FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层的组织及性能分析

为了研究Nb元素含量对FeAlCuCrNiNb_x(x = 0.4,0.6,0.8,1.0,x为摩尔比)高熵合金的组织结构及性能的影响,采用熔化极气体保护焊技术在碳钢板表面制备出FeAlCuCrNiNb_x高熵合金堆焊层,而后对堆焊层进行显微组织、物相组成、显微硬度、耐磨性和耐蚀性分析. 结果表明,FeCuCrAlNiNb_x高熵合金堆焊层呈现以Fe-Cr相为基的BCC固溶体和少量MC共晶碳化物. 组织为典型的枝晶结构,由灰色的枝晶(DR)及白色的枝晶间(ID)结构组成. 对于耐磨性,加入适量的Nb元素可以显著提高堆焊层的显微硬度和耐磨性,当Nb摩尔比为0.8时,显微硬度最高,耐磨性最好,最大硬度值达到602 HV,磨损量最小为0.30 g. 对于耐蚀性,加入一定量的Nb元素后极化曲线中自腐蚀电流密度减小,腐蚀速率减慢,耐蚀性增强,均优于304不锈钢,当Nb摩尔比为1.0时,堆焊层合金耐蚀性最好.     

Mo元素含量对FeAlCuCrNiMox系高熵合金组织结构及性能的影响

为了研究Mo元素对FeAlCuCrNiMo_x系高熵合金的组织结构及性能的影响,将FeAlCuCrNiMo_x系高熵合金粉末制备成药芯焊丝,并用气体保护堆焊到45钢表面制备出FeAlCuCrNiMo_x系高熵合金,而后对堆焊层进行硬度、显微组织、物相组成及耐蚀性能分析. 结果表明,FeCuCrAlNiMo_x系堆焊高熵合金呈现单一的AlFe固溶体,晶格结构为体心立方. 当x = 0.8时,合金堆焊层的晶粒尺寸最为细小,晶界强化明显,硬度最高,平均硬度达到47.8 HRC,磨损量最小,为0.08 g. 加入一定量的Mo元素之后腐蚀电位降低,即耐腐蚀性能下降.     

Ti含量对氩弧熔覆CoCrFeNiCuTix高熵合金涂层组织及性能的影响

采用氩弧熔覆技术在Q235钢基体表面制备了CoCrFeNiCuTi_x(x表示摩尔比值,x=0、0.3、0.5、0.8和1)高熵合金涂层,研究了Ti含量对CoCrFeNiCuTi_x高熵合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,不同Ti含量的CoCrFeNiCuTi_x高熵合金均为FCC单相固溶体。CoCrFeNiCu合金的微观组织为柱状晶结构。随着Ti的加入,微观组织中开始出现析出相,且Ti含量越高,析出相越多。同时Ti的加入明显提高了合金的显微硬度,当Ti的摩尔比为1时,涂层的截面显微硬度值达到最高值439.54 HV0.1。Ti对CoCrFeNiCuTi_x高熵合金的耐磨性具有显著影响,CoCrFeNiCuTi合金表现出最好的耐磨性。随着Ti含量的升高,合金的磨损机理由黏着磨损转化成黏着磨损与氧化磨损并存。     

合金元素Nb对细化连铸辊堆焊层金属组织的影响

研制了三种不同合金元素Nb加入量的药芯焊丝。采用金相显微镜和扫描电镜对其显微组织和断口形貌进行了观察,采用X射线衍射仪对其相结构进行了分析,采用图形分析软件对其奥氏体晶粒度进行了统计。结果表明,堆焊层金属的显微组织含有板条马氏体和少量铁素体;堆焊层金属的断口类型以韧脆性断口为主;合金元素Nb加入量为0.15%时,其显微组织最细小且分布最均匀,断口韧窝更加均匀、细小;加入合金元素Nb使奥氏体晶粒尺寸明显减小,由22.7μm减小到20.3μm;合金元素Nb细化奥氏体晶粒尺寸是细化堆焊层金属显微组织的主要原因。     

Fe-Cr-C-B-Nb堆焊合金的显微组织和耐磨性

采用明弧自保护法制备Fe-Cr-C-B-Nb系耐磨堆焊合金,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段,分析堆焊层中的物相组成,探究熔池中硬质相析出顺序,研究B和Nb元素含量对其显微组织和耐磨性影响. 结果表明,制备的堆焊合金显微组织为马氏体+残余奥氏体+ M23(C,B)6+NbC,NbC先于M23(C,B)6生成. 当堆焊层中B元素含量为0.21%,Nb元素含量为1.44%时,可以使堆焊合金有较高的硬度和耐磨性. 洛氏硬度可达69 HRC±1.5 HRC,磨损量为0.037 6 g. 过量的B元素不利于NbC析出,而使Nb元素固溶强化硼化物和基体. 耐磨性试验结果表明,M23(C,B)6和NbC两种硬质相显著改善了Fe-Cr-C-B-Nb系堆焊合金的耐磨性.     

Ti和Nb对铁基堆焊合金组织性能的影响

改变Ti或Nb的添加量制备Fe-Cr-C-B系铁基堆焊合金.借助扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对堆焊合金组织性能进行测试分析.结果表明,在含Ti或Nb的堆焊合金中,初生奥氏体晶粒细化,共晶组织呈断网状均匀分布,并分别有黑色圆形或块状TiC和菱形或三角形NbC硬质相颗粒生成,添加5%Ti的堆焊合金组织最细小.TiC或NbC硬质相颗粒在组织中呈均匀弥散分布,能够作为耐磨质点与细化的初生奥氏体和共晶组织构成耐磨骨架,共同抵抗磨粒的楔入与切削作用.当Ti添加量为5%时,含Ti堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为66 HRC,磨损量为0.048 7 g;当Nb添加量为4%时,含Nb堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为65 HRC,磨损量为0.052 4 g.在同等条件下,含有适量Ti的铁基堆焊合金具有更优的耐磨性.     

等离子熔覆原位自生NbC/高熵合金显微组织研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上原位制备了NbC增强的CoCrCuFeNiMn(NbC)_x(x=0,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4)高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的相组成、显微组织以及显微硬度。结果表明,C和Nb的加入并没有引起熔覆层物相的复杂化,物相由fcc1相、fcc2相和Nb C相组成。NbC大多偏聚于基体的树枝晶间,少量在树枝晶内析出。NbC的形态与其含量有关,当x较小时,NbC呈颗粒状;当x较大时,Nb C呈颗粒状、长条状以及十字枝晶状。原位自生高熵合金复合材料的硬度较基体合金有了明显提高,在一定范围内(x=0~0.4),熔覆层显微硬度随增强相含量的升高而增加。     

铌含量对Fe-C-Cr-Nb系表面熔覆金属组织及耐磨性的影响

目的 提高钢表面熔覆层的硬度、耐磨性及其综合性能。方法 运用气体保护焊堆焊不同Nb含量的Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料,采用JmatPro软件模拟计算不同铌含量的熔覆层CCT曲线和平衡冷区曲线,分析铌含量对熔覆组织转变和析出相的影响。运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察晶粒尺寸和熔覆组织形貌,并对析出相进行分析。利用洛氏硬度计和滑动摩擦磨损试验机,分别对熔覆金属进行宏观硬度和耐磨性的测定。结果 不同铌含量熔覆组织均由马氏体和少量贝氏体组成,基体有大量的MC型碳化物析出。当Nb含量为1.5%时,碳化物弥散分布在熔覆组织中,强化效果最佳,此时硬度最高,为55.3HRC。此外,MC型碳化物有明显的细化晶粒作用,显著提高了熔覆组织的韧性。硬质相与韧性基体的配合,使熔覆组织的耐磨性在铌含量为1.5%时达到最佳。结论 通过调整Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料中铌的含量,可以有效地控制熔覆金属组织类型及碳化物组成和分布,从而提高熔覆层的综合性能。     

凝固过程中AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金的组织结构演变

采用反重力真空吸铸技术,制备致密且组织演变明显的AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金,研究凝固过程中高熵合金的组织结构转变规律。结果表明:从合金的边缘到中心,随着凝固的进行,合金的组织结构发生规律性转变;边缘区域为衍射峰强度相近的bcc1相和bcc2相,之后bcc2衍射峰强度降低,在中心区域合金析出σ相;从边缘到中心,组织由细小的晶粒转变为树枝晶组织,且晶粒尺寸一直呈长大趋势,在中心区域,树枝晶间析出细小的球状σ相;随着晶粒的长大,合金的硬度降低,但中心区域由于析出σ相,虽然晶粒尺寸最大,合金具有最高的硬度。     

Fe/C配比对等离子堆焊Fe-Cr-C合金组织及性能的影响

研制了一种Fe-Cr-C合金粉块,粉块化学成分中w(Cr)/w(C)为5∶1,仅改变Fe/C配比,并采用等离子焊机在Q235钢板表面进行铺粉堆焊试验。采用金相显微镜、光谱仪(OES)、磨损实验和硬度检测等方法,研究Fe/C配比对Fe-Cr-C堆焊合金组织及性能的影响。结果表明:Fe元素在熔敷过程中起到助熔作用,当不添加Fe粉时,焊道无法成形;当Fe/C配比为4∶1时,焊道成形最好,堆焊合金中析出的M_(7)C_(3)型碳化物晶粒尺寸细小,弥散分布在马氏体基体表面;随着Fe/C配比的提高,Fe的助熔作用会减少堆焊合金烧损,但是C含量的降低导致显微组织中硬质相尺寸增大。当Fe/C配比为10∶1时,由于硬质相缺碳严重,形成M_(23)C_(6)型碳化物,耐磨粒磨损性能变差。     

1000MPa级Nb-Ti微合金化超高强度钢加热制度研究

采用OM、TEM和EDS分析技术,研究了1000 MPa级Nb-Ti微合金化超高强度钢在不同加热温度下保温不同时间时奥氏体晶粒粗化行为与微合金元素碳氮化物溶解行为。结果表明,铸坯中存在尺寸与形状明显不同的3类析出物:尺寸大于1μm的方形Ti N粒子;尺寸在500 nm以下的球形、椭球形或方形Nb、Ti复合析出物;少量方形或椭球形Ti S或Ti(C,S)析出物。随着温度的升高,原始奥氏体晶粒尺寸呈现出单调增大的趋势,当加热温度超过1200℃时奥氏体晶粒发生快速长大,而析出物数量不断减少、尺寸逐渐增大、Ti/Nb原子比逐渐升高,EDS显示均为Ti、Nb复合析出。随着保温时间的延长,原始奥氏体平均晶粒尺寸呈抛物线规律长大,小尺寸的球形、椭球形的析出物逐渐溶解,大尺寸方形析出物数量逐渐增加且棱角变得模糊。综合考虑加热温度和保温时间对Nb、Ti微合金元素的固溶行为和奥氏体晶粒粗化行为的影响,1000 MPa级Nb-Ti微合金化超高强度钢的加热温度和保温时间分别为1250℃和80 min较合适。     

Nb和Mo对矿用磨球用钢微结构和相变的影响

对不同合金成分磨球用钢样品进行高温激光共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察和JMatPro软件模拟计算,研究了Nb、Mo元素对其热处理过程中微结构和相变的影响。结果表明,试验钢中添加0.051%Nb元素的原奥氏体平均晶粒尺寸最小(38.8 μm),添加0.079%Mo元素的次之,无添加的最大,可达74.1 μm。添加Nb元素时,析出物类别主要为Nb(C, N)和MnS,析出物的数量最多,显著阻碍了高温奥氏体晶粒长大。添加Mo元素时,析出物类别主要为MnS和AlN,析出物数量次之,对奥氏体晶粒长大有一定的阻碍作用。Nb和Mo元素的添加均有利于扩大贝氏体转变区,增加贝氏体转变量,提高马氏体转变开始温度。     

基于成分与力学性能调控的NbTiMoVHf(Zr)Si系难熔高熵合金优化

高温力学性能优异的难熔高熵合金在航空发动机热端部件制造中展示出广阔的应用前景。首先，采用真空电弧熔炼法制备了20种NbTiMoVHf(Zr)Si系难熔高熵合金，并通过维氏硬度和拉伸性能测试确定了具有较好力学性能的合金样品，随后利用X射线衍射和电子背散射衍射等研究了其微结构特征。结果表明：NbTiMoVZrSi系高熵合金的力学性能更优，维氏硬度可达723 HV,抗拉强度可达219 MPa;随着Si含量增加，合金的晶粒尺寸减小，析出更多硬质硅化物，且硬度最高的样品小角度晶界含量较高。     

铸态晶粒尺寸对AZ91合金固溶时效行为的影响

研究铸态晶粒尺寸对AZ91合金固溶时效组织的影响,并对析出相与合金显微硬度之间的关系进行了分析.结果表明,合金铸态晶粒尺寸越小,其固溶效率越高,时效处理时β相的连续析出速度越快;在时效处理过程中,无论铸态晶粒尺寸或大或小,合金的显微硬度值都随着连续析出的β相数量的增加先升高后降低;并且铸态晶粒尺寸越小,其硬度峰值越高,达到峰值所用的时间越短.     

Nb含量对Zr_(50)Ti_(50)合金显微组织及力学性能影响

采用电弧熔炼炉制备了(ZrTi)_(100-x)Nb_x(x=0, 2, 4, 6, 10 at%)合金,通过光学显微镜(OM),X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等研究了合金的显微结构。结果表明:当Nb含量从0%增加到6%时,铸态合金的物相结构均为α′相;Nb含量为10%时,合金的物相结构由α′相转变为β相。铸态Zr_(50)Ti_(50)合金的组织由针状的α′相及原始β晶界组成,α′的长度及原始β晶粒尺寸最小。当Nb元素含量从2%增加到6%时,合金的原始β晶粒由等轴状变为板条状,且(ZrTi)_(96)Nb_4合金的原始β晶粒尺寸及α′的长度最大;继续增加Nb含量到10%时,合金组织为等轴的β晶粒。铸态Zr_(50)Ti_(50)合金的屈服强度和抗压强度最大,随着Nb含量的增加,合金的强度先降低后增加,在Nb含量为4%时,合金的强度最低。断口形貌表明Nb元素的加入使合金的断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变。     

Nb对高Ti耐候钢连续冷却后显微组织及硬度的影响

采用Gleeble热模拟试验机研究了微合金元素Nb对高Ti耐候钢奥氏体连续冷却转变行为的影响,通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)以及硬度测试等手段比较了0.050%Nb和无Nb试验钢连续冷却转变后显微组织和硬度的变化。结果表明,Nb能抑制铁素体相变,促进贝氏体相变。冷却速度由5 ℃/s提高到10 ℃/s,两种试验钢的晶粒细化效果均最显著,无Nb钢和0.050%Nb钢硬度分别增加了22 HV0.2和25 HV0.2。冷却速度为40 ℃/s时,无Nb试验钢中析出物主要为6～13 nm球形Ti(C, N)复合析出物;含Nb试验钢中主要为5～12 nm球形(Ti, Nb)(C, N)和10～15 nm方形(Ti, Nb)(C, N)复合析出物,含Nb试验钢析出物较多,因此析出强化作用更强。在高Ti耐候钢中,Nb产生的晶粒细化作用并不显著。在相同冷速下,0.050%Nb试验钢的硬度略高于无Nb试验钢,最大差值仅为11 HV0.2。     

退火工艺对高碳Nb521合金板材组织和性能的影响

通过对不同退火工艺下高碳Nb521合金板材力学性能和组织状态以及退火过程中析出相的分析,研究了退火工艺对高碳Nb521合金板材组织和性能的影响。结果表明:随着退火温度升高,高碳Nb521合金板材的屈服强度、抗拉强度、维氏硬度变化不大,延伸率波动较大。退火温度升高到1 450℃,平均晶粒尺寸增大到29μm。SEM及EDS结果表明,退火后的高碳Nb521合金板材析出了点状碳化物并弥散分布在板材晶粒当中,片状碳化物分布在晶界上。1 400℃退火的高碳Nb521合金板材综合力学性能较好。     

多向锻造对NiTiNb9合金组织和形状记忆效应的影响

对Ni Ti Nb9合金进行了不同道次的多向锻造,研究了晶粒尺寸大小、第二相分布的变化,以及其对合金硬度和形状记忆效应的影响。结果表明:Ni Ti Nb9合金经过不同道次的多向锻造后,组织和硬度都发生了改变,合金硬度随着多向锻造道次的增加而增大;经3道次多向锻造后,合金晶粒呈纤维状,晶粒度最小,第二相分布最均匀,形状记忆效应最优良。     

铌含量对铁基堆焊层耐磨性能的影响

采用外加粉式埋弧堆焊的方法制备耐磨堆焊层。在充足C含量条件下,调整合金粉中Nb的含量,研究了不同Nb含量对FeCr-Nb-C合金堆焊层微观组织和结构性能的影响。结果表明,随着Nb含量的增加,堆焊层的硬度和耐磨性逐渐提高,当w(Nb)达到4%时,Fe-Cr-Nb-C堆焊层的硬度和耐磨损性最佳,随后随Nb含量的增加,其堆焊层的硬度和耐磨性反而下降。     

Ti含量对Si-Mn系中碳弹簧钢组织及性能的影响

利用EBSD、SEM和洛氏硬度计等手段研究了Ti含量及回火温度对Si-Mn系中碳弹簧钢的奥氏体晶粒尺寸、显微组织及硬度值的影响,并分析和讨论了试验钢中析出物的类型。结果表明:当试验钢中添加Ti后,合金元素Ti容易与C发生反应生成Ti C,Ti C具有细化奥氏体晶粒的效果,且随Ti含量的增加,晶粒的细化效果越明显,当Ti含量为0.095%时,晶粒尺寸约为13.6μm;Ti具有细化马氏体板条束和板条尺寸的效果,且随着回火温度的提高,马氏体板条束界限越来越模糊,向屈氏体组织转变;随着回火温度的提高,弹簧钢硬度值呈现逐渐降低的趋势,少量的合金元素Ti使钢的硬度值稍微的降低。