双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢组织与特性研究

针对等离子单填丝增材制造电弧热量利用率低和熔丝效率低,容易造成增材金属过热的问题,以高氮钢丝材为熔化材料,采用单电弧双填丝共熔池的等离子弧增材制造工艺制备了高氮钢直壁体试样.采用游标卡尺、光学显微镜、扫描电镜和力学性能试验等手段,分别对单填丝和双填丝两种工艺增材直壁体的成型尺寸、熔敷效率、显微组织、力学性能和断裂形式进行了对比检测分析.然后详细考察了丝材熔敷量增加对试样组织和力学性能的影响,并分析双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢构件的组织变化规律和性能变化规律.结果表明,相对于单填丝增材工艺,在同样的增材电流下,双填丝增材工艺中总填丝速度可以成倍增加,分层更加清晰,平均有效熔敷效率提高92％.试样的显微组织大部分为平行增材方向奥氏体柱状树枝晶,存在少量的δ铁素体和弥散分布的氮化物,少量奥氏体树枝晶生长的方向出现不一致.在同样的电弧进行速度下,双填丝等离子弧增材制造的试样的抗拉强度均有明显提升,最大提升可达到44 MPa;断后伸长率均有增加,最高提升了9.4％.试样的显微硬度比单填丝增材试样的显微硬度略有提高.     

CMT电弧增材制造GH4169合金的组织和拉伸性能

目的研究冷金属过渡CMT电弧增材制造GH4169合金单道多层薄壁试样的组织和拉伸性能。方法利用CMT增材制造成形系统进行GH4169合金的单壁墙增材制造试验,分析了成形薄壁试样的组织演化和力学性能,讨论了柱状晶组织的各向异性以及均匀化处理对合金力学性能的影响。结果成形试样的显微组织主要为γ相和共晶(γ+Laves)相,试样沿沉积方向具有[100]择优取向。枝晶组织随着沉积层数的增加变得粗大,枝晶间距变大且二次枝晶臂变小,Laves相的取向特征越明显。从底部区域到顶部区域,试样枝晶臂间距λ_1从13.76μm增大到23.27μm。沿柱状晶生长方向的抗拉强度最大,约为774 MPa;而沿电弧行走方向的抗拉强度随沉积层数的增加逐渐减小,断后伸长率逐渐增大,最大抗拉强度约为763MPa。1170℃固溶+时效处理后,原粗大柱状晶形成较小的多边形晶粒,成形试样组织的均匀性提高,沉积方向最大抗拉强度为1222 MPa,沿电弧行走方向最大抗拉强度为1085 MPa。结论 CMT增材制造GH4169合金组织特征与激光增材制造的试样基本一致,热处理前后CMT成形GH4169合金试样抗拉强度均小于激光立体成形,但伸长率更大。     

超声辅助CMT电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能研究

目的研究超声辅助对CMT电弧增材制造钛合金TC4微观组织及力学性能的影响。方法 CMT增材制造TC4钛合金的同时利用超声辅助设备进行振动辅助,采用不同的振动功率和不同的振动位置对增材后的TC4力学性能和微观组织进行对比分析。结果 600 W超声辅助振动基板时的钛合金试样成形美观,力学性能优异。水平方向上,抗拉强度平均值为952.7 MPa,伸长率平均值为7.46%;垂直方向上,抗拉强度平均值为905.83 MPa,伸长率平均值为11.03%,相较未施加超声振动增材试样的力学性能有明显提高。结论超声辅助的引入有效提高了熔池的深宽比,加快了熔池冷却速度,柱状晶尺寸也明显减小,针状马氏体数量增多,得到的钛合金力学性能和微观组织均良好。     

410马氏体不锈钢块体材料的冷金属过渡焊电弧增材制造与性能表征

电弧增材制造具有效率高、成本低和不受成形尺寸限制等独特优势,在新型制造、修复领域拥有良好的应用前景.获得力学性能良好、显微组织均匀的电弧增材制造件是目前急需解决的问题.通过冷金属过渡焊(CMT)丝材电弧增材制造系统,制备了两种410马氏体不锈钢块体材料.光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学性能测试结果表明,现有工艺可制备显微组织均匀、硬度平均值为530HV、抗拉强度平均值为1 196 MPa且延伸率均匀的沉积件.本工作还探讨分析了电弧增材制造件的力学性能特点及成因,并与锻造、激光增材制造等方法制得的H13热作模具钢的力学性能进行比较,分析了电弧增材制造件的性能与其他方法制备的工件性能存在差异的原因,考察了冷金属过渡电弧增材制造410不锈钢在修复件中使用的可行性,阐述了提升电弧增材制造件力学性能的方向.     

电弧增材制造AZ31镁合金组织与力学性能分析

针对镁合金在轻量化结构件领域的应用前景,采用基于MIG焊的电弧增材制造工艺开展了两组不同路径的AZ31镁合金增材实验,并对其微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：增材构件相较于原始焊丝的化学成分无较大变化;单道次多层往复堆积路径相较于多道次多层堆积路径,更易制得表面更为平整,内部更为致密的构件,其屈服强度为77.3 MPa,抗拉强度为235 MPa,达到原始焊丝75%的力学性能水平,平均显微硬度为52.7HV,断后伸长率最高达到了27%;增材构件拉伸断裂方式为韧性断裂,并在多道次多层往复堆积构件断口处发现其内部存在气孔。验证了电弧增材制造AZ31镁合金工艺的可行性。     

高强汽车双相钢的连续退火与组织性能研究

目的 提升高强DP980双相钢的力学性能,优化连续退火工艺。方法 对高强汽车双相钢进行了连续退火处理,研究了连续退火均热温度、均热时间、过时效温度对冷轧双相钢显微组织、物相组织和力学性能的影响。结果 对于不同退火均热温度处理的双相钢,其组织均为铁素体(F)+马氏体(M),随着均热温度从715 ℃升高至865 ℃,残余奥氏体体积分数逐渐减小,抗拉强度、屈服强度先增后减,断后伸长率逐渐减小,在均热温度为815 ℃时,双相钢的抗拉强度和屈服强度达到最大值。随着均热时间从0.5 min延长至5 min,双相钢的晶粒尺寸逐渐增大,残余奥氏体体积分数先减后增,抗拉强度、屈服强度先增后减,断后伸长率先减后增,在均热时间为1.5 min时,抗拉强度和屈服强度达到最大值。随着过时效温度从245 ℃上升至395 ℃,双相钢中的马氏体体积分数逐渐减小,当过时效温度为395 ℃时,出现了贝氏体,奥氏体体积分数先增后减,抗拉强度、屈服强度逐渐减小,断后伸长率逐渐增大。结论 冷轧DP980双相钢适宜的连续退火工艺如下:均热温度为815 ℃、均热时间为3 min、过时效温度为295 ℃。此时双相钢具有较好的强塑性。     

电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究

目的 研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。方法 设置了1组时效处理(AT,600 ℃/2 h/空冷)和2组固溶+时效处理(SA1,800 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷;SA2,870 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷)策略,对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。结果 沉积态试样的微观组织均匀性较差,主要由马氏体α¢相、网篮组织、不连续的晶界α相(α Grain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未完全消除马氏体α¢相,但提高了其延展性。经固溶+时效处理后,马氏体α¢相消失,晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa,而平均延伸率从6.23%提高到12.48%,且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性。其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值(IPA)分别为4.82、0.96和28.7。SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。结论 固溶时效处理有助于提高电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性,并显著降低力学性能的各向异性。     

不锈钢与渗碳钢惯性摩擦焊接头的组织与性能

目的 研究0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢与20CrMnMo渗碳钢的惯性摩擦焊焊接接头的组织与力学性能。方法 通过金相、能谱分析、显微硬度、拉伸试验对焊接接头进行组织与力学性能分析。结果 焊接试样上0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢一侧飞边尺寸比20CrMnMo渗碳钢一侧飞边小;焊接接头熔合区仅为50 μm,熔合线附近元素扩散层很窄,其中0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢仍为奥氏体组织,20CrMnMo钢组织由铁素体与珠光体转变为马氏体与索氏体,20CrMnMo一侧热力影响区组织为细小的片状珠光体与铁素体;焊缝区的显微硬度为358HV,高于2种母材;焊接接头抗拉强度大于590 MPa,断后伸长率大于32%,断裂位置均在0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢母材一侧。结论 采用惯性摩擦焊工艺可实现不锈钢与渗碳钢的高强连接。     

超快冷条件下Mn-Nb-B系低碳贝氏体高强钢组织与性能研究

采用Mn-Nb-B减量化成分设计的低碳贝氏体高强钢为研究对象,通过热模拟实验研究实验钢热变形行为和相变行为。结合中厚板生产线特点制定控制轧制与超快速冷却相结合生产工艺路线,充分利用超快速冷却条件下的细晶强化、析出强化等综合强化机制,实现综合力学性能优良的低成本高强工程机械用钢的试制和生产。产品屈服强度和抗拉强度分别达到678MPa和756MPa,伸长率A50为33%,-20℃低温冲击达到261J。产品显微组织由粒状贝氏体、针状铁素体和板条贝氏体组成,基体组织内弥散分布着细小的点状、粒状M/A岛和均匀细小的(Nb,Ti)(C,N)析出粒子以及大量位错组织。     

选区激光熔化成型4Cr5MoSiV1钢的组织与性能优化

为优化选区激光熔化成型4Cr5MoSiV1钢的组织和性能,研究了支撑结构和激光重熔对4Cr5MoSiV1钢试样表面形貌、显微组织、显微硬度和拉伸性能的影响.结果表明:细晶强化作用、固溶强化作用、析出强化作用和冶金质量的增加可提高试样的力学性能,且冶金质量对力学性能的影响程度较高. SLM成型4Cr5MoSiV1钢试样的抗拉强度为948. 6 MPa、断后伸长率为9. 3% 、顶部表面显微硬度为578. 2HV、底部表面显微硬度为560. 4HV.支撑结构X/Y间距的减小可增加支撑结构数量、提高支撑作用、增强导热能力,其细晶强化、固溶强化作用和冶金质量增加,力学性能提高.设计切割间距对试样的力学性能影响较小,但支撑去除难度降低.激光边界重熔对试样的力学性能影响较小,而经激光表面重熔后试样的晶粒粗化、晶粒内第二相析出物增多,飞溅颗粒、黑烟颗粒和孔隙缺陷基本消失,力学性能明显提高,其抗拉强度为1 387. 2 MPa,断后伸长率为14. 6% ,顶部表面显微硬度为632. 4HV,底部表面显微硬度为608. 4HV.     

横向交变磁场对铝合金电弧增材成形组织与性能的影响

为细化铝合金电弧增材成形组织晶粒、减少组织缺陷、提高熔覆层的力学性能，在电弧增材成形过程中耦合横向交变磁场制备了铝合金熔覆层，并对熔覆层微观组织结构和力学性能进行表征分析，研究了在横向交变磁场中励磁电流变化对熔覆层组织和性能的影响。结果表明：在磁场作用下，凝固组织中粗大柱状晶数量减少，等轴晶数量增多，晶粒尺寸细化。当励磁电流为11 A时，熔覆层截面平均显微硬度为83.9HV,较无磁场时提高近10%。当励磁电流为8 A时，在横、纵两方向上抗拉强度分别为275.7 MPa、254.3 MPa,平均延伸率分别为21.9%、26.2%,综合力学性能均高于未引入磁场。     

Si和Nb对高强热轧高扩孔钢组织和性能的影响

为了研究Si和Nb对高强热轧高扩孔钢板显微组织、力学性能和扩孔性能的影响,在CSP连轧线上进行了3种成分试验钢的热轧试制,并对试验钢在扩孔过程中裂纹的形成和扩展行为进行了分析.研究表明:3种成分热轧钢板的显微组织均由铁素体和贝氏体组成,钢板的抗拉强度均高于610 MPa,伸长率大于24.5%,扩孔率高于104%;Si含量的增加,提高了组织中铁素体的含量,钢板的强度、伸长率和扩孔率得到提高;Nb含量的增加,细化了钢板的组织,钢板的强度和扩孔率增加明显,伸长率变化不大;试验钢在扩孔过程中裂纹主要沿铁素体和贝氏体的晶界处扩展,部分裂纹穿过铁素体晶粒.     

马钢X80管线钢的开发

本文对马钢生产的XSO管线钢的力学性能和显微组织进行了研究。通过对X80管线钢试样进行了力学性能测试和显微组织观察。结果表明,马钢生产的X80管线钢显微组织为针状铁素体为主,力学性能优良、均匀,屈服和抗拉强度分别在565MPa和660MPa以上;低温冲击韧性优异,满足了西气东输二线标准对X80管线钢的质量要求。     

外加微米ZrC颗粒对低碳微合金钢组织及性能的影响

本文研究了ZrC颗粒加入量对低碳微合金钢组织和力学性能的影响。对试验钢进行了各种力学性能的测试,并用金相显微镜和TEM观察了试验钢的微观组织,用SEM观察了ZrC颗粒的分布状态及拉伸断口形貌。结果表明,加入ZrC颗粒后,试验钢的晶粒都得到了一定程度的细化,当加入ZrC颗粒体积含量为1.1%时,晶粒被细化到5.5μm,此时试验钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧性和维氏硬度分别达到635MPa、517.5MPa、20.66%、215.0J/cm2和214 Hv5,获得了最佳综合力学性能;添加ZrC颗粒后,试验钢的组织仍为铁素体,拉伸断口仍为韧窝状;轧制态试验钢中ZrC颗粒分布较为均匀。     

锻造对30CrNi2MoV钢在亚温淬火下组织与性能的影响

30CrNi2MoV钢是一种中碳合金钢,常用于制造高强韧性的大型锻件,广泛用于制造火电、核电等电站装备和大型冶金、矿山和运输装备中的承力和传动结构部件.为提高30CrNi2MoV钢的低温冲击韧性和室温强度,本文采用金相显微镜、扫描电子显微镜、拉伸机和硬度仪等方法对其进行组织观测、断口形貌分析和力学性能测试,研究了不同锻造方式对30CrNi2MoV钢的组织与力学性能的影响.结果表明:经过2次镦粗的30CrNi2MoV钢再经1次镦粗或1次镦粗+1次拔长两种锻造方式后能够有效细化且均匀晶粒,提高晶粒等轴性;与2次镦拔工艺的30CrNi2MoV钢相比,再经过1次镦粗或1次镦粗+1次拔长后其抗拉强度、延伸率和冲击韧性分别由1 043.6 MPa、35.65%和40.33 J提高至1 161.6和1 157.4 MPa、37.80%和36.13%、103和87 J.数据表明,30CrNi2MoV钢经过2次镦拔+1次镦粗工艺后,其组织与力学性能达到最好状态.     

成形角度对选区激光熔化4Cr5MoSiV1钢组织和性能的影响EI北大核心CSCD

选区激光熔化(SLM)成形4Cr5MoSiV1钢具有良好的强/硬度以及耐磨性是提高其使用寿命的重要保证,为优化SLM成形4Cr5MoSiV1钢的组织和性能,研究不同成形角度下4Cr5MoSiV1钢试样的显微组织、显微硬度、拉伸性能和耐磨性。结果表明:随成形角度的增加,试样熔道间的热量累积程度降低,晶粒尺寸减小,细晶强化作用增强,故试样的显微硬度升高。随成形角度的增加,拉伸试样的滑移搭接面数量增多,滑移程度增加,且熔道边界处分正应力值降低,故试样的抗拉强度和断裂伸长率均升高。磨损试样的磨损机制以黏着磨损和氧化磨损为主,且随成形角度增加,试样的耐磨性升高。同一成形角度下,试样底层表面经多次热量累积后,其细晶强化和固溶强化作用减弱,显微硬度和耐磨性均降低。SLM成形4Cr5MoSiV1钢试样的显微硬度、耐磨性和拉伸性能呈正相关,45°成形角度下试样的力学性能最高,抗拉强度最高为1576.5 MPa,断裂伸长率最高为17%,顶层表面的显微硬度最高为608.4HV,顶层表面的磨损率最低为4.95×10^(-9)kg·N^(-1)·m^(-1)。     

激光选区熔化与铸造成形TC4钛合金的力学性能分析

借助有限元模拟、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和维氏硬度仪研究了激光选区熔化和铸造成形TC4钛合金的微观组织演变及力学性能,进一步分析了不同成形条件下液态金属凝固冷却对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:激光选区熔化与铸造成形的TC4钛合金分别为针状马氏体α'相的网篮组织、α+β相的魏氏组织。与铸造相比,激光选区熔化成形TC4钛合金具有极快的冷却速率(1.78×107℃·s~(-1))和较高的温度梯度,元素类型相同,晶体取向明显。同时,利用激光选区熔化(SLM)技术成形的TC4试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为1 120.83 MPa、916.31 MPa、9.5%和123.04HV,而铸造试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为917.67 MPa、786.23 MPa、8.0%和77.876HV。与铸造成形相比,SLM成形的TC4试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度增大,分别提升了22.14%、16.54%、18.75%和58%,因此激光选区熔化成形的TC4试样具有较好的力学性能。     

不同热处理制度下激光增材制造12CrNi2钢组织研究

采用激光增材制造技术制备12CrNi2合金钢核电应急柴油机凸轮轴可以明显降低产品研发周期,优化产品结构.本研究采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子万能试验机对激光增材制造12CrNi2合金钢热处理前后的组织和力学性能进行了研究.微观组织观察发现,试样存在带状特征和柱状晶形貌,圆弧带间为致密的冶金结合,顶部由于无后一道的重熔热作用,柱状晶形貌十分显著.沉积态组织主要由铁素体组成,试样不同部位的铁素体形貌存在一定的差异.经退火处理后,铁素体边界出现大量白色粒状析出物,延伸率显著提高,达到22.9%.经淬火及不同温度回火处理后,带状特征和柱状晶形貌消除,得到马氏体及其回火组织,抗拉强度达到1 000 MPa.与沉积态抗拉强度831 MPa相比,热处理态试样的抗拉强度显著提高.经固溶时效处理后,晶粒明显粗化.     

高强度钢板BR1500HS热成形微观结构和力学性能研究

以BR1500HS高强度钢为研究对象,采用金相显微镜、显微硬度仪和万能拉伸实验机对比分析了其热成形前后的微观组织和力学性能,同时得到了试样在不同冷却速度时的时间-温度曲线图,即马氏体转变曲线。分析结果表明,高强钢BR1500HS室温条件下其微观组织为90F+10B,其屈服强度、抗拉强度分别为462,627 MPa;而经热成形后的微观组织最好为98M+1B+1F,最大硬度、抗拉强度值分别为501.2HRV、1 633.69 MPa,与此同时,得硬度、抗拉强度值排序情况与组织中马氏体含量排序情况基本吻合。马氏体转变曲线表明,BR1500HS的马氏体转变温度范围为375~325℃,其转变发生在保压冷却时间为15~25s区间,且当冷却速率值超过40℃/s时,马氏体转变进行得较为充分。     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能分析

目的 研究7020铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的结构和机械性能。方法 采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型。采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试;利用蔡司金相、光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究母材和焊接接头的微观组织。结果 在硬度上,母材>热影响区>焊核区,热影响区平均硬度约为94HV,母材平均硬度为99HV,焊核区平均硬度最低为78HV,焊核区出现“S”缺陷,在一定程度上弱化了焊核区性能;7020铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度为235 MPa,屈服强度为158 MPa,屈强比为0.67,伸长率为7%,焊接系数可以达到73.8%;母材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为278 MPa,屈强比为0.86,伸长率为25%;焊接接头中心显微组织主要由胞状树枝晶体组成,显微结晶依次呈现为平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶;铝合金母材和焊接接头的金属相组成均为α?Al+Mg2Si;焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。结论 铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。