渗氮温度对40Cr钢QPQ组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)对不同渗氮温度QPQ处理的40Cr钢表面渗氮层显微组织进行观察分析,同时进行维氏硬度试验与销盘摩擦磨损试验,获得渗氮层硬度梯度与磨损失重,并观察分析了磨损表面SEM形貌。结果表明,经不同渗氮温度的QPQ处理后,40Cr钢表面均形成了由氧化膜层、化合物层与扩散层构成的表面渗氮层。但随渗氮温度的升高,其渗氮层厚度呈先增加后减小的变化趋势,4种渗氮温度(580、600、620、640 ℃)下样品有效渗层深度分别为0.14、0.20、0.29、0.26 mm。随渗氮温度的升高,磨损量呈先减小后增大的趋势,在620 ℃下达到最低值。4种渗氮温度下磨损形式均以磨粒磨损与粘着磨损为主,但随着渗氮温度升高带来渗氮层厚度与硬度的变化,磨损程度呈现逐渐减轻的趋势。     

直流电场对35钢盐浴渗氮动力学影响

通过在盐浴渗氮中施加7.5 V的直流电场,在不同外热温度(545~575℃),不同保温时间(60~120 min)下对35钢进行盐浴渗氮,研究了直流电场对35钢盐浴渗氮动力学的影响。利用光学显微镜、X射线衍射仪对渗层的显微组织、厚度及物相进行了测试和分析。结果表明:直流电场对活性氮原子在基体内部的扩散有显著促进作用,提高渗氮速度,降低盐浴渗氮温度或缩短保温时间;直流电场盐浴渗氮的扩散系数都比常规盐浴渗氮提高约2倍,扩散激活能从常规盐浴渗氮的220 k J/mol降低到181 k J/mol,从而达到增加渗层厚度的显著效果。有无直流电场条件下盐浴渗氮,35钢渗层主要物相均为ε-Fe3N及少量γ'-Fe4N。     

直流电场对35钢盐浴碳氮共渗技术的影响

以35钢为材料,研究了添加直流电场盐浴碳氮共渗技术。该技术在碳氮共渗盐浴中通过在被渗样品间施加合适参数的直流电场予以实现。分析了渗层的显微组织及白亮层厚度,测量了渗层硬度沿层深的分布,并进行了物相分析。实验结果表明:直流电场可以显著提高碳氮共渗速度;在碳氮共渗温度575℃,保温50 min,添加强度为7.5 V的直流电场时,白亮层厚度可以达到18.4μm,约是常规盐浴碳氮共渗获得白亮层厚度的两倍;电场快速盐浴碳氮共渗后试样表面硬度达到730 HV0.01;同时对电场快速盐浴碳氮共渗机理进行了讨论。     

深层QPQ处理的渗层组织和元素分布

用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对45、40Cr和20钢深层QPQ处理渗层的显微组织、相组成和氮碳氧元素的浓度分布进行研究.结果表明,深层QPQ处理的渗层组织由氧化膜、疏松层、化合物层、中间层和扩散层组成.氧化膜为Fe3O4;化合物层主要由Fe3N、Fe4N以及少量α相组成;中间层主要由Fe4N和α相组成.氧元素主要存在于氧化膜和疏松层中;氮元素在化合物层中的分布比较平缓;中间层有较高的含氮量和较高的含碳量.通过对疏松层的扫描,观察到疏松层中氮元素明显减少和氧元素明显增加,从而为疏松层是由化合物层中氮原子分子化而形成孔洞的理论提供了直接有力的证据.     

深层QPQ工艺参数对3Cr13钢渗层组织的影响

选用3Cr13马氏体不锈钢作为实验材料,利用深层QPQ盐浴复合处理处理技术,研究氮化温度、氮化时间和氰酸根浓度对QPQ复合处理后的渗层组织的影响.运用显微硬度计检测渗层的厚度和显微硬度值的变化,运用金相显微镜观察氮化后试样渗层的显微组织,检测化合物层的厚度和质量.结果表明:随氮化温度的升高或氮化时间的延长渗层深度增加;经630℃×2h氮化可形成深度高达97 μm的渗层组织;随氮化温度的升高,试样的表面硬度值在600℃后呈下降趋势,有疏松层的形成;氰酸根浓度对渗层的厚度影响显著,特别体现在扩散层的厚度上.而对试样表面硬度影响很小.     

施加直流电场的快速粉末渗铬工艺

通过在渗扩介质与被渗样品间施加合适参数的直流电场予以实现快速粉末渗铬.选择碳素钢(45钢和20钢)为研究对象,分析了直流电场对渗铬层显微组织、渗层厚度及温度场的影响,分析了施加直流电场条件下温度对渗层厚度的影响,并研究了施加直流电场快速渗铬获得的渗层的高温抗氧化性.结果表明,直流电场可降低粉末渗铬温度,显著增加渗速;可将常规粉末渗铬温度950～1100 ℃降低到850℃以下;加热温度为700～850℃时,通过施加合适的直流电场,渗铬层厚度可达到60 μm以上.直流电场不仅对试样有加热作用,而且在两极间形成温度差.快速渗铬新工艺获得的渗铬试样在700℃以下具有良好的抗氧化性能.     

直流电场增强粉末渗硼特性研究

将20钢和45钢试样置于渗罐中平行的板状正负电极上及靠近和远离电极的部位,并施加一直流电场,以研究800℃时直流电场在粉末渗硼中的作用。试验结果表明,直流电场对渗罐内不同位置试样及同一试样的不同部位的渗硼作用不同,远离电极的试样渗硼速度比常规渗硼的还要低;从正极到负极,直流电场的促渗作用逐渐增强,直流电场促进试样渗硼的作用主要表现于面向正极的试样面。这种结果是由直流电场对渗硼过程中渗剂的化学反应、含硼活性基团及硼的扩散的影响所决定的。     

45钢直流电场增强粉末法硼铝共渗特性

采用不同铝粉含量(0%~1.5%)的硼铝共渗剂对45钢于750 ℃进行直流电场增强粉末法硼铝共渗,并与相应常规渗扩及直流电场增强单一渗硼对比。通过X射线衍射、光学显微镜以及显微硬度测试等方法,观察分析位于直流电场中不同位置试样渗层的相结构、显微组织及硬度分布。结果表明,直流电场对粉末法渗硼、硼铝共渗均有显著促渗作用;直流电场增强渗扩渗层的形成特性不仅与试样位置及渗扩面位向有关,还与渗剂中铝粉含量有关,渗剂中铝粉含量由0增加至1.5%,负极试样面向正极侧与中间试样面向正极侧的渗层厚度先增加后降低,中间试样面向负极侧渗层厚度先缓慢增加然后大幅度增加,正极试样面向负极侧渗层厚度先增后降再增加。铝粉含量为0时,正极试样面向负极侧和中间试样面向负极侧渗层均为“锯齿状”单相Fe₂B,负极试样面向正极侧和中间试样面向正极侧由“锯齿状”FeB+Fe₂B构成。铝含量为0.3%时,各渗层均由双相“锯齿状”(Fe,Al)B和(Fe,Al)₂B构成; 渗层呈“锯齿状”特征时,硬度峰值在1400~1900 HV0.025。当铝粉含量≥0.5%时,由负极向正极,渗层“锯齿状”特征逐渐消失,各试样渗层表层逐步出现KAlF₄、AlF₃及Fe₃Si等相,渗层硬度显著降低,硬度峰值为450~1400 HV0.025。     

45钢直流电场增强粉末法渗硼层相结构与性能

在粉末渗剂和45钢试样上施加4 A电流的直流电场,于800℃进行直流电场增强渗硼。以X射线衍射、光学显微观察和显微硬度测试等手段,分析位于电场不同位置试样渗硼层的相结构、显微组织、厚度与及显微硬度分布。结果表明:电场渗硼的渗层组织形态基本与常规渗硼的一致,以锯齿状楔入基体,但其相结构、显微硬度分布、厚度等与试样位置有关;朝正极面的渗层一般由Fe B和Fe2B两相组成,渗层较厚且较硬;朝负极面的渗层主要由Fe2B组成,随渗硼时间延长Fe B先增加,后减少至消失;渗硼时间等于及超过2 h,渗层下出现明显的过渡区;渗层厚度与保温时间关系曲线呈抛物线特征。从直流电场对渗剂化学反应、含硼活性基团在气氛中的扩散及硼在试样内扩散的影响等方面进行了分析。     

40Cr钢循环离子渗氮工艺及渗层硬度研究

目的探索循环离子渗氮与常规恒温离子渗氮技术的工艺效果。方法先对试样进行调质处理,分组进行离子渗氮,固定氨气和乙醇的流量,改变渗氮时间和渗氮温度两种工艺参数及渗氮工艺,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,并分析每组试样渗氮层的性能。结果循环离子渗氮530 6 h℃试样的表面硬度最高,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,试样的表面硬度增加,但是当温度超过530℃、时间超过6 h后,试样的表面硬度反而降低。循环渗氮550 10 h℃试样的渗层厚度最厚,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,试样的渗层厚度变厚,但时间超过6 h后,渗层厚度的增加较缓慢,6、8、10 h试样的渗层厚度差别不大。相同的渗氮温度下,循环渗氮6 h的试样的渗层厚度基本与常规恒温渗氮10 h试样的渗层厚度一样,相同渗氮时间内,循环渗氮510℃的试样的表面硬度高于恒温渗氮550℃试样的表面硬度,且两者的渗层厚度相差不多。结论循环离子渗氮工艺优于常规的恒温离子渗氮,循环离子渗氮550 8 h℃试样的综合性能最好。     

40Cr钢在脉冲电场下淬火工艺参数的优化

采用正交试验法对40Cr钢进行了脉冲电场作用下的研究,找出了降低40Cr钢淬火加热温度和缩短保温时间的工艺参数,且其硬度比常规淬火高2～3 HRC。进行了相应的新工艺试验,得到了40Cr钢较理想的马氏体组织,改善了40Cr钢的淬火组织和机械性能,提高了工作效率,降低了成本。     

电场作用下1.6%C-UHCS/40Cr钢的超塑性焊接

基于对40Cr钢淬火后与经热机械处理超高碳钢1.6% C-UHCS电场作用下超塑性焊接可行性的分析,在非真空、无保护气氛下,进行了电场作用下1.6% C-UHCS/40Cr的超塑性焊接工艺试验.结果表明,当施加试样接正极、环状电极接负极的电场时,可明显提高40Cr钢淬火后与经热机械处理超高碳钢1.6% C-UHCS的超塑性焊接效果.与不加电场相比,当两者在外加电场＋3 kV/cm、预压应力56.6 MPa、焊接温度780℃、初始应变速率1.5×10-4/s的条件下,经20 min超塑性焊接,接头强度提高26.8%.     

直流匀强电场作用下镍钛合金的高温变形行为

在600℃和较低应变速率下进行NiTi合金的拉伸实验,研究了拉伸过程中外加电场(E=1 kV/cm)对其高温变形行为的影响。采用金相显微镜和扫描电镜对材料的微观组织进行分析。结果表明:外加电场可有效降低NiTi合金的屈服强度和塑性变形的流动应力,提高断裂延伸率;同时外加电场有效地抑制了NiTi合金在塑性变形过程中空洞的形成。在600℃,2.6×10-2s-1下,不加电场进行拉伸,得到应力—应变曲线的周期性波浪曲线,而在同样条件下施加电场时,动态再结晶与应变硬化同时发生,形成稳态的流动曲线。研究认为,施加电场促进了NiTi合金高温塑性变形时的位错运动。     

电场作用下40Cr/QCr0.5的超塑性固态压接

基于外加电场可改善材料的超塑性和钢与铜超塑性固态压接的可行性,将材料电致超塑性效应与固态压接技术有机结合以开发新的电致超塑性固态压接技术,具有重要的使用价值和工业应用前景. 结果表明,在非真空、无保护气氛下,预压应力为56.6 MPa,初始应变速率为1.5×10-4/s、压接温度为710～800℃、压接时间为0～8 min、电场强度为0～3 kV/cm时,40Cr/QCr0.5压接接头的抗拉强度达到甚至超过QCr0.5母材强度,QCr0.5侧接头胀大率不超过4%.当电场强度为3 kV/cm时,40Cr与QCr0.5的压接接头形成了良好的冶金结合.     

40Cr钢平板表面激光堆焊三维温度场数值模拟

基于ANSYS数值模拟平台,建立了三维瞬态激光堆焊40Cr钢温度场有限元模型,利用APDL参数设计语言实现热源的移动,对40Cr钢表面激光相变硬化处理过程的温度场进行模拟,得出熔池温度随时间的变化规律,并对比了不同功率和不同扫描速度对温度场的影响。结果表明:随热源的移动,温度场呈现彗星状云图,且激光光斑前缘温度梯度大,后部温度梯度小;不同功率对比结果表明,在相同的激光扫描速度6 mm/s时,表面温度最大值随激光功率增大而升高,在900 W时达到4238℃;不同速度对比结果表明,在相同功率800 W时,表面温度最大值随激光速度增大而减小,在6 mm/s时达到3738℃。     

渣金间辅助外电场提高焊接工艺稳定性分析

为探索焊接过程实现高稳定性工艺的潜在途径,最大限度地减少重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作,提出并试验了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场对渣金电导载流进行导流,进而提高焊接工艺稳定性的方法,并应用焊接电信号分析仪对弧压信号进行了采集统计分析.结果表明,以钨电极作阴极利用电场在渣金熔体内部形成稳定的电导载流,可使熔渣电导性能得以改善,并引导电子进入电弧阴极中心以增强电弧的集聚程度.同时外电场作用也使渣金内部的带电粒子形成有序运动并在界面结合成低表面能的活性氧化物,又可改善液态熔渣在焊缝金属表面的润湿铺展性能.实施辅助电场引入的这些有益作用使焊缝形状、表面光洁度、尤其是焊缝边缘平直均匀性得到较好地改观,焊接过程工艺稳定性得以进一步提高.     

渣金间辅助外电场提高焊接工艺稳定性分析

为探索焊接过程实现高稳定性工艺的潜在途径,最大限度地减少重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作,提出并试验了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场对渣金电导载流进行导流,进而提高焊接工艺稳定性的方法,并应用焊接电信号分析仪对弧压信号进行了采集统计分析.结果表明,以钨电极作阴极利用电场在渣金熔体内部形成稳定的电导载流,可使熔渣电导性能得以改善,并引导电子进入电弧阴极中心以增强电弧的集聚程度.同时外电场作用也使渣金内部的带电粒子形成有序运动并在界面结合成低表面能的活性氧化物,又可改善液态熔渣在焊缝金属表面的润湿铺展性能.实施辅助电场引入的这些有益作用使焊缝形状、表面光洁度、尤其是焊缝边缘平直均匀性得到较好地改观,焊接过程工艺稳定性得以进一步提高.