2025年 06期
微合金高强度管线钢的成分、组织及强韧化机理研究进展
朱文光;李娜;苏航;王邃;张聪惠;微合金高强度钢在油气运输领域的应用长达60余年,随着石油天然气工业的不断发展,对管线钢提出了高强韧、高可焊和抗氢致开裂等综合性能要求。首先回顾了微合金高强度钢的发展,探讨了Ti、Nb、V等微合金元素和Mn、Ni、Mo、Cu等合金元素对管线钢再结晶和相变的影响;在此基础上对微合金管线钢的加工工艺(控轧控冷(TMCP)、加速冷却(ACC)、超快冷(SFC)、在线加热配分(HOP)以及高温轧制(HTP))进行了详细介绍;并深入分析了控制轧制过程中奥氏体的再结晶行为及合金元素对奥氏体再结晶的影响机制,控制冷却过程中的相变行为及组织调控方法。最后,对微合金高强度钢的强韧化机理进行了分析,讨论了基于固溶强化、细晶强化、析出强化以及位错强化的强度计算方法,分析了晶粒尺寸、微观组织类型及取向相关性对冲击韧性的影响。可为新一代高强韧管线钢成分设计、加工工艺优化及组织调控提供理论与技术参考。
T6热处理对TiB2/7055复合材料摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的影响
王明;陈羿帆;杨磊峰;吉新宇;周东帅;百志好;王健;采用光学显微镜、维氏硬度计、摩擦磨损实验机、电化学工作站、扫描电镜和透射电镜等研究了不同T6热处理工艺对TiB2/7055复合材料的显微组织、硬度、摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明:经485℃固溶处理20min后,TiB2/7055复合材料的显微组织呈等轴晶状,硬度相对于经其他固溶工艺处理的试样最高,为169.2 HV0.2;随时效温度从100℃、120℃升高至140℃,复合材料达到峰值时效所需的时间逐渐减小,峰值硬度分别为202、207和211 HV0.2;经120℃×24 h峰值时效处理后复合材料的耐磨性能和耐腐蚀性能均最好,磨痕深度以及磨痕宽度最小,阻抗弧半径和自腐蚀电位相对较高,自腐蚀电流密度相对较低;这是由于此时复合材料中的晶界处析出相呈粗大且不连续分布,同时晶界无沉淀析出带(PFZ)的宽度相对较小,导致其耐腐蚀性能更好。
深冷挤出切削制备超细晶6061铝合金的热稳定性及摩擦磨损性能
殷晓龙;吴亚威;郭润宇;王婉;马少彬;闫文杰;采用深冷挤出切削法(CT-EM)制备了6061铝合金切削带材,研究了CT-EM切屑与常温挤出切削(RT-EM)切屑的微观组织、热稳定性及摩擦磨损性能。结果表明:在相同的切削速度下,CT-EM制备的切屑要比RT-EM制备的切屑硬度高13.2%;在不同的摩擦载荷下,CT-EM切屑的摩擦系数均比RT-EM切屑的摩擦系数低,表明其耐磨性能有所提升;随着摩擦载荷的增加,切屑的摩擦系数均降低;经250℃退火处理1 h后,CT-EM切屑组织内的位错密度有所降低,晶粒尺寸保持在超细晶的范围之内,可以维持较好的热稳定性。经450℃退火处理1 h后,CT-EM切屑组织内的位错消失,晶粒尺寸增大为微米级,失去热稳定性;在150~450℃退火处理1 h后,CT-EM切屑的硬度先上升后快速下降,最后趋于稳定;在250℃退火处理0.5~2 h后,CT-EM切屑的硬度在刚开始的0.5 h内快速降低,之后逐渐趋于稳定。
Al-Zr-Er合金线在模拟极端工况下的热损伤机制
张晏宁;周佳怡;苏颖颖;党朋;蔡西川;林俊良;武英杰;王强;耐热铝合金线在极端工况下的热损伤机制是一个重要的科学问题。对Al-Zr-Er合金线在400℃下进行不同时间的热处理以模拟其高温服役工况,研究了Al-Zr-Er合金线热处理后的微观组织和力学性能。结果表明:经400℃热处理后,Al-Zr-Er合金线的晶粒尺寸随热处理时间的增加而逐渐增大,内部晶粒组织再结晶程度逐渐增加,抗拉强度逐渐减小,抗拉强度与导电率呈现制约关系;Al-Zr-Er合金线在400℃热处理1 h后强度残存率低于90%,其热损伤机制主要是晶粒尺寸增大导致细晶强化效果下降。
微量Sc、Er的添加对Al-Cu-Zr合金均匀化过程中组织演变的影响
李彩琼;刘浩;颜佳;史丹丹;余鑫祥;采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针显微分析、透射电镜等研究了微量Sc、Er的添加对Al-Cu-Zr合金均匀化过程中微观组织演变的影响。结果表明:与铸态Al-Cu-Sc-Zr合金相比,铸态Al-Cu-Er-Zr合金晶粒尺寸更加粗大,但该合金中枝晶界上的非平衡凝固相更加断续且窄化,枝晶内部颗粒相尺寸更小;均匀化后,虽然Al-Cu-Er-Zr合金中的残留相数量更多,但其中的Al7Cu2Fe相得到了较大幅度的细化和球化。这主要归因于Er在α-Al中的固溶度极低,凝固时Er在固液界面前沿位置大量聚集引起成分过冷,有利于最后凝固共晶相的细化,同时Er会与Fe结合并改变含Fe相的形态并限制其长大。此外,由于大量Er原子被难溶微米级Al8Cu4Er初生相和亚微米级Al3(Er,Zr)粒子所占据,过低的溶质原子过饱和度导致其很难与Zr协同析出纳米尺寸的Al3(Er,Zr)粒子,因此在Al-Cu-Er-Zr合金中仅可见粗大的Al3Zr纳米粒子析出。
再生屑料制备Al-Ti-B-Ce晶粒细化剂及其细化效果
叶翔;赵春芳;余果;刘桐;王飞;胡茂良;吉泽升;利用机械加工产生的铝屑和TC4(Ti6Al4V)屑为主要原料,采用熔体反应法制备了Al-5Ti-1B-1Ce铝合金用晶粒细化剂,研究熔炼的反应温度和反应时间对Al-Ti-B-Ce微观组织和细化效果的影响。结果表明:制备的Al-5Ti-1B-1Ce晶粒细化剂主要由α-Al、Ti Al3、Ti2Al20Ce和Ti B2构成;随着反应温度的升高,Ti Al3和Ti2Al20Ce由块状逐渐向针状转变,直至1000℃几乎全部转变为针状相;Al-5Ti-1B-1Ce的最优制备工艺为在950℃条件下反应60min,添加0.3mass%的Al-5Ti-1B-1Ce可将纯铝平均晶粒尺寸由3000μm细化至185.2μm。
单相区短时固溶及时效处理对亚稳β钛合金组织和拉伸性能的影响
邢浩洲;刘乐梁;刘继雄;王小翔;孙巧艳;研究了在β相区(830℃)短时间固溶及时效处理对Ti-Al-Mo-V-Cr-Nb钛合金显微组织和室温拉伸性能的影响。结果表明:经过短时固溶和525℃时效4 h,随着固溶时间从2 min延长到15 min,合金中微米尺度等轴初生α相(αp相)的数量减少,面积分数从3.8%下降到0.18%,β晶粒平均直径从6.7μm增加到11.9μm,抗拉强度从1456 MPa增加到1491 MPa,屈服强度从1390 MPa增加到1424 MPa,断后伸长率从8.5%下降到4.2%,塑性显著降低;随着短时固溶时间的延长,合金在拉伸过程中裂纹萌生位置由αp相边界处萌生转向晶界处萌生,断口由韧窝型断口转为准解理断口。
不同连铸工艺对纯铜杆坯组织性能的影响
王智超;李韶林;宋克兴;张朝民;周延军;柳亚辉;孙俊杰;曹军;采用冷型上引连铸技术、热型水平连铸技术和连铸连轧技术(SCR法)分别制备了纯铜杆坯,研究了不同工艺对纯铜杆组织性能的影响。结果表明:固液界面的形貌决定了热流方向,而热流方向决定了晶粒的生长方向,晶粒生长造成的组织差异决定了杆坯性能;冷型上引连铸制备的多晶铜固液界面呈现深“V”型,其纵截面组织为平行于轴向的柱状晶;连铸连轧制备的多晶铜经过轧制阶段,其组织为破碎的等轴晶;热型水平连铸制备的单晶铜固液界面为“C”型,其组织为单一的轴向柱状晶;冷型上引连铸多晶铜和热型水平连铸单晶铜具有较好的塑性和导电率,两者伸长率分别为58%和60.67%,导电率分别为100.9%IACS和102.6%IACS;连铸连轧多晶铜和冷型上引连铸多晶铜具有较好的强度,两者抗拉强度分别为307和221 MPa。界面对位错的阻碍和对自由电子的散射是影响纯铜杆坯力学性能和导电性能的主要因素。
热等静压态FGH4097合金的热变形行为及组织演变规律
瞿宗宏;王泽钰;宋嘉明;白瑞敏;赖运金;李少强;研究了热加工参数对热等静压制备的FGH4097合金的微观组织演变和热变形行为的影响,明确了合金变形参数-微观组织-热加工性能之间的对应关系。结果表明:变形温度和应变速率对FGH4097合金热变形行为的影响较为显著,流变应力随变形温度变化的敏感性可归因于微观组织的演变,随应变速率变化的敏感性则主要受平衡位错密度和变形热效应的影响;较高的变形温度可促进动态回复和动态再结晶的发生,并导致γ′相大量溶解,获得完全再结晶的等轴晶粒组织,加速合金动态软化机制的发生;此外,由于变形过程中原始颗粒边界处优先发生局部再结晶或滑动,使得FGH4097合金在部分变形条件下呈现出四阶段的加工硬化行为。
不同热应变对Inconel 718高温合金的再结晶行为及织构变化规律的影响
张远辉;郑庭;Inconel 718高温合金热变形后的微观组织显著影响其力学性能,为了能有效地调控该合金热变形后的微观组织,基于电子背散射衍射(EBSD)分析方法,研究了不同应变下Inconel 718高温合金的动态再结晶行为和微观织构的变化规律。结果表明:应变为0.2时,合金仅发生局部动态再结晶,随着应变从0.2增加到0.8,再结晶晶粒的体积分数增加,晶粒尺寸逐渐降低,当应变增加到1.2时,再结晶晶粒发生粗化;在0.2应变下,Inconel 718高温合金的动态再结晶形核机制为晶界弓出形核,当应变增加到0.6和0.8时,合金的动态再结晶形核机制主要为连续动态再结晶形核;当应变为0.2时,合金的织构组分主要由Rot. C{001}<110>、E{111}<110>、F{111}<112>、Cu{112}<111>、Rot. G{110}<110>和C{001}<100>织构组成;随着应变从0.2增加到1.2,C{001}<100>和Rot. G{110}<110>织构的体积分数逐渐增加,Rot. C{001}<110>和E{111}<110>的体积分数逐渐降低,而F{111}<112>和Cu{112}<111>织构体积分数随着应变的增加,先略微增加,随后逐渐降低。