不同基体组织的蠕墨铸铁热疲劳性能的研究

采用板状带V型缺口的试样，研究了蠕墨铸铁的基体组织对其热疲劳性能的影响。结果表明，当热循环温度的上限超过珠光体相组织变化温度时，蠕墨铸铁的热疲劳性能随基体组织中珠光体量的增加而下降；相反，当热循环温度的上限低于珠光体相组织变化温度时，稳定的珠光体组织可以有效地阻止热疲劳裂纹的扩展，蠕墨铸铁的热疲劳性能会随基体组织中珠光体量的增加而增强。     

WC—Co系硬质合金抗热冲击疲劳性能的研究

研究了ＷＣ－Ｃｏ系硬质合金的热冲击疲劳行为。结果表明，热冲击疲劳裂纹的萌生有一定的孕育期。它的热冲击行为与热循环温度、粘结相含量和冷却速度有关。热循环温度越高，冷却速度越快，则裂纹萌生孕育期越短，裂纹扩展速率越快，吉相含量越高，理解纹萌生孕育期变短，热冲击疲劳断口有明显的疲劳条纹特征。     

DZ40M合金的热疲劳性能

采用扫描电子显微镜研究DZ40M定向凝固钴基高温合金的热疲劳性能。结果表明,随着上限温度的升高,裂纹扩展速率增加,热疲劳抗力降低。在上限温度相同时,随着保温时间的延长,热疲劳性能提高,在合金表面形成均匀致密的氧化物保护膜有利于热疲劳性能的提高。由于碳化物与基体的热膨胀系数不同,合金在受温度交替变化时,易在基体和碳化物界面处产生裂纹孔洞,从而萌生裂纹。热疲劳裂纹通过裂纹孔洞的相互连接向前扩展     

DZ951合金的热疲劳性能

研究了不同上限温度对DZ951合金热疲劳性能的影响.结果表明:随着上限温度的升高,热疲劳裂纹扩展速率增加,合金的热疲劳抗力降低.DZ951合金经热处理后,热疲劳性能提高.合金主要通过氧化产生孔洞,孔洞相互连接使热疲劳裂纹萌生和扩展.合金热疲劳裂纹扩展具有一定的晶体学取向,沿{111}面〈110〉方向即与枝晶生长方向呈45°角扩展.     

激光熔覆低温相变合金熔覆层的热疲劳性能

采用激光熔覆技术在Q235表面制备低温相变合金熔覆层。采用金属热疲劳的试验方法，对低温相变合金（Low temperature transformation，LTT1，LTT2）熔覆层进行热疲劳实验，热循环次数分别为N=4000、4500、5000和6000，采用单纯的热应力，加热和水淬交替进行，设置上限温度为600℃，下限温度为室温，加热到上限温度并保温55 s，循环水冷却时间10 s。利用3 D激光共聚焦显微镜对低温相变合金（LTT1，LTT2）热疲劳实验后的熔覆层表面裂纹加以观察；利用电子背散射衍射（Electron back scattered diffraction，EBSD）技术研究试样疲劳裂纹附近晶粒形貌及裂纹扩展趋势。结果表明：热疲劳裂纹主要与冷热循环次数有关，随着热循环次数的增加，熔覆层表面裂纹密度也随之增大且相互交错贯通，当循环次数达到6000次时，LTTI熔覆层裂纹深度相对热循环次数为4500次时增大了43.2%，裂纹平均深度达到了210.3 μm；裂纹方向沿晶界扩展；合金元素的配比影响合金的热疲劳性能。     

喷射沉积Al-Si/SiCp制动盘材料的热疲劳微裂纹扩展行为

采用V形缺口试样,研究喷射沉积Al-Si/SiCp复合材料制动盘在25(450 ℃热循环下的热疲劳行为.通过金相显微镜和扫描电镜观察了复合材料的组织和热疲劳裂纹形貌,研究热疲劳裂纹形成与扩展机制.结果表明:热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生;在同样的热循环次数下,热处理前的试样要比热处理后的试样先出现裂纹,且裂纹扩展的速率较快;裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹与Si颗粒相互作用的主要机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有明显的交互作用.因此,改善Si相的形态和分布以及加强Al/SiC颗粒间的界面结合有利于提高热疲劳裂纹扩展的抗力.     

不同制备工艺对镍基合金涂层耐热疲劳性能的影响

采用氧-乙炔火焰重熔、中频感应重熔和等离子堆焊工艺在45钢基体上制备了3种镍基合金涂层,使用热循环法研究了Ni基合金涂层的耐热疲劳性能,并分析了其裂纹的形成及扩展机理。结果表明:热疲劳失效后在镍基合金涂层表面均形成了氧化层,氧-乙炔火焰重熔和中频感应重熔涂层制备过程中残留的气孔能够促进裂纹的萌生和发展,等离子堆焊涂层的热疲劳抗力要优于氧-乙炔火焰重熔和中频感应重熔涂层,其裂纹的形成主要源于氧化层破溃和位错运动共同作用的结果。     

铸造H13钢的离子氮化、离子软氮化及其对热疲劳性能的影响

试验了用于铝合金铸模的铸造H13钢的离子氮化和离子软氮化以及渗层的热稳定性。用开缺口的试样试验比较了经与未经离子渗的热疲劳抗力,热循环条件为700℃(?)25℃,盐浴加热,水冷却。结果表明,经表面离子渗后由于提高了村料表面的回火抗力所以对抵制热疲劳裂纹的萌生有贡献。但表面渗层有一定厚度化合物层时裂纹的扩展迅速而产生龟裂,只有兼顾渗层的强度、硬度和塑性才能最终提高模具材料的热疲劳抗力。     

ZAlSi7Cu4在不同工艺条件下的热疲劳裂纹生长

对不同工艺处理的铝硅合金ZAlSi7Cu4用自约束型热疲劳实验机进行20 300℃、20 350℃和20 400℃的热循环试验,研究不同处理工艺对该材料热疲劳性能的影响及不同温度幅对裂纹生长的影响。通过光学显微镜和扫描电镜观察试样的热疲劳裂纹形貌,研究合金热疲劳损伤机制。结果表明:该合金经过T6处理后比其他两种方式处理的合金具有更好的热疲劳性能;颗粒的位向会影响裂纹的扩展路径;在下限温度不变的情况下,随着上限温度的提高,ZAlSi7Cu4的3种状态合金的寿命都缩短。当下限温度为20℃时,合金在上限温度为300~350℃区间内的温度敏感性高于其在上限温度为350~400℃区间内的温度敏感性。     

保温时间和缺口半径对DZ951合金热疲劳性能的影响

通过扫描电子显微镜研究了保温时间和缺口半径对DZ951合金热疲劳性能的影响。结果表明,在相同上限温度下,随着保温时间的延长,合金裂纹萌生次数增加,热疲劳抗力提高。铸态合金热疲劳裂纹在碳化物处萌生。热处理合金通过氧化萌生裂纹。裂纹萌生后,主要通过氧化产生孔洞并通过孔洞相互连接使裂纹扩展。热疲劳裂纹沿着与枝晶生长方向呈45°角扩展。热处理合金具有优异的热疲劳性能。随着缺口半径的增加,应力集中减小,合金热疲劳性能提高。     

Thermal fatigue of hot working steel after hybrid surface treatment

Abstract

The application of surface treatment methods like ion nitriding, physical vapour deposition (PVD) coatings and their combination in duplex treatments effectively reduces the occurrence of oxidation, corrosion, erosion and wear processes. However, it is still uncertain whether nitriding and duplex treatment have any real effect on the decrease in the nucleation and growth of thermal fatigue cracks on the surface. This paper presents the results of thermal fatigue investigations of a nitrided layer and different composite layers ‘nitrided layer/PVD coating’ (TiN, CrN and TiAlN) obtained on the EN X40CrMoV5·1 hot working steel. The ion nitrided only and three different duplex treated substrates were compared, based on the intensity of the thermal fatigue cracks observed after testing. The nitrided layer and composite layers investigated were obtained with the use of the hybrid surface treatment technology consisting of ion nitriding followed by arc evaporation coating deposition. Apparatus based on high frequency induction heating and water spray cooling was used for thermal fatigue tests under the following conditions: maximum temperature 600°C, minimum temperature 80°C and two different rates of thermal cycling: 500 and 1000. The thermal fatigue intensities of the nitrided layer and the three different composite layers were measured according to the surface crack density and crack length (i.e. penetration into the testpiece) after different numbers of thermal cycles. Finally, based on the results obtained, the influence of different PVD coatings in the composite layer on the increase in thermal fatigue resistance of hot working steel was discussed.     

含20%Ni金属基陶瓷的热冲击疲劳

研究了含２０％Ｎｉ的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的热冲击疲劳，试验结果表明：随循环温度的上升和冷却速率的加快，热冲击疲劳裂纹的形成孕育期缩短，裂纹扩展速率加快。缺口也使裂纹形成的孕育期缩短，观察还表明，热冲击疲劳断口中存在的疲劳条纹。     

轧辊堆焊金属的耐热疲劳性能

通过设计的热疲劳试验方法,对三种自制药芯焊丝和一种国产堆焊轧辊用实心焊丝的耐热疲劳性能及其影响因素进行了深入研究,同时对堆焊金属中热疲劳裂纹形成以及扩展机理做了进一步探讨,研究表明,堆焊金属中热疲劳裂纹的形成以及扩展是循环应力和氧化气氛共同作用的结果,堆焊金属的抗氧化性越高,抗启裂能力越强,在此基础上,得出了热疲劳裂纹形成以及扩展的机理模型图,另外,研究结果还表明,堆焊金属的组织以及组织中存在的夹杂物对耐热疲劳性能也有很大影响,均一的组织有利于提高其耐热疲劳性能,而夹杂物则促使热疲劳裂纹形成、扩展、分叉。     

H13钢等离子堆焊Ni60A/Cr3C2覆层的磨损及热疲劳性能

采用等离子堆焊技术在H13钢基体表面上制备了Ni60A/Cr₃C₂堆焊覆层,研究了覆层的磨损行为和热疲劳性能。在600 ℃下销盘试验的结果表明,镍基碳化铬复合覆层的耐磨性是Ni60A堆焊覆层的2.8倍和基材H13钢的11.6倍。镍基覆层可以显著降低H13钢的摩擦因数,加入碳化铬则会削弱覆层的摩擦性能。随着磨损的进行,主要磨损机理从氧化磨损演变为磨粒磨损和粘着磨损。在800 ℃到室温下的热疲劳测试结果表明,镍基碳化铬复合覆层在48个热循环后疲劳裂纹达到200 μm,早于镍基覆层的62次。这说明高温氧化促进热疲劳裂纹的产生。碳化铬增强相从镍基上剥离,导致镍基复合覆层热疲劳性能下降。     

超音速火焰喷涂WC涂层抗热疲劳性能的研究

采用HVOF技术喷涂了WC涂层,并对涂层的抗热疲劳行为进行了研究.试验结果表明,HVOF涂层经过15次整体热震试验后,涂层均保持完好无损,未出现裂纹及剥落等任何缺陷;而等离子喷涂的WC涂层经过3次热震试验后就基本开裂和脱落.这充分说明了HVOF涂层具有非常高的抗热疲劳性能.     

氧化对WC_p/钢基表层复合材料热裂纹萌生扩展的影响

利用负压实型铸渗工艺,通过涂覆预制块法,成功地制备了以高铬钢为基材,WC为增强颗粒的表层复合材料,通过氧化增重法、热震实验法及扫描电镜等分析测试方法重点研究了氧化对WC/钢基表层复合材料热裂纹萌生及扩展的影响。研究结果表明:WC颗粒在高于600℃时,会氧化成为结构疏松的WO3,并且随着温度的升高,氧化反应的速度加快,而WC的氧化,对热疲劳裂纹的萌生和扩展产生重要的影响。在500℃以上的空气环境中,复合材料基体会在裂纹源的尖端处形成氧化物。结合环境中的氧对裂纹扩展影响的分析可知,生成的氧化物为裂纹的扩展提供了途径,并且使复合材料极易在热应力的作用下导致开裂。     

车轮铸钢铁基合金涂层改善热疲劳损伤的强化机制

用扫描电镜分析研究了铁基合金涂层对车轮铸钢材料抗热疲劳损伤机制的影响.结果表明,铁基涂层试样表面出现一些腐蚀坑和微裂纹,但并未出现剥落现象,涂层有效地阻碍了微裂纹向基体的传播,较好地避免了基体材料的热疲劳损伤.而在同等条件下未涂层试样不论是表面还是断口处都已遭受了较为严重的破坏.     

Effect of TiN/Ti composite coating and shot peening on fretting fatigue behavior of TC17 alloy at 350 °C

A TiN/Ti composite coating has been prepared on a TC17 titanium alloy substrate by an ion-assisted arc deposition (IAAD) technique with a view to improving the fretting fatigue resistance of the titanium alloy at 350 °C. The composition distribution, bonding strength, micro-hardness, ductility, tribological properties, and fretting fatigue resistance at elevated temperature of the coating have been investigated. The results indicate that the IAAD technique can be used to prepare a TiN/Ti composite coating with high hardness, good ductility, excellent bonding strength, and high load-bearing capability. The TiN/Ti composite coatings can improve the resistance to wear and fretting fatigue of the Ti alloy, as manifested in its excellent tribological behavior at 350 °C. However, the fretting fatigue resistance of the titanium alloy treated by shot peening (SP) combined with IAAD TiN/Ti coating post-treatment was lower than that by IAAD TiN/Ti coating or SP alone, because the compressive residual stress induced by SP was significantly relaxed during coating process and the coating easily cracked and broke off.