H13钢表面铁基、钴基熔覆层的组织与冲击韧性

为促进激光熔覆技术在热作模具钢常见缺陷修复上的应用,采用铁基、钴基粉末对热作模具常用材料H13钢常见缺陷进行激光熔覆修复,借助金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摆锤冲击试验机,对比分析了基材及2种熔覆试样的组织形貌、显微硬度和冲击韧性。结果表明:铁基熔覆层由白色网状树枝晶、黑色晶间碳化物、回火马氏体、残余奥氏体组成;钴基熔覆层由Co-Cr固溶体枝晶和共晶组织组成;铁基熔覆层、钴基熔覆层和基体的显微硬度分别为576,605,490 HV10 N,冲击功分别为4.73,4.31,5.36 J,且熔覆层中碳元素含量较高时,其冲击韧性下降,而合金元素的存在有利于改善熔覆层的冲击韧性;铁基、钴基熔覆层为解理断裂和局部准解理断裂的脆性断裂机制,基体主要表现为韧性断裂机制,与冲击功测试结果相一致。     

奥氏体化温度对超强耐热齿轮轴承钢显微组织和强韧性的影响EI北大核心

新型超强耐热齿轮轴承钢具有优越的强韧性。通过改变钢的淬火加热温度,结合拉伸、冲击、断裂韧度等力学性能测试以及TEM,SEM,EDS等微观分析技术,研究不同奥氏体化温度下钢的显微组织与力学性能。结果表明:1060℃奥氏体化后,钢中存在未溶碳化物M_(6)C,冲击功和断裂韧度较低;1080~1100℃奥氏体化后,M_(6)C碳化物固溶,冲击功和断裂韧度显著增加。在1060~1100℃奥氏体化后,抗拉强度和塑性变化不大,规定塑性延伸强度随奥氏体化温度的增加略有降低。M_(6)C碳化物加速裂纹的萌生与扩展,导致韧性下降。在1080~1100℃奥氏体化后,超强耐热齿轮轴承钢可获得超高强度和高韧性,抗拉强度不小于2000 MPa,规定塑性延伸强度不小于1800 MPa,断裂韧度不小于100 MPa·m^(1/2)。     

激光熔覆WC/H13-Inconel625复合材料的冲击韧性与磨损性能

针对传统颗粒增强复合材料韧性较差的问题,以WC/H13为增强区材料,Inconel625为韧化区材料,采用激光熔覆的方法制备空间夹层分布的结构韧化复合材料。借助光学显微镜、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜分析复合材料及其冲击断口的微观结构与组织,利用夏比冲击试验机、摩擦磨损试验机研究复合材料的冲击韧性与磨损性能。结果表明:增强区为20%(体积分数,下同)WC/H13复合材料,以WC颗粒和反应生成的碳化物M_6C为主要增强相;韧化区为Inconel625合金,主要组织为柱状晶、树枝晶和沉淀相。Inconel625平均硬度为230.5HV,WC/H13硬度由强韧界面向中心区域逐渐升高到402HV。结构韧化复合材料的平均冲击功为13.8J/cm^2,是传统10%WC/H13复合材料的5.5倍。在室温干滑动磨损条件下,结构韧化复合材料的耐磨性达到传统10%WC/H13复合材料相同水平,是淬火态H13钢的5倍,结构韧化复合材料的平均摩擦因数为传统10%WC/H13复合材料的81%,淬火态H13钢的80%,具有良好的减摩效果与耐磨性。结构韧化可以在保证优异耐磨性的同时,大幅度提高颗粒增强复合材料的冲击韧性。     

热锻模具钢的耐磨性及磨损机理研究

采用销盘式高温摩擦磨损实验机,针对一种新型铸钢、H13和H21钢在25-400℃下进行磨损试验,对比研究各种钢的耐磨性,并探讨了磨损机制.研究表明:室温下H21钢由于具有较多的未溶碳化物,比H13钢和铸钢具有高的耐磨性;在200-300℃下铸钢和H13钢随载荷的增加一直具有较低的磨损率和增长率,而H21钢当载荷达到200 N时磨损率忽然升高;在400℃下铸钢具有持续低的磨损率,明显低于H21和H13钢.可见,新型铸钢具有比常用热锻模具钢显著高的高温耐磨性.     

13MnNiMoR钢热冲压封头冲击韧度显著降低原因分析

13MnNiMoR钢板热冲压成型封头的冲击性能存在不合格现象。采用化学成分分析、力学性能测试、金相检验及模拟热处理等方法,对13MnNiMoR钢封头冲击韧度显著降低的原因进行了分析。结果表明:对于较厚的封头,正火处理后的冷却速率严重不足,致使碳化物沿铁素体晶界析出,且在高温回火过程中碳化物再次长大;在冲击过程中,封头在外力作用下容易在碳化物析出位置发生断裂,导致封头的冲击韧度显著降低至不合格。     

复合材料汽车轮毂的成型工艺及性能研究

研究了不同冲击方向下复合材料的冲击力学性能,设计不同纤维布料裁剪方式并分析原材料的使用率,设计易于铺层操作以及产品脱模的三片式模具,优化热压罐成型工艺,并进行了车轮冲击测试。结果表明,冲击测试时的冲击方向对复合材料的冲击性能有较大影响,相较于垂直于铺层方向的冲击性能,冲击方向平行于铺层方向的复合材料冲击性能更高,产品铺层中应根据冲击工况进行优化铺层设计;采用合适的裁剪结构设计提高了操作便利性,并且使材料利用率达到83.8%,大大节约了材料成本;采用优化热压罐成型工艺制备的复合材料轮毂在冲击静载荷为600 kg的13°冲击测试中未出现断裂情况,满足汽车车轮冲击测试的装车要求。     

调质工艺对压裂泵阀箱30CrNi2MoV钢组织和性能的影响

针对石油压裂工艺中压裂泵阀箱失效疲劳开裂现象,采用SEM、硬度实验、拉伸实验和示波冲击等实验方法,研究了不同回火温度下调质处理对阀箱材料用钢30CrNi2MoV钢的显微组织和力学性能影响,找到较好的强韧性配合,提高阀箱材料寿命。结果表明,30CrNi2MoV阀箱钢冲击功和裂纹扩展功等关键指标均随回火温度的升高而升高,30CrNi2MoV钢韧性主要决定于冲击裂纹扩展功。调质组织对30CrNi2MoV钢冲击裂纹萌生功影响较小,对裂纹扩展功有着较大的影响。研究表明,30CrNi2MoV钢经过880℃油淬,620~650℃回火后空冷,合金元素充分溶解,碳化物细小弥散分布得到均匀稳定的回火索氏体组织,其硬度达到较佳的使用范围(37.2~40.5HRC),且具有较好的强韧性配合,能够较好地满足压裂泵阀箱钢使用要求。     

3Cr2W8V钢压铸模具断裂分析

3Cr2W8V钢压铸模具在压铸了几件铝件后发生断裂失效,采用化学成分分析、宏观检验、金相检验和断口分析等方法,对3Cr2W8V钢压铸模具的断裂原因进行了分析。结果表明：模具材料在断裂处的显微组织不均匀,存在大颗粒状碳化物或集中分布的未溶碳化物是造成模具断裂的直接原因。     

压铸模具钢大模块固溶冷却过程的多物理场耦合数值研究

首先采用热膨胀仪测得SDDVA钢的CCT曲线,其淬火获得全马氏体的临界冷速为0.3℃/s,不出现珠光体的临界冷速为0.02℃/s。为了避免碳化物沿晶析出而影响材料的综合性能,从800℃冷却到500℃的冷速应不小于0.1℃/s。然后基于金属-热-力耦合理论建立SDDVA钢大模块固溶冷却过程有限元模型并进行数值模拟,研究其温度场、组织场和应力场的演变特征。结果表明,水冷和"水-空-水"交替冷却对组织的演变没有明显的影响,整个模块均可获得较多的马氏体,仅心部含有极少量贝氏体,可满足压铸模具钢对固溶冷却组织的要求。同时,两种冷却工艺均可避免沿晶碳化物的析出,但"水-空-水"交替冷却可有效降低大模块冷却过程中产生的心表温差和应力差,避免开裂风险。采用此工艺生产的SDDVA钢大模块(尺寸约470 mm×800 mm×4 000 mm)按照北美压铸协会标准(NADCA#207-2011)检测,其冲击功为354.8~366.0 J,球化组织可达AS2级,无明显带状偏析及液析碳化物,达到国外同类高端产品质量水平。     

X80管线钢埋弧焊接头冲击韧性及其断口形貌分析

对X80管线钢埋弧焊焊接接头进行了-80～20℃温度范围的夏比冲击实验。测试了其冲击吸收功和脆性断面率,用扫描电镜观察了其断口形貌,分析了焊接接头断裂形式和断口形貌,讨论了焊接接头的韧脆转变温度和冲击断裂的力学行为。结果表明,室温时断口为韧窝状分布,焊接接头的韧脆转变温度为-28℃;断口形貌由韧性断裂向脆性断裂转变,断口主要表现为解理断裂。     

40Cr钢机油泵轴断裂分析

采用化学成分分析、断口分析、硬度测试及金相检验等方法,对某汽车机油泵轴的断裂原因进行了分析。结果表明:该泵轴的断裂为早期疲劳断裂,造成疲劳断裂的主要原因是未按要求对泵轴进行调质处理,致使材料的力学性能未达到设计要求,疲劳强度降低。     

闸板防喷器活塞杆的断裂失效分析

针对某油田闸板防喷器活塞杆在使用过程中发生的断裂失效,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、MTS液压万能伺服试验机、夏比摆锤冲击试验机等方法对活塞杆的化学成分、金相组织、拉伸力学性能、冲击性能以及断口宏微观形貌进行了研究,确定了裂纹源的位置及形成机理,并对断裂失效的原因进行了分析。结果表明:活塞杆的拉伸力学性能未达到石油行业标准要求,材料的热处理工艺也未达到国家标准要求,致使材料内部产生裂纹,裂纹在交变载荷的作用下扩展,最终导致活塞杆在抗应力比较薄弱的连接槽处产生解理疲劳断裂。     

铸铝模具失效分析

某厂铸铝用壳体模具在使用过程中经常发生早期断裂，断裂部位多出现在壳体上部。采用能谱分析、金相检验和硬度测试等方法?对模具的断裂原因进行了分析。结果表明，该零件材料中存在较多的呈带状分布大块未熔碳化物是导致模具断裂的主要原因。     

天然气井钻杆悬挂器断裂分析

某油田天然气井的钻杆悬挂器（套筒）在使用过程中发生断裂失效事故,采用化学成分分析、金相检验、硬度测试、断口分析、微区成分分析等方法对断裂件进行了分析。结果表明：该1Cr13钢悬挂器淬火后未经高温回火,不符合调质热处理工艺的技术要求。基体中的淬火马氏体组织硬度过高,残余内应力大,沿晶界及亚晶界聚集分布的颗粒状未溶碳化物（Fe,Cr）23C6降低了钢的抗蚀性。该套筒内联上接头的螺纹部位薄壁存在周向拉应力,使用时在高压天然气作用下,筒壁沿圆周方向附加有横向拉应力。套筒内部环境为湿硫化氢的天然气介质,结果导致该悬挂器沿纵向产生应力腐蚀断裂。     

基于组织和结构调控9CrV钢大尺寸活塞性能的优化EI北大核心CSCD

研究了热处理和结构调控对直径为190 mm的9CrV钢仿形活塞不同部位显微组织和力学性能的影响及其机理。结果表明,经850℃×5 h-230℃×4 h等温淬火、230℃×4 h回火后,9CrV钢活塞的表层至心部依次为下贝氏体、贝氏体+索氏体+M/A岛、珠光体类组织;表层的抗拉强度和冲击吸收功均高于心部。淬火温度降至800℃、回火温度升至400℃,使表层的抗拉强度提高到1610 MPa、冲击吸收功降低到7.4 J,心部的冲击韧性有所提高但是强度降低。经800℃×5 h-230℃×4 h等温淬火、230℃×4 h+400℃×4 h二次回火后,表层的抗拉强度达到1672 MPa、冲击吸收功达到9.8 J,且改善了心部的冲击韧性,使活塞整体的强度与韧性趋于平衡。淬火加热温度的降低保留了适量的未溶碳化物颗粒,阻碍了奥氏体的长大和细化了晶粒,从而提高了钢的强度。在230℃回火使残余奥氏体转化为下贝氏体、防止在400℃回火(提高心部韧性)时生成薄壳碳化物和平衡了整体韧性。综合热处理和活塞结构的调控,实现了大尺寸活塞的整体强韧性平衡。     

Cr12钢模具开裂原因分析

Cr12钢模具在制作过程中出现裂纹。采用光学显微镜、电子显微镜、化学成分分析和硬度测试等方法，对模具材料进行了检测和分析。原材料冶金质量差(碳化物呈网状分布且晶粒粗大)，在随后的锻造过程中又未能改变碳化物分布和形态，导致材料性能差。模具在第一次线切割后未产生裂纹，表明模具经第一次线切割后，材料所受到的各种应力未能达到临界应力值，但此时模具内原有的应力平衡已被破坏，使局部应力的释放并重新分布，尤其向块状粗长的碳化物集中。模具在进行第二次线切割时表面产生的附加拉应力与材料已存在的内应力相叠加，其总应力超过了材料的抗拉强度，导致裂纹沿碳化物脆性开裂。     

中厚板低合金钢Q345R埋弧焊接工艺研究

研究了Q345R低合金钢H10Mn2焊丝和SJ101焊剂焊接工艺,结果表明,焊接接头抗拉强度达到517 MPa,大于母材最低值490 MPa,-20℃V型低温冲击功吸收值最小值98 J,高于最低要求41 J;焊接接头达到NB/T 47013.2-2011能标Ⅰ级要求,选择的焊接材料和制定的焊接工艺满足Q345R中厚板低合金钢埋弧焊的质量要求。     

X70管线钢焊接接头热影响区的冲击性能

对X70管线钢焊接接头热影响区进行了冲击试验,对结果进行了分析。结果表明：X70管线钢焊接接头热影响区冲击试样的冲击功与断口剪切面积基本成线性比例关系,冲击功越高,剪切面积越大。焊接接头热影响区冲击试样的断口由韧性区、脆性区和韧脆混合区组成。脆性区为解理断裂,韧脆混合区为准解理断裂。     

深潜器用Ti80厚板电子束焊接接头组织性能研究

采用电子束焊接方法焊接深潜器用56 mm厚Ti80合金,并对焊接接头的组织结构和力学性能进行研究。结果表明,焊接接头成形良好,无缺陷;焊缝组织为马氏体α相和残余β相组成的网篮组织;熔合区界线明显,过热区十分窄;热影响区组织由初生α相、马氏体α相和β相组成;焊接接头各区域显微硬度值分布不均匀,由焊缝至母材显微硬度值逐渐下降;拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,接头抗拉强度为935.3 MPa,大于原始母材的911.8 MPa;焊缝冲击吸收功为36.3 J,由焊缝至母材冲击吸收功值逐渐增大,接头各区域冲击断裂方式均为韧性断裂。     

FV520(B)马氏体不锈钢匹配自保护药芯焊丝的研制

基于成分与组织匹配设计原则,确定了FV520(B)马氏体不锈钢熔敷金属的合金系。结合焊缝金属合金化原理计算出需要向焊缝中过渡的合金元素种类及含量,设计并制备了FV520(B)马氏体不锈钢匹配用药芯焊丝,试焊后分析了接头性能。结果表明,用所研制的药芯焊丝焊接其接头的力学性能优异,抗拉强度达到911 MPa,屈服强度达到679.3 MPa,冲击功达到99.7J(20℃);焊缝组织主要为回火索氏体和板条马氏体,有少许残余奥氏体和析出碳化物,能与母材实现较好的匹配。