M42/45钢双金属复合材料的SPS烧结及其界面研究

利用放电等离子烧结技术（SPS）实现了M42粉末高速钢的制备及与45钢的连接,对其界面的显微组织形貌、元素分布、显微硬度及相界面形成过程进行了测试分析。结果表明,接头过渡层的成分、显微硬度都呈现梯度变化,连接界面没有裂纹及大孔洞出现,界面结合紧密,其过渡层厚度可达10.2μm;界面连接为熔合连接与扩散连接的共同作用,其中烧结初期以熔合连接为主,烧结中后期,扩散连接逐渐成为主导。     

烧结温度对M3∶2高速钢SPS烧结组织和性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了M3∶2粉末冶金高速钢,研究了SPS烧结M3∶2粉末冶金高速钢最佳烧结温度、显微组织与性能.通过实验得到以10℃/min的速率升到1200℃时高速钢的连续升温烧结曲线,分析在此烧结实验下的烧结过程,进而确定烧结温度范围.在此范围内的不同温度下烧结试样,根据试样密度、硬度、相对密度和显微组织确定M3∶2粉末高速钢最佳烧结温度.结果表明:在烧结温度900℃、保温时间10min、压力30 MPa工艺下,SPS烧结的M3∶2粉末冶金高速钢,其显微组织均匀、晶粒细小、无碳化物偏析,相对密度达98.17％,硬度达63.37 HRC.     

电镀辅助热等静压扩散连接钨/钢接头的特征

采用电化学沉积技术在纯钨圆柱表面上电镀了厚度为10 μm的Ni镀层,再利用热等静压扩散连接方法制备可应用于核聚变堆部件的钨/钢圆柱体连接试样。热等静压扩散连接工艺参数设定为900 ℃/100 MPa/1 h。由组织和成分分析可知钨/钢扩散连接接头形成了良好的冶金结合,其接头抗拉伸强度约为236 MPa,但由于残余应力集中,钨/钢接头断裂失效发生在靠近连接界面的钨基体内。实验加入Cu作为软质中间层,通过蠕变或者屈服机制释放残余应力,使得钨/钢接头强度提高到312 MPa。同时分析了镀层的结合力和钨/钢连接接头界面的硬度分布。     

W-(Ni-Cr-Fe-Si-B)混合粉末中间层真空扩散钎焊连接钨与钢

以高能球磨态90W-10(Ni-Cr-Fe-Si-B)(质量分数,%)混合粉末为钎料中间层,分别采用1000、1050和1100℃,均保温60 min并加压5 MPa的工艺参数,对纯钨(W)和0Cr13Al钢进行真空扩散钎焊连接。利用激光粒度分析仪、SEM、EDS和电子万能试验机等研究混合粉末形态、接头的微观组织、成分、力学性能及断口特征。结果表明:接头中的混合粉末中间层通过液相烧结过程,实现钨与钢的扩散钎焊连接,并在接头中生成均匀致密的钨基高密度合金层。高能球磨制备混合粉末对钨基高密度合金层压力下的均匀化与致密化生成具有关键作用。连接温度越高,钨基高密度合金层的液相烧结组织特征越明显。钨/钢接头剪切强度在125~130 MPa之间,断裂均发生在钨基高密度合金层/钨母材的结合区,断口主要呈现为钨母材的脆性沿晶断裂和钨基高密度合金层粘结相与钨颗粒相的韧性脱离断裂。     

Al-Si-Cu合金粉末扩散钎焊Al/Cu接头组织及性能

采用Al-Si-Cu合金粉末扩散钎焊铝铜异种金属,采用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,结合三元相图分析了接头形成机理,最后检测了接头力学性能.结果表明,在连接温度530℃,保温时间60 min,压力为1MPa时可形成均匀致密的接头,接头中存在大量条状和鱼骨状的Al-Si-Cu共晶组织,中间层与两母材结合界面处的组织结构不同,在靠近铜侧界面存在三种层状金属间化合物,其成分依次为Cu₃Al₂,CuAl和CuAl₂,在靠近铝侧界面存在一个扩散区,没有形成层状金属间化合物.接头的抗剪强度随保温时间的变化而变化,在保温60 min时达到35 MPa.     

钨/钛/MA956钢SPS扩散连接的界面结构和力学性能

在950℃/10MPa的工艺条件下,采用高效的放电等离子烧结技术对钨/钛/MA956进行真空扩散连接。焊后通过显微硬度测试和剪切强度试验评估SPS扩散连接的接头力学性能;并利用扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射仪对接头的界面组织和断裂特征进行观察分析。结果表明,该技术成功实现了W/Ti/MA956在10～30min的保温时间下的可靠连接。钨/钛/MA956钢接头界面由W-Ti固溶体层、Ti层以及Ti/MA956金属间化合物(FeTi、Fe2Ti和Cr2Ti)层组成。Ti/MA956界面由于金属间化合物的生成,具有最高的硬度,硬度峰值达580HV。随着保温时间的增加(10、20、30min),接头平均剪切强度由130.2MPa(10min)提高到163.5MPa(20min)再降到125MPa(30min);接头断裂均发生在Ti/MA956界面。     

Cu/W-Ni-Co/Ni多中间层的钨/钢扩散连接

采用铜箔/90W-5Ni-5Co(质量分数,%)混合粉末/镍箔复合中间层,在加压5 MPa、连接温度1120℃、保温60 min的工艺条件下,对纯钨(W)和0Cr13Al钢进行了连接。利用SEM、EDS、电子万能试验机及水淬热震实验等手段研究了接头的微观组织、成分分布、断口特征、力学性能及抗热震性能。结果表明,连接接头由钨母材、Cu-Ni-Co合金层、钨基高密度合金层、镍层、钢母材5部分组成。接头中的钨基高密度合金层由90W-5Ni-5Co混合粉末固相烧结生成,其Ni-Co粘结相和钨颗粒相冶金结合且分布均匀。钨基高密度合金层与钨母材以瞬间液相扩散连接机制实现了良好结合。接头剪切强度达到286 MPa,断裂均发生在钨基高密度合金层/镍层结合区域,断口形貌呈现为韧性断裂。经过60次700℃至室温的水淬热震测试,接头无裂纹出现。     

Al2O3弥散铜/纯铜扩散焊工艺

采用真空扩散连接工艺,对Al2O3弥散强化铜/纯铜的连接进行了试验研究.用扫描电镜分析了Al2O3弥散强化铜/纯铜扩散界面组织结构,研究了工艺参数对界面结合状态和组织结构的影响.通过正交试验得出各因素对接头抗拉强度的影响大小依次为:扩散温度＞压力＞保温时间.正交试验结果表明:焊接温度为550℃,保温时间为3h,压力为25 MPa时,可获得组织均匀致密、界面连续的Al2弥散铜/纯铜扩散焊接头,且接头抗拉强度高达116.9 MPa.     

高速钢表面真空粉末烧结硬质合金层的组织及性能

研究了真空粉末烧结法在高速钢表面上复合硬质合金层的组织及性能，分析了硬质合全层组织和界面结构的特点、测试了表面硬质合金层和高速钢之间的结合强度、复合双金属材料常温及高温硬度、耐磨性能。结果表明，在1280℃烧结，获得3mm-5mm厚度的硬质合金层，和钢基底间结合强度达到450MPa，常温硬度为1200HV，700℃时硬度保持900HV，具有较高的热强性和良好的耐磨性能。     

Cu/W-Ni/Ni多中间层的钨/钢扩散连接(英文)

采用铜箔/90W-10Ni(质量分数)混合粉末/镍箔多中间层,在加压5 MPa、连接温度1150°C、保温60 min的工艺条件下,对纯钨(W)和0Cr13Al铁素体不锈钢进行真空扩散连接。利用SEM、EDS、电子万能试验机及水淬热震实验等手段研究接头的微观组织、成分分布、断口特征、力学性能及抗热震性能。结果表明,连接接头由钨母材/Cu-Ni合金层/W-Ni复合材料层/镍层/钢母材五部分组成。接头中的W-Ni复合材料层由90W-10Ni混合粉末固相烧结而生成,其组织均匀、致密。W-Ni复合材料层与钨母材以瞬间液相扩散连接机制来实现良好结合。接头剪切强度达到256 MPa,断裂均发生在W-Ni复合材料层与镍层的结合区域,断口形貌呈现为韧性断裂。经过60次700°C至室温的水淬热震测试,接头无裂纹出现。     

基于SPS技术的异种钢焊接

采用SPS技术进行了异种钢的焊接研究.在不同的SPS工艺参数下实现了45钢/18-8不锈钢的焊接,对焊接接头的显微组织、化学成分、断口特征及显微硬度分布进行了分析,研究了SPS焊接工艺参数对接头组织和性能的影响规律,并提出了SPS焊接的冶金结合机理.结果表明,SPS技术作为一种全新的材料焊接方法,可以在短时、低温、低压下实现异种钢的良好扩散焊接;SPS工艺中温度对焊接接头组织和性能的影响最大,保温时间和加载压力的影响相对较小.     

V/Nb复合中间层热等静压扩散连接钢/钨接头的组织与性能

采用V/Nb复合中间层成功实现了钢/钨热等静压扩散连接,并对高温低压(1 050 ℃, 20 MPa)和低温高压(950 ℃, 100 MPa)条件下形成的接头界面结构及连接强度进行了探究. 结果表明,高温低压组和低温高压组接头均呈W/Nb/V/钢四层结构,抗剪强度分别为96.9 MPa和104.2 MPa,断裂位置均为无明显化学反应发生在Nb/V界面. 与高温低压组相比,降低连接温度并提高连接压强在一定程度上有助于形成高致密度的连接接头,但不能促进薄弱界面(Nb/V)的元素扩散并显著提高接头的连接强度.     

扩散连接温度对304不锈钢接头性能与组织的影响

以304不锈钢为研究对象,探究了扩散连接温度(925～1000℃)对接头厚度变形量及力学性能的影响,并分析了其对界面组织的影响作用.扩散连接接头剪切强度随扩散温度升高呈现抛物线式变化.在950℃,30 MPa和60 min条件下扩散连接,接头抗剪切强度为580 MPa,达到母材剪切强度的98.47％,厚度变形量为1.2...     

Cf/SiC复合材料与304不锈钢钎焊接头组织与性能

采用Ti-Zr-Be活性钎料作为连接层,在一定工艺参数下真空钎焊C_f/SiC复合材料和304不锈钢.利用SEM,EDS,XRD和俄歇谱仪分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能,分析了工艺参数对接头抗剪强度的影响.结果表明,在复合材料附近形成ZrC+TiC+Be₂C/Ti-Si反应层,连接层中主要包含FeZr₂,锆基固溶体,BeTi,Ti-Zr固溶体等反应产物,304不锈钢附近形成FeTi/αFe反应层.在连接温度为950℃,连接时间为60min时,接头室温抗剪强度最高为109.3 MPa,断裂位置为C_f/SiC复合材料与中间层连接界面靠近复合材料端.     

Sintering and microstructure characteristics of 42CrMo4 steel processed by spark plasma sintering

Rapidly solidified micron sized 42CrMo4 steel powder with a size range of 150–250 μm produced by plasma rotating electrode process was consolidated using a recently developed spark plasma sintering (SPS) process. The relationship between sintering parameters (temperature and soaking time) and microstructural properties was investigated. The effect of slow and high heating regimes on the consolidation of sintered compacts has been also investigated. Maximum relative density (99.2%) was obtained at 1000 °C, under 50 MPa pressure, with 8 min holding time and 200 °C/min heating rate. The microstructure of sintered steel was influenced by carburization occuring inside the graphite SPS process die. The diffusion of carbon produced martensite structure near the surface region and hardened the surface. This effect was investigated in detail using optical microscopy and hardness measurement. Scanning electrone microscopy was also used to examine the fracture surface of sintered compacts. High heating rate promoted the relative density at low temperature compared to high temperature.     

Densification of AISI M2 high speed steel by means of capacitor discharge sintering (CDS)

Ball milled AISI M2 high speed steel (HSS) powders with nanometric crystalline grains have been consolidated by means of a new technique called capacitor discharge sintering (CDS) which employs one single high intensity current pulse (up to 100 MA/mm²in 10–20 ms) and high pressure (up to 400 MPa). The consolidated disks with diameter of 10 mm and 2–3 mm thickness, show low residual porosity and very fine microstructures. It is confirmed that the CDS process is well suited for the complete densification of AISI M2 powders without grain growth.     

P92钢焊接接头的高温抗氧化性研究

P92钢因优异的综合性能逐渐成为超超临界机组过热器、再热器等零部件的理想用钢,材料经焊接后,焊接接头在服役温度中的高温抗氧化性直接影响零部件的使用寿命。利用增重法研究P92钢焊接接头在650℃高温空气介质中的氧化动力学,采用OM、SEM观察和分析氧化层表面及截面形貌,利用XRD分析氧化物物相。结果表明:在一定温度下,P92钢焊接接头各区域氧化速率均是先增加后降低,然后趋于稳定值,符合抛物线规律;在650℃空气介质中氧化132 h后,焊接接头中距焊缝3 mm热影响区A部位、焊缝、母材各区域氧化层的厚度分别为45μm,30μm,27μm;焊接接头氧化后表面的主要氧化产物为Fe_2O_3。     

放电等离子烧结压力对超细WC-Co硬质合金性能的影响

通过分析放电等离子烧结致密化过程,确定了致密化温度;研究了SPS烧结过程中压力对WC-Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响。结果表明,放电等离子烧结粉末在1 130℃时,达到最大收缩率;烧结压力的增加,样品的致密度、硬度增加;断裂韧性的变化集中在11.5~12.1 MPa.m1/2之间,和硬度的变化呈现相反的趋势;烧结压力相对较小时,样品WC晶粒较粗大且不均匀;在40 MPa和55 MPa时,晶粒相对较小且分布均匀。要得到高性能、高致密度的样品,合理的烧结温度在1 200℃以上,烧结压力为40 MPa。     

F/M钢包壳管材热处理工艺优化

通过对Fe-12Cr-1.5W-0.2V-0.15Ta F/M钢包壳管材分别进行980~1150 ℃正火和600~730 ℃回火处理,研究不同热处理工艺对包壳管材微观组织、室温力学性能的影响。结果表明,不同温度正火处理后,F/M钢包壳管材的组织均为板条马氏体,随正火温度的升高,粗大的碳化物颗粒逐渐固溶至基体中,且原奥氏体晶粒尺寸会产生粗化,从1050 ℃的40 μm增至1150 ℃的80 μm;不同温度回火后,马氏体基体上析出细小纳米级碳化物颗粒,随回火温度增加,碳化物颗粒析出数量明显增加,但析出的碳化物颗粒尺寸无明显变化;包壳管材经过1100 ℃×60 min正火+650 ℃×90 min回火后具备良好的微观组织和力学性能,其原始奥氏体晶粒无明显长大,马氏体板条组织平均晶粒尺寸约为6.0 μm,小角度晶界比率为59.6%,沿着原奥氏体晶界有纳米相析出,晶内马氏体界面处析出大量纳米相,此时,管材表现出良好的强塑性匹配,抗拉强度为1024 MPa、屈服强度为849 MPa、伸长率为17.3%。     

控轧控冷工艺对L450M管线钢屈强比的影响

为了提高管线用钢的安全服役性能,使其获得良好的强韧性和较低的屈强比,采用现场小批量试制试验,研究了不同控轧控冷工艺对L450M管线钢组织性能的影响。结果表明：L450M管线钢采用粗轧开轧温度1 010～1 050℃,精轧开轧温度920～960℃,精轧终轧温度790～830℃,终冷温度550～580℃,屈服强度可达到475～513 MPa,抗拉强度565～583 MPa,伸长率32%～38%,屈强比0.82～0.88,-20℃横向冲击功188～285 J,满足API SPEC 5L-2018标准要求;适当提高精轧终轧温度、降低粗轧阶段变形量、减少精轧阶段轧制道次,有利于降低L450M管线钢的屈强比;适当降低冷速、提高终冷温度,使L450M管线钢显微组织中先共析铁素体比例增加,有利于降低屈强比。