高碳硅锰钢的动态力学性能

通过扫描电镜、霍普金森压杆和拉伸试验机等仪器研究了不同温度淬火高碳硅锰钢的组织、变形程度和动态力学性能。研究表明,随淬火温度提高,试验钢中残留碳化物数量减少,在880 ℃时,试验钢的残留碳化物全部溶解。动态力学试验后,880 ℃淬火试样因残留碳化物固溶,动态强度增幅较小,对应变速率不敏感,由均匀变形转为破碎。绝热剪切带内和远离绝热剪切带的区域均存在孔洞,远离剪切带区域的孔洞无序分布,且伴随有均匀分布的碳化物。靠近绝热剪切带区域的碳化物存在分布不均匀的情况,且绝热剪切带内部的孔洞沿着热量传播方向扩展,形成沿剪切带分布的裂纹。     

热处理工艺对TC4钛合金冲击磨损性能的影响

研究了退火和固溶时效处理对热轧态TC4钛合金的力学性能和组织的影响,并考察了其冲击磨损性能。结果表明:退火处理后试样组织中转变β相增加,强度、塑性和韧性均较热轧态有所提升;而固溶时效处理后试样组织的晶粒细化且尺寸更为均匀,同时具有最高的强度,而塑性和韧性则较热轧态有所降低。经过10 h的冲击磨损试验后,退火态试样的磨损率最低,而固溶时效态试样的磨损率最高。通过磨损断口观察发现退火态试样表面冲刷犁沟较短,且终点处存在合金的塑性堆积,同时磨损面组织发生塑性变形,晶粒延展拉长。退火态试样较高的塑性和韧性有助于吸收冲击能量,因此表现出较好的耐冲击磨损性能。     

含复合(Ti,Mo)C析出相的马氏体钢的氢捕获与解吸附

采用热脱氢分析装置 (TDS) 研究了含复合 (Ti,Mo)C析出相的马氏体钢的氢的捕获与解吸附行为。结果表明,36-60 nm的未溶球形(Ti,Mo)复合析出相在室温电化学充氢过程中不能捕获氢,而回火析出的1-5 nm的复合 (Ti,Mo)C析出相是有效的氢陷阱,尽管其氢陷阱激活能相对较低,为16.4-22.1 kJ/mol,与晶界、位错处的氢陷阱激活能相近,同时远低于纯的共格TiC析出相的氢陷阱激活能,但在大气中放置时,被回火析出的1-5 nm的复合 (Ti,Mo)C析出相捕获的氢无法解吸。     

Nb微合金化对Cr-Ni-Mo-V系高强钢组织及力学性能的影响

对含Nb与不含Nb的Cr-Ni-Mo-V系高强钢进行880℃×1 h淬火+300℃×3 h回火处理,并采用SEM、EBSD、TEM和物理化学相分析等技术分别对其微观组织和析出相进行观察分析。结果表明,添加了0.035%Nb的试验钢组织得到细化,马氏体板条块尺寸从3.1μm下降至2.9μm,且Nb的添加使得MC型析出相的含量增加,析出相尺寸分布得到优化,尺寸在18～200 nm的析出相含量明显增加。由于析出相含量的增加,固溶C含量有所下降,加之含Nb试验钢中的原始C含量稍低,导致含Nb钢的强度稍有下降,但仍达到2000 MPa水平。而马氏体组织的细化及析出相尺寸分布的优化使含Nb试验钢韧性明显提升,室温和-40℃低温冲击吸收能量(KU₂)均提高至44 J。     

WELDOX 700E钢Johnson-Cook本构模型及动态断裂机理

利用拉伸试验机、霍普金森拉杆装置对高强度WELDOX 700E钢进行了静、动态拉伸力学性能测试,研究了WELDOX 700E钢的静、动态力学性能,并利用OM、SEM观察分析了WELDOX 700E钢不同应变速率下的断裂机理。结果表明:随着应变速率由0. 000 25 s~(-1)提高至4000 s~(-1)时,WELDOX 700E钢的屈服强度提高53. 4%,并伴随有绝热升温现象;同时,通过对试验数据进行本构方程拟合,得到了WELDOX 700E钢的Johnson-Cook本构方程:σ_i=(921. 6+1147. 2ε_i~(0. 81))(1+0. 085ln■~*)。静、动态拉伸条件下,WELDOX 700E钢呈现出典型的微孔聚集型韧窝断裂形貌,显微孔洞以马氏体板条界面、第二相粒子为形核点,在拉伸正应力的持续作用下显微孔洞长大、聚集,直至断裂,且随着应变速率的增加,拉伸试样颈缩区的马氏体板条平均宽度由891 nm降至395 nm,显微组织形变加剧与强度增加的趋势一致。     

冷却速度对超高强马氏体钢的马氏体相变起始温度和硬度的影响

采用热膨胀法测量了马氏体试验钢在20~70 ℃/s冷却速度下的马氏体相变起始温度(Ms点温度),并研究了其对试验钢硬度的影响。结果表明,冷却速度的提高可增加奥氏体强度、提高奥氏体的热稳定性,进而降低马氏体相变起始温度。同时,更高的冷却速度容易造成晶格畸变,增大位错密度,还会提高过冷度,细化有效晶粒尺寸,使试验钢的硬度提高。     

硫化物改质对20MnCr5齿轮钢夹杂物和切削性能的影响

 齿轮钢广泛应用于汽车、机械等传动系统,易切削化是提高齿轮加工效率、降低制造成本的主要途径之一。提高钢中硫元素含量是改善齿轮钢切削性能的有效方式,然而过多的硫元素在轧制时会形成条带状MnS,增大钢的各向异性,因此需要对硫化物进行改制处理。分别采用Ca处理和Mg处理两种方式对20MnCr5齿轮钢进行硫化物改质,通过对力学性能、组织形态、夹杂物分布以及切削性能等表征,对比分析不同改制方式对材料的影响。结果表明,Ca处理和Mg处理后试验钢的强度和塑性保持一致,而Mg处理试样的晶粒尺寸较小,因而韧性较高。Ca处理试验钢中MnS夹杂物数量较多,长条状夹杂物比例相对较高;而采用Mg处理可以有效降低钢中夹杂物的数量,夹杂物平均尺寸有所增大,同时小长径比夹杂物数量增多,但是复合氧化物型夹杂物的数量也有所增加。在240~280 m/min条件下进行了干切削试验,结果表明两种试验钢均出现前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损,其中Ca处理试样的刀具磨损较为严重,同时在较高切削速度下出现了积屑瘤和崩角现象,而Mg处理试样则具有更长的刀具使用寿命,对切削速度的敏感性也较低。分析可知,Mg处理后钢中存在较多的大尺寸球状硫化物夹杂物,提高了应力集中效应,更有利于改善切削性能,因而改制效果更好。     

Ti-V-Mo微合金化22MnB5钢中析出相及其强化作用

 使用温成形替代热成形可以避免热成形过程中表面氧化等问题,但热成形常用22MnB5钢在高温回火后出现明显的软化现象。而通过向钢中添加Ti、V、Mo等微合金元素可以在钢中形成细小的析出相以及细化晶粒,起到提高强度的作用,从而可以解决该问题。因此,通过在22MnB5钢中添加Ti、V、Mo微合金元素,利用OM(光学显微镜)、FE-SEM(场发射扫描电子显微镜)、EBSD(电子背散射衍射)、TEM(透射电子显微镜)、XRD(X射线衍射分析)、EDS(能谱仪)及物理化学相分析法等,研究试验钢中析出相特征及其强化作用。试验结果表明,22MnB5钢与Ti-V-Mo微合金钢淬火后的显微组织均为典型的板条马氏体,而两者的析出相除渗碳体外,Ti-V-Mo微合金试验钢中还析出了TiC以及少量的(V,Mo)C,经试验测量,抗拉强度比22MnB5钢提高90 MPa以上。600 ℃回火1 h后,Ti-V-Mo微合金试验钢中析出大量尺寸为20 nm以下的纳米级MC(M=Ti+V+Mo)型析出相,使得马氏体钢有效晶粒尺寸细化到约1.3 μm。通过理论分析发现,其析出强化作用可达500 MPa以上,同时,由于(Ti,V,Mo)C析出相钉扎晶界使得晶粒细化而产生的细晶强化效果为70 MPa以上,在析出强化和细晶强化综合作用下,Ti-V-Mo微合金试验钢比22MnB5钢的强度提高600 MPa以上。因此,根据本研究的结果,Ti-V-Mo微合金试验钢在一定程度上改善了钢板材料在中温成形时出现的软化现象。     

退火温度对FeMoCrVTiSix高熵合金组织及力学性能的影响

在400、600、800、1100 ℃下对FeMoCrVTiSi_x(x=0、0.3)进行退火处理,利用X射线衍射仪、扫描电镜、差热扫描分析仪、显微硬度计、万能试验机等探究了不同退火温度对合金的组织和力学性能的影响。结果表明,Si元素的添加提高了FeMoCrVTi高熵合金的热稳定性。经过退火处理,FeMoCrVTiSi_x高熵合金的微观组织仍为以BCC固溶相为主的枝晶结构,但在枝晶边缘出现黑色的细小富Ti相,其含量随着退火温度的增加而增多,在1100 ℃下富Ti相回溶。富Ti相的析出提高了合金的硬度,其中,800 ℃退火后试样的硬度达到最大值,FeMoCrVTi试样的硬度达到932 HV0.2,FeMoCrVTiSi_0.3的硬度达到998 HV0.2。     

高温渗碳齿轮钢的晶粒粗化行为

  为了开发适合980 ℃高温渗碳的齿轮钢，利用伪渗碳方法，研究了铌质量分数为0、0.036%、0.060%和0.100%的18Cr2Ni2Mo渗碳齿轮钢在930和980 ℃的晶粒粗化行为。结果表明，由于析出NbC钉扎晶界，铌微合金化可以显著细化试验钢在930和980 ℃奥氏体化后的晶粒尺寸，且随着铌质量分数增加，铌微合金化明显抑制试验钢在980 ℃长时间奥氏体化晶粒粗化倾向。添加0.100%Nb的18Cr2Ni2Mo齿轮钢在980 ℃奥氏体化20 h后，平均晶粒尺寸仍然在26 μm左右，适合于980 ℃高温长时间渗碳。