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.     

用于先进核能系统的12Cr-ODS铁素体钢的显微组织和力学性能

以12Cr--0.5Ti--1W的气雾化粉和纳米Y2O3粉末为原料,通过对预合金粉末的机械合金化和热等静压烧结成型的方法制备了12Cr--ODS铁素体钢,然后运用锻造和热处理等方法实现对材料力学性能的提高.在透射电子显微镜下观察到组织中弥散分布的纳米氧化物颗粒,能谱分析确定氧化物弥散颗粒为Y--Ti--O的复杂氧化物.利用抗拉强度测试和超声无损检测等方法对12Cr--ODS铁素体钢的力学性能进行了分析.     

化学法制备氧化物弥散强化钢中强化相（Y2O3）形成机理

开发了一种新型的制备氧化物弥散强化(ODS)铁素体钢的方法,用该方法研制的12Cr--ODS钢具有优异的室温和高温拉伸强度、较低的韧脆转化温度、良好的抗蠕变性能和抗辐照肿胀性能.分析了预合金粉末中氧化物(Y2O3)经焙烧热分解、热等静压的界面反应和热变形析出过程和演化行为,并提出选用合理的工艺技术有利于氧化物强化相均匀化.     

挤压态Cu-Al2O3弥散强化铜合金组织结构与强化机制的定量探讨

通过力学性能测试、金相和透射电镜观察等手段研究了热挤压态Cu-0.12Al2O3弥散强化铜合金的组织与性能.结果表明:挤压态Cu-Al2O3弥散强化铜合金的主要强化机制是细晶强化和弥散强化.细小的Al2O3相钉扎位错,强烈抑制基体的再结晶,造成材料小晶粒、多晶界效应,其平均亚晶粒大小仅为2~4μm.同时对不同强制机制对合金强度的贡献进行了定量计算,计算值与实验值吻合较好.     

高韧性420MPa级桥梁钢开发及强化机制分析

通过优化合金成分、改进控轧控冷工艺等手段,成功开发出屈服强度在480~530MPa,抗拉强度在560~630MPa,延伸率在21%~25%,-20℃冲击功全部在200J以上的Q420桥梁钢.对透射电镜下的析出相及金相显微组织中的晶粒尺寸进行相关统计计算,得到各类强化贡献量数值,并对Q420桥梁钢的强化机制进行了分析.分析结果表明:在新开发的Q420桥梁钢中析出强化贡献量占全部强度的10%以下,而固溶强化量及细晶强化量分别占全部强度的54%及36%,因此确认420MPa级桥梁钢的强化机制以固溶强化、细晶强化为主.     

挤压温度对Mg-3Zn-2.5Al-2.5Ca合金的微观组织和力学性能的影响

采用金相分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析和拉伸测试等方法研究了不同挤压温度对Mg-3Zn-2.5Al-2.5Ca(ZAC333)合金的微观组织和力学性能的影响.结果表明,铸态组织的平均晶粒尺寸为185μm;随着挤压温度从623K降低到523K,由于发生了明显的动态再结晶,合金的平均晶粒尺寸从6.32μm减小到3.36μm.ZAC333铸态合金中沿着晶界分布的半连续Al_2Ca和连续Ca_2Mg_6Zn_3第2相在热挤压过程中也发生了明显的破碎而沿着挤压方向分布.与铸态合金的力学性能相比,挤压态ZAC333合金的力学性能有明显的提高.挤压态合金的抗拉和屈服强度分别从176 MPa和284 MPa提高到292 MPa和334 MPa,而延伸率从18%降低到9%.ZAC333合金性能的改善主要归功于热挤压过程中的动态再结晶细晶强化和第2相粒子破碎而产生细化弥散强化的共同作用.     

Nd对含堆垛层错的铸态Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金组织和力学性能的影响

镁合金以其高比强度、高比刚度、低密度等优点在航空航天、交通运输等领域显示出越来越大的潜力。但在实际使用过程中,镁合金仍存在塑性差、绝对屈服强度偏低、拉压不对称等问题。为了研究稀土元素Nd对镁合金显微组织和力学性能的影响与强化机制,本文以Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金为研究对象,分别添加0, 0.5wt%, 1wt%的Nd元素。通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、透射电镜和XRD研究Nd对Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金显微组织的影响,通过拉伸试验机、纳米压痕仪和显微硬度计测试了合金的力学性能。结果表明:显微组织主要由α–Mg基体、共晶相和堆垛层错(SFs)组成;Nd的加入对晶粒细化和组织均匀化起着重要作用。随着Nd添加量的增加,合金的拉伸屈服强度和显微硬度增加,压缩屈服强度降低,导致合金的反向拉压不对称性减弱。当Nd含量为1wt%时,合金的力学性能最好,其抗拉强度和抗压强度分别达到194 MPa和397 MPa,压缩屈服强度和拉伸屈服强度比值降低为1.05。     

纳米多晶强化K4169合金的组织和力学性能

采用手工电弧炉熔炼、水冷铜模冷却制备了K4169合金.利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对铸态及标准热处理态合金的组织进行了研究,并对标准热处理态合金的力学性能进行了测试.结果表明:铸态K4169合金为非晶-纳米晶材料,晶内析出相非常细小,小于10 nm;合金经标准热处理后,γ″相和γ′相以纳米多晶的形式析出;由于纳米多晶的强化作用,合金的断裂强度σ_b达到了1 203.91 MPa,屈服强度σ_0.2为818.93MPa,延伸率δ为16.8 %,硬度则达到了112.4 HRB,合金拉伸断口特征符合韧性断裂机制.     

700MPa级Ti-Nb-V-Mo复合微合金化高强钢的工业研制

基于CSP工艺,采用Ti基复合微合金技术、控轧控冷及平整工艺,开发了屈服强度700 MPa级别的薄规格高强钢,借助SEM、TEM、EDS和力学性能测试等,分析了不同轧制工艺参数对高强钢性能、组织及析出物的影响.结果表明,该高强钢组织由准多边形铁素体及极少量粒状珠光体构成;薄规格强化及冷却速度控轧的细晶强化、卷取温度控制...     

中国低活化马氏体钢组织性能及强化机理

通过光学显微镜、透射电镜和化学相分析等方法研究了中国低活化马氏体(CLAM)钢的组织特征、析出行为及其与性能的关系.结果表明:CLAM钢淬火态组织为马氏体,760℃回火后组织转变为细小均匀的索氏体.其室温下的抗拉强度为697MPa,屈服强度为652MPa,延伸率为24.4%;600℃时抗拉强度为453MPa,屈服强度为452MPa,延伸率为23%.韧脆转变温度为-60℃.CLAM钢中的析出物主要为30～70 nm的M23C6和Ta(C,N),这些主要分布在晶界且少量弥散分布于晶内的析出物是强化CLAM钢的主要方式之一.     

Ti微合金化450～550 MPa级耐候钢组织性能研究

设计了屈服强度达450～550 MPa级高强耐候钢化学成分,在实验室进行冶炼和热轧试验,测试和观察了试验钢的力学性能和显微组织,分析了 Ti含量对Ti微合金化耐候钢性能的影响.结果表明,试验钢的金相组织主要为在多边形铁素体基体上分布少量的珠光体;Ti微合金化耐候钢具有足够的强度和塑性,随着w(Ti)从0.025%增加到0.07%,试验钢的屈服强度从360 MPa增加到550 MPa;采用传统控轧控冷工艺可生产出屈服强度达450～550 MPa级高强耐候钢.     

微量Y对Mg–2Zn–0.1Mn–0.3Ca–xY生物镁合金显微组织、力学性能及腐蚀行为的影响

研究了添加微量Y元素对Mg–2Zn–0.3Ca–0.1Mn–xY(x = 0,0.1,0.2,0.3)生物镁合金显微组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,当Y含量从0wt%增加到0.3wt%时,晶粒尺寸从310 μm下降至144 μm,第二相体积分数从0.4%增长至6.0%,合金的屈服强度不断提高,抗拉强度和伸长率均先降低后升高。当Y元素含量提高到0.3wt%时,合金中开始析出Mg₃Zn₆Y相,且合金具有最优异的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为119 MPa、69 MPa和9.1%。另外,Y含量为0.3wt%时,Mg–2Zn–0.3Ca–0.1Mn–xY合金在模拟体液中表现出最优耐蚀性能。力学性能和耐蚀性能的提高主要归功于晶粒细化和析出的Mg₃Zn₆Y相。     

时效温度对890MPa级含铜钢组织与性能的影响

根据纳米析出强化机制,设计了一种屈服强度为890MPa的超高强海洋工程用钢——NEU890钢.在相同固溶条件下,研究了时效温度对NEU890钢显微组织、室温拉伸性能、-40℃ Charpy冲击功的影响.用透射电子显微镜分析纳米级析出相分布,并计算出其强度贡献值.结果表明,固溶态试样屈服强度为852MPa,500℃时效屈服强度达到峰值1026MPa,呈现典型时效析出强化特征.NEU890钢的脆性时效温度区间为300~500℃.当时效温度为550~600℃时,NEU890钢的屈服强度为994~910MPa,-40℃冲击功为108~166J,可满足EQ91钢拉伸和冲击性能指标要求.     

工程机械用960MPa级调质钢板的淬火工艺研究

以屈服强度960MPa级高强调质钢板开发为目标,研究了淬火热处理制度对试验钢显微结构及力学性能的影响.结果表明:再加热淬火温度及保温时间决定了合金元素的溶解分布状态以及原奥氏体晶粒尺寸,最终影响了试验钢的综合力学性能,当淬火温度为900℃,保温15～25 min左右时试验钢具有优良的性能,即屈服强度Rp0.2=1110...     

Al对HP40合金高温力学性能的影响

通过中频感应炉熔炼制备出铝质量分数分别为5%、7.5%、10%的HP40合金,在900℃下测试各合金的高温拉伸性能,并在扫描电镜下观察各合金的断口形貌.结果表明:随着Al质量分数的增加,合金的高温屈服强度、抗拉强度均先升高后降低,合金的延伸率先降低后增加.铝质量分数为5%的HP40合金具有最佳的高温力学性能,其900℃下的屈服强度为125MPa,抗拉强度为132MPa,延伸率为12%.     

原位VC颗粒弥散强化304不锈钢的组织与性能

为了改善奥氏体不锈钢的力学性能,采用原位铸造法制备出VC颗粒弥散强化304不锈钢基材料,并研究了VC颗粒的加入对304不锈钢的显微组织和性能的影响.研究结果表明,原位VC颗粒在铸态组织中呈现2种形貌:沿晶界呈长条状分布的颗粒和在晶内均匀分布的亚微米尺寸的等轴状颗粒.TEM结果表明,在热处理过程中有纳米尺寸的VC颗粒析出.原位合成VC颗粒的加入,使304不锈钢的室温及高温强度均得到显著提高,但在一定程度上降低了其塑性和冲击韧性.与母合金304不锈钢相比,采用原位合成工艺引入VC颗粒后,在温度为650℃、应力为100 MPa的条件下,强化钢的抗蠕变性能得到大幅度改善.     

二次变形对挤压Mg-6Gd-3.2Y-xZn-0.5Zr显微组织及力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X线衍射、维氏硬度计和万能拉伸试验机研究二次变形对挤压Mg-6Gd-3.2Y-xZn-0.5Zr合金板材显微组织、时效行为及力学性能的影响.研究结果表明:加入合金元素Zn后,合金中形成了块状和针状的LPSO组织,块状LPSO组织能够细化挤压态合金的晶粒,改善合金的二次成形能力,针状LPSO组织能够减小时效强化相β',使其分布更加弥散,从而提高时效合金的拉伸力学性能;二次变形显著地改变了合金组织,使合金的晶粒沿变形方向拉长,并对时效过程产生了较大的影响,经过二次变形的合金强化相析出加快,时效峰提前,β'相尺寸更小,分布更加弥散,从而使合金获得了较高的力学性能.在LPSO组织和二次变形的共同作用下,T10态的合金C获得了最高的屈服强度和抗拉强度,分别为375 MPa和420MPa.     

微量钪对Al-Zn-Mg-Zr合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备Al-6.0Zn-2.0Mg-0.12Zr和Al-6.0Zn-2.0Mg-0.2Sc-0.12Zr 2种合金,借助力学性能测试、金相显微镜、透射电子显微镜、扫描电镜等手段分别对其热轧态、固溶态和时效态的组织性能进行对比观察分析.研究结果表明:复合添加Sc和Zr可明显细化合金的铸态晶粒,更好地抑制合金变形组织的再结晶,使主要强化相η′相更加细小、均匀、弥散,明显提高Al-Zn-Mg合金的力学性能.在固溶状态下,含Sc的Al-Zn-Mg-Zr合金抗拉强度、屈服强度比未添加Sc的合金分别提高40 Mpa和54 Mpa;在时效状态下,抗拉强度和屈服强度分别提高25 Mpa和35 Mpa;微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金的强化作用主要源于含Sc和Zr化合物对合金起到了细晶强化、亚结构强化和析出强化作用.     

标准热处理状态下高强耐蚀C-22HS合金的显微组织和力学性能

采用热力学计算、SEM与TEM观察、力学性能测试等手段研究了一种新型高强耐蚀合金C-22HS在标准热处理状态下的显微组织及力学性能.结果表明:标准热处理状态下C-22HS合金由大小不均匀的等轴晶组成,合金中析出相主要有聚集分布的颗粒相(Mo,Cr)6C和弥散分布的强化相Ni2(Mo,Cr).合金经标准热处理后不仅具有较高的强度,而且具有良好的塑性与冲击韧性;无论是在室温还是高温,它的屈服强度都大大高于C-22合金.     

回火温度对600MPa级低碳贝氏体钢组织和力学性能的影响

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等实验方法,研究了不同回火温度对屈服强度600MPa级Fe-Mn-Nb-B系低碳贝氏体高强钢组织和性能的影响.结果表明:回火温度对屈服强度和抗拉强度均有较大影响.各回火温度下的低碳贝氏体钢性能与回火前相比,屈服强度均有不同程度的升高,而抗拉强度则均有不同程度的下降;600℃回火时屈服强度比回火前高出105MPa.随着回火温度的升高,屈服强度先上升后又略有下降并在600℃时达到最大值,抗拉强度下降明显,伸长率略有升高,屈强比升高.分析认为:回火前后力学性能的变化主要与回火后有更多弥散的尺寸在20nm以下的新的细小粒子析出以及马氏体占绝大多数的大块M/A岛的分解和发生位错多边形的回复有关.