氧含量对易切削钢中硫化物生成行为的影响

通过实验研究了氧含量对硫化物形态的影响.结果表明:随着氧含量的增加,MnS夹杂物的形态由Ⅱ类向Ⅰ类转变,其平均直径和面积分数增大,数量减少,长宽比减小.通过数学模型以及Fe-Mn-S和Fe-Mn-S-O体系的四元相图研究了氧含量对硫化物形态产生影响的机理.在氧质量分数高达0.022%时,凝固初期形成了大量的MnO系低熔点液态氧化物,促进了MnS的形成方式从共晶方式向偏晶方式转变,形成Ⅰ类MnS;氧质量分数在0.01%以下时,凝固初期形成的MnO系低熔点液态氧化物较少,大部分MnS是在凝固末期以共晶形式析出,形成Ⅱ类MnS.     

两种易切削钢的研究

对未知工艺的两种易切削钢进行研究。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定化学成分,通过金相显微镜观察其组织及夹杂物的形貌,使用扫描电镜分析其夹杂物,最后进行了力学及切削性能的测试。结果表明,两种钢均为低碳高硫易切削钢,其组织绝大部分为铁素体,夹杂物大多数为（Mn,Fe）S和硫化物包裹氧化物,少数为MnS;含碳量低、铁素体组织、长条状硫化物（夹杂物）是造成硬度低和切削性能差的主要原因。     

球状稀土夹杂物改善易切削钢切削性能机制的研究

通过自行设计的高温显微切削装置,在不同温度上对含有球状稀土硫化物夹杂的易切削钢进行了高温显微切削实验,观察到球状稀土硫化物夹杂在显微孔洞扩展过程中发生滚动。通过分析认为,在切屑形成过程中,球状夹杂物在显微孔洞中的滚动是改善易切削钢切削性能的重要因素之一。     

易切削钢中夹杂物的纳米压痕表征

利用纳米压痕技术对钢中BN、MnS、Al2O3、TiN等夹杂物进行纳米压痕表征,详细讨论了BN夹杂物对钢的切削性能的改善作用,并分析了纳米压痕表征及宏观硬度测量的误差.研究表明:铸态BN夹杂物硬度低于MnS夹杂物,锻造态BN夹杂物硬度高于MnS夹杂物,三者均远低于钢基体;铸态与锻造态BN夹杂物均能在钢中起到应力集中源、润滑及包裹硬质点的作用,改善钢的切削性能;纳米压痕表征及宏观硬度测量均存在一定的误差.     

易切削钢中Ca含量与硫化物形态的定量研究

定量研究了易切削钢中硫化物的Ｃａ含量与硫化物形态的关系，探讨了Ｃａ使硫化物变质的机理。结果表明：随着硫化物中Ｃａ含量的增加硫化物的长度比下降，当Ｃａ含量大于０．７３％时硫化物基本上呈纺锤状。     

低碳低合金钢中氢扩散行为研究

用电化学氢渗透技术测量了两组钢中氢在２０－８０℃的扩散系统，实验结果表明，钢中的夹杂物，第二相「（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｇｅ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）」，形变位错对氢的扩散产生明显影响。由Ｏｒｉａｎｉ模型和估算出其对氢的捕获能分别是：（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃ３ΔＥｘ＝１８８５０Ｊ／ｍｏｌ；ＭｎＳ夹杂物ΔＥｘ＝２０４９０Ｊ／ｍｏｌ；Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）ΔＥｘ＝２８３４０Ｊ／ｍｏｌ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）ΔＥｘ＝２７０７０Ｊ／ＭＯ，位错ΔＥｘ     

易切削钢9SMn28凝固过程的CAFE法模拟

为了耦合缩孔和疏松模拟凝固过程三维微观组织,对元胞自动机--有限元(CAFE)法的物理本质和数值计算方法进行了分析,采用CAFE法对易切削钢9SMn28铸件进行了凝固过程、缩孔和疏松及三维微观组织的模拟.模拟结果表明:在空冷条件下,铸件表层的凝固是在连续降温过程中进行的,内部是先等温凝固,后降温凝固;缩孔和疏松模拟结果与实际铸件的基本相符;实现了9SMn28合金三维微观组织的模拟,模拟结果与实验吻合较好.     

易切削结构钢中非金属夹杂物与切削性能的相关性

本文以钙硫系易切削结构钢为主要研究对象,借助于定量图像分析仪、电子探针、扫描电镜等仪器和设备,探讨了钢中非金属夹杂物与钢切削性能的相关性。研究钢中非金属夹杂物尺寸对刀具寿命的影响,结果表明:本试验条件下夹杂物对刀具寿命的临界影响尺寸为8μm。还研究了非金属夹杂物的间距、均匀性及数量对刀具寿命的影响。 最后,建立了描述非金属夹杂物特征参数与刀具寿命关系的数学模型。 试验表明,刀具寿命(T)主要受钢中非金属夹杂物有效颗粒数(Ne)和分布均匀度(H)的影响。     

电流改变定向凝固单相合金枝晶间距机理

基于Ｍ－Ｓ理论的基本思路建立了电流作用下的凝固界面形态稳定性动力学微分方程式,并讨论了电流强度对稳定性及凝固过程达到稳定状态时所对应的扰动频率的影响。在此基础上讨论了电液改变定向凝固单相合金枝晶间距的机理。     

硫化锰对钢中Sb析出行为的影响

研究了钢中不同夹杂物对Sb的析出和高温氧化过程中富集行为的影响.Fe-1.5％Sb合金1100℃水冷试样中Sb在钢中主要析出位置是晶界.与单一的氧化物夹杂相比,硫化锰是更为有效的Sb异质形核核心,且Sb析出相成分组成接近于FeSb相.实验结果与二维错配度理论计算结果相一致.通过降低氧含量,钢中加入Ti变质硫化锰夹杂等方式,增加了MnS数量,使得更多的Sb在夹杂物上析出,从而减少钢中Sb的偏析和固溶量,改变Sb在钢中的析出位置.     

中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制

在实验室进行了1 kg坩埚实验,研究了中碳高硫结构钢钙处理前后夹杂物的形态、尺寸及组?结果表明:钢钙处理后获得了可以改善钢切削性的纺锤形夹杂物,夹杂物的平均纺锤形率为68.11%,并且随钢中[Ca]/[S]增加夹杂物纺锤形化趋势增加;钙处理后小于2.5 μm的夹杂物占夹杂物总量的76.05%,夹杂物细小、弥散分布于钢基体中;夹杂物类型以钙铝酸盐芯硫化物外壳的复合夹杂物、(Mn,Ca)S形式的硫化物为主,有少量的铝酸钙与CaS的复合夹杂物;含钙硫的45钢铸态钢锭比普通45钢铸态钢锭切削性能有所改善.     

Effects of elemental Sn on the properties and inclusions of the free-cutting steel

A new environment-friendly free-cutting steel alloyed with elemental Sn (Y20Sn) was developed to meet the requirements of machinability and mechanical properties according to GB/T8731-1988. The machinability of the steel is enhanced by the segregation of elemental Sn at grain boundaries. The effect of Sn segregation on intergranular brittle fracture at normal cutting temperature from 250℃ to 400℃ is confirmed. The formation mechanism of main inclusions MnS is influenced by the presence of Sn and the attachment of Sn around MnS itself as a surfactant, and this mechanism also explains the improvement in machinability and mechanical properties of the steel. In the steel, the relevant inclusions are mainly spherical or axiolitic, and are uniformly distributed in small volume. Such inclusions improve the machinability of the steel and do not impair the mechanical properties as well. Experimental results demonstrate that the appropriate content of Sn in the steel is 0.03wt% to 0.08wt%, and the remaining composition is close to that of standard Y20 steel.     

含铈耐热钢凝固过程中的夹杂物行为

建立了稀土耐热钢凝固过程中夹杂物析出与溶质元素微观偏析的耦合热力学模型,并通过工业试验与高温模拟实验验证了模型的准确性。利用该模型,依次考察了铈添加量,初始氧含量,初始硫含量对253MA耐热钢凝固过程中夹杂物析出行为的影响作用规律。在本模型条件下,随着铈添加量的增加,钢中的SiO2与MnS消失,且凝固过程中开始析出CeN;随着初始氧含量的增加,钢中开始析出Ce2O3,SiO2及MnS,其中SiO2与MnS在凝固过程中析出;随着初始硫含量的增加,钢中的Ce2O3消失,钢中开始析出Ce3S4与MnS,在凝固过程中析出的Ce3S4逐渐在液相线温度以上析出。研究工作对于稀土耐热钢连铸水口结瘤问题的解决具有理论指导意义。     

Superior machinability of steel enhanced with BN and MnS particles

The strategy that replacing part of MnS with BN was proposed in order to decrease the sulfur content in sulfur based free-cutting steel. The effects of BN and MnS inclusions on the microstructure and machinability of the steel were systematically investigated. The results show that most of the BN and MnS inclusions exist individually in the steel and only a small amount of them are in a composite state forming either isolated particles or clusters of particles. In the case of multi-phased steel, the theoretical calculation predicts that the volume of large BN particles should be 0.7 times of the volume of large MnS particles. The machinability of this type of BN and MnS alloy steel over a wide range of cutting speeds ranging from a low speed appropriate for drilling to a high speed appropriate for turning is confirmed as being equal to or superior to that of an MnS reference steel, even though the sulfur content in the composite steel is only half that of the MnS steel. The aptitude for cutting effect of 240 ppm nitrogen and 115 ppm boron in the composite steel is demonstrated to be equivalent or even better than 1000 ppm sulfur in MnS free-cutting steel.     

FeCrAl不锈钢的平衡凝固相变与析出行为

借助Thermo-calc软件对FeCrAl不锈钢所属的Fe-(18~21)Cr-(3~5)Al-(0~0.03)C-(0~0.2)Si-(0~0.2)Mn多元体系在凝固过程中的相变及析出行为进行了研究.采用Thermo-calc中TCFE7数据库对该体系的垂直截面图进行计算,分析了不同组元对凝固和冷却过程中相变的影响,并得到FeCrAl不锈钢的平衡凝固相变路径图.结果表明FeCrAl不锈钢由1600℃平衡冷却至300℃的过程中完整的平衡相变路径为:L→AlN+αδFe→AlN+αδFe+Cr7 C3→AlN+αδFe+Cr7 C3+Cr23 C6→AlN+αδFe+Cr23 C6→AlN+αδFe+Cr23 C6+σ→AlN+αδFe+Cr23 C6+σ+α'→AlN+αδFe+Cr23 C6+α'.凝固过程中Cr7 C3与σ相是否析出分别取决于体系中C、Si含量;Al含量的提高可扩大αδFe+Cr7 C3的稳定区,降低α'相的析出温度,抑制σ相的析出;Cr含量的提高可以减小αδFe+Cr7 C3的稳定区,扩大σ相和α'相的稳定区.     

镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固温度场的数值模拟

连续定向凝固过程中结晶器的温度分布对固-液界面位置和形状具有重要影响.在建立三维物理模型以及确定材料热物性参数、边界条件与冷却水对流换热系数计算方法的基础上,采用ANSYS有限元软件对不同参数组合条件下镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固的稳态温度场进行了数值模拟.研究结果表明,在所给定的模型及各种参数条件下,镍钛形状记忆合金在结晶器内可以完成凝固过程,且固-液界面呈平直状,具备了进行连续定向凝固制备的基本条件.     

Ti-- Mg 复合脱氧和硫含量对钢中夹杂物特征及 MnS析出行为的影响

采用扫描电镜/能谱仪表征了管线钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,考察了不同 Ti/ Mg 比的钢中夹杂物特征、硫含量及脱氧产物数量对 MnS 析出行为的影响,并进行了热力学计算.结果表明：Ti- Mg 脱氧钢中夹杂物以 MgO- Al2 O3-Ti2 O3、MgO- Ti2 O3或 MgO 为核心,表面包裹或局部析出 MnS,粒径小于1.3μm,数量为300~450 mm -2,形貌为圆形、多边形和方形;夹杂物中 Ti/ Mg 原子数比为0.05~0.2时,夹杂物细小且近圆形;随硫含量减少,凝固过程中 MnS 析出倾向减小, MnS 在夹杂物表面由包裹析出向局部析出转变,提高氧化物夹杂数量,有利于细小 MnS 的包裹或局部异质形核;Ti- Mg 复合脱氧产物细小、弥散,可作为 MnS 异质形核核心,可同时降低 MnS 及氧化物的危害.     

Morphology,size and distribution of MnS inclusions in non-quenched and tempered steel during heat treatment

This article reports the morphology, size, and distribution evolution of MnS inclusions in non-quenched and tempered steel during heat treatment. The variation of single large-sized MnS inclusions at high temperature was observed in situ using a confocal scanning laser microscope (CSLM). The slender MnS inclusions first changed to pearl-like strings. These small-sized pearls subsequently coalesced and became closer together as the temperature increased. Large-sized MnS inclusions in non-quenched and tempered steel samples with different thermal histories were investigated with respect to the evolution of their morphology, size, and distribution. After 30 min of ovulation at 1573 K, the percentage of MnS inclusions larger than 3 μm decreased from 50.5% to 3.0%. After a 3 h soaking period, Ostwald ripening occurred. Most MnS inclusions moved from the grain boundaries to the interior. The present study demonstrates that heat treatment is an effective method of changing the morphology, size, and distribution of MnS inclusions, especially large-sized ones.