激光熔化沉积制备核电级Z2CN19-10N不锈钢构件组织与力学性能研究

利用激光熔化沉积技术制备核电级Z2CN19-10N奥氏体不锈钢板,利用金相显微镜,扫描电镜技术,对沉积态及热处理态组织进行分析,测试沉积态及热处理态试样室温拉伸性能。结果表明:激光熔化沉积Z2CN19-10N不锈钢沉积态组织由沿沉积增高方向贯穿多层外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个细长整齐排列的树枝晶,奥氏体基体上分布着大量沿沉积增高方向排列的残余铁素体;固溶处理后残余铁素体消除,奥氏体基体上析出大量碳化物。Z2CN19-10N奥氏体不锈钢沉积态组织具有良好的室温拉伸性能,抗拉强度达539 MPa,屈服强度264 MPa,延伸率54%,达到锻件水平。     

一种难变形高温合金的组织与拉伸性能研究

本文研究的合金W、Nb、Ti等元素含量较高。其锻后热处理态组织为直径小于1μm的细颗粒状μ相和直径约为15nm的球状γ′相均匀分布在合金基体上,连续膜状相沿晶界分布。在室温和高温下,该合金都具有较高的屈服强度和断裂强度,这与合金的高W固溶强化和较高程度的γ′相沉淀强化有关。随着温度的升高,塑性下降,断口的沿晶断裂比例增大,表明晶界强度是限制合金高温拉伸性能的瓶颈因素。     

选区激光熔化NiTi形状记忆合金成形与热处理

增材制造以灵活的结构设计与制造手段为NiTi形状记忆合金提供了更多可能的应用，然而激光增材成形制造完全致密的NiTi复杂结构构件仍存在挑战。研究激光扫描速度对Ni_50.9Ti_49.1(at%)粉末成型试样致密度和组织形貌的影响规律具有重要意义。所选的400～1 400 mm/s工艺窗口内，试样致密度均大于99%。但当扫描速度大于600 mm/s时底部会产生裂纹。优选打印速度400 mm/s的拉伸实验结果表明：沉积态试样和热处理试样平均抗拉强度分别为675 MPa和782 MPa，最大延伸率分别为19.7%和和17.95%，即500℃退火热处理后试样抗拉强度提升，但延伸率下降。沉积态和热处理态试样断裂机制为脆性与塑性断裂共同作用的准解理断裂机制。通过DSC实验测得热处理后试样的马氏体相变和逆相变起始温度M_s和A_s分别为35.8℃、10.0℃。温度介于二者之间时，合金由奥氏体、马氏体两相组成，EBSD结果表明20℃室温下试样主要由B19’马氏体构成。     

均匀化热处理对电弧增材制造GH4169合金组织影响

采用电弧增材制造工艺成形GH4169合金,研究了不同均匀化工艺条件对沉积态GH4169合金微观组织的影响。研究结果显示：当均匀化热处理温度为1 120℃时,随着保温时间的延长,沉积态柱状晶逐渐转变为等轴晶,平均晶粒尺寸呈逐渐长大趋势,Laves相体积分数逐渐减小,在保温90 min后,平均晶粒尺寸长大至178.9μm, Laves相完全溶解;当均匀化热处理保温时间为1 h时,随着热处理温度的升高,晶粒平均尺寸逐渐长大,Laves相体积分数逐渐减小,在热处理温度为1 200℃时,Laves相体积分数降低至0.64%,平均晶粒尺寸长大至170.35μm,此时沉积态柱状晶已完全转化为等轴晶。最终确定均匀化热处理参数为：热处理温度1 120℃,保温时间90 min。     

高强高导铜-铬-锆合金的铸态显微组织

采用光学显微镜、场发射扫描电镜及其附带的能谱仪研究了高强高导Cu-0.8Cr-0.2Zr合金的铸态显微组织以及合金中形成的铬锆相。结果表明:合金铸态显微组织为粗大的柱状晶;铬主要以未溶相、初生相、次生相存在于合金中,未溶相以块状存在于晶内,粗大的初生相以颗粒链状形式分布在晶界上,次生相以小颗粒弥散均匀分布于基体内部;锆主要以共晶的α+Cu5Zr形式呈长条状分布于晶界上和以次生相的形式弥散均匀分布于基体内部;合金中还存在少量层片状的铜铬锆三元共晶组织。     

热处理工艺对Ti55531合金组织和拉伸性能的影响

对Ti55531合金棒材和锻件进行不同工艺的固溶和时效热处理,研究了热处理工艺对其显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着固溶温度升高(575~650℃),棒材中的初生α相由颗粒状变为条状或短棒状,直至全部变为β晶粒,室温抗拉强度和屈服强度明显增大,伸长率和断面收缩率大幅下降;随着时效温度降低,短棒状或条状α相逐渐溶解并球化析出α颗粒,室温抗拉强度和屈服强度明显增大,伸长率和断面收缩率显著降低;为使钛合金棒材的室温强度和塑性达到最佳匹配,固溶温度应控制在相变点以下,时效温度宜选择在600~620℃区间;固溶温度在相变点以下,时效温度为600℃时,锻件的强度和塑性可满足相关标准的要求。     

镁钙合金的显微组织及力学性能

应用XRD、SEM、TEM以及短时拉伸试验研究了钙对镁合金组织和性能的影响。结果表明：铸态下，含钙镁合金主要由镁基体和晶界处的离异共晶组织（Mg＋Mg2Ca）组成；固溶时效后，晶界处的离异共晶组织消失，代之以颗粒状的Mg2Ca相。铸态合金的常温力学性能较差，但固溶时效后其常温力学性能显著提高，并且在高温短时拉伸时仍然能保持较高的强度。随着含钙量的提高，晶界离异共晶量增加，铸态和时效态的室温抗拉强度和伸长率均下降，时效态高温短时抗拉强度增加，但伸长率仍有所下降。     

喷射沉积高强铝合金锻件成形组织与性能研究

采用喷射沉积技术制备Al-10.84Zn-2.81Mg-1.45Cu-0.18Zr合金,并研究合金的组织变化和机械性能。结果表明,由于冷却速度较快,沉积态合金的晶粒尺寸低于30μm。喷射沉积Al-Zn-Mg-Cu合金主要由α-Al基体,η-（MgZn2）和Al2CuMg相组成,其中η-（MgZn2）为主要的析出相。合金中第二相经锻造后进一步细化,为后续热处理打下基础。锻件经双级固溶和峰值时效后,拉伸强度,屈服强度和延伸率分别为771.7 MPa,749.0 MPa和7.9%。     

热处理工艺对Ti2AlNb惯性摩擦焊接头组织及性能的影响

针对Ti_2AlNb合金惯性摩擦焊接接头开展了热处理工艺试验研究,分析了不同热处理工艺对焊接接头组织及力学性能的影响。研究表明,固溶态母材由α2、B2和O相构成,α2相呈球状或块状分布于B2相晶界上,O相呈棒状平行或交叉分布于B2相晶粒内部;固溶+单时效态合金母材由B2+O两相组成。焊态下的接头焊缝区及热力影响区基本为B2相组织,双时效处理后大部分B2相转变成晶界网状O相+晶内针状及块状O相组织,单时效处理的接头焊缝区及热力影响区晶界基本无O相组织存在,B2相晶内转变为细密层片状B2+O相共析组织。三种热处理状态的接头各区域显微硬度分布基本一致,焊后双时效提高了O相组织的析出而起到强化作用并提高了接头的显微硬度。焊前为固溶态+焊后双时效处理的接头室温抗拉强度最高且为1 193 MPa;焊后双时效处理的接头室温拉伸断口以准解理断裂为主,焊后单时效处理的接头室温拉伸断口以解理断裂为主,且解理小平面尺寸较大,抗拉强度稍低。焊前为固溶态+焊后双时效处理的接头在650℃高温下的抗拉强度依然最高且为986MPa,断口上能够观察到较浅的韧窝,为沿晶的韧性断裂;焊前为固溶态+时效处理的接头断口形貌基本相同,接头断裂形式以解理断裂为主,并含有少量的准解理断口。     

激光选区熔化Hastelloy-X合金的显微组织与拉伸性能

采用激光选区熔化技术制备了Hastelloy-X合金(沉积态),并依次进行了热等静压和热处理,研究了不同处理后合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明:当线能量为98J·m~(-1)时,沉积态Hastelloy-X合金组织中存在气孔、未熔粉等缺陷和熔池界、枝晶等亚结构,随着线能量的增大,合金的相对密度提高,缺陷数量减少;经热等静压处理后,组织由等轴晶和网状碳化物组成,经热等静压+热处理后,部分网状碳化物溶解并呈弥散分布,晶内析出细小的第二相;沉积态合金的断裂方式为脆性断裂,经热等静压处理后,合金的塑性提高,断口呈二次裂纹+韧窝的混合型形貌,经热等静压+热处理后,合金的塑性进一步提高,室温拉伸性能优于锻件的标准指标,断口呈以破裂碳化物为韧窝中心的韧性断裂形貌。     

马氏体组织Ti-6Al-4V钛合金多向等温锻造组织演变及力学性能强化研究

将铸态Ti-6Al-4V钛合金经过β相区热处理水淬之后获得马氏体组织,经过两步多向等温锻造之后获得了平均晶粒尺寸为1.5 μm的均匀等轴细晶组织,其室温拉伸屈服强度为906 MPa,抗拉强度为954 MPa,伸长率为16.7%,相比铸态Ti-6Al-4V钛合金,其室温力学性能得到了极大提升。研究表明,获得马氏体组织对钛合金晶粒细化有着巨大促进作用。第一步等温锻造之后的钛合金坯料组织并不均匀,存在变形区和“变形死区”,在变形区域内,心部位置应变量最大,组织细化最为明显,从心部到两端应变量逐渐减小,片层组织变形量相应减小;经过90°换向后的第二步等温锻造之后,钛合金坯料组织内的片层组织基本全部细化,形成了均匀的等轴晶组织,从心部到两端,随着应变量的减小,晶粒取向变化相应减小。     

LZ92镁锂合金激光焊接接头的显微组织与力学性能

采用CO2激光焊接厚度为2 mm的LZ92镁锂合金板,研究了焊接接头的显微组织、物相组成、显微硬度与拉伸性能.结果表明:LZ92镁锂合金焊接接头成形良好,焊缝中无明显气孔、裂纹等缺陷;母材与焊缝的物相组成相同,由α相、β相和中间相Mg7Zn3组成;母材由等轴状β相和枝晶状与颗粒状α相组成,热影响区由粗大的β相和少量细小...     

Ti600/TC17钛合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能研究

采用惯性摩擦焊方法对TC17和Ti600钛合金进行了连接,着重分析接头焊态和热处理条件下的组织特征与力学性能。接头焊态TC17一侧：在热力影响区原始β晶粒发生破碎,晶界以及晶内α相扭曲变形;在再结晶区β晶粒发生动态再结晶形成细小的等轴晶粒,晶内为亚稳态的β相;接头Ti600一侧：在热力影响区片层组织随着金属流动发生变形;在再结晶区,α片层团簇发生再结晶形成大量细小的α片层团簇片层。经过热处理后,TC17钛合金一侧亚稳态β相析出细小的层片状α相,Ti600钛合金一侧层状α相长大,但是不明显。热处理使接头的显微硬度升高,TC17钛合金焊缝一侧显微硬度增加明显。接头抗拉强度与Ti600母材相当,断裂发生在Ti600钛合金一侧,断口为典型的杯锥状断口。     

固溶时效热处理制度对TC4饼材组织性能的影响

通过改变固溶时效温度对T C4钛合金饼材进行研究,用金相显微镜观察了其微观组织形貌,测试了力学性能。结果表明：在相变点以下930℃、950℃和970℃温度下固溶,530℃/6 h时效,随着固溶温度的升高,饼材初生α晶粒逐渐长大,强度先升高后降低,塑性先降低再升高;在相变点以上990℃/1 h固溶,530℃/6 h下时效后,饼材出现魏氏组织,强度和塑性均大幅下降;在950℃/1 h固溶,530℃/6 h下时效后, T C4饼材的组织均匀,力学性能达到良好的匹配。     

Effect of heat treatment and number of passes on the microstructure and mechanical properties of friction stir processed AZ91C magnesium alloy

In this paper, the effect of heat treatment and number of passes on microstructure and mechanical properties of friction stir processed AZ91C magnesium alloy samples were investigated. From six samples of as-cast AZ91C magnesium alloy, three plates were pre-heated at temperature of 375°C for 3 hours, and then were treated at temperature of 415°C for 18 hours and finally were cooled down in air. Three plates were relinquished without heat treatment. 8 mm thick as-cast AZ91C magnesium alloy plates were friction stir processed at constant traverse speed of 40 mm/min and tool rotation speed of 1250 rpm. After process, microstructural characterization of samples was analyzed using optical microscopy and tensile and Vickers hardness tests were performed. It was found that heat treated samples had finer grains, higher hardness, improved tensile strength and elongation relative to non-heat treated ones. As the number of passes increased, higher UTS and TE were achieved due to finer grains and more dissolution of β phase (Mg₁₇Al₁₂). The micro-hardness characteristics and tensile improvement of the friction stir processed samples depend significantly on grain size, removal of voids and porosities and dissolution of β phase in the stir zone.

     

多向锻造及时效处理强韧化变形铝合金

利用多向锻造及时效处理技术加工变形铝合金,使铝合金具有高强度和良好的塑性.研究结果表明,试样组织显著细化且超细的第二相微粒弥散分布,抗拉强度和硬度大幅度增加且塑性良好,抗拉强度和延伸率分别为396.3 MPa和11.08％.锻件强度的大幅度提高,是由于组织显著细化且超细的第二相微粒弥散分布;经多次累积应变和时效处理改善晶界状态,同时,时效处理也减少锻造应力,使锻件的塑性增强.     

热处理对激光增材In718/316L功能梯度材料组织和性能的影响

研究1 080 ℃ (HT1)和980 ℃ (HT2)固溶温度的固溶双时效处理对激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)的In718/316L功能梯度材料(Functionally gradient material, FGM)微观组织的影响,以揭示热处理诱导的微观组织演变对In718/316L FGM硬度和拉伸性能的影响机理。结果表明,随着In718粉末含量的增加,In718/316L FGM的微观组织沿增材方向呈现由等轴晶向柱状晶的转化,固溶双时效热处理后,In718/316L FGM中的铁素体含量降低,同时在靠近In718的区域析出大量的γ′、γ″和δ强化相。HT2试样的晶粒比HT1试样的更细。随着In718粉末含量的增加,In718/316L FGM的硬度呈现出先减后增的趋势,热处理后,随着γ′和γ″等强化相的析出,In718/316L FGM的整体显微硬度、抗拉强度和塑性得到显著提高。热处理前后试样都以韧性断裂为主,但热处理后韧性特征更为显著。相比之下,HT2热处理后In718/316L FGM的强塑性配比更佳。     

均匀化处理对铝锌镁钪合金组织和性能的影响

采用电导率测试、室温拉伸性能测试、扫描电镜和透射电镜分析等方法,研究了不同的均匀化处理对铝锌镁钪合金组织和性能的影响。结果表明:铸态铝锌镁钪合金为过饱和固溶体,合金元素在晶界偏析,形成了富锌、镁的非平衡共晶T相和富铁、硅、锰的杂质相;当均匀化温度为350℃,过饱和基体析出平衡相η-MgZn2;随着均匀化温度的升高,非平衡共晶T相逐渐溶入基体,电导率下降,晶内析出大量Al3(Sc,Zr)粒子,合金的热加工性能提高;470℃×12h是试验合金较适宜的均匀化制度。     

固溶处理对7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能的影响

对航空用3 mm厚的带有包铝层的7B04-O铝合金板材进行搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),研究固溶处理对搅拌摩擦焊接接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当转速为800 r/min、焊接速度为200 mm/min、焊接工具轴肩直径为12 mm时,可得到表面美观、致密无缺陷的搅拌摩擦焊接接头。焊核区发生动态再结晶,形成细小的等轴晶。经固溶处理后,焊核的上部及底部晶粒都发生了异常长大,而中部区域晶粒仍然为细小的等轴晶组织。焊态接头的拉伸试样断裂在母材位置,抗拉强度达到199 MPa,与退火态母材抗拉强度相当,断后伸长率达到12%。在新淬火状态下,接头的抗拉强度为310 MPa,为相同热处理母材的91.4%,断后伸长率为11.2%,试样断裂在焊核区,呈不完全的韧性断裂。     

电弧增材成形单道两层熔积过程中的晶粒生长模拟

晶粒生长的数值模拟是研究复杂微观组织演变的重要手段,现有的研究较少涉及电弧增材成形中晶粒生长的数值模拟。采用有限元和元胞自动机方法建立了碳钢电弧增材成形过程的宏观传热和微观组织演变的耦合模型,模拟单道第两层熔积的熔池凝固过程中晶粒动态演变过程。模拟结果显示,单道第一层熔积熔池凝固过程中晶粒从熔合线位置形核后向熔池中心生长,在温度梯度方向与枝晶臂优先生长方向的共同作用下,枝晶呈现竞争生长,晶粒优先生长方向与温度梯度方向一致的晶粒生长更快,部分晶粒生长被抑制,最终形成交错、完全粗大的柱状晶组织,枝晶之间出现溶质富集的现象;单道第二层熔积的晶粒在上一层粗大柱状晶基础上形核并生长,随后的生长过程与第一层类似,第二层熔积时熔池温度梯度方向的改变导致晶粒的主要生长方向与第一层之间有一定夹角。与模拟相同成形工艺的成形试样金相照片验证了模拟结果。研究结果可为电弧增材成形微观组织控制以及后续工艺规划提供依据和参考。