表面纳米化对GH4049镍基高温合金性能的影响

超声喷丸(USSP)处理工艺在GH4049镍基高温合金表面制备出了纳米表面晶层,分析了不同超声喷丸强度和喷丸时间对其屈服强度、抗拉强度、显微硬度的影响,并通过试验分析了经表面纳米化后试件的残余应力分布.研究结果表明,喷丸时间的增加对材料强度的提高无直接关系,且随喷丸时间的增长,由于材料表面的损伤,会使材料的强度降低.经超声喷丸处理后,显微硬度较未处理试件明显提高,试件表面形成大约0.2mm厚度的压应力层,最大压应力远超过材料的屈服极限δs.     

喷丸压力对GH3535合金表面状态及疲劳性能的影响研究

分别采用0.3MPa、0.45MPa和0.6MPa喷丸压力对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用扫描电子显微镜（SEM）观察合金表面形貌、强化层组织结构,通过金相显微镜（OM）、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳实验,并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。且合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3MPa～0.6MPa范围内,疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感,且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时,喷丸产生的效果最优,疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。     

喷丸强化对H13钢表面完整性的影响

为研究不同强度喷丸对H13钢表面完整性的影响,采用白光干涉仪、显微硬度计、XRD、SEM和EBSD等对喷丸前后H13钢试样的表面粗糙度、硬度、残余应力和表层微观组织等表面完整性进行了表征,并定量分析了未喷丸和经0.33A喷丸的试样表层组织的晶粒尺寸、晶界取向差及织构等的变化规律。结果表明,不同强度喷丸均改变了H13钢的表面完整性。喷丸在提高表面粗糙度和塑性硬化程度的同时引入了具有一定深度的残余压应力层。与未喷丸试样相比,经0.23 A喷丸后H13钢表面粗糙度提高了约152%。随着喷丸强度从0.23 A增大到0.33 A,硬化层深度由100μm增至160μm,残余压应力层深度由200μm增至300μm。H13钢的未喷丸组织的平均晶粒尺寸为950 nm,晶界平均取向差为33.5858°,主要存在强度较弱的{001}100和{110}111型混合织构;经0.33 A喷丸后距表面10μm处的平均晶粒细化至470 nm,晶界平均取向差增至39.0228°,组织中出现了两类{111}uvw和{hkl}110型板织构,且表层晶粒细化层深度达30μm以上。     

高能喷丸后TC4合金表面组织性能研究

利用高能振动喷丸法对TC4钛合金进行了表面细化的研究。用光镜、扫描电镜、透射电镜和硬度计等手段分析并研究其表层变形层金相组织、晶粒尺寸及显微硬度。结果表明,TC4钛合金经高能喷丸处理后,材料表面形成一定厚度的细化晶粒组织,且喷丸强度越高,表层平均晶粒尺寸越细、形变层越深;高能喷丸处理后,随距被处理表面距离增加,硬度增加程度越来越小,随喷丸时间延长表面硬度有增加趋势。     

高能喷丸处理对Al-Zn-Mg合金的组织和力学性能的影响

采用透射电镜(TEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度计和微力材料试验机等研究了 Al-Zn-Mg合金高能喷丸处理后的表层显微组织和力学性能.结果表明:经高能喷丸处理后,在距离Al-Zn-Mg合金表面约20 μm深度范围内形成了随机取向的等轴纳米晶层,表面层的结构特征尺寸随层深的增大呈梯度变化,无明显界面;由于细晶强化作...     

喷丸处理实现纯钛表面纳米化的研究

利用喷丸处理技术实现了工业纯钛的表面纳米化,利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对表层组织演变过程和表层晶粒纳米化的细化机理进行了研究,并用显微硬度计对表层硬度进行了测试。研究结果表明,传统表面喷丸处理后可在工业纯钛表面得到一定厚度的纳米层和剧烈塑性变形层。喷丸处理后,工业纯钛表面硬度显著提高。     

镍基粉末冶金FGH95高温合金的拉伸及低周疲劳性能研究

在420～650℃的温度范围内,研究了PM FGH95高温合金在应变率0.0001～0.01 s-1范围内的拉伸性能及在不同应力比R=-1及R=0下的低周疲劳性能.拉伸试验结果表明:在此温度范围内,应变率对弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量的影响可以忽略不计;并且应变率自0.0001 s-1增大至0.01 s-1时,弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量受温度的影响也不明显.PM FGH95合金受材料微结构的影响很大,材料含有的微缺陷对其力学性能有非常不利的影响.LCF试验结果表明:PM FGH95合金是循环硬化材料.当应力比R=-1时,温度对LCF寿命的影响很小;但在应力比R=0时,LCF寿命受温度的影响很大,且随着温度的增加材料的低周疲劳寿命减小.SEM断口扫描发现,断裂表面有很多的解理面,但没有疲劳条带,且此断裂模式下没有明显的塑性变形,所以FGH95合金的低周疲劳寿命几乎是由裂纹萌生阶段决定的.     

铝含量和退火温度对锆铝合金相组成和力学性能的影响

利用非自耗电弧炉熔炼了Al含量为6.0%,7.0%,8.0%(质量分数)的锆铝二元合金,通过退火过程中的包析反应得到了不同相组成的Zr3Al基合金,借助光学显微镜、XRD分析研究了合金的金相组织和相组成,进行了显微硬度测定和拉伸试验。结果表明:铸态的锆铝合金显微硬度随着铝含量的增加而增大;退火可得到组织均匀的Zr3Al基合金,其显微硬度和抗拉强度主要与相组成和基体晶粒大小有关,而与第二相的形态无关;合金的显微硬度、抗拉强度随着Zr3Al相的增多而增大,延伸率随着Zr3Al相的增多而减小;合金的显微硬度、抗拉强度和延伸率随着Zr3Al晶粒的细化而不同程度地增大。     

表面强化处理对工业纯钛焊接接头电化学腐蚀性能的影响

为了改善焊接接头的性能,延长其使用寿命,实验采用喷丸强度为0.15A的超声喷丸处理(USSP)方式对工业纯钛TA2焊接接头进行强化。通过OM、SEM、TEM分别对TA2焊接接头各区域组织及腐蚀形貌进行观测,对不同工艺处理试样的残余应力值、表面粗糙度进行了测定,并对超声喷丸后试样表面进行热处理和表面打磨,研究了不同表面残余应力及表面粗糙度对焊接接头焊缝区域在80℃ 的10% HCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果表明,USSP强化处理纯钛焊接接头耐腐蚀性能有所提升。经退火处理后,随着退火时间的增加,耐腐蚀性能先增加后降低,退火0.5h时,自然腐蚀电位最高,电流密度最低,耐腐蚀性能最优。经表面打磨处理,腐蚀速率主要由扩散步骤控制,产生浓差极化,随着打磨强化层的增加,扩散速率加快,耐腐蚀性能有提高。打磨至强化层2/5处时,耐腐蚀性能提升明显。     

表面纳米化低碳钢电化学行为尺寸效应

利用超声喷丸技术制备了表面纳米化低碳钢.结构分析表明,最表层低碳钢的晶粒尺 度在20nm左右,随着向基体方向靠近,纳米层晶粒尺度逐渐增加.对纳米低碳钢在0.05 mol /L H2SO4+0.05 mol/L Na2SO4腐蚀介质中腐蚀速度测试结果表明,纳米化后低碳钢 的腐蚀增加; 纳米低碳钢的电化学腐蚀行为存在尺寸效应.在晶粒尺度小于35 nm时,纳米 低碳钢的电化学腐蚀速度随晶粒尺度的增加而降低,当晶粒尺度高于35 nm后,晶粒尺寸对 腐蚀速度影响不大.纳米化后低碳钢的阳极反应历程不变,阳极交换电流密度提高;而阴极 反应历程改变,析氢反应容易,并由电化学步骤控制转变为由扩散步骤控制.纳米化后低碳 钢阴阳极反应同时得到促进,腐蚀速度增加.     

喷丸对25CrNi2MoV钢滚动接触疲劳性能的影响

目的提高25CrNi2MoV钢的滚动接触疲劳性能。方法对25CrNi2MoV钢进行表面喷丸处理,并采用3D形貌仪、光学显微镜、显微硬度仪、X射线应力分析仪与滚动接触疲劳试验机等仪器,对试样表面形貌、表面显微组织、显微硬度、表面残余压应力与滚动接触疲劳性能等进行测试分析。结果与未处理试样相比,经喷丸处理后,试样表面形貌由磨削加工槽型向酒窝状的弹坑转变,表面粗糙度增大,表面显微硬度由503HV0.2增大到577HV0.2,增加了14.7%,表面残余压应力由-90.0 MPa增大到-758.0 MPa。当喷丸强度为0.445 mmA时,试样具有最好的滚动接触疲劳寿命,其额定寿命(L10)、中值寿命(L50)、特征寿命(L63.2)分别为4.973×10^6次、6.578×10^6次和6.945×10^6次,分别是未处理试样对应寿命的11.1倍、7.3倍和7.0倍,试样滚动接触疲劳失效形式主要为疲劳剥落。当喷丸强度为0.596 mmA时,试样表面出现微裂纹,导致滚动接触疲劳寿命降低,此时试样疲劳失效形式主要为点蚀与疲劳剥落。未处理试样疲劳失效形式主要为分层。结论喷丸处理能细化试样表层晶粒组织,增大试样表面粗糙度、表面硬度与表面残余压应力。合适强度的喷丸处理可以抑制试样表面与次表面裂纹的萌生与扩展,显著提高滚动接触疲劳性能。     

冷却速度对微合金化中碳非调质钢组织和性能的影响

通过热处理试验模拟了曲轴用微合金化中碳非调质钢经过小变形量条件的闭式模锻后获得的粗大组织,并进行相应的力学性能测试,研究了冷却速度和微合金元素Ti、Nb对中碳非调质V钢组织和力学性能的影响。结果表明,V-Ti-Nb钢炉冷后的综合力学性能最佳,抗拉强度达到960.6 MPa、屈服强度达到672.1 MPa、断后伸长率达到17.5%、冲击吸收能量达到22.9 J。冷却速度的增加使得V钢的抗拉强度和屈服强度均提高了近120 MPa,由于贝氏体这类硬相的存在,导致塑性下降,但是由于原始奥氏体晶粒尺寸的细化,使得冲击性能没有发生明显变化。Ti和Nb的加入,V-Ti-Nb钢由于珠光体片层间距的细化及(V, Ti, Nb)(C, N)的析出强化,屈服强度提升了76.5 MPa;珠光体片层间距和原始奥氏体晶粒尺寸的细化是V-Ti-Nb钢冲击性能改善的主要原因。     

凝固速度和时效处理对高强高导Cu-3.2Ni-0.7Si合金组织与性能的影响*

通过单辊旋淬快速凝固技术制备Cu-3.2Ni-0.7Si（wt%）合金薄带。研究了不同旋淬速度（凝固速度）和时效处理对合金微观组织、导电率和力学性能的影响。结果表明,随着凝固速度的增大,铸态合金的晶粒明显细化,导电率降低,显微硬度和拉伸强度升高。铸态合金在同一温度进行时效处理,随着时效时间的增加,合金的电导率呈升高趋势,而合金的显微硬度和拉伸强度先升高后降低。铸态合金的导电率随凝固速度的增大而降低是基体晶格畸变程度增大所致;合金时效处理后导电率升高是由于第二相析出明显消除晶格畸变的结果。铸态合金显微硬度和拉伸强度随凝固速度增大而升高是细晶强化的结果;时效处理后,合金的显微硬度和抗拉强度明显提高是第二相强化的结果,而过度时效导致显微硬度和拉伸强度降低的主要原因是第二相的粗化团聚所致。     

固态回收法制备Mg-Zn-Y-Zr合金的微观组织和力学性能

采用冷压法压实Mg-Zn-Y-Zr合金碎屑,在不同温度和不同挤压比下进行热挤压。结果表明：在低于320℃时挤压,微观组织由大量再结晶晶粒和少量未再结晶晶粒组成,合金具有较高的强度和较低的韧性;当挤压温度升高到360℃时,发生完全再结晶,微观组织由等轴晶组成,合金具有较低的强度和较高的韧性;当挤压温度升高到420℃时,微观组织由粗大的等轴晶组成,导致了合金的力学性能下降;当挤压比从8增加到16时,晶粒明显细化,力学性能显著提高,然而,随着挤压比的进一步增加,屈服强度和极限抗拉强度升高幅度不大。     

喷丸强度对FGH4113A高温合金微观组织的影响及定量表征

镍基粉末高温合金涡轮盘长期在高温高应力条件下服役,对其综合力学性能有着严苛的要求,而表面形貌与微观组织对盘件性能有着至关重要的影响,通常需进行表面喷丸强化处理。基于此,本工作系统性地研究了不同喷丸强度下FGH4113A合金的表面和亚表层微观组织及变形情况,并探究了两者的定量关系。结果表明：经过喷丸处理后,合金亚表面产生位错塞积,诱发晶粒内形成变形孪晶,并且变形孪晶数量随喷丸强度的增大而增大。另外,喷丸强化引入的位错使变形层存在大量的小角晶界,从而发生晶粒细化提升了合金硬化效果。随着喷丸强度的增大,合金表面粗糙度、表面残余压应力、硬化层厚度以及表面显微硬度等特征呈现出不断增大的趋势。这些研究结果可为实际生产过程中喷丸强化参数的调控提供一定的数据支撑。     

含微纳B4C/Ti颗粒铜基复合材料的微观组织与力学性能

采用高能球磨(HEBM)和放电等离子烧结(SPS)工艺成功制备出微纳B₄C/Ti颗粒增强铜基复合材料(CTBCs),通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)等测试手段对其微观组织形貌进行表征。结果表明,(B₄C+Ti)颗粒在基体中均匀分布,增强体与铜基体界面结合良好,且其结合形式为冶金结合和机械结合并存。采用阿基米德排水法测定出烧结态试样的致密度。复合材料的显微硬度、拉伸屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能相较于纯铜试样得到显著提高,这主要归因于载荷传递、细化晶粒与热错配等强化机制。复合材料的拉伸断口表现出明显的韧性断裂特征。     

Ta含量对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-xTa合金力学性能和腐蚀性能的影响

系统研究了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta(x=0,0.2,0.5,1.0,3.0,5.0)合金的微观组织、拉伸性能、夏比冲击韧性和耐海水腐蚀性。结果表明,经α+β两相区锻造后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-5Ta合金获得片层组织,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta(x=0,0.2,0.5,1.0,3.0)均获得双态组织。XRD、TEM和选区电子衍射表明,在添加Ta元素后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金没有新相产生。对于双态组织Ti-6Al-3Nb-Zr-1M0-x Ta合金,随着Ta含量的增加,其Mo当量逐渐增加,导致其屈服强度、抗拉强度和显微硬度均有所提高。而Ta含量对冲击吸收功的影响规律与屈服强度和抗拉强度的影响规律相反,其大小与冲击断口剪切唇区面积一致。当Ta含量超过1.0%(质量分数)时,由于α和β相之间的标准平衡电位差逐渐增大,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金的耐海水腐蚀逐渐降低。综合考虑强度、冲击韧性和耐海水腐蚀性能,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-1Ta合金综合匹配性最好,具有良好的海洋工程应用潜力。     

Microstructure Distribution and Tensile Anisotropy of Dissimilar Friction Stir Welded AM60 and AZ31 Magnesium Alloys

The microstructure distribution, tensile anisotropy and fracture behaviors in the dissimilar friction stir welded joint of AM60/AZ31 alloys were investigated. Experimental results showed that a significant grain refinement and an orientation fluctuation occurred in the weld. The grain size of AZ31 side in joint was obviously smaller than that of AM60 side. There was a higher percentage of low angle grain boundaries (LAGBs) and a lower degree of recrystallization in AZ31 side compared with those in AM60 side, especially for the thermo-mechanically affected zone in AZ31 side. The discrepancies of grain size distribution, recrystallization behavior and LAGBs in joint depended on the different initial state of two metals and the inhomogeneous temperature distribution in joint. In addition, the (0001) basal plane in weld was roughly parallel to the surface of the pin, showing the symmetrically distributed texture characteristics. The joint showed an obvious tensile anisotropy due to the special texture distribution. The comprehensive tensile properties of joint along the three directions decreased in the order: welding direction, 45° direction and transverse direction. The maximum ultimate tensile strength, yield strength and elongation of the joint were 242 MPa, 116 MPa and 21.2%, respectively. The fluctuations of grain size and texture in joint affected the fracture behavior of samples in the three directions.     

Effect of W-addition on low cycle fatigue behavior of high Cr ferritic steels

A study was done to investigate the effect of tungsten (W) addition on the microstructure, tensile properties and low cycle fatigue (LCF) properties of 9Cr-lMo steels at 298K and 873K. Four steels containing different amounts of W (0W, 1.2W, 1.8W and 2.7W) were normalized at 1323K for 1 hour and tempered at 1023K for 1 hour. Microstructural analysis revealed that no significant differences wete observed in their tempered martensitic microstructure of 0W, 1.2W and 1.8W alloys, but d-ferrite was observed to form at the prior austenite grain boundaries of the 2.7W alloy. With the increase in W content, yield and tensile strength increased at both temperatures. Low cycle fatigue life also increased with the W content up to 1.8%, but decreased in the 2.7W alloy, which was primarily due to the presence of soft d-ferrite acting as the crack initiation site. The fatigue life at 873K was reduced compared to that at 298K, due not only to the decrease in strength at high temperature but also to the formation of oxide layers along the slip bands, which increases slip irre-versibility during cyclic deformation. This article based on a presentation made in the symposium “The 1^st Korea—Japan Structural Dynamic Symposium”, held at Sunchon National University, Sunchon, Korea, August 5–8, 1999 under the auspices of The Korean Insitute of Metals and Materials and Research and Development Center for Automobile Parts and Materials.     

马氏体组织对SFPB处理双相钢表面纳米结构及力学性能的影响

目的 通过对不同微观组织铁素体/马氏体双相钢进行表面纳米化处理,探究材料表面晶粒细化和塑性变形机理。方法 采用超音速微粒轰击（SFPB）技术对经临界区退火（IA）、中间淬火（IQ）和分级淬火（SQ）后的双相钢进行纳米化处理,采用SEM、OM和XRD研究试验钢表面SFPB前后的微观组织特征,采用显微硬度仪测试其表面硬度,采用拉伸实验测试其力学性能。结果 热处理后,IA、IQ和SQ试样马氏体组织分别呈岛状、纤维状和块状,IQ试样平均晶粒尺寸最小,但马氏体体积分数最大。SFPB工艺处理后,双相钢表面形成了一定厚度的梯度纳米晶层（GNS）,该晶层内的晶粒尺寸均达到纳米级别,且随距离表面深度的增大而增大。IA-GNS、IQ-GNS和SQ-GNS试样表面硬度分别为285.9、266.7、382.1HV,抗拉强度分别为771.30、820.02、663.81 MPa,延伸率分别为8.89%、14.70%、10.04%。IQ-GNS试样断口以韧窝为主,SQ-GNS和IA-GNS试样断口韧窝较少,有明显裂纹开口。结论 表面产生强烈塑性变形时,由于位错的分割作用,表面晶粒尺寸细化至纳米级,材料强度大幅提高,同时纳米级纤维状马氏体微观组织的存在使得IQ-GNS试样保持了较高的塑韧性。