双相不锈钢2205激光焊接接头组织和性能研究

目的 针对双相不锈钢激光焊接接头两相比例失衡的问题,研究双相不锈钢2205激光焊接接头组织和性能。方法 采用Disk 6002碟片激光器对2205双相不锈钢进行激光焊接,通过在纯氩气保护气中添加体积分数为60%的氮气,向熔池中过渡氮元素,以提高焊缝中的奥氏体含量;采用金相显微镜、电子背散射衍射技术、电子探针X射线显微分析仪、显微硬度仪和上海辰华CHI760E电化学工作站等手段,对激光焊接接头表面组织、元素含量、显微硬度和耐腐蚀性能进行表征和测试。结果 与纯氩气保护焊接接头相比,当在保护气中添加60%（体积分数,下同）的氮气后,奥氏体相体积分数达到39.89%,提升了25.94%,奥氏体中氮元素的质量分数达到0.679%时,氮元素的质量分数提升了0.196%,焊缝中奥氏体显微硬度为307.4HV,铁素体显微硬度为298.9HV,极化曲线腐蚀电流密度升高,阻抗弧半径减小。结论 在保护气中添加60%的氮气后,激光焊接接头中奥氏体的体积分数提升,增加的奥氏体组织以晶内奥氏体为主,并且更多的氮元素进入到奥氏体相中,焊缝中的奥氏体和铁素体硬度略有升高,耐蚀性和钝化膜稳定性有所下降。     

氮气压力对多孔氮化硅陶瓷显微组织和力学性能的影响

以α-Si₃N₄为原料, Y₂O₃为烧结助剂, 在三种不同的氮气压力(0.12、0.32和0.52 MPa)下烧结制备了多孔氮化硅陶瓷。研究了氮气压力对氮化硅的烧结行为、显微组织和力学性能的影响, 分别通过SEM观察显微组织并统计晶粒的长径比, 通过XRD对物相进行分析, 并对烧结试样进行三点弯曲强度测试。随着氮气压力的提高, 多孔陶瓷的线收缩率降低、气孔率提高, 这是由于低熔点的液相中N含量随氮气压力的提升而增加, 导致了液相粘度提高, 抑制陶瓷致密化。随着氮气压力的提高, 组织中的棒状β-Si₃N₄生长良好, 晶粒长径比增大, 其原因是高的液相粘度抑制了β-Si₃N₄形核, 有利于β-Si₃N₄生长。由于β-Si₃N₄棒状晶的作用, 陶瓷弯曲强度随氮气压力的升高得到改善, 但是气孔率的升高降低陶瓷的强度。在0.52 MPa的氮气压力下烧结的多孔陶瓷气孔率达58%, 弯曲强度为140 MPa。     

氮含量对钒微合金钢粗晶热影响区组织和韧性的影响

采用焊接热模拟的方法,研究了氮含量对实验钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)显微组织和韧性的影响规律。结果表明:随着氮含量的增加,CGHAZ的组织从晶界铁素体、贝氏体和侧板条铁素体转变成针状铁素体、多边形铁素体和少量的贝氏体,且铁素体晶粒细化;CGHAZ韧脆转变温度(FATT₅₀)先降低后升高,屈服强度升高。氮含量从0.004 4%增加到0.009 4%时,有效晶粒尺寸减小,导致CGHAZ的FATT₅₀降低;氮含量从0.009 4%增加到0.019 0%时,CGHAZ中固溶氮、屈服强度增量对FATT₅₀的综合作用大于晶粒的细化作用,导致FATT₅₀升高。      

热轧钛微合金化TRIP钢的组织与性能研究

对钛微合金化TRIP钢进行连续冷却转变曲线的测定,分析轧制与冷却工艺对其组织与性能的影响。结果表明:实验钢的奥氏体/铁素体、奥氏体/马氏体相变点分别在500~650℃和450℃左右;组织由铁素体/贝氏体及少量残余奥氏体组成;随着终轧温度的升高,实验钢的屈服强度和抗拉强度有所降低;随着空冷结束温度的降低,实验钢的屈服强度降低;当终轧温度和空冷结束温度分别为796℃和722℃时,实验钢的屈服强度,抗拉强度和强塑积分别为661,888MPa和25042MPa·%,其对应组织为细小的铁素体及板条贝氏体,铁素体基体上存在大量细小的析出物。     

两相区回火温度对Mn-Mo系微合金钢亚稳奥氏体形成及力学性能的影响

利用X射线衍射(XRD)、热膨胀仪、电子背散射衍射(EBSD)研究了两相区回火温度对一种Mn-Mo系微合金钢亚稳奥氏体形成及力学性能的影响。结果表明:当两相区回火温度低于650℃时,实验钢的亚稳奥氏体具有较好的稳定性,其室温下的体积分数随着两相区回火温度的升高逐渐增大;当两相区回火温度高于650℃时,亚稳奥氏体的稳定性显著降低,在回火冷却过程中,部分奥氏体转变为"新鲜"马氏体,室温亚稳奥氏体体积分数随两相区回火温度升高而逐渐降低。当两相区回火温度为650℃时,钢中亚稳奥氏体具有最佳的体积分数和稳定性配合。力学测试结果表明:当两相区回火温度为650℃时,实验钢的力学性能最佳,其屈服强度为748MPa,抗拉强度为813MPa,伸长率为27.5%,-20℃和-100℃的冲击功分别为217J和117J。     

热力学计算在高氮奥氏体不锈钢研究中的应用

采用Thermo-Calc软件,计算了碳、铬、锰、镍元素和压力因素对22Cr高氮奥氏体不锈钢氮溶解度、凝固过程中相转变以及析出相的影响,并对设计的新型高氮奥氏体不锈钢组织及析出相进行了研究。结果表明:铬元素主要增加液态钢的氮溶解度,增加0.1%(质量分数)的碳即能显著增大奥氏体不锈钢在高温凝固时的最小氮溶解度。锰元素既增加液态钢中的饱和氮溶解度,又增加凝固初期的最小氮溶解度。适当的锰含量能扩大并稳定奥氏体相区,避免"铁素体阱"的出现。少量的镍含量既增加奥氏体不锈钢高温凝固时的最小氮溶解度,缩小高温δ铁素体存在的温度区间,也能使钢在室温下有完全的奥氏体组织。加压冶炼能有效促进氮溶解度。新型高氮奥氏体不锈钢的析出相主要为Cr23C6,Cr2N。采用热力学计算工具可以对高氮奥氏体不锈钢的冶炼、组织控制、热处理和热加工提供科学的指导。     

回火温度对两相区退火海工钢组织和性能的影响

对690 MPa级海工钢进行“淬火+两相区退火+回火”三步热处理,研究了回火温度对其组织和性能的影响、分析了力学性能变化与组织演变和残余奥氏体体积分数之间的关系。结果表明：回火后实验钢的显微组织为回火贝氏体/马氏体、临界铁素体和残余奥氏体的混合组织。随着回火温度的提高贝氏体/马氏体和临界铁素体逐渐分解成小尺寸晶粒,而残余奥氏体的体积分数逐渐增加;屈服强度由787 MPa降低到716 MPa,塑性和低温韧性明显增强,断后伸长率由20.30%增至29.24%,-40℃下的冲击功由77 J提升至150 J。残余奥氏体体积分数的增加引起裂纹扩展功增大,是低温韧性提高的主要原因。贝氏体/马氏体的分解和残余奥氏体的生成,引起组织细化、晶粒内低KAM值位错的比例逐渐提高和小角度晶界峰值的频率增大,使材料的塑性和韧性显著提高。     

钨含量对新型高铬锰氮双相不锈钢Cr29Mn12Ni2N0.6Wx组织和性能的影响

研究了钨含量对新型高铬锰氮双相不锈钢Cr29Mn12Ni2N0.6Wx(x=1,2,3)显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:Cr29Mn12Ni2N0.6Wx不锈钢固溶处理后具有典型的铁素体+奥氏体双相组织,铁素体含量在45%~60%范围内;随着钨含量的增加,合金中σ相的析出倾向增强,铁素体含量增加,合金的耐腐蚀性能降低,屈服强度和抗拉强度升高;经1 050℃固溶处理30 min后,该系列双相不锈钢中不再有σ相析出,其屈服强度大于650 MPa,抗拉强度大于900 MPa,断后伸长率大于30%,作为高强度资源节约型超级双相不锈钢具有潜在应用前景。     

Mn含量对含铝中锰钢相变温度和显微组织的影响

基于Thermo-Calc热力学模拟设计，结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、背散射电子衍射(EBSD)及透射(TEM)技术，分析Mn含量对Fe-xMn-3.4Al-0.34C(x=4～8)实验钢相变温度、物相分布和微观组织的影响。结果表明：随着Mn的质量分数从4%增至8%,奥氏体开始转变温度(A_e1)从703.7℃持续降至501.2℃,奥氏体完全转变温度(A_e3)从1005.6℃近似线性地降至863.0℃;随着Mn含量增加，残余奥氏体由不可探测逐渐增加至12.6%;显微组织从渗碳体(θ)+高温铁素体(δ)双相逐渐转变为高温铁素体(δ)+马氏体(α′)+残余奥氏体(γ),残余奥氏体分布于δ铁素体边界处和马氏体板条中。     

退火温度对冷轧Fe-Mn-Al-C低密度钢性能的影响

在850-1050℃范围内系统分析了冷轧Fe-Mn-Al-C钢的力学性能、金相组织、XRD图谱以及断裂行为,研究其在退火过程中奥氏体、铁素体、碳化物与力学性能的转变规律。结果表明,在850℃退火处理后冷轧Fe-Mn-Al-C钢的组织为奥氏体+带状d-铁素体+a-铁素体+k碳化物,晶间网状铁素体和较高的碳化物含量使钢板具有较高的强度但是塑性极差,发生解理断裂;在900-1050℃钢板的基体为奥氏体组织,a-铁素体含量下降,而带状d-铁素体破碎呈不连续岛状分布;当d-铁素体长大程度超过奥氏体组织时,铁素体含量增大,XRD峰值升高;退火组织的转变导致抗拉强度随温度的升高而下降,断后伸长率提高;在1000℃时强塑积达到最高值,得到强度与韧性的良好组合,抗拉强度为1003.1 MPa,断后伸长率为41.28%,强塑积为41.41 GPa·%。为了使冷轧Fe-Mn-Al-C钢具有良好的强韧性,退火温度不可低于950℃。同时,Fe-Mn-Al-C钢的测量密度为6.55 g·cm-3,减重效果显著,达到16.6%。     

Ni含量对多孔Cu-Ni合金孔隙率的影响

为研究Ni含量对孔隙率的影响,在氢气高压气氛中利用连铸法制备了藕状多孔Cu-Ni合金,分析了氢溶解度和糊状区宽度.结果表明:随着Ni含量的增加,合金凝固时的糊状区宽度不断增大,而孔隙率减小;糊状区宽度的不断增大,一方面造成气孔在长大时吸收液相中溶质氢原子越来越少,另一方面造成溶质氢原子进入到气孔的通道越来越曲折.气孔长大时吸收溶质氢原子的差别是孔隙率变化的主要原因.     

Reducing porosity and optimizing performance for Al-Cu-based alloys with large solidification intervals by coupling travelling magnetic fields with sequential solidification

Porosity is a major casting defect in alloys with large solidification intervals due to the disordered microstructure and broad mushy zones,which decreases badly the mechanical performance.Hence,finding ways to effectively reduce the porosity,further to optimize microstructure and mechanical per-formance is of great significance.In this regard,the Al-Cu-based alloys with large solidification intervals are continuously processed by coupling the travelling magnetic fields (TMF) with sequential solidifica-tion.Additionally,experiments combined with simulations are utilized to comprehensively analyze the mechanism of TMF on the reduction in porosity,including shrinkage porosity and gas porosity,from dif-ferent perspectives.Current findings determine that downward TMF can effectually optimize together the porosity,microstructure and performance,by inducing the strong long-range directional melt flows,stabilizing the mushy zones,and optimizing the feeding channels and exhaust paths,as well as increas-ing the driving force of degassing process.Eventually,downward TMF can increase the ultimate tensile strength,yield strength,elongation and hardness from 175.2 MPa,87.5 MPa,13.3 ％ and 80.2 kg mm-2 without TMF to 218.6 MPa,109.3 MPa,15.6 ％ and 95.5 kg mm-2,while reduce the total porosity from 0.95 ％ to 0.18 ％.However,Up-TMF exerts negative effects on the optimization of porosity,microstruc-ture and performance due to the opposite strong directional magnetic force and melt flows.Overall,our study provides an effective way to optimize together the porosity,microstructure and mechanical performance,and reveals their relationship,as well as details the relevant mechanisms of TMF on the porosity reduction from different perspectives.     

多孔青铜过滤片的制备工艺及结构特性探究

开发一种工艺简单、重复性好、孔形孔径易控制、制取成本低的铜基多孔材料制备工艺是当前的研究热点之一.本文以青铜粉为原料,K_2CO_3为造孔剂,采用烧结溶解法制备多孔青铜过滤片,研究了造孔剂、烧结温度对样品孔隙率的影响,分析了烧结温度、压制压力对样品最大孔径和透气系数的影响,以及孔隙率与抗压强度的关系.研究结果表明:当造孔剂体积分数为20%~40%时,所制备样品的孔隙率为22.8%~44.4%,开孔孔隙率为18.5%~37.2%;随着烧结温度的升高,样品孔隙率和透气系数下降;随着压制压力增加,最大孔径和透气系数均减小;随着样品孔隙率增大,抗压强度减小.当选择造孔剂体积分数30%、压制压力150 MPa、烧结温度800℃的工艺参数下,制备出孔隙率32.2%、最大孔径4.6μm、透气系数9.27 m~3/(h·k Pa·m~2)、压缩强度27.9 MPa的多孔青铜过滤片.     

燃烧合成AlN-TiC陶瓷及致密化机理分析

采用ＳＨＳ工艺,在１００ＭＰａ高压氮气下,制备了致密的ＡＩＮ－ＴｉＣ陶瓷,相对密度达９５％,抗弯强度达２４０ＭＰａ．研究表明,ＡＩ－Ｎ_２－ＴｉＣ体系ＳＨＳ过程中,当反应温度升至６６０℃时,ＡＩ熔化．高温下熔融ＡＩ在ＴｉＣ表面发生漫流现象,在ＳＨＳ反应区发生液相烧结,从而使反应区孔隙率显著下降,当开气孔闭合时在气相等静压作用下形成致密产物．随着ＴｉＣ含量增加,液相烧结作用增强,产物致密度显著提高,抗弯强度及断裂韧性提高．ＡＩ－Ｎ_２－ＴｉＣ体系的ＳＨＳ致密化主要发生在燃烧波蔓延方向,具有明显的方向性．     

纯铁及结构钢快速气体渗氮工艺及机理研究

研究了纯铁及38CrMoAlA钢分别在500℃、0~0.4MPa压力和510℃、0~0.5MPa压力条件下的氨气渗氮行为。提高渗氮压力可显著加速气体渗氮动力学过程,纯铁在500℃和0.4 MPa下气体渗氮处理5h后渗氮层厚度(1160μm)可同比达到常规渗氮层厚度(205μm)的5倍以上,而38CrMoAlA钢经510℃和0.5 MPa压力下渗氮5h后的渗氮层厚度(400μm)几乎与常规渗氮50h所得硬化层厚度(440μm)相当。同时,纯铁及38CrMoAlA钢渗氮层中ε-Fe2-3N与γ′-Fe4N的相比例、氮势及表层硬度均随压力的提高呈现先增加后降低的变化趋势。提出了一种合金结构钢表面高强高韧渗氮层快速复合制备工艺(增压渗氮+冷轧)。与一段式常规渗氮及增压渗氮工艺相比,复合工艺处理表层硬度及韧性均较优良,尤其高剪切应力磨损条件下复合处理表层的耐磨性能最优,在20~600℃热循环处理10~300次条件下复合处理表层的耐热疲劳性能最佳。研究了42CrMo钢在既定的渗氮周期内(6h)以NH3为介质,530℃及不同压力循环次数条件下的气体渗氮行为。在渗氮温度和总时间相同条件下,循环压力气体渗氮样品化合物层随压力循环次数的增加逐渐减薄,渗氮层整体厚度随压力循环次数的增加逐渐增加,同时渗氮表层韧性随压力循环次数的增加逐渐增强。     

Feeding distance of tin bronze castings: intrinsic and extrinsic estimates

Casting alloys with long freezing ranges are extremely difficult to cast because of the length of the mushy zone. During solidification, the liquid metal needs to find its way through the dendritic structure. Tin bronzes have a long freezing range and therefore, are known to be hard to cast because of their propensity for interdendritic porosity. In this study, the intrinsic feeding ability of the tin bronze is calculated based on the intrinsic fracture pressure of liquid metals. Calculations have shown that feeding distances increase with longer solidification times and that the metal is capable of feeding itself over long distances. The differences between calculated and observed feeding distances can be attributed to entrainment defects in the solidifying metal.     

Microstructure and microtexture changes during solution nitriding to produce austenitic case on ferritic–austenitic duplex stainless steel

Abstract

The present paper reports an investigation into the microstructural changes occurring in a ferritic–austenitic duplex stainless steel during solution nitriding. Both microstructure and microtexture modifications as a result of nitrogenation have been studied, in addition to the interaction between solution nitriding, grain growth, and texture. Three microstructural zones were identified: a duplex ferrite–austenite region overlayed by a transition zone overlayed again at the surface by an austenitic zone. The solution nitriding led to nitrogen enrichment at the specimen surface, which in turn enlarged the austenitic field in this region. The ferrite dissolution here triggered secondary recrystallisation, accompanied by a texture change. Hence, the texture of the austenite in this region was different from that in the duplex region.     

高温处理后闭孔泡沫铝压缩性能及变形机理

目的 探究温度和孔隙率对闭孔泡沫铝材料压缩力学性能和变形机理的影响。方法 将孔隙率为84.3%～87.3%的泡沫铝试件在温度25～700 ℃内进行加热处理,对处理后的试样开展准静态压缩实验。结果 在准静态压缩条件下,闭孔泡沫铝材料在不同温度加热处理后的压缩应力–应变曲线均经历了3个阶段:弹性阶段、塑性平台阶段和密实阶段。孔隙率从87.3%减小到84.3%时,其弹性模量增大了44.4 MPa,屈服强度增大了0.39 MPa,平台应力增大了0.94 MPa。孔隙率为84.3%的泡沫铝,在25 ℃时,其弹性模量为141.4 MPa、屈服强度为4.25 MPa、平台应力为4.75 MPa;当加热温度为500 ℃时,弹性模量减小到了128.0 MPa、屈服强度减小到了4.22 MPa、平台应力减小到了4.51 MPa。结论 泡沫铝的弹性模量、抗压屈服强度和平台应力均随孔隙率的增加而减小;加热温度低于500 ℃以下时,泡沫铝材料力学性能变化很小,但屈服强度和弹性模量均小幅度降低;在压缩载荷下,泡沫铝的变形破坏模式呈现出先从试件铝基体较薄弱部分产生孔壁塑性变形、孔洞坍塌,并逐渐出现断裂压缩带,直至泡沫铝孔洞完全坍塌密实。     

35CrMoA钢激光淬火-渗氮复合改性层微观组织及脆性

研究了气体渗氮层和激光淬火-渗氮层的相组成、微观结构、显微硬度及脆性。结果表明, 激光淬火-渗氮白亮层中ε-Fe₃N含量由14.74%增至69.45%, 而脆硬的ξ-Fe₂N含量由79.95%降至25.03%。表层的N含量降低, 渗氮层N浓度曲线降低趋势平缓, N的总扩散通量增加, 渗氮层厚度增加。激光淬火-渗氮层组织晶粒细小致密, 渗碳体分布在条状下贝氏体组织中, 硬度高的Cr₂N颗粒数目增加, 白亮层显微硬度值显著提高, 渗氮层脆断的临界压力由气体渗氮层的3 N提高到激光淬火-渗氮层的6 N。      

Effects of exterior gas pressure on the structure and properties of highly porous SiOC ceramics derived from silicone resin

Silicon oxycarbide porous ceramics were obtained through pyrolysis of a silicone resin filled with SiOC powders via a simple self-blowing process. The effects of exterior gas pressure on the porosity, compressive strength and microstructure of the porous ceramics were investigated. The porosity (total and open) generally decreased with increasing exterior gas pressure. It was possible to control the total and open porosity of porous ceramics within a range of 58.3-69.8% and 43.9-58.4% respectively, by adjusting the exterior gas pressure while keeping the silicone resin content at 70 vol.%. The compressive strength increased with increasing the exterior gas pressure, and the average compressive strength of the porous ceramics was in the range of 3.9-14.9 MPa. Micrographs indicated that with the exterior gas pressure increasing, the final pore structure of porous ceramics became more and more regular and equirotal.