石墨化钢石墨化过程的金相分析及其动力学方程

在650、680和710 ℃不同温度条件下对碳质量分数为0.66%的淬火高碳钢进行了石墨化处理,并利用场发射扫描电子显微镜、电子探针、X-射线衍射仪和透射电子显微镜对其石墨化过程的组织进行金相分析,以及利用组织转变动力学理论,绘制了其石墨化过程的动力学曲线,并建立了相应的动力学方程。研究结果显示:在石墨化过程中,淬火马氏体首先向析出碳化物的稳定状态转变,且在碳化物为渗碳体Fe₃C时,石墨粒子析出速度开始明显增加;基体组织中针叶状α-Fe发生再结晶,由等轴状铁素体逐步代替针叶状的α-Fe;铁素体中的碳含量随着石墨化时间的延长而逐步降低,即由过饱和状态转变为稳定态,碳含量在石墨粒子中突变增为峰值,而铁含量则突变降为谷值,由此表明,渗碳体分解的碳向石墨核心扩散,铁自石墨核心处扩散出来,而形成石墨粒子;石墨粒子面积分数随时间变化的曲线呈S形状,即该动力学过程符合动力学模型JMAK（Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov）方程,且该方程中的n值为1.5～1.7。      

连铸高铝氮积齿轮钢第三脆性区形成机制与控制

钢中的Al、N含量对连铸及其后续加工热塑性和奥氏体晶粒度控制有重要影响,这也是高温渗碳钢与各种Al脱氧钢广泛关注的问题。使用Gleeble 3800热/力学模拟试验机测定了一种轨道交通用高铝氮积齿轮钢(SCM420H)的高温热塑性,并结合差示扫描量热仪(DSC)分析、AlN析出热力学模型以及Schwerdtfeger热塑性特征值计算模型揭示了其第三脆性区的形成机制与调控途径。结果表明,高铝氮积齿轮钢第三脆性区低谷温度范围为750~850 ℃,这是由应力诱导先共析铁素体膜的产生与AlN粒子的大量析出共同导致的。Schwerdtfeger热塑性特征值计算模型可以较准确地预测高铝氮积齿轮钢第三脆性区的上限温度与最小面缩率,但由其预测的热塑性曲线下限温度偏高,应进一步考虑先共析铁素体膜析出的影响,并依据Ar3温度对其进行修正。高Al高N齿轮钢第三脆性区的下限温度取决于其先共析铁素体开始析出温度,主要与钢种成分和铸坯冷却速率相关,连铸生产中可控性有限;但其上限温度则与铸坯应变速率、冷却速率以及钢中的Al、N含量和AlN析出行为均有关联,调控空间较大,应该是连铸生产中合理控制铸坯热塑性与表面裂纹倾向的正确途径。     

控轧控冷工艺对高强度锚杆钢组织和性能的影响

随着矿井深度的增加,对锚杆支护强韧性的要求越来越高,为了应对这一情况,需要研发出更高强度的锚杆钢。利用锚杆钢研究了轧制工艺、冷却工艺与珠光体、铁素体相比例,析出相析出行为及力学性能的关系。研究结果表明,在中轧后、精轧前采用适当水冷+回复段处理的复合工艺可使晶粒更细小、组织更均匀。对超高强度锚杆钢进行热压缩变形试验,由热模拟试验结果确定相转变温度为A_c1=737 ℃、A_c3=886 ℃。最终筛选出入精轧温度为810 ℃、回复段温度为800 ℃时,可获得的晶粒尺寸达4 μm,珠光体体积分数为66.8%,铁素体体积分数为33.2%,珠光体片层间距达200 nm;另外调整V、Cr、N等析出以提高锚杆钢的强韧性,较低的回复温度有利于细小、弥散、V(C/N)析出相的析出,V(C/N)的析出可进一步改善锚杆钢的力学性能。由该控轧控冷工艺轧制的锚杆钢屈服强度为780 MPa、抗拉强度为930 MPa、硬度为291HV、伸长率为20%。     

轴承钢GCr15的恒温相变超塑性

研究了ＧＣｒ１５钢在Ａｃ１相变点附近的恒温超塑性特性与变形温度的关系。结果表明，与一些材料一样，该钢也存在恒温相变超塑性现象。当初始应变速率为２．５×１０＾－４ｓ＾－１时，经预调质处理的ＧＣｒ１５钢试样，在７４８℃进行超塑性拉伸试验获得最大延伸率达８００％，流动应力为２４ＭＰａ。与已有的同类研究结果相比，其延伸率提高了２００％以上。     

Zr对Cu—Zn—Al形状记忆合金相变的影响

采用示差扫描热分析(DSC)、X射线衍射及透射电镜,研究了Zr对Cu-Zn-Al合金高温相变、马氏体正逆转变以及形状记忆效应的影响。结果表明,添加Zr0.35wt-％时,能有效地抑制α,γ相析出,促进β_2→DO_3→18RM转变。(M_s-M_f)及(A_s-A_f)温度区间较窄,马氏体相变激活能最低,马氏体变体间界面的可动性好,形状记忆效应最佳。     

颗粒尺度对纳米材料相变的影响

运用Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ模型研究了纳米材料相变的尺度效应，建立了相变与颗粒尺度之间的定量关系。模拟结果表明，这一理论与实验数据相符合。     

碳含量对430不锈钢组织的影响

应用热模拟试验方法,分析了C含量分别为0.029%和0.100%的两种铁素体不锈钢SUS430在加热到1150-1250℃的组织变化。通过热模拟试验发现,碳含量较高的430H试样,在较低温度（1150℃）下加热时会进入两相区;而碳含量较低的430L试样即便在较高温度（1250℃）下加热时不会进入两相区,保持单相的铁素体组织。在碳含量控制较低的情况下,加热温度和保温时间对晶粒尺寸的影响都在正常范围之内,但保温时间不宜太长,模拟试验中以10 min为宜,可以根据能耗和效率以及后续加工的要求进行选择。     

X80管线钢埋弧焊匹配焊丝试验

通过分析高强度低合金钢焊缝熔敷金属常见显微组织对其力学性能的影响,确定X80管线钢用埋弧焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体(AF)和少量粒状贝氏体(GB)的复合组织.从相变动力学原理出发,结合针状铁素体(AF)非自发形核机制和微合金组织韧化理论,选择Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系进行X80管线钢匹配焊丝的试制.结果表明,合理选择和控制合金元素,可以获得理想的焊缝熔敷金属组织和强韧性以及低温韧性要求,试制的1号焊丝能够满足X80管线钢的使用要求.     

钢中贝体预相变过程的研究

用扫描俄歇显微探针（ＡＥＳ）分析了６５Ｓｉ２Ｍｎ钢中温转为孕育期内碳原子的成变变化。结果表明，在中温转变孕育期等温时，奥氏体晶界附近及晶内均形成可稳定的贫碳区。贝氏体预相变的实质是碳原子向晶界及其他晶体缺陷扩散偏聚而形成贫碳区的过程。中温转变孕育期内形成贫碳区具有热力学及动力学可能性。     

偏晶合金液-液相变过程模拟

建立了能描述在弥散相液滴形核、扩散长大、碰撞凝并及两液相空间分离等因素共同作用下，偏晶合金液-液相变过程中组织演变过程的数学模型。将计算的温度场和浓度场与控制凝固组织演变的动力学方程相耦合，模拟研究了单向冷却条件下Al-Pb合金液-液相变过程中的组织演变过程。结果表明，随着冷却的进行，液-液相变区不断由试样底部向试样顶部推进，直至贯穿整个试样。由于在凝固过程中弥散相液滴进行Marangoni迁移和Stokes运动，试样中的某些部位会出现液滴贫化、过饱和度增加和多次形核现象。