针对高锰钢高加工硬化特性导致工业大压下率冷轧难以进行的现状,基于工业可行冷轧压下率(30%)对高锰TWIP钢进行冷轧,随后对其进行750和900℃退火保温不同时间的处理,获得不同比例(0%~100%)细晶镶嵌于粗晶基体中的单相奥氏体异质结构,分析了不同退火工艺下试验钢的再结晶形核机制。结果表明:在750℃退火保温300 s后,试验钢的组织主要由变形奥氏体和粗晶奥氏体构成,随着保温时间延长到1800 s,变形奥氏体逐渐通过亚晶合并形核的方式发生再结晶;在900℃退火保温300 s时,晶界形核占据主导地位,而保温时间延长到1800 s后,组织逐渐转变为等轴晶粒;其中,在900℃退火保温300 s后,试验钢得到了再结晶体积分数为30%的异质结构组织,在形变过程中通过位错塞积与孪晶诱导塑性(TWIP)效应协同作用,实现高强度与高塑性的优异匹配,其屈服强度与抗拉强度分别为611.1和915.6 MPa,同时保持52.5%的伸长率,强塑积达到48 GPa·%。
采用冷喷涂技术在GWK61(Mg-6.0Gd-1.0Y-0.4Zr)稀土耐热镁合金表面制备了纯Al涂层,研究了时效工艺对GWK61镁合金与冷喷涂纯Al涂层的界面扩散行为及微观组织的影响。结果表明:在时效处理过程中GWK61合金与Al涂层间发生了界面扩散反应,形成了金属间化合物(IMC)层,靠近GWK61合金一侧形成的是Mg17Al12(γ相),靠近Al涂层一侧形成的是Al_3Mg2(β相),其厚度均随时效温度的升高和时效时间的延长而增大;在175℃时效96 h后β相和γ相的厚度分别为1.7和0.9μm,在190℃时效96 h后的厚度分别为2.8和1.3μm; β相的生长速率高于γ相,两者的生长都遵循抛物线定律;在时效处理过程中Al涂层发生了静态再结晶,位错密度显著降低,这有利于提高其耐腐蚀性。
采用光学显微镜、扫描电镜和电化学测试等研究了热等静压处理对选区激光熔化(SLM)制备的GH3536合金试样的微观组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明:SLM制备的GH3536合金沉积态试样存在明显的熔池形貌,微观组织存在明显的各向异性,试样的XOZ面和XOY面分别由柱状晶和等轴晶构成;热等静压处理后,熔池形貌和亚晶结构消失,微观组织趋于均匀,各向异性消失,并在晶界处析出了富铬的M23C6碳化物和富钼的M_6C碳化物;相比于沉积态试样,热等静压试样的自腐蚀电位提高约22%,点蚀电位提高约4%,腐蚀密度降低约43%,表明其具有更优异的耐腐蚀性能;这主要是由于热等静压处理消除了熔池边界和亚晶晶界,降低了点蚀敏感性,另外,晶界密度的下降和晶界类型的转变有助于热等静压态试样耐腐蚀性能的提高。
粉末冶金工艺制备的烧结钕铁硼永磁材料因其本征脆性特征,制备及服役过程中易发生机械断裂失效。为改善其力学性能,采用晶间掺杂法在钕铁硼合金粉体中掺入Pr96Al4,研究了Pr96Al4不同掺杂量对烧结钕铁硼磁体力学性能、磁性能和微观结构的影响。结果表明:随着Pr96Al4掺杂量增加,烧结钕铁硼磁体的断裂韧性和矫顽力显著提升,分别由未掺杂时的2.14 MPa·m1/2和14.26 kOe增加到掺杂量为20 mass%时的3.36 MPa·m1/2和23.83 kOe,分别提升了57%和67%;抗弯强度呈先增后降趋势,未掺杂时为401.8 MPa,掺杂量为10 mass%时达峰值443.38 MPa;剩磁随着Pr96Al4掺杂量的增加逐渐下降,从14.34 kGs降至10.91 kGs; Pr96Al4掺杂使得磁体晶界相中掺入更多比例晶界强化元素Pr、Al和增加界耦处晶界相,有效改善了磁体的力学性能,但Pr96Al4掺杂量过高时,磁体内部孔隙增多,缺陷增多,不利于磁体综合性能的提高。
采用光学显微镜、扫描电镜、显微维氏硬度计和拉伸试验机等研究了铸态VW54镁合金及其挤压态线材及退火态线材的显微组织和力学性能。结果表明:固溶处理使铸态VW54镁合金组织中晶界处分布的Mg24(Gd, Y)5相全部回溶,仅保留部分GdH2稀土氢化物;热挤压后,线材发生了动态再结晶(DRX),晶粒尺寸显著细化,形成了以第二相流线为间隔的粗细等轴晶混合的双峰晶粒结构;在300℃低温退火时,第二相流线处会发生二次析出,形成短棒状或点状的第二相;而在400℃和500℃较高温度退火时,流线状分布的第二相会发生不同程度的回溶;挤压态样品具有(0001)//ED的基面织构,经过300℃×2 h和400℃×2 h退火后,再结晶使组织的织构取向趋于随机,而500℃×2 h退火后的合金线材则形成了典型的稀土织构;挤压态样品的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为169 MPa、255 MPa和17.5%,经300℃×0.5 h退火后,分别为148 MPa、253 MPa和20.3%,经400℃×0.5 h退火后,则分别为153 MPa、244 MPa和16.4%。
研究了1038℃下50~100 MPa应力时效对镍基单晶高温合金DD5薄板试样显微组织和力学性能的影响,采用扫描电镜对应力时效后合金的显微组织进行了观察,并对其在980℃/250 MPa、1070℃/137 MPa和1093℃/158 MPa下的高温持久寿命以及在870℃中温拉伸条件下的力学性能进行了测试。结果表明:在应力时效时间为0~100 h时,是合金形筏阶段,在应力的作用下,平行于[001]方向的γ基体通道逐步变窄或消失,垂直于[001]方向的γ基体通道宽度逐步增加,立方状γ′相沿垂直于[001]方向扩展并相互连接在一起逐渐形成筏排形貌;应力时效100 h后进入筏排粗化阶段,随着应力时效时间的增加,γ基体通道和连通的γ′相缓慢粗化,但是筏排形貌基本保持稳定;合金的持久寿命在形筏阶段有明显降低,在随后的筏排粗化阶段中有所回升;应力时效500 h后,合金在980℃/250 MPa、1070℃/137 MPa和1093℃/158 MPa下的持久寿命比热处理后的初始状态分别降低了21.2%、24.0%和17.1%,合金在870℃下的抗拉强度和屈服强度与热处理后的初始状态基本相当。
采用小掠射角X射线衍射(GXRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及纳米压痕仪等研究了M50钢表面等离子体基离子注入(PBII)碳氮共渗层的微观结构及硬度,并对碳氮共渗层的横截面、表面结构以及回火马氏体亚结构进行了分析。结果表明:经过PBII碳氮共渗处理后,随着注渗温度的升高,渗层厚度先增加后降低,渗层中主要含有回火马氏体相、少量Fe_3C和CrN,并在晶粒内部或沿晶界弥散析出化合物颗粒,在400℃PBII处理后,形成了连续的化合物层;注渗后虽然试样的晶界并未消失,但原始的回火马氏体已转变为微晶或微孪晶态;TEM和高分辨透射电镜(HRTEM)分析结果表明,离子注入会导致非晶区的形成以及堆垛缺陷;硬度测试表明,经过PBII处理的试样表面硬度均明显提高,最高硬度达到了21 GPa,比基体硬度高9 GPa。
AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金具有优异的力学性能和极好的铸造性能,能够制造大尺寸、形状复杂的铸件,但是,较低的屈服强度限制其工程化应用。热处理、形变加工和激光加工是提升该合金强度的重要工艺,基于细晶强化、析出强化、位错强化、背应力强化和异质变形诱导强化等强化机制,综述了单个工艺或多个工艺相结合的强化效果,分析了热处理温度和时间、变形温度和应变量、激光扫描速度、能量密度和光斑直径等工艺参数对AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金晶粒尺寸、片层间距、片层结构和纳米强化相等组织演化行为的影响。指出获得纳米相/超细晶-双相异质片层组织,可制备高强高塑AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。最后,指出未来的研究应侧重于AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织演化的精准表征方法,相转变机制和元素扩散理论模型等方面,并阐明工艺参数-显微组织-力学性能之间的内在关联机制。
首先对GCr15钢表面进行了超音速微粒轰击(SFPB)强化处理,以形成表面梯度纳米结构层,随后对其进行了时效处理。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、残余应力测试仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析了不同状态试样的微观组织、硬度、残余应力和摩擦磨损性能。结果表明:经过超音速微粒轰击强化后,SFPB强化试样表面粗糙度从原始试样的0.13μm增至0.82μm,马氏体组织细化成纳米级,表面硬度由原始试样的734 HV0.3增至903 HV0.3,提升了23%,同时,SFPB强化处理在试样表层引入了70μm残余压应力层,表面残余压应力值高达-1013 MPa; SFPB强化试样的摩擦系数略有上升,但磨损率显著降低,磨损机制由原始试样的氧化磨损和粘着磨损转变为粘着磨损和磨粒磨损;SFPB强化试样经8 h时效处理后,表层纳米晶轻微粗化,硬度值下降至839 HV0.3,残余压应力有所释放,为-923 MPa,磨损率有所上升但磨损机制仍为粘着磨损和磨粒磨损;时效处理延长至16 h后,表层纳米晶进一步长大,硬度降至807 HV0.3,残余压应力为-877 MPa,磨损率略微增加,磨损机制转变为粘着磨损和轻微的氧化磨损。研究表明超音速微粒轰击强化不仅能在GCr15钢的表面形成梯度纳米结构,显著提升其力学性能和耐磨性,同时该结构还具有良好的热稳定性。
超细贝氏体钢以其优异的强韧性、耐磨性和疲劳性能,被广泛应用于机械制造和轨道交通等领域。随着先进制造业的快速发展,超细贝氏体钢的热处理工艺优化以及综合性能协同提升成为研究热点。总结了超细贝氏体钢热处理工艺及其力学性能的研究进展,首先对超细贝氏体钢的热处理工艺调控手段和贝氏体相变动力学影响因素进行详细阐述,分析了微观组织对超细贝氏体钢强韧化、磨损失效和疲劳断裂的影响规律。最后对超细贝氏体钢的制备、表征和应用进行了展望,以期为新一代具有优异服役性能的超细贝氏体钢的研发提供理论支持与技术参考。