低Ti含量(0～0.15%)对高强钢耐磨性的影响

针对0～0.15%不同低Ti含量高强试验钢，利用万能磨损试验机进行磨损试验，并对试验钢组织、析出相及磨损形貌进行分析。结果表明，试验钢中析出相主要为TiC,其形貌为多边形、椭圆形、长条形、圆形，尺寸有大颗粒(横截面积>100μm²)、微米级(横截面积1～100μm²)、亚微米级(横截面积<1μm²)。对耐磨性提升起主要作用的为微米级析出相，亚微米级析出相对耐磨性影响较小，大颗粒析出相对耐磨性起负作用。随着Ti含量增加，亚微米级、微米级析出相数量呈线性增加，当Ti含量≥0.10%时，出现大颗粒析出相。当Ti含量为0.10%时，试验钢板的耐磨性最好。     

连铸坯内生超硬TiC超级耐磨钢的研究与应用

在常规低合金马氏体耐磨钢合金成分的基础上，添加一定量的Ti元素，通过冶炼连铸过程中形成大量微米、亚微米超硬TiC陶瓷颗粒，并结合控制轧制和控制热处理的工艺控制，使其弥散均匀分布在板条马氏体基体上，研发出一种新型连铸坯内生超硬TiC陶瓷颗粒增强耐磨性超级耐磨钢板，并在国内某钢厂进行了工业化生产。分析了连铸、热轧和离线热处理时实验钢中TiC的演变规律和组织性能的变化，并研究了其耐磨性能。结果表明，新型钢板中由于较多Ti元素的添加，在连铸凝固过程中形成仿晶界的微米、亚微米级的超硬TiC粒子，轧制和离线热处理过程中，仿晶界的TiC粒子在马氏体基体中弥散均匀分布；耐磨性测试表明，在同等硬度的条件下，新型耐磨钢板的耐磨性达到传统马氏体耐磨钢的1.5~1.8倍，具有优异的耐磨性能。     

TiC弥散强化2Cr13钢的显微组织及耐磨性

运用原位合成工艺可以制备出含量为3%的微米级TiC颗粒弥散强化2Cr13不锈钢,TiC颗粒在强化钢中分布均匀,与基体结合良好。TiC颗粒的加入,使2Cr13不锈钢的室温强度提高10%左右,硬度小幅增加,但塑性有所降低。用环-块摩擦磨损试验机研究了油润滑下弥散强化钢的滑动摩擦磨损性能,发现TiC颗粒承受载荷,从而可有效地提高弥散强化钢的耐磨性。与未增强的2Cr13基体相比,弥散强化钢的摩擦系数平稳且较低,而耐磨性提高3倍以上。     

Ti含量对高Ti马氏体耐磨钢组织与性能的影响

测定了0.31%Ti和0.55%Ti两种高Ti低合金马氏体耐磨钢的力学性能及耐磨性,并使用扫描电镜、夹杂物自动扫描系统对其显微组织进行了分析,进而讨论了高Ti钢中Ti含量对组织和性能的影响。结果表明,与含Ti量0.31%时相比,含Ti量达到0.55%时,基体中有更多的TiC颗粒析出,降低了基体的C当量,导致淬火后钢的抗拉强度明显较低,但更多TiC的析出也产生更为明显的析出强化效果,使得两种钢的屈服强度和硬度较为接近。另一方面,含Ti量较高时钢中微米级的TiC颗粒相应增加,显著提高了钢的耐磨性能。     

以蔗糖为前驱体火焰喷涂原位TiC增强Ni基复合涂层的制备

以蔗糖为碳源,采用前驱体热分解技术制备Ni-Ti-C系反应热喷涂混合粉末,通过氧乙炔火焰喷涂技术合成并同时沉积原位TiC颗粒增强的Ni基合金复合涂层.利用XRD和SEM研究混合粉末和涂层的相成分和组织结构,分析TiC/Ni复合涂层的硬度和耐磨性.结果表明:反应火焰喷涂TiC/Ni复合涂层主要由TiC和Ni基体组成,并含少量的Ni3Ti和Ti3O5;涂层由复合强化片层相瓦叠加而成,复合强化片层中TiC颗粒均匀分布于Ni基体中,TiC颗粒呈球形,粒度达到亚微米级:涂层具有较高的硬度和耐磨性,复合强化片层显微硬度为FIV0.21433,涂层的耐磨性能远优于基板材料45号钢和对比涂层Ni60的耐磨性.     

耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响

研究了不同Ti含量(0.03 mass%和0.15 mass%)的耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响。结果表明：低Ti含量钢中的大尺寸析出相占比明显低于高Ti含量钢；亚微米级/微米级(Ti, Mo)N析出相在温度较高的液相或者液/固两相区析出，多呈尖锐棱角的不规则多边形或矩形；纳米级(Ti, Mo)(C,N)析出相在温度较低的固相区析出，多为细小的近球状。低Ti含量钢的冲击磨损性能优于高Ti含量钢，亚微米级/微米级(Ti, Mo)N析出相使材料断裂的临界应变能降低，基体和析出相分离所需的应力下降，容易产生微裂纹，导致在冲击磨损过程产生大量犁削；纳米级(Ti, Mo)(C,N)析出相使基体的应变能低于裂纹扩展所需要的界面能，能够阻止在冲击磨损过程中产生的切削，使得耐磨性增加。     

钒合金化高锰奥氏体钢的沉淀硬化效果及机制研究

以高硬度奥氏体钢为研制目标,详细研究钒含量及固溶时效处理对组织性能的影响。同时利用TEM、SEM、EDS、XRD等手段对材料沉淀硬化机制进行了研究。结果表明,钒可使高锰奥氏体钢的时效态硬度大幅提高,含钒0.97%时最高硬度可超过HBW300,时效态材料同时存在100~200 nm的准纳米级M23C6颗粒和10~70 nm的弥散析出的VC颗粒,但材料硬度的提高主要依赖弥散析出的VC颗粒。其中细小弥散析出的VC颗粒与奥氏体基体保持着位向关系,但随着VC的聚集长大,尺寸达到一定程度后位向关系消失,随着钒含量的增加,高锰奥氏体钢中的位错层错也在增加。     

TiC颗粒增强低合金铁素体钢的耐磨性能

通过与传统低合金铁素体钢做对比,研究了原位合成方法制备的1.0vol%TiC颗粒增强型铁素体耐磨钢的磨粒磨损性能。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)对试验钢的显微组织形貌和析出相粒子分布进行了分析,并对试验钢的硬度、强度、韧塑性和磨粒磨损性能进行测试。试验结果表明: 经过轧制后的TiC粒子在试验钢中分布均匀,其中纳米TiC粒子产生明显的沉淀强化作用,提高了基体的强度和硬度,并保证了良好的弯曲性能。粒径1～5 μm的TiC颗粒有效阻碍了磨粒对基体的犁削作用,提高了基体抵抗磨粒磨损的能力,TiC增强后的铁素体试验钢磨损量仅为未增强铁素体钢的60%,与未增强铁素体钢淬火+低温回火处理后的耐磨性相当。TiC颗粒增强铁素体钢的磨粒磨损机制既包括犁皱塑性变形机制又包括显微切削机制,钢的耐磨性提高为纳米、微米TiC粒子共同作用的结果。     

不同镍含量奥氏体基低密度热轧钢的组织与力学性能

研究了3种Fe-18Mn-10Al-1C-(0, 3, 5)Ni-0.08V-0.03Nb(wt%)奥氏体基低密度双相钢在热轧后的组织和力学性能。结果表明,热轧后,试验钢的组织由拉长的奥氏体、条带状B2相及沿再结晶奥氏体晶粒晶界处的块状B2颗粒组成。此外,在奥氏体晶粒和B2颗粒中分别形成了纳米级κ-碳化物和DO₃相。5Ni钢屈服强度高达1352 MPa,这主要是由于奥氏体晶界存在大量纳米级别的B2颗粒以及VC相产生析出强化效果。随着Ni含量的增加,钢的强度与硬度均增加,5Ni钢屈服强度比0Ni钢高116 MPa,归因于5Ni钢中更多的B2相含量(16.9%)。但含Ni钢在强度增加的同时,极大损失了塑性,导致钢的伸长率极低,分析其原因为条带状B2相主要分布在奥氏体晶界处,试样在变形过程中裂纹更易沿晶界断裂,断口有分层现象。     

铸钢表面耐热复合涂层的制备

采用铸造反应合成技术制备出TiC/Ni3Al表面复合涂层材料,研究了涂层的物相、组织和界面形态,测试了涂层的硬度和耐磨性。结果表明：Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,产物为TiC和Ni3Al。表面复合涂层中直径为1～3μm的TiC颗粒呈球形镶嵌在Ni3Al基体上,随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大、分布更均匀、涂层更致密,且涂层与钢基体界面为良好的冶金结合,随TiC含量的变化而界面呈现出不同的形貌,在TiC含量〈45%时,涂层为一整体,从涂层到界面处Ni、Al、Ti、Fe元素呈梯度变化;在TiC含量≥45%时,涂层出现了分层现象。随着涂层中TiC含量的增高,材料的硬度和耐磨性提高,表面复合涂层的硬度和耐磨性均明显高于钢基体。     

热轧搪瓷钢中析出物与抗鳞爆性能

采用扫描电镜及透射电镜对热轧搪瓷钢中的析出物进行了观察,应用固溶度积公式对TiC的析出量进行了计算,并测得了不同卷取温度下搪瓷钢的抗搪瓷鳞爆敏感性(TH)。研究了热轧搪瓷钢中析出物与抗鳞爆性能之间的关系。结果表明,热轧搪瓷钢中的析出物主要为微米级TiN、Ti_4C_2S_2和纳米级TiC,TiN尺寸为1~3μm,Ti_4C_2S_2尺寸为100~400 nm,TiC尺寸为7~15 nm。TiC在1075℃时开始析出,在820℃时析出结束,此时TiC的体积分数为0.2242%。卷取温度600℃搪瓷钢的TH值高于650℃卷取钢板,因为600℃卷取的搪瓷钢的析出物TiC尺寸更细小,可以获得更高的抗鳞爆性能。     

埋弧堆焊TiC颗粒增强复合涂层的组织与性能

以TiFe粉、Cr粉、Ni粉、Fe粉、胶体石墨等为原料,利用合金粉粒埋弧堆焊技术在Q235钢表面原位反应合成TiC颗粒增强Fe基复合涂层。利用SEM,XRD和EDS等分析了涂层的显微组织,并在室温干滑动磨损条件下测试该涂层的耐磨性能。结果表明:利用合金粉粒埋弧堆焊技术,可以原位合成粒径在2μm以下、弥散分布的TiC颗粒。涂层组织由TiC颗粒、马氏体和奥氏体构成。涂层平均显微硬度达601HV0.2,约是碳钢基体的3倍。由于TiC颗粒和马氏体的抗磨损性能使涂层具有优异的耐磨性能,因此涂层磨损质量约是基体金属的1/10。埋弧堆焊双层涂层与单层涂层相比,马氏体含量减少,奥氏体和TiC含量增加,耐磨性更好。     

超快速冷却条件下亚共析钢中纳米级渗碳体析出的相变驱动力计算

根据KRC和LFG模型提出的Fe-C合金的奥氏体相变机制,系统地计算了过冷奥氏体的相变驱动力,从热力学的角度分析了过冷奥氏体分解生成纳米级渗碳体颗粒的可能性,并且在热轧后超快速冷却的条件下,发现热轧亚共析钢的组织中存在大量纳米级渗碳体弥散分布的区域,渗碳体的尺寸在十到几十纳米,实现了在无微合金元素添加的条件下渗碳体的纳米级析出.此外,在过冷奥氏体组织中先共折铁素体附近存在大量的富C区,根据平衡浓度计算,局部C的摩尔分数可达到0.04—0.08,这部分高浓度的奥氏体分解析出纳米级渗碳体的倾向性更大.     

回火温度对颗粒增强型低合金耐磨钢组织和性能的影响

研究了不同回火温度下颗粒强化型低合金耐磨钢的微观组织、力学性能和耐磨性能,确定了最佳的回火工艺。结果表明,轧制态颗粒强化型低合金耐磨钢中均匀弥散分布着大量微米级和纳米级TiC析出。回火温度升高,基体中ε-碳化物增多,试验钢的屈服强度整体上先升高后降低,抗拉强度、硬度和冲击吸收能量逐渐降低,伸长率逐渐升高,在200 ℃低温回火时,试验钢表现出最优的综合力学性能,同时表现出最佳的三体磨料磨损性能。     

淬火温度对高Ti低合金耐磨钢组织及力学性能的影响

研究了淬火温度对高Ti低合金耐磨钢组织转变、析出相和力学性能的影响,并分析了组织演变和力学性能变化的原因。结果表明:试验钢经不同温度淬火和200 ℃回火后的组织均为高位错密度板条马氏体;析出相尺寸主要为微米-亚微米-纳米三种尺度,微米级析出相呈杆棒状,亚微米以及纳米析出相呈球状,马氏体板条上分布着细小的(Ti, Mo)C析出相。随着淬火温度的升高,试验钢的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度均先升高后降低,均在920 ℃时有最大值,分别为1248 MPa、1535 MPa和434 HV,此时伸长率为10.0%。随淬火温度升高,纳米级析出相逐渐回溶,数量减少且尺寸逐渐长大,沿轧制方向被压扁拉长的原奥氏体晶粒尺寸以及马氏体板条块尺寸略有增大,但马氏体板条宽度却无明显长大。大量的弥散分布的5～10 nm的(Ti, Mo)C粒子是促进耐磨钢硬度升高的主要因素。细小的(Ti, Mo)C析出相逐渐长大以及原奥氏体晶粒的增大都不利于耐磨钢硬度的提高。     

Ti-Nb-Mo微合金钢回火过程中纳米碳化物的析出行为及组织演变

通过SEM和TEM等方法对Ti-Nb-Mo微合金钢在两种不同冷却工艺下回火处理后的析出相分布、形貌和粒度进行了观察和分析,结合拉伸实验结果和硬度测试结果研究了回火过程中纳米析出颗粒的变化对试验钢强度变化的影响。结果表明,热轧淬火后试验钢基体组织为板条贝氏体,经650℃回火处理后并未形成纳米析出相,因此导致试验钢强度明显下降;而热轧空冷后试验钢基体组织主要为铁素体,部分铁素体中形成了大量的相间析出颗粒并具有良好的热稳定性,经650℃回火0.5 h后屈服强度提升明显,回火过程中铁素体基体和位错上形成了大量的纳米碳化物颗粒,这类碳化物的析出量大,尺度分布均匀,颗粒尺寸细小,是试验钢获得高强度最主要的原因。     

时效温度对SLM 18Ni300马氏体时效钢显微组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备了18Ni300马氏体时效钢,结合拉伸试验、硬度测试和显微组织表征等手段,研究了时效温度(390, 490, 590℃)对SLM 18Ni300马氏体时效钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,SLM成形试样主要由Fe-Ni马氏体基体和胞状亚结构组成,经时效处理后,试样微观组织发生显著变化。随着时效温度的升高,胞状亚结构逐渐分解,马氏体逆转变成为奥氏体,Σ3晶界占比下降。同时,Ni₃X(X=Ti, Al, Mo)纳米相弥散析出,并在590℃时粗化。随着时效温度的升高,SLM 18Ni300马氏体时效钢的强度和硬度均先增加后下降,伸长率先降低后增加。其中,490℃时效的SLM马氏体时效钢兼具超高强度和较好塑性,这与其基体中弥散分布的纳米析出相、适量的奥氏体含量和较低的Σ3晶界占比有关。     

TiC增强高锰钢基复合材料的组织与磨料磨损性能

采用凝固析出方法制备了不同体积分数TiC增强的高锰钢基复合材料,系统研究了复合材料的显微组织和磨料磨损性能。热处理后,复合材料由奥氏体和TiC两相组成,TiC颗粒均匀分布在高锰钢基体中,颗粒与基体界面清洁。磨料磨损实验表明,TiC颗粒的引入提高了复合材料耐磨性能。然而,复合材料的耐磨损性能随着TiC体积分数的增加而降低。研究结果表明,随着TiC体积分数的提高,陶瓷颗粒尺寸增大且部分形成团簇,陶瓷颗粒在磨损过程中发生破碎从而提高磨损率。     

TiC硬质合金颗粒复合耐磨材料的研究

用钨极氩孤堆焊获得含有TiC硬质合金颗粒及金属基体成分不同的两种复合耐磨材料。研究了两种材料的显微组织、相组成并测定了材料的宏观及显微硬度，用三种硬度不同的磨料测定了两种材料的磨料磨损耐磨性并分析了其磨损特点。结果表明，材料的耐磨性明显地受到其中TiC硬质合金颗粒的含量、金属基体的成分组织和硬度以及磨料的硬度的影响。当磨料一定时，随着TiC颗粒含量及金属基体硬度的提高，材料的耐磨性明显地提高，当磨料硬度提高时，材料的耐磨性则明显下降。金属基体的磨损主要是显微切削及显微犁沟，而TiC颗粒则是以显微脆断方式产生磨损。     

共析钢的过冷奥氏体动态相变和组织超细化

通过在Gleeble-1500热模拟试验机上进行单轴热压缩实验,研究了共析钢中过冷奥氏体在A1-Ar1之间变形时的组织演变,探讨了共析钢中复相组织球化超细化的机理.结果表明:随着应变量的增加,片层珠光体在原始奥氏体晶界形成的铁素体生长前沿形核长大,并向原始奥氏体晶内推进,直至相变完成.片层珠光体生成后继续变形,发生渗碳体的溶断和球化,及铁素体的动态回复再结晶等轴化等过程.渗碳体的球化有两种机制,其一是由于Gibbs-Thomson效应,珠光体中片层状渗碳体发生溶断和球化,生成的大颗粒渗碳体主要分布在铁素体晶界;其二是纳米级渗碳体粒子伴随铁素体动态再结晶在晶内重新析出.实验证实,在合适的变形工艺条件下可以得到亚微米级铁素体与亚微米、纳米级颗粒状渗碳体的双相组织.