氢对表观屈服强度的影响——氢致滞后塑性变形的原因研究

应用光滑拉伸试样,弯曲试样以及预裂纹WQL型试样具有对广泛拉伸强度的多种低碳及低合金钢研究了电解充氧对表观屈服强度的影响,并对氢致滞后塑性变形进行了金相观察。结果表明:氢对光滑拉伸试样屈服强度的影响不明显。随钢种不同,充氢后屈服强度可能没有变化,也可能升高或降低,但其差值小于10％。对存在应力梯度的无裂纹弯曲试样以及预裂纹WOL试样,当钢的强度和进入的氢量超过临界值后氢能使表观屈服强度明显降低,从而引起氢致滞后塑性交形,最终导致氢致滞后裂纹的产生和扩展。随钢的强度升高,进入的氢量增加,氢致表观屈服强度下降也愈明显。另外,具有更大应力梯度和三向应力的裂纹试样,下降效应比无裂纹弯曲试样更为明显。氢致表观屈服强度下降作用是扩散控制过程,明显依赖变形速度和试验温度。另外,它具有可逆性,随着氢的逐渐消除,表观屈服应力也逐渐回到未充氢状态的数值。氢致表观屈服强度下降和原始变形量及是否存在加工硬化关系不大。根据上述实验事实,本文对屈服强度下降的原因作了探讨。     

Q&P钢配分过程中的组织演变

利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和电子探针等研究了0.2C--1.51Si--1.84Mn钢在配分阶段组织的演变情况.配分温度为400℃时,碳在10 s时就可以完成配分,得到残余奥氏体最大体积分数为13.4%.随着配分时间的增长,钢中马氏体发生回火现象,奥氏体发生分解,强度、延伸率降低.当配分时间达到1000 s时,屈服强度、延伸率突然升高.分析认为马氏体回火带来的塑性提高抵消了残余奥氏体量减少引起的塑性降低,并且由于渗碳体和碳化物的析出,变形时阻碍位错的运动,从而提高了屈服强度.通过电子探针分析说明配分阶段发生了碳的扩散,随着配分时间的增长,发生了渗碳体和碳化物的析出,降低了残余奥氏体中碳的含量.     

碳化硅晶须增强铝基复合材料强化行为的研究

利用X射线衍射技术,Instron电子拉伸机和透射电子显微镜,本文对退火后SiCw/p-Al SiCw/6061Al复合材料位错密度和屈服强度进行了研究,结果表明,经过退火后的SiCw/p-Al复合材料基体位错密度随加热温度升高而下降,但微屈服强度,屈服强度增加,而SiCw/6061Al复合材料基体位错密度在250度保温时略高,且其屈服强度变化趋势与位错密度变化趋势一致。     

氢对镍基合金Inconel Alloy600力学性能的影响

通过建立一套电化学充氢和可扩散氢含量测量装置,对镍基合金Inconel Alloy 600(600合金)板试样充氢后进行常温拉伸试验,研究了600合金在充氢前后力学性能的变化及其与氢含量的关系.结果表明:材料在充氢后塑性有一定的减损,且减损的程度随着平均氢浓度的增加而增加,当充入试样中的平均氢质量分数大于10×10-6时,相对断面收缩率达到10％以上,达到氢损伤范畴.此外氢进入600合金还使材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量也降低.扫描电镜(SEM)测试表明:充氢前后试样断口的表层由韧性断裂变为由氢导致的沿晶脆性断裂.     

往复镦挤对SiC_p/2024铝基复合材料组织性能的影响

采用室温拉伸测试、扫描电镜及透射电镜等手段研究了往复镦挤变形工艺对SiCp/2024铝基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,SiCp/2024铝基复合材料经过往复墩挤后,基体组织出现细化,SiC颗粒发生破碎,基体中SiC颗粒由团聚变得分布均匀;在交替剪切变形作用下,基体中的位错发生重组和湮灭,形成细小的亚晶;相对于挤压态,经过4道次变形后,复合材料抗拉强度由271 MPa提高到378 MPa,屈服强度由203MPa提高到260 MPa;经过往复镦挤变形后,拉伸断口以界面脱粘和颗粒断裂方式为主.     

冷拔变形（F＋M）型双相钢的氢脆

实验采用阴极电解预充氢试样拉伸的方法,研究了冷拔变形05Si2铁素体-马氏体型双相钢的氢脆敏感性及断裂行为。发现双相钢氢脆敏感性随着冷拔变形量的增大出现一峰值,以及氢致铁素体基体的脆化现象。     

回火温度对在线淬火Q690q桥梁钢显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜和扫描电镜观察了不同回火温度下在线淬火Q690q试验钢显微组织,并通过拉伸试验对其力学性能进行了测试.结果表明,在线淬火试验钢主要为板条贝氏体组织,在540~650℃回火,试验钢为回火索氏体组织(铁素体基体上分布着较多的碳化物颗粒).随着回火温度的升高,板条尺寸变大,碳化物颗粒析出数量增多,平均尺寸变大,大角度晶界数量增多.同时随着回火温度的升高,试验钢强度呈下降趋势,塑韧性呈上升趋势.620℃下试验钢的综合力学性能最佳,屈服和抗拉强度分别为878,992MPa,断后延伸率为20%,-40℃下冲击吸收功为143 J.     

400℃退火对ECAP形变Q235钢的强度和位错强化的影响

将经过淬火预处理和等通道转角挤压加工(ECAP)的Q235钢进行400℃退火.采用拉伸试验、X射线衍射(XRD)分析及描述强度-位错密度关系的Taylor公式,研究400℃退火对ECAP形变低碳钢的强度和位错强化的影响.拉伸试验表明:400℃退火使ECAP形变Q235钢强度降低,屈服强度从825 MPa下降到725 MPa,加工硬化能力和塑性显著提高.基于XRD分析和Taylor公式的定量计算说明,400℃退火对ECAP形变Q235钢的位错强化影响很小,实际强度的降低不是来自于位错强化的降低,而是来自于其他强化机制(晶界、亚晶界等)的降低.     

经编织物类复合膜材拉伸力学性能的温度效应

为了得到经编织物膜材在高温下的拉伸力学性能,以典型经编织物膜材PVDF Shelter-Rite#9032为研究对象,进行了5种温度(10、25、50、75、100℃)下的单轴拉伸性能试验及破坏后试样截面电镜扫描测试,系统分析了膜材强度、刚度、变形及破坏形态特征随温度变化规律.研究结果表明,高温可明显弱化组分材料强度、刚度及组分界面间变形协调能力,随温度升高膜材应力-应变曲线的初始线性段范围减小且其后续特征段刚度及抗拉强度降低显著,其中与10℃时相比,100℃时膜材Ⅲ阶段纬向刚度及抗拉强度的降幅分别可达50.64%与39.78%.各温度下经向刚度随应变均呈现出降-升-降的S形特征,而纬向因纱线拉伸变形历程中存在卷曲伸展阶段,配合材料的高温效应,其刚度曲线表现出S形到M形的转变特征.温度升高使得基体塑性变形能力增强、纱线与基体间应力集中效应减弱,断口呈现出粗糙化及纱线抽出特征,100℃时基体和纱线层间黏结被严重削弱,端部出现明显脱黏与滑移现象.     

热处理工艺对某低合金钢组织和力学性能的影响

利用拉伸试验,研究了某低合金钢在不同温度退火和固溶处理后的力学性能行为,并通过金相组织分析探讨了其原因.结果表明,随着退火温度的升高,该钢的强度几乎不变,塑性和韧性略有降低.与退火态相比,固溶处理后,屈服平台宽度明显减少;碳化物沿晶界析出,起到明显强化作用,该钢强度显著增加,塑性、韧性和形变强化指数降低.     

一种含N低Ni经济型双相不锈钢的抗氢脆性能的研究

设计了一种新型低Ni经济型双相不锈钢,通过金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对不同固溶温度处理后的试样进行表征,通过常规拉伸实验得到综合力学性能最佳的热处理温度点,并通过电化学预充氢后的慢应变速率拉伸实验探究了其氢脆敏感性能。实验表明,随着温度的升高,奥氏体体积分数明显下降,铁素体体积分数升高,氢在双相不锈钢中的扩散能力提高。在1 050 ℃下固溶处理5 min后水淬的经济型双相不锈钢（lean duplex stainless steel,LDSS）综合性能最佳,其屈服强度和抗拉强度分别为744.7 MPa和807.7 MPa,总伸长率为62%,并且该材料在不同温度都具有优异的加工硬化性能。通过对1 050 ℃热处理后的试样进行不同电流密度和时间的预充氢处理,发现其氢脆敏感性能受充氢时间影响大于充氢电流,氢原子主要在塑性变形阶段降低材料抗拉强度和伸长率,对屈服强度影响较小。     

30CrMnSiA钢的慢应变速率动载氢脆

用慢应变速率拉伸试验研究了30CrMnSiA钢几种不同组织在阴极电解充氢后的动载氢致开裂行为。结果表明:在试验中,用试样断面收缩率的相对减少率能灵敏地反映出钢的氢脆倾向性;钢中氢对其塑性的危害主要表现在降低试样在颈缩后的局部变形能力,而对试样的均匀变形影响很小;在室温下,钢的氮致脆化率不是简单地随着应变速率的下降而增加,而是与试样基体中氢的浓度及试样的形状有关。     

高扩孔型铁素体/贝氏体双相钢组织性能研究

对540 MPa级铁素体/贝氏体双相钢的组织性能进行分析研究.结果表明,试验钢的显微组织为85％左右的铁素体加上15％左右的贝氏体；铁素体晶粒尺寸细小,基体中有较高的位错密度和大量细小弥散的析出物；贝氏体在铁素体基体上分布均匀,以板条状为主,板条间分布有较多碳化物颗粒.通过合适的成分设计和控轧控冷手段获得的铁素体/贝氏体双相钢组织形态,可较好地保证材料所需的强度-拉伸凸缘性能匹配.     

晶界碳化物对15Cr—25Ni不锈钢拉伸性能的影响

利用单相奥氏体及晶界碳化物＋奥氏体的两种 １５Ｃｒ－２５Ｎｉ不锈钢，研究了晶界碳化物对室温及８６０℃拉伸性能的影响。结果表明，室温下晶界碳化物对屈服强度几乎没有影响，但提高了抗拉强度约１４％，降低材料塑性（断面收缩率）约３８％，在８５０℃，晶界碳化物对抗拉强度没有影响，但提高了村料的塑性，其延伸率反断面收缩率分别提高约７０％和５８％，探讨了晶界碳化物影响拉伸性能的机制，室温下由于碳化物与基体界面结构与晶界结构不同导致与位错的不同交互作用，在高温下则是晶界碳化物阻碍晶界的滑移。     

铸态铝镁钪合金的热塑性

采用半连续铸锭冶金法制备一种成分为Al-6Mg-0.4(Sc+Zr)的合金,铸锭样品经均匀化退火后,测试其在250,300,350,400,450,475和500 ℃时的瞬时拉伸力学性能,借助扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的观察和分析,研究该合金的高温变形及断裂行为.结果表明:合金抗拉强度和屈服强度随温度的升高而降低,而其伸长率随温度的升高而增大;合金在300 ℃以下拉伸,断口为穿晶断裂型;在300 ℃以上拉伸,断口由穿晶断裂逐步向沿晶断裂转变;在400 ℃以上拉伸,断口基本上是沿晶断裂.在400 ℃以上变形,晶界区域有大量的强滑移带;在400 ℃以上晶内强度高于晶界强度,拉伸时变形优先在晶界区域发生,变形不均匀的结果导致铸坯热加工过程中开裂.Al-6Mg-0.4(Sc+Zr)合金铸坯的最佳热加工温度范围为350～400 ℃,在此条件下,合金的变形抗力较低,热塑性较好,又不出现热裂纹.     

合金碳化物M23C6对CLAM钢晶界拉伸性能的影响机理研究

低活化马氏体-铁素体钢是目前核聚变反应堆的首选结构材料之一,钢中纳米级碳化物析出相对其韧塑性能起关键作用。本文以CLAM钢为研究对象,利用SEM、TEM对其显微组织、碳化物析出相M₂₃C₆(M=Fe, Cr)相及断裂微区进行表征与分析。结果表明,M₂₃C₆主要分布在马氏体板条边界,在拉伸过程中会造成位错缠结堆积,促发微裂纹的萌生和扩展。为了从原子尺度上探究碳化物对晶界变形行为的影响,采用分子动力学方法模拟了拉伸变形过程中晶界(∑5(031))上碳化物和位错的交互作用。模拟结果显示,晶界的塑性变形以位错滑移和非晶化塑性变形为主。随着碳化物尺寸增大和数量增多,非晶化塑性变形程度增强,位错运动受阻,造成局部结构应力集中并产生微裂纹。     

氧化物弥散强化钢的强化机理

采用粉末冶金法制备出成分为Fe-12.5Cr-2.5W-0.4Ti-0.02V-0.4Y2O3 (12Cr-ODS,质量分数,％)的铁素体钢.通过电镜观察及力学性能测试等手段研究了12Cr-ODS铁素体钢的组织与性能,并定量计算了不同强化机制对合金屈服强度的贡献.电镜观察发现12Cr-ODS钢为等轴的铁素体组织,平均晶粒尺寸为1.5 μm,不同尺寸氧化物在基体中均匀分布.力学性能测试结果表明12Cr-ODS钢具有优异的室温拉伸性能,屈服强度达到738 MPa.合金主要强化机制为氧化物弥散强化、氧化物弥散强化钢加工强化、热错配位错强化和晶界强化机制,各种强化机制计算得到的理论屈服强度为750 MPa,与实测值吻合较好.     

氧化物弥散强化钢的强化机理

采用粉末冶金法制备出成分为Fe-12.5Cr-2.5W-0.4Ti-0.02V-0.4Y₂O₃（12Cr-ODS,质量分数,%）的铁素体钢.通过电镜观察及力学性能测试等手段研究了12Cr-ODS铁素体钢的组织与性能,并定量计算了不同强化机制对合金屈服强度的贡献.电镜观察发现12Cr-ODS钢为等轴的铁素体组织,平均晶粒尺寸为1.5μm,不同尺寸氧化物在基体中均匀分布.力学性能测试结果表明12Cr-ODS钢具有优异的室温拉伸性能,屈服强度达到738 MPa.合金主要强化机制为氧化物弥散强化、氧化物弥散强化钢加工强化、热错配位错强化和晶界强化机制,各种强化机制计算得到的理论屈服强度为750 MPa,与实测值吻合较好.     

Fe-Mn-1.6 Ni-C水电用钢板轧后 直接淬火和回火工艺

通过Fe-Mn-1.6Ni-C钢板控制轧制、轧后直接淬火和560~710℃回火调质处理实验,研究了轧后直接淬火态和回火态的组织与性能变化.结果表明,轧后直接淬火得到组织细小的板条马氏体,固溶强化作用提高了其抗拉强度.经过回火热处理后,碳化物的析出及其对位错的钉扎作用,降低了钢的抗拉强度,提高了钢的屈服强度.随着回火温度的升高,碳化物聚集长大,铁素体发生回复与再结晶,造成强度下降以及冲击韧性提高.当回火温度高于A_○c1时,粗大的碳化物极易引起裂纹形核,破坏钢的冲击韧性.Fe-Mn-1.6Ni-C钢最优的回火温度为680℃,屈服强度为963MPa,抗拉强度为988MPa,延伸率为20.0%,-60℃冲击功为142J.     

第三代汽车钢的热塑性及断裂机理

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对第三代汽车钢(TG钢)在不同的变形温度下进行了热拉伸试验,研究其热塑性的变化.运用光学显微镜和扫描电镜分析了实验钢热变形的断口形貌及断裂机理.发现实验钢的强度随温度的升高而降低,热塑性曲线分为第Ⅰ脆性区、高温塑性区和第Ⅲ脆性区三个区域,其中第Ⅲ脆性区存在两个塑性极小值.在1300～800℃时实验钢的组织为奥氏体,断裂方式为连孔延性断裂,动态再结晶使韧窝分离前发生了较大的塑性变形,断口为大而深的韧窝;750℃时实验钢沿奥氏体晶界析出铁素体,断裂方式为界面断裂,断口既存在着铁素体内聚失效形成的小的孔洞,也存在由于裂纹沿奥氏体晶界扩展形成的石块状形貌;650℃由于出现了铁素体的准解理,实验钢的塑性下降,热塑性曲线再次出现极小值.