或板条状的马氏体,组织更加均匀、细小,试样表面硬度最高可达57.5 HRC,相比调质处理提高约1倍,激光扫描区域组织沿深度方向上成梯度分布规律,从表层往深度方向依次为相变硬化区、过渡区和基体。激光工艺参数对硬化层显微组织和性能有较大的影响,相变硬化层的深度和宽度随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而减小;硬化层的截面硬度随着激光功率和扫描速度的增加呈现先增加后减小的变化规律。     

固态相变对P92钢焊接接头残余应力的影响

采用光学显微镜、显微硬度仪和盲孔法研究了P92钢平板焊接接头的微观组织、显微硬度和表面残余应力分布.同时,基于SYSWELD软件开发了考虑材料固态相变的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法,并采用该方法模拟了P92钢的Satoh试验和单道堆焊接头的温度场及应力场分布,探讨了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性(TRIP)对焊接残余应力形成过程及最终残余应力分布的影响.实验结果表明,P92钢平板焊接接头焊缝组织为淬火马氏体,其平均显微硬度为440 HV,母材(BM)组织为回火马氏体,其显微硬度为240 HV.Satoh试验的数值模拟表明,固态相变引起的体积变化和屈服强度变化不仅对残余应力的形成过程及最终应力的分布和峰值大小有显著影响,甚至可以改变应力的符号;而TRIP效应则具有减缓因体积膨胀和屈服强度变化所引起应力变化趋势的作用.进一步的计算结果表明,P92钢堆焊接头焊缝和热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,而靠近HAZ的BM上存在较大的纵向拉应力,峰值为600 MPa,该值超过了P92钢的室温屈服强度;整个焊接接头的横向残余应力峰值为130 MPa,远小于其纵向残余应力的峰值.数值计算结果与盲孔法测量得到的结果比较吻合,表明了所开发的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法有较高的计算精度.     

3Cr2NiMo钢模块锻后热处理的数值模拟

以3Cr2NiMo模具钢锻造模块为研究目标,通过JMatPro软件计算获得其热物性参数,利用Deform-3D软件对其锻后热处理进行了数值模拟研究,最后进行了试验验证。结果表明:淬火过程中模块外表面的冷速大于心部;从心部到表面,马氏体转变出现不等时现象,淬火后从表面到心部的组织分布依次为马氏体、贝氏体和铁素体。等效应力沿厚度方向分布较均匀,但在棱边处出现应力集中现象;硬度值的分布与马氏体的分布呈正相关,表面的平均硬度值为34.86 HRC。试验验证测得的马氏体层平均深度为45 mm,表面平均硬度为36.23 HRC,模拟结果与试验结果的误差在10%以内,具有较好的吻合度。     

C-Mn-Ni高强钢的连续冷却相变研究

采用Formastor-FII相变仪和MMS-300热模拟实验机,研究了低锰、中锰钢在不同开冷温度及不同变形量条件下的连续冷却相变,建立了实验钢的连续冷却转变曲线,分析了贝氏体及马氏体的相变规律。结果表明,随着冷却速率的增加,低锰钢依次经过粒状贝氏体、板条贝氏体及马氏体相区,中锰钢只经过马氏体相区,在较宽的冷却速率范围内,均可获得马氏体组织;随着开冷温度的降低或冷却速率的提高,低锰钢的贝氏体相变开始温度和中锰钢的马氏体相变开始温度均有所降低;随着冷却速率的增加及开冷温度的升高,实验钢的显微硬度值均有所升高;变形促进了低锰钢粒状贝氏体相变,其显微硬度值降低,变形细化了中锰钢马氏体组织,其显微硬度值升高。     

0.6Ni中碳合金钢的奥氏体连续冷却转变行为

通过热模拟试验、光学和扫描电镜(SEM)观察以及维氏硬度测试,研究了0.6Ni中碳合金钢的动态和静态奥氏体连续冷却转变规律,分析了变形以及合金元素Ni对中碳合金钢奥氏体转变行为的影响。结果表明:奥氏体变形有效抑制了0.6Ni中碳合金钢连续冷却后铁素体和珠光体的形成,大幅促进了贝氏体和马氏体相变,将全马氏体临界冷速由5 ℃/s降低到3 ℃/s。试验钢在动态连续冷却条件下,冷速为3 ℃/s时,全马氏体组织显微硬度为810 HV0.1;而静态连续冷却条件下,冷速为5 ℃/s时,全马氏体组织显微硬度为689 HV0.1。奥氏体变形的再结晶细化作用可以明显细化冷却后的马氏体组织,进而提高马氏体的硬度。在奥氏体静态连续冷却条件下,中碳合金钢中0.6Ni元素的加入,抑制了铁素体和珠光体相变,大幅促进贝氏体和马氏体相变,提高了奥氏体的稳定性,将Ms点从329 ℃降低到304 ℃,马氏体临界冷速从0.5 ℃/s降低到0.3 ℃/s;相对于约0.4Mn元素的加入,0.6Ni元素的加入可以大幅抑制铁素体和珠光体相变,可以将Ms点从320 ℃降低到304 ℃,同时可以有效细化奥氏体冷却后的显微组织。     

冷却速度对高Cr铁素体耐热钢马氏体相变和微观组织的影响

利用差分膨胀仪测定的热膨胀曲线,对高Cr铁素体耐热钢不同冷却速度下的马氏体相变进行了研究。测定马氏体相变的动力学行为并对其微观组织进行分析。结果表明,冷却速度越高,马氏体转变的起始温度和终止温度越低。当马氏体体积分数小于40%时,转变速率达到峰值。室温组织为板条马氏体+δ-铁素体,硬度值随冷速升高而升高。     

H13钢相变规律及其模具的真空热处理数值模拟

以H13钢热作模具真空淬火热处理组织演化预测数值模拟为目的,采用DIL805L热膨胀仪对H13热作模具钢进行连续冷却相变试验,结合显微组织和硬度绘制H13钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线)。研究了不同冷速对试样显微组织和硬度的影响,对Koistinen-Marburger方程中相变因子进行拟合,研究了H13钢的相变规律。结果表明,马氏体转变的临界冷速为1 ℃/s,Ms点为335 ℃,随着冷速增大,试样硬度直至增大到660 HV。将拟合后的马氏体相变方程通过二次开发手段导入有限元软件中开展数值模拟计算,计算结果显示H13钢模具不同取样点处马氏体体积分数为90%,可认为真空气淬后H13钢模具的组织为马氏体和残留奥氏体。     

深冷处理后低碳马氏体的形态和回火特性研究

采用金相、扫描电镜、原子力显微镜等手段,观察研究深冷处理对16Mn钢低碳马氏形态和回火特性的影响,结果表明：深冷处理引起马氏体微分解和超低细碳化物核心形成,使马氏体条束和条束内的亚单元细化,硬度有所提高但长时深冷处理对硬度影响不大,深冷处理促进马氏体的低温回火转变。     

4330M钢连续冷却过程中的组织转变特征

采用Gleeble-3500热模拟试验机对4330M钢进行连续冷却转变试验,研究了冷却速率在0.8~10 ℃/s范围内连续冷却过程中组织结构转变特征。采用热膨胀、硬度测试及彩色金相等试验测定4330M钢的连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明,4330M钢在冷却过程中存在铁素体、贝氏体和马氏体相变区,没有珠光体相变区。随着冷却速率的增加,过冷奥氏体依次分解为铁素体+粒状贝氏体、粒状贝氏体+下贝氏体+马氏体和完全马氏体,马氏体的临界冷却速率约为3 ℃/s。下贝氏体中铁素体和渗碳体的取向关系为(110)_α//(102)_Fe3C和[111]_α//[201]_Fe3C。结合维氏硬度试验与彩色金相定量分析,建立了4330M钢硬度-体积分数模型HBW=-0.07-4.69f_F+4.02f_GB+4.63f_LB+4.82f_M。     

超声冲击处理S30408不锈钢的微观组织演变与电化学性能

通过超声冲击处理(UIT)方法在S30408奥氏体不锈钢表面构筑梯度纳米结构,通过XRD、硬度测试、光学显微镜、扫描电镜和电化学测试等方法研究了超声冲击时间对试验钢表层纳米微观结构和耐腐蚀性能的影响。结果表明,超声冲击处理后在材料表层产生了一定深度的硬化层,同时引入了残余压应力,且残余压应力和硬度均随着超声冲击时间的增加而增加,在超声冲击时间为300 s时分别达到最大值740.12 MPa和82.22 HRB。超声冲击处理后试样表层观察到呈梯度变化的微观结构,可分为纳米层、剧烈塑性变形层和基体。超声冲击使表层晶粒得到细化,并引发了马氏体转变,超声冲击时间为300 s时的晶粒尺寸最小,马氏体转变量最大,分别为14.82 nm和39.80%。超声冲击处理对S30408不锈钢耐蚀性能的影响是晶粒尺寸、残余应力、马氏体相变含量、表面缺陷等因素共同作用的结果,超声冲击时间为180 s时试样的耐蚀性最好,自腐蚀电流密度为1.22 μA/cm²。     

The phase transformation residual stress in granular structure

在假设马氏体岛形态和分布的基础上, 采用有限元法计算了粒状组织形成过程中的相变残余应力, 并讨论 了相变残余应力对宏观变形行为的影响. 结果表明: 粒状组织形成过程中, 奥氏体转变为马氏体后将在铁素体基体中产生静水张应力, 而马氏体岛承受压应力作用; 残余应力随马氏体体积分数和铁素体基体强度的增加而增大, 存在临界马氏体体积分数, 此时铁素体完全屈服; 残余应力是导致空冷粒状组织钢出现连续屈服现象的原因之一, 但对屈服强度的影响较小.     

变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响

通过单道次压缩及连续冷却实验,研究了变形温度(810-720℃)对具有超细原始奥氏体晶粒的含Nb双相钢显微组织的影响.实验结果表明:实验钢最终组织为铁索体加马氏体的双相组织.压缩过程中,实验钢应力-应变曲线上出现峰值,且峰值应力随变形温度的降低先增大后减小;随着变形温度的降低,铁索体的含量先增大再减小,但增减幅度不大,在最低变形温度(720℃)时,铁素体品粒尺寸降低到2.8 μm,弥散分布于铁素体晶界上的马氏体含量达到22.7%;随着变形温度的增加,铁索体晶粒硬度减小,最低可降至230 GPa;EBSD取向分析显示,随着变形温度的降低,组织中小角度晶界增多.