金属热处理

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• 稀土Ce对低合金马氏体钢显微组织和冲击性能的影响

  马国强, 于彦冲, 韩建超, 牛泽鹏, 韩富银

  为改善ZG25CrNiMo低合金马氏体钢的综合力学性能,设计稀土Ce含量(质量分数)分别为0%、0.0060%、0.0096%和0.0150%的试验钢,研究了不同稀土Ce含量对钢中夹杂物、显微组织及冲击性能的影响,并分析其作用机理。结果表明:未加稀土Ce时,钢中夹杂物主要为形状不规则且粗大的夹杂物;添加稀土Ce后,钢中夹杂物转变为类球状夹杂物。随着稀土Ce含量的增加,夹杂物的数量密度先降低后趋于平缓,夹杂物的平均尺寸先减小后增大,在0.0060Ce钢达到最小。热处理后(980 ℃×1 h正火+675 ℃×1 h高温回火+970 ℃×1 h淬火+205 ℃回火1 h),试验钢的组织均为马氏体,相比于0Ce钢,含Ce钢中马氏体包(Packet)和马氏体块(Block)的平均尺寸逐渐减小,这是由于Ce在钢中形成的夹杂物可以作为δ-Fe形核的核心。添加稀土Ce后,试验钢的室温冲击性能逐渐减小,但最终仍高于0Ce钢,其中0.0060Ce钢冲击吸收能量最高为43 J,这是由于在受冲击时,含Ce钢中更细小的组织和夹杂物可以阻碍裂纹的扩展和萌生,使钢材能吸收更多的能量。

• Cr元素和等温温度对海洋工程用钢组织与硬度的影响

  孙拓, 张可, 徐高山, 田云生

  采用Gleeble-3800热模拟试验机、金相显微镜、硬度计和JMatPro热力学软件研究了Cr元素及等温温度对高强海洋工程用钢组织与硬度的影响。结果表明:随着等温温度由500 ℃升高至550 ℃,组织为铁素体与粒状贝氏体,随着温度升高粒状贝氏体增多与组织粗化相耦合,导致无Cr钢与含Cr钢的硬度变化较小,分别为(230±4) HV0.5与(259±3) HV0.5;在580~640 ℃较高温度等温时,组织逐渐转变为铁素体+下贝氏体,下贝氏体由板条贝氏体和少量细小的粒状贝氏体构成,且下贝氏体比例随温度升高而增加,导致无Cr钢和含Cr钢硬度分别由233 HV0.5和262 HV0.5升至249 HV0.5和277 HV0.5。Cr元素可降低铁素体和贝氏体转变起始温度,推迟过冷奥氏体转变,从而细化组织、促进贝氏体板条化,提高硬度。在610~640 ℃等温快冷后的组织为软相铁素体+硬相下贝氏体,软硬相比例可通过等温工艺调控。

• Cr、Mo合金化对NbTiZr基中熵合金组织和高温氧化行为的影响

  徐连波, 李鑫磊, 贵永亮, 韩尚达, 蒋德华, 周金龙

  为改善NbTiZr中熵合金高温抗氧化性能,引入Cr、Mo元素对其进行合金化。利用金相显微镜、扫描电镜对其组织进行观测,并在800 ℃进行氧化试验。结果表明,原始NbTiZr合金具有BCC单相结构的树枝晶,添加Cr元素后,在BCC相基础上有Laves相的析出,而添加Mo元素后,转变为BCC单相结构的等轴晶。800 ℃氧化试验表明,原始NbTiZr合金未产生保护性氧化层,表现出较差抗氧化性。Cr元素的引入后,使合金表面有复合氧化物层形成,其中CrNbO4有效阻碍了氧的扩散,显著降低氧化速率。添加Mo元素后,合金中有MoO3挥发产生了孔洞和裂纹,但同时合金表面Nb2Zr6O17的形成促进复合氧化物层生成,起到良好的保护作用。Cr和Mo合金化均提高了NbTiZr合金的高温抗氧化能力。

• 稀土Ce对低合金耐磨钢淬火组织与力学性能的影响

  鲍小光, 田方铖, 谭会杰, 王海燕, 高雪云

  采用SEM、EBSD、TEM等微观表征技术,结合拉伸性能及冲击性能试验,系统研究了未加稀土Ce与添加0.003%Ce的低合金耐磨钢880 ℃×15 min淬火后的显微组织演变及力学性能变化规律。结果表明:添加稀土Ce后,试验钢的显微组织得到细化,晶粒尺寸和马氏体板条间距均有所减小,晶内取向差(KAM)平均值由0.90°降低至0.77°,拉伸断口韧窝的数量增多、尺寸明显减小,抗拉强度和屈服强度均实现了有效提升;-40 ℃冲击断口韧窝比例增加,低温冲击性能显著提升,20、0、-20和-40 ℃的冲击吸收能量分别提高9.7%、17.4%、18.6%和34.9%。

• 成分与热处理对挤压铸造Al-Mg-Si合金组织与性能的影响

  章科举, 金康, 张靖炜, 张波, 陈林, 张洋, 董旭刚, 潘成海

  通过添加Al-Ti-B细化剂与提高Mg含量(1.450%,质量分数)两种方案,系统探讨了合金成分微调对挤压铸造Al-Mg-Si铝合金组织与热处理响应行为的影响机制。结果表明,成分的改变主导了材料的最终性能。T4热处理(固溶+自然时效)后,添加Al-Ti-B细化剂组因细晶结构得以保留,其性能与基准组接近;而高Mg组因晶界处热稳定性高的粗大脆性π相(Al8FeMg3Si6)在固溶处理后未充分溶解,严重破坏了基体的连续性,其抗拉强度低于其他两组。T6热处理(峰值时效)后,高Mg组因π相消耗强化元素,时效强化响应微弱,性能持续下降,而细化剂组则通过细晶与高密度β″析出相的协同强化效应,获得了最高抗拉强度(341.17 MPa),但其断后伸长率的下降揭示了强度与塑性之间的倒置关系。本研究阐明了Al-Mg-Si铝合金进行成分设计时维持元素平衡的重要性,明确指出过量Mg引发的π相危害,并为“细晶化+峰值时效”工艺制备高强度挤压铸件提供了关键依据。

• Ce对Q355钢带状组织与性能的影响

  王飞, 牛金泓, 张涛, 王俊利, 吴有超, 任秀凤

  借助光学显微镜、扫描电镜、万能试验机以及冲击试验机,探究了Ce含量(0%~0.0027%)对Q355钢带状组织及其性能的影响。结果表明,随着Ce含量从0%增加到0.0014%,降低了铁素体晶界的移动速度和珠光体含量,从而减少了碳向富合金条带的扩散和偏聚,抑制了带状组织形成,细化了铁素体晶粒,抗拉强度由493 MPa增至526 MPa,屈服强度由308 MPa增至325 MPa,-50 ℃冲击吸收能量平均值由108 J增至137 J。Ce含量达到0.0027%时,珠光体含量进一步降低,带状组织几乎消失,但铁素体晶粒长大,导致Q355钢力学性能下降,抗拉强度由526 MPa降至503 MPa,屈服强度由325 MPa降至300 MPa,-50 ℃冲击吸收能量平均值由137 J降至125 J。断口分析表明,Ce具有很强的晶界强化作用,无论晶粒尺寸大小,均能降低沿晶开裂风险。

• 碳当量对高强韧性等温淬火球墨铸铁组织与性能的影响

  路王珂, 孙玉福, 周文倩, 李亚敏, 叶玉娟, 史志文

  对碳当量分别为4.2%、4.3%、4.4%和4.5%的等温淬火球墨铸铁(ADI)进行等温淬火,奥氏体化加热条件为900 ℃保温90 min,等温淬火温度为340 ℃,保温时间60 min。采用金相显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)进行组织观察及拉伸断口形貌观察,采用布氏硬度计、拉伸试验机、冲击试验机等进行力学性能测定,探究碳当量对ADI组织及性能的影响。结果表明,铸态基体组织由珠光体和铁素体组成,随着碳当量的增大,其含量没有明显变化,但铸态组织中的石墨球逐渐细化。等温淬火热处理后组织由残留奥氏体和针状铁素体组成,其中针状铁素体随碳当量增大含量逐渐增多,尺寸逐渐细小。随着碳当量增大,ADI的硬度、抗拉强度和屈服强度逐渐增加,伸长率和冲击吸收能量逐渐减小,当碳当量为4.5%时,ADI具有较高的强度和硬度,其硬度为374 HBW,抗拉强度为1196 MPa,屈服强度为997 MPa,伸长率为9.2%。

• Nb-Ti微合金化烘烤硬化钢的组织演变与力学性能

  李硕, 刘国龙, 冯晓勇, 冯运莉, 杨志南

  通过OM、SEM、EBSD表征并结合拉伸试验,研究了Nb-Ti微合金化烘烤硬化钢在热轧、冷轧后连续退火和预变形+烘烤过程中的组织演变与力学性能。结果表明,热轧、连续退火和烘烤状态下,试验钢的组织均以等轴状铁素体为主。连续退火处理后,形成强γ织构,沿不同方向获得了较好的力学性能和成形性能,其r值稳定在1.9~2.0,n值为0.196~0.200,表现出良好的各向同性。经烘烤处理后,晶界附近几何必须位错(GND)密度显著增加,获得了较好的烘烤硬化性能,BH2值为45~48 MPa。

• 26CrMoVNb钢的连续冷却转变行为及稀土Ce的影响

  姜涛, 石晓霞, 詹飞, 李建元, 寇沙沙

  采用Formastor-F热膨胀相变仪测定了含稀土Ce(0.010%,质量分数)和不含稀土Ce的26CrMoVNb钢的连续冷却过程热膨胀曲线,采用光学显微镜观察了不同冷速条件下的室温微观组织,绘制了试验钢的连续冷却转变曲线(CCT),研究了Ce对试验钢临界转变点、不同冷速条件下相变温度及室温微观组织的影响。结果表明:连续冷却速度0.5 ℃/s,两种试验钢的微观组织均为多边形铁素体+珠光体+贝氏体的混合组织;连续冷却速度1.0~3.0 ℃/s,室温微观组织均为多边形铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体的混合组织;连续冷却速度3.0~30.0 ℃/s微观组织主要为贝氏体+马氏体的混合组织,连续冷却速度≥30.0 ℃/s,得到的微观组织主要为马氏体。稀土Ce的加入改变了试验钢临界转变点温度及不同冷速条件下组织转变温度。

• 深冷处理对不同Co含量硬质合金性能的影响

  廖文廷, 翁泽钜, 顾开选

  针对不同Co含量的硬质合金(GF20G(6%Co),GD15H(8%Co)和GD30C(10%Co)),研究了不同深冷处理工艺(-190 ℃×4 h一次深冷处理、两次循环深冷和-190 ℃×4 h+180 ℃×2 h低温回火)对硬质合金性能的影响。结果表明,深冷处理对硬质合金的抗弯强度影响较小,深冷处理工艺可提高GF20G和GD15H合金的冲击性能,但对较高Co含量的GD30C合金冲击性能无明显改善。深冷处理后增加低温回火处理,使GF20G、GD15H和GD30C的耐磨性分别提高11.5%、21.3%和29.3%。深冷处理对硬质合金的微观相组成未产生显著影响,能够促进硬质合金中的fcc-Co向hcp-Co转变,但会降低表面残余应力,二者共同作用影响硬质合金的性能。