金属材料裂纹扩展Paris律的模拟方法与应用

结合TA12、TC4钛合金和Cr2Ni2MoV钢的Paris律实验结果,对基于材料的低周疲劳临界损伤获取材料疲劳裂纹扩展Paris律的有限元模拟方法(称为LFF方法)进行了有效性验证,并开展了拓展应用。实验结果与模拟结果比较表明,LFF方法用于模拟材料Paris律有良好准确度。应用LFF方法获得了Cr2Ni2MoV钢、N18合金在多种高温下的Paris模型参数,研究了疲劳裂纹扩展速率的温度效应。     

氮化温度对24Cr2Ni4MoV钢离子氮化显微组织的影响

为了提高24Cr2Ni4MoV钢零件的表面硬度和耐磨性,对24Cr2Ni4MoV钢进行了离子氮化工艺试验研究,应用光学显微镜和扫描电子显微镜等仪器对520,550,570℃共3个温度离子氮化试样的显微组织、氮化层深度、表面硬度、表面渗氮层脆性、脉状组织等进行了检测分析,并应用能谱仪对渗氮层中氮化物成分进行了分析。结果表明:24Cr2Ni4MoV钢具有良好的氮化效果,其最佳离子氮化温度为550℃;试样在550℃氮化后,不仅氮化层的各项性能均满足标准技术要求,而且提高了渗氮速率,缩短了渗氮时间。     

SA508-3钢内部闭合性裂纹缺陷高温焊合过程分析

目的针对钢中存在闭合性内部裂纹的问题,研究闭合性裂纹缺陷的修复方法。方法采用实验及数字模拟分析方法,研究了SA508-3钢闭合性裂纹缺陷在高温小塑性变形下的焊合过程。结果 SA508-3钢在奥氏体相区的高温小塑性变形焊合是以薄膜破裂-再结晶-扩散的方式进行,在变形量为5%的情况下,实验温度为1000℃以上时,试样基本焊合,实验温度低于950℃以下时,试样未焊合。结论采用数字模拟表明,在不同温度下,焊缝区域等效应变不随温度变化而变化,而等效应力的变化与材料的峰值应力相关。     

40Cr钢产品表面裂纹产生原因分析

某公司生产的40Cr钢产品在加工过程中有时会出现表面开裂现象,采用宏观分析、金相检验以及能谱分析等方法,对不同40Cr钢产品在加工过程中出现表面裂纹的原因进行了分析。结果表明:40Cr钢产品表面裂纹的产生主要是由钢坯缺陷和轧制缺陷引起的。     

Yb2O3 掺杂氮化硅复合材料的高温动态疲劳行为

研究了N2 气氛加压烧结制备的6 wt %Yb₂O₃ 和2 wt %Al₂O₃ 掺杂氮化硅复合材料在高温下的动态疲劳行为。用维氏压痕法在试样上获得规范的预制裂纹。分别在1000 ℃、1200 ℃、1300 ℃、1400 ℃下, 以1 、0. 5 、0. 1 、0. 01 mm/ min 的不同压头速率对试样进行四点弯曲试验。不同温度下疲劳应力2加载速率函数曲线的对比表明, 这种材料在1200 ℃时, 对亚临界裂纹生长具有最高的抵抗力(即具有最大的亚临界裂纹生长指数N) 。XRD、TEM 分析表面晶界相的晶化、裂纹愈合可以提高亚临界裂纹生长指数。EDS 分析表明, 1200 ℃下氮化硅陶瓷断裂面的氧化有助于晶界相的晶化, 但是在更高的温度下, 则会产生不利影响。      

回火温度对1Cr11Ni2W2MoV钢冲击性能的影响

在某厂日常检测中,有多炉批次1Cr11Ni2W2MoV钢棒材出现冲击韧度不合格的现象。为了找到不合格的原因,从化学成分、热处理制度方面来展开分析,并进行了比对试验。结果表明:热处理回火温度是影响1Cr11Ni2W2MoV钢冲击韧度的主要因素;回火温度选择在540~590℃的1Cr11Ni2W2MoV钢试样冲击韧度全部合格,回火温度选择在660~710℃的试样冲击韧度部分不合格。选择回火温度为540~590℃,可提高材料的合格率,确保生产进度。     

1Cr18Ni9Ti钢的低温拉伸变形行为

对1Cr18Ni9Ti钢在室温和低温下进行拉伸试验,利用TEM分析拉伸试样断口附近的显微组织,用SEM对拉伸断口进行观察,研究了温度对1Cr18Ni9Ti钢拉伸变形行为的影响.研究表明:随着试验温度的降低,1Cr18Ni9Ti钢的抗拉强度与屈服强度及加工硬化指数单调增加;延伸率呈降低趋势,并在温度降至77 K时略有回升;拉伸断口附近显微组织中出现板条马氏体,且温度降低,板条马氏体数量增加;低温与应变共同作用诱发板条马氏体形成是影响1Cr18Ni9Ti钢低温拉伸变形行为的重要因素.     

热处理工艺对12Cr1MoV钢显微组织和力学性能的影响

通过热模拟试验对12Cr1MoV钢进行了不同工艺的正火+回火热处理,研究了热处理工艺对该钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:12Cr1MoV钢正火+回火后的正常显微组织为回火贝氏体+铁素体或回火贝氏体+铁素体+珠光体或铁素体+珠光体;如果回火温度过高或正火冷却速率不足,则分别会导致钢中出现两相区组织黄块马氏体和钒的碳化物沿晶界及晶内聚集长大的情况,显著降低钢的力学性能。     

热镀铝锌硅镀层钢板拉伸对其耐蚀性的影响

热镀铝锌硅镀层钢板(GL钢板)发生变形时,镀层中裂纹数量和大小对其耐蚀性有重要影响。对GL钢板进行单向拉伸,采用动电位极化法和电化学阻抗谱测试了GL钢板不同拉伸变形量时在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,采用扫描电镜观察了不同变形量时GL镀层电化学腐蚀前后的表面形貌。结果表明:GL钢板变形到一定程度,镀层便产生裂纹,裂纹随变形量的增加而变多、变大、变深;GL镀层的腐蚀优先在裂纹内发生,随变形量的增加,腐蚀的深度和面积逐渐增大,当变形量为20%时,镀层表面的裂纹扩展至镀层/钢基体界面,造成钢基体裸露,镀层耐蚀性大幅降低。     

Cr12MoV钢焊接区表面高频淬火后的超塑性焊接

对Cr12MoV钢进行表面高频淬火后超塑性焊接,选用的工艺参数为:加热温度为800℃,焊接时间t=5min,预压应力σ0=56.6MPa,初始应变速率ε0=2.5×10-4s-1。对接头组织进行了观察和分析。试验结果表明,焊接区局部高频淬火后的Cr12MoV钢在其超塑变形温度及应变速率范围内,经短时间超塑焊接,其接头抗拉伸强度可以达到母材值。     

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。     

高氮铬锰奥氏体钢的热变形行为及热锻开裂机理研究

采用热力学计算、物相分析、物理和数值模拟等方法研究了大型发电机转子护环用18Mn18Cr0.5N钢的平衡相图、热变形行为、氮化物析出行为和热锻表面开裂机理。获得了伪二元平衡相图、不同温度下各平衡相的摩尔分数及元素组成,揭示了各元素对相变点的影响规律。建立了热变形方程、动态组织状态图以及热加工图,发现流变失稳的本质为发生在晶界处的局部流变;确立了动态再结晶临界应力及峰值应力与Z参数间的定量关系,建立了动态再结晶晶粒尺寸与变形条件间的定量关系,确定了大型18Mn18Cr0.5N钢锻件的热加工工艺参数范围。热变形会对18Mn18Cr0.5N钢变形后保温过程中氮化物的析出行为产生重要影响,加工硬化促进析出,而再结晶则抑制析出,揭示了不同变形条件下氮化物的析出与长大规律及其与热锻开裂间的关系。将冷变形损伤准则与动态组织变化耦合到热变形开裂数值模拟中,结合裙试样热压缩物理模拟,揭示了18Mn18Cr0.5N钢热锻表面开裂的机理,发现晶粒尺寸越大热塑性越差,而δ铁素体在晶界上的析出则会急剧增大热锻开裂倾向,确定了适于该钢锻造的再加热温度范围。     

穿孔机顶头表面开裂原因分析

利用扫描电镜和背散射电子像(BS)等手段对未经使用的3Cr2W8V钢穿孔机顶头表面开裂裂纹进行了显微观察与分析.结果表明,由于材料中存在区域性的共晶碳化物偏聚现象,导致了在锻造过程中顶头表面出现开裂裂纹.     

变形温度对贝氏体钢组织性能的影响

为合理制定Si-Mn-MO系无碳化物贝氏体钢的生产工艺,利用GLEEBLE-3800热模拟试验机,在真空条件下开展了变形温度对贝氏体钢组织性能影响的热模拟试验.利用光学显微镜、透射电镜等设备,采用力学性能测试、微观组织观察等技术分析手段,对热模拟试样进行了组织观察和硬度检测分析,绘制了Si-Mn-MO系无碳化物贝氏体钢不同变形温度的动态CCT曲线,得出了变形温度对其组织和硬度的影响规律.结果表明,变形温度越低,无碳化物贝氏体钢的相变温度越低,组织越细小,先析铁素体越易析出,越有利于提高贝氏体钢的强硬性和韧塑性.     

Cr12MoV钢表面化学热处理的研究进展

Cr12MoV钢是国内使用最广泛的高碳高铬莱氏体型冷作模具钢,优良的表面处理工艺是保证其高强度高寿命的前提,本文概述了Cr12MoV钢的渗氮、渗硼、渗钒表面化学热处理工艺,以及不同工艺处理下Cr12MoV钢的微观组织结构和性能的改变,阐述了Cr12MoV钢化学热处理的研究现状及发展趋势。     

NF709奥氏体耐热钢的热变形行为

目的获得NF709钢的热变形工艺参数。方法利用Gleeble3800热模拟试验机,在变形温度为930~1230℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、真应变为1.0的条件下,得到真应力-真应变曲线。依据流变应力曲线和相关热加工理论,建立材料的本构方程,分析试验钢的热变形特点。结果该试验钢在试验条件下的热变形激活能为424 kJ/mol,建立了试验钢在变形条件下的本构方程,回归出了动态再结晶临界应力和Z参数之间的关系方程。根据动态组织分析和相应的热加工条件,建立了试验钢的动态组织状态图,可以用来预测不同变形条件下的动态组织。建立了应变速率、温度和峰值应力之间的关系方程。结论在给定的变形温度或应变速率下,应变速率或变形温度对微观组织有显著影响。在1030~1230℃、应变速率为10 s~(-1)的条件下,试验钢在变形量较小时容易失稳,随着应变量增加,流变失稳消失。     

30Cr1Mo1V钢汽轮机转子高应力段的疲劳裂纹扩展速率

在某已服役了16 a的30Cr1Mo1V钢汽轮机转子的高应力段取样制作成紧凑拉伸试样,用MTS 810.50试验机进行室温和538℃下的疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：该钢疲劳裂纹稳定扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率适用于Paris公式,室温下的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=2.2101×10-8（ΔK）2.9163,538℃下的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=9.8794×10-8（ΔK）2.6844;对于30Cr1Mo1V转子钢,温度升高,疲劳裂纹扩展速率加快;30Cr1Mo1V转子钢在疲劳裂纹稳定扩展阶段存在转折点,将该阶段又细分为两段,经过转折点后疲劳裂纹扩展速率的增速减慢;与原始材料相比,已服役16 a的30Cr1Mo1V钢汽轮机转子高应力段材料的疲劳裂纹扩展速率增大。     

基于加工硬化率的新型轻质钢动态再结晶临界条件及变形机制研究

采用Gleeble3500热模拟实验机,在850～1 050℃温度范围内和0.01～5 s^-1应变速率范围内,对试验钢进行了等温压缩变形处理,得到试验钢的应力-应变曲线。通过数据处理进一步得到试验钢加工硬化率-应变关系曲线、动态再结晶临界应力和临界应变,并借助OM、TEM及EBSD表征技术,分析了试验钢的组织演化规律和变形机制。结果表明：在相对低温和低应变速率下,随着应变量的增加,由于加工硬化再次占据主导地位,试验钢出现了明显的流动应力“二次增大”现象;随着热变形温度的降低和应变速率的增大,试验钢的峰值应力和临界应力、峰值应变和临界应变都呈现出增大趋势,并得出其相互之间新的关系模型;在变形条件下,试验钢再结晶晶粒尺寸随着温度的升高和应变速率的降低而增大,层错能(SFE)值随着变形温度的升高而增大,范围为181.1～237.4 mJ/m²,试验钢热变形后组织中有孪晶存在,说明SFE并非是影响高锰奥氏体钢变形机制的唯一因素,试验钢的主要变形机制为位错滑移。     

高频载荷下高强钢的超高周疲劳及热耗散研究

应用超声疲劳试验技术,对两种高强度钢(42CrMo4,100Cr6)在20kHz频率下的超高周疲劳性能进行测试分析.实验结果表明:两种钢的S -N曲线在106周发生了明显的变化,出现了水平渐近线.尽管23个42CrMo4钢试样用于1010周的疲劳试验,但在8.76×107循环周次以上,没有疲劳破坏发生,42CrMo4钢存在疲劳极限,而100Cr6钢的S -N曲线呈现台阶型.高精度热成像仪检测不同载荷条件下疲劳试样温度的变化结果显示:温度的变化与试验材料和加载水平有关.试样温度的快速升高发生在超声疲劳试验的初期,温度的变化反映了材料内部的热耗散过程.裂纹萌生后,微裂纹处不可逆的局部塑性变形导致裂纹萌生区温度急剧升高,疲劳试样内部温度场的变化反映材料的疲劳损伤过程.SEM观察表明:在长寿命区,疲劳裂纹常萌生于试样内部或次表层组织缺陷处.     

瞬态电能强化40CrNiMoA钢表面的组织和性能

采用自制SQ-2型瞬态电能表面强化设备,以石墨、CrWMn钢、YG-8硬质合金和Cr12MoV钢为电极,对40CrNiMoA钢进行瞬态电能表面强化.分析了强化层的组织、硬度、相组成和耐磨性.结果表明,石墨和Cr12MoV电极瞬态电能强化40CrNiMoA钢表层后,形成的过渡层较宽,而由CrWMn和YG-8电极强化后的过渡层较窄.Cr12MoV和CrWMn电极强化40CrNiMoA钢后,强化层都是由Fe相、Fe1.88 C0.12及FeN0.0324组成,但是Cr12MoV电极的强化层中氮化物和碳化物的含量较CrWMn电极强化后的多.由石墨和Cr12MoV电极所获得的强化层,其耐磨性比未处理试样提高了5倍以上,而且硬度提高的深度比CrWMn和YG-8电极强化后的大.