强电流脉冲电子束表面合金化热应力耦合场模拟分析

电子束表面合金化处理是提高材料表面耐磨性和硬度的重要手段。以3Cr2W8V钢作为基体,以纯铝作为表面合金化材料,建立了脉冲电子束热力学模型,利用ANSYS软件分析了表面合金化热应力耦合场。结果表明,电子束合金化处理后,钢基体表层4μm范围内残余应力达到了材料的屈服极限,金属表面有熔坑;随着距表面深度的增加,残余应力骤减。     

强电流脉冲电子束表面合金化热应力耦合场模拟分析

电子束表面合金化处理是提高材料表面耐磨性和硬度的重要手段。以3Cr2W8V钢作为基体,以纯铝作为表面合金化材料,建立了脉冲电子束热力学模型,利用ANSYS软件分析了表面合金化热应力耦合场。结果表明,电子束合金化处理后,钢基体表层4μm范围内残余应力达到了材料的屈服极限,金属表面有熔坑;随着距表面深度的增加,残余应力骤减。     

强流脉冲电子束轰击产生表面熔坑的数值模拟研究

在纯A1强流脉冲电子束表面改性实验的基础上，通过数值计算方法对其温度场和熔化过程进行了模拟，给出了脉冲半高宽度为0．5μs、能量为3J／cm^2电子束轰击铝靶后：熔化深度约为2．5μm，与TEM的观察结果一致，熔化从0．4μs开始到1．6μs结束，最先完全熔化的位置约为1．4μm，亚表层首先熔化并且迅速膨胀(沉积的能量在最大射程的1／3处达到最大值)，体积膨胀力大约为275MPa，引起了熔体从亚表层通过表层向外喷发，熔体的喷发速度约为1330m／s，随后表面从内向外经历速率为10^9K／s的冷却过程，因而使得表面形成类似于火山坑状的“熔坑”。验证了SEM和TEM的实验结果。     

纯镁在强流脉冲电子束轰击下的表面熔化和汽化行为

采用熔化和汽化两种模式对纯镁表面进行了脉冲电子束轰击处理，并在实验和理论基础上用数值方法模拟了温度场、熔化过程及汽化过程的演化。结果表明，在熔化模式下，次表层先熔化和准静态压应力共同作用导致次表层液滴喷发，形成典型的火山口形貌，并产生强的瞬间冲击热应力；在汽化模式下，沸腾在表层一定范围内同时进行，使得表面起伏不平，并产生大量小液滴，在电子束流中，这些小液滴被充上负电，并在电场力的作用下重新返回表面，从而解释了汽化后的特殊表面形貌。汽化量的计算值与实测值也符合较好。     

强流脉冲电子束改性过程温度场数值模拟

强流脉冲电子束表面改性过程具有非稳态、有内热源的温度场特点,利用ANSYS软件对其温度场进行了数值模拟。以纯镁板材为实验材料,采用强流脉冲电子束装置对试样表面进行了脉冲次数为10次的辐照处理。建立了强流脉冲电子束表面改性过程内热源的一维物理模型,并在实验和理论基础上对电子束改性过程中的温度场演化进行了数值模拟。模拟结果显示,所建立的物理模型与实验结果较为吻合。     

强流脉冲电子束改性过程温度场数值模拟

强流脉冲电子束表面改性过程具有非稳态、有内热源的温度场特点,利用ANSYS软件对其温度场进行了数值模拟。以纯镁板材为实验材料,采用强流脉冲电子束装置对试样表面进行了脉冲次数为10次的辐照处理。建立了强流脉冲电子束表面改性过程内热源的一维物理模型,并在实验和理论基础上对电子束改性过程中的温度场演化进行了数值模拟。模拟结果显示,所建立的物理模型与实验结果较为吻合。     

强流脉冲电子束照射下40Cr的表面形貌及XRD分析

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对40Cr材料表面改性进行正交实验。利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)进行材料表面的观察,获得表面熔坑形貌和密度随照射参数的变化规律,同时研究熔坑形貌和分布对材料表面粗糙度的影响。利用X射线衍射(XRD)对试样的表面进行分析对比,研究参数对40Cr改性表面组织的影响。结果表明:合理地选用电子束参数,能够有效降低材料的表面粗糙度;当靶距较远、轰击次数较多时,加速电压对表面处理结果的影响程度比较明显,材料表面出现新的FeCr0.29Ni0.16C0.06奥氏体成分。     

脉冲电子束辐照中增强扩散效应的数值计算

针对强流脉冲电子束(HCPEB)表面改性的特点，采用适当的数学模型和数值模拟的方法，对9Cr18钢经Ti离子注入后又使用强流脉冲电子束表面辐照处理中产生的增强扩散效应进行了研究，计算结果与实验结果较为吻合。分析表明，扩散激活能的下降是导致增强扩散的主要原因，这与HCPEB改性过程产生的非平衡辐照缺陷浓度密切相关。     

316L不锈钢强流脉冲电子束表面钛合金化及其耐蚀性

利用强流脉冲电子束对不锈钢表面进行了快速钛合金化。将精细钛粉预涂在基体表面后采用强流脉冲电子束对其进行后处理。在电子束对表面的快速加热熔化、混合及增强扩散效应的作用下,部分钛熔入基体表层形成一层富钛层。由于钛的添加有利于形成α相,合金层由α相和γ相混合组成。在模拟体液中的动态极化测试表明,316L医用不锈钢经强流脉冲电子束表面钛合金化后,其在模拟体液中的耐腐蚀性能获得了显著的提高。     

强流脉冲电子束表面处理

以T8钢、D2模具钢和AZ91HP镁合金为试验材料,利用强流脉冲电子束(加速电压为27 keV,脉冲持续时间约为1 μs,能量密度约为2.2 J/cm2)在试样表面进行辐照处理,研究了处理试样的表层组织、相结构及性能变化规律.另外,结合电子束能量沉积过程中瞬时温度和应力的作用特点,详细讨论了表面熔坑及深层硬化现象的形成机理.     

3Cr2W8V钢用于冷挤压模

通过一个冷挤压零件实例,说明模具选材应根据模具负荷特征、失效形式进行。热作模具钢3Cr2W8V用于冷挤压模取得明显效果。     

3Cr2W8V模具钢低温盐浴渗铬复合热处理

研究了3Cr2W8V钢的低温盐浴渗铬工艺,分析了渗铬层的金相组织、结构和力学性能,并进行渗铬层的耐磨实验。结果表明,3Cr2W8V钢在经过低温盐浴渗铬复合处理后可以获得良好的渗铬层及优异的耐磨性。     

3Cr2W8V钢轧辊早期失效原因分析

3Cr2W8V(H21)钢是典型高热强性热作模具钢,至今已应用70余年,是我国热作模具钢的传统用钢,应用极为广泛,要求高承载力、高热强性和高耐回火性的压铸模、热挤压模和压型模等模具,常选用此钢种。由于模具和高温工件长期接触,使模具本身温度升高,易造成模具工作面塌陷、磨损、表面     

强流脉冲电子束W18Cr4V高速钢表面处理

利用solo-强流脉冲电子束(HCPEB)装置对W18Cr4V高速钢进行表面辐照处理.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、EDS能谱仪、超微载荷显微硬度计研究了该钢HCPEB处理后的表面形貌、表层组织结构、元素成分、显微硬度的变化.结果表明,HCPEB辐照处理使该钢表面出现火山口状熔坑、微小孔洞引起的波动起伏形貌,表层组织由回火马氏体变为极细奥氏体,熔化层碳元素含量的提高,增加了奥氏体常温稳定性.由于HCPEB辐照处理高速钢表层温度场及应力场的变化,试样在距表面以下300μm范围内出现显微硬度提高,最高硬度比基体提高约30%.     

压铸模用钢3Cr2W8V热处理工艺改进及应用

基于压铸模用钢3Cr2W8V的成分及性能特点,分析了3Cr2W8V传统热处理工艺的不足.结合生产实践,对压铸模用钢3Cr2W8V的热处理工艺进行了改进,针对压铸模具的应用条件,提出了几种不同热处理工艺方案.经生产实践检验,改进后的热处理工艺方案合理、科学,具有经济性和应用价值.     

W6Mo5Cr4V2钢表面强流脉冲离子束辐照研究

利用扫描电镜(SEM)、台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、显微硬度仪对W6Mo5Cr4V2钢经强流脉冲离子束(HIPIB)辐照前后试样的表面形貌、粗糙度、表层的组织结构及硬度进行了分析,探讨了"熔坑"和硬度"多峰"态形成的原因.结果表明,试样表面粗糙度随辐照次数的增加有所减小;辐照过程使该钢体心立方的马氏体α'-Fe向面心立方的奥氏体γ-Fe转变,碳化物溶解,马氏体溶碳量增大且晶粒细化,点阵畸变度增大,使W6Mo5Cr4V2钢表面硬度有较大的提高.     

Surface treatment of 0.20% C carbon steel by high-current pulsed electron beam

A high-current pulsed electron beam（HCPEB） generated on the system of Nadezhda-2 was applied to improve the microstructure and performance of 0.20% C low carbon steel. Surface layers of the samples bombarded by explosive electron beam at different pulses was observed by using electron microscopy. The physical model of the thermal-stress process and related modification mechanism as a result of HCPEB irradiation was also investigated. After HCPEB post treatments, obvious changes in microstructure and significant hardening occur in the depth of 200-250 μm from the surface after HCPEB irradiation. Rapid heating and subsequent rapid solidification induce heavy plastic deformation, which results in that the laminated structure of pearlite is substituted by dispersive rounded-like cementites in the near-surface. The effect of HCPEB treatment can reach more than 500 m depth from the surface. The original crystalline structure is changed to a different degree that grows with the numbers of bombardment, and in the surface layer amorphous states and nanocrystaline structures consisting of grains of γ-phase and cementite are found. The violent stress induced by HCPEB irradiation is the origin of the nanostructured and amorphous structure formation.     

3Cr2W8V形变氮碳共渗研究

研究了3Cr2W8V热模具钢形变-氮碳共渗后的组织和力学性能.结果表明,形变方式不同,体现出不同的形变硬化趋势.小形变量使渗层深度增加,形变量加大渗层深度减少.塑性变形对渗层的白亮层和脉状氮化物形态有一定程度的影响.断口分析发现较小的塑性变形会使渗层韧性有所改善.     

TP2铜与3Cr2W8V模具钢的瞬态接触换热系数

基于反传热算法,制造一套瞬态接触换热系数测量装置,研究高温TP2铜与低温3Cr2W8V模具钢的瞬态接触换热过程。结果表明:接触载荷在1.56～7.80MPa范围内变化时,高温TP2铜的初始温度为400、500和600℃,低温3Cr2W8V模具铜的初始温度为100、200和300℃。瞬态接触换热系数在很短时间内(5s)快速增大到某一恒定值,并随着时间延长,产生缓慢的后续增加过程。接触换热系数随着接触载荷的增加而增大,呈幂指数关系,且试样初始温度越高,接触换热系数增大的趋势越快。