采用风冷预处理的高强钢板变强度热成形工艺

高强钢变强度热成形工艺可使同一零件不同区域具有不同的强度与塑性韧性,在保证碰撞完整性的基础上,提高零件区域延展性以实现碰撞吸能,防止碰撞侵入的目的。提出了一种基于定制区域风冷预处理的变强度热成形工艺。搭建了介质为干燥压缩空气的定制区域冷却平台,研究了射流压力0.3~0.7 MPa下,板料分区冷却的温度分布及变化规律;验证了新工艺实现高强钢的变强度热成形的可行性。研究结果表明,分区冷却过程中,随着射流压力的提高,钢板冷却速度逐渐加快,但横向测流及板料内部热传导使得过渡区宽度增加,而负压回风结构的设计则有效降低了横向测流的影响,在损失一定冷却能力的基础上降低过渡区宽度。当射流压力为0.3 MPa,添加回风结构时,当风冷区域温度降低至410 ℃(Ms点以上),硬区温度缓冷至750 ℃(Ar₃以上),经800 ℃回火及淬火后,软区得到低强度高塑性的铁素体及片状珠光体组织,硬区得到高强度低塑性的板条马氏体组织。采用新型的变强度热成形工艺及相应的定制区域冷却平台能够实现高强钢板变强度分布。     

梯度化加热调控微观组织实现变强度热冲压工艺

开发了一种变强度热冲压工艺,可以对零件进行微观组织和力学性能调控。利用感应线圈对坯料进行梯度化加热,使局部区域奥氏体化,进而调控淬火后各区域的微观组织,从而获得变强度零件。实验以退火态及冷轧态的热冲压钢来研究该工艺,软化区组织均为珠光体+铁素体,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为490 MPa和32%、940.4 MPa和4.2%;高强度区均为马氏体组织,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为1532 MPa和9.1%、1485.1 MPa和8.4%;过渡区的硬度从高强区向软化区逐渐下降,性能基本平稳过渡。结果表明,对于两种不同供货态钢,该工艺均可通过微观组织调控的方法,实现零件的变强度分布。     

10CrMnMoSi双相钢临界区淬火组织的电子结构参数及强度计算

基于固体及分子经验电子理论（EET）,计算了10CrMnMoSi钢双相钢经临界区淬火后的组织特征相的电子结构参数,包括特征相最强键共价键上的共价电子数的统计值nA’,相界面间电子密度差Δρ和满足界面连续的原子状态组数σ。结合双相钢的强化方式,进一步提出了双相钢强度的计算模型及方法。计算结果表明,790 ℃淬火后,10CrMnMoSi钢抗拉强度的计算值为657.1101 MPa,屈服强度为386.5286 MPa,与试验数据的误差分别为9.74%、5.90% ,计算结果与试验结果的吻合度高。     

淬火温度及残余奥氏体对2200MPa级超高强度钢力学性能的影响

比较了含1.90%Ni和4.92%Ni中碳Cr-Ni-Mo系超高强度钢不同淬火温度低温回火后的力学性能,分析了淬火温度、残余奥氏体量对力学性能的影响。结果表明,900℃淬火200℃回火后试验钢的抗拉强度、伸长率和-40℃冲击吸收功分别大于2200MPa、10%和10J。随着淬火温度的提高,抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率先缓慢提高到最大值后开始缓慢下降。4.92%Ni试验钢中大量残余奥氏体导致其屈服强度和屈强比降低、应变硬化指数增大,在拉伸过程中残余奥氏体应变诱导马氏体相变和相变诱发塑性(TRIP),伸长率、静力韧度和塑性变形能均有明显提高。     

两相区回火温度对含7%锰Q690钢组织和性能的影响

采用SEM、XRD、TEM和Thermo-Calc软件计算等手段研究了两相区回火温度对0.02C-7Mn钢的组织和性能变化的影响。结果表明,淬火后试验钢组织以淬火马氏体为主,伴有极少量的残留奥氏体;两相区回火后,基体组织以回火马氏体为主,出现逆转变奥氏体,空冷后转变为残留奥氏体。随着回火温度的升高,残留奥氏体的含量逐渐增加,在650 ℃回火后到达峰值为18.78%;与此同时出现了6.57%的ε-马氏体。两相区回火后,试验钢的抗拉强度均有下降,但是屈服强度有不同程度的升高,这归因于回火过程中位错密度的下降以及弥散第二相的析出。另外,ε-马氏体的存在不仅迅速降低了屈服强度,而且还损害了韧性。在600 ℃回火后,试验钢具有优异的综合力学性能(横向:抗拉强度为984 MPa、屈服强度为973 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为163 J,纵向:抗拉强度为947 MPa、屈服强度为919 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为186 J),满足Q690用钢的力学性能需求。     

淬火温度对2200 MPa级超高强度钢力学性能与微观组织的影响

采用力学性能测试、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等材料分析方法研究了淬火温度对2200 MPa级超高强度钢的力学性能及微观组织的影响。结果表明,试验钢最佳淬火温度为1025 ℃,再经后续热处理能获得最佳的强韧性匹配,此时抗拉强度为2244 MPa,屈服强度为1836 MPa,U型缺口冲击吸收能量为59 J,断裂韧性为57.7 MPa·m^1/2。淬火温度较低时,出现粗大一次碳化物富Mo型M₆C碳化物,严重影响强度和韧性。随着淬火温度升高,一次碳化物逐渐减少,直至1000 ℃完全消失,当淬火温度高于1025 ℃时晶粒显著粗化,晶粒尺寸成为主要的负面影响因素。     

淬火温度对电弧微铸锻AerMet100钢组织与性能的影响

采用OM、XRD、SEM、TEM和力学性能试验方法,研究了在885～1150℃范围内不同淬火温度对电弧微铸锻增材制造AerMet100超高强度钢组织及力学性能的影响规律。结果表明,电弧微铸锻AerMet100钢原始态组织主要由板条马氏体和奥氏体组成,呈现出快速凝固的组织特征;随着淬火温度的升高,试验钢的凝固组织逐渐消失,当温度超过1050℃时基本上完全消除;断裂韧度随着淬火温度的升高表现出升高的趋势;抗拉强度和屈服强度随着淬火温度的升高没有明显变化;冲击吸收能量随着淬火温度的升高呈现先升高后下降的趋势,在淬火温度为1050℃时达到峰值。在试验温度范围内,1050℃左右淬火可获得优异的强韧性匹配,此时试验钢的断裂韧度为82.9 MPa·m^1/2,抗拉强度为2010 MPa,冲击吸收能量为50 J。     

淬火温度对AF9628超高强度钢组织和力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射等研究了不同温度淬火对AF9628超高强度钢力学性能和微观组织的影响。结果表明：随着淬火温度的升高，AF9628钢的晶粒逐渐长大，未溶相逐渐溶解，抗拉强度和屈服强度呈现逐渐下降趋势，冲击吸收能量、伸长率和断面收缩率先升高后降低。当淬火温度为970℃时，试验钢的晶粒较为均匀，未溶相大部分溶解，仅剩余微量的碳化物，此时钢的塑性较好，同时有足够的强度，其伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量、抗拉强度和屈服强度分别为15%、59%、100 J、1746 MPa和1357 MPa。     

基于响应面的汽车超高强度钢淬火参数优化

为获得汽车超高强度钢BR1500HS淬火时最佳淬火工艺参数,采用中心复合实验进行实验设计,建立了奥氏体化温度、保温时间、冷却速率为设计变量以及淬火后的抗拉强度、伸长率和硬度为目标的二阶响应面回归模型。先通过方差分析与模型误差分析验证了模型的显著性与准确性,再通过CAGE优化工具箱对二阶响应模型进行优化求解,得到了一组最优的BR1500HS淬火工艺参数,即奥氏体化温度915.271 ℃、保温时间1.957 min、冷却速率35.057 ℃/s。最后经过实际试验,从获得的淬火后BR1500HSc超高强度钢的抗拉强度为1570.8 MPa、伸长率为10.89%、硬度为54.2 HRC以及微观组织主要为马氏体,从而进一步验证了优化模型结果的可靠性。     

30CrMnSi钢近亚温超高强度热处理工艺

对30CrMnSi钢进行了淬火+低温回火的超高强度热处理工艺试验。结果表明,淬火温度越高,其强度越高;常规淬火温度淬火的韧性不足,亚温淬火的硬度偏低,均不能满足产品使用性能要求,低于常规淬火温度、高于亚温淬火温度的近亚温淬火复合热处理工艺可以使30CrMnSi钢的抗拉强度达到1520 MPa以上,并且具有较好的韧性,能满足产品耐高速冲击使用要求。     

淬火温度对Nb微合金化齿轮钢18CrNiMo7-6组织演变及力学性能的影响

通过Thermo-calc热力学计算软件、扫描电镜、光学显微镜、冲击试验及拉伸试验等,研究了淬火温度对Nb微合金化齿轮钢18CrNiMo7-6组织及力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,Nb微合金化齿轮奥氏体平均晶粒尺寸增加,但保持在20 μm 以下,晶界稳定性较高;根据Thermo-calc热力学计算结果可知,主要存在的碳氮化物为Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、NbC以及AlN,其中Cr₇C₃、Cr₂₃C₆固溶温度较低,分别为730 ℃和749 ℃,NbC、AlN固溶温度较高,分别为1180 ℃和1070 ℃,NbC和AlN为主要钉扎晶界、细化晶粒的碳氮化物;NbC中存在少量的N元素,在一定温度下,NbC有向Nb(C,N)转变的趋势。随着淬火温度的升高,屈服强度呈降低趋势,抗拉强度在860 ℃出现平台,冲击性能先升高后降低。含Nb齿轮钢18CrNiMo7-6具有较宽的工艺设计窗口,最佳热处理工艺为860 ℃淬火+180 ℃低温回火,此时抗拉强度为1455 MPa,屈服强度为1229 MPa,冲击吸收能量为100 J,硬度约为44 HRC。     

冷却工艺对40CrMoNbVTi钢组织和性能的影响

研究了冷却工艺对40CrMoNbVTi钢组织和性能的影响。结果表明,780 ℃淬火油冷、550 ℃回火后试样具有较高的抗拉强度和冲击吸收能量,分别为1250 MPa和78.63 J;20%聚乙二醇商用淬火液冷却后的抗拉强度为1140 MPa,冲击吸收能量为80.7 J;油冷及20%聚乙二醇淬火液冷却后组织为索氏体组织和少量的铁素体。860 ℃淬火雾冷/空冷+550 ℃回火后试样的抗拉强度分别为1010 MPa和945 MPa,冲击吸收能量分别为35.7 J及38.4 J,组织为回火索氏体或粒状贝氏体。780 ℃淬火油冷/商用淬火液冷却是较为合适的淬火冷却工艺。780 ℃淬火油冷/20%聚乙二醇淬火液冷却+550 ℃回火后冲击断裂机制为韧性断裂,860 ℃淬火雾冷/空冷550 ℃回火后冲击断裂机制为脆性断裂,增加淬火冷却速度可以改善冲击断口形貌。     

热处理对不同碳含量3.5Ni钢力学性能和低温韧性的影响

利用光学显微镜及SEM进行组织观察,通过拉伸和低温冲击试验研究了热处理对两种不同碳含量3.5Ni钢的力学性能和低温韧性的影响。两种3.5Ni钢热轧板分别经860 ℃×1 h空冷的正火处理和860 ℃×1 h水淬+(580, 610, 640)×1 h回火的调质处理。结果表明:含碳量较高的3.5Ni钢热轧态强度低塑性高,但－100 ℃冲击吸收能量低,经正火处理后试验钢的整体性能降低,而调质处理后强度和低温冲击吸收能量均明显提升,塑性略有降低;含碳量较低的3.5Ni钢热轧态已经具有优异的拉伸性能和低温冲击性能,经热处理后拉伸性能和低温韧性没有得到明显提升。     

淬火温度对渗碳齿轮钢C64显微组织及力学性能的影响

通过硬度、拉伸、冲击测试,以及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等分析手段研究了C64钢在不同温度淬火过程中的显微组织和力学性能的变化。结果表明:当淬火温度低于950 ℃时,C64试验钢的显微组织中板条马氏体较为细小;当温度高于950 ℃时,板条马氏体急剧长大。随着淬火温度的升高,碳化物开始逐渐溶解,950 ℃时几乎全部溶解。钢的强度、硬度随着淬火温度的升高呈现下降的趋势;钢的伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量随着淬火温度的升高表现出先升高后下降的趋势,并在950 ℃时达到最大值。试验钢最佳淬火温度为950 ℃,能够获得组织均匀、细小的板条状马氏体组织。此时,试验钢的抗拉强度为1122 MPa,屈服强度为1106 MPa,伸长率为11.40%,断面收缩率为25.20%,冲击吸收能量为191.0 J,能达到强韧化的最佳匹配。     

42CrMoVNb钢的热处理工艺优化及力学性能

利用单因素和正交试验对42CrMoVNb钢的热处理工艺进行了优化,利用洛氏硬度计、万能拉伸试验机和金属摆锤冲击试验机检测了相关的力学性能,研究了热处理工艺对42CrMoVNb钢组织和力学性能的影响。结果表明,42CrMoVNb钢的最优淬火回火工艺为860℃×20 min,油冷+440℃×150 min,空冷;经最优工艺处理后其组织为回火屈氏体基体上弥散分布着细小的碳化物颗粒,硬度、抗拉强度、屈服强度、屈强比、断后伸长率、断面收缩率和-20℃低温冲击吸收能量分别为44.5 HRC、1467 MPa、1357 MPa、0.93、10.5%、46%和27.1 J;力学性能满足14.9级高强度螺栓的技术指标要求。     

高温预冷淬火工艺对中碳铌微合金钢性能的影响

通过正交试验分析了高温预冷淬火工艺对含铌0.044%(质量分数)的中碳微合金钢的显微组织和硬度、强度、塑性、韧性等性能的影响。结果表明,高温预冷淬火与普通淬火相比,可以明显提升钢的硬度;预冷温度提高、回火时间缩短有利于提高中碳铌微合金钢的强度;预冷温度降低、回火时间延长有利于提高中碳铌微合金钢的塑性与韧性。在本试验条件下,获取其最佳强度值的工艺为1000 ℃预冷,200 ℃回火1 h;获取最佳塑、韧性的工艺为900 ℃预冷,600 ℃回火3 h,此时钢断面收缩率为53.8%,断后伸长率为15.1%,冲击吸收能量为96 J。     

环保型淬火工艺对厚壁L80-13Cr钢管组织和性能的影响

对厚壁L80-13Cr无缝钢管进行1000 ℃保温150 min奥氏体化处理,分别采用风冷工艺、浸入水冷工艺和水雾冷却工艺进行冷却,然后在710 ℃下保温200 min进行回火。采用显微组织观察和力学性能测试等手段研究了3种淬火介质对厚壁L80-13Cr无缝钢管显微组织和力学性能的影响。结果表明:3种淬火介质的冷却性能由高到低分别是浸入水冷工艺、水雾冷却、风冷工艺;强度和冲击吸收能量都随着冷却速度的加快而提高,风冷工艺淬火的冲击吸收能量平均值为23.67 J,抗拉强度为764 MPa,水雾冷却工艺淬火的冲击吸收能量平均值为42.00 J,抗拉强度为787 MPa;浸入水冷工艺淬火的冲击吸收能量平均值为50.33 J,抗拉强度为800 MPa。但是浸入水冷工艺淬火容易有淬火裂纹,导致材料报废;雾化冷却工艺淬火,组织细小均匀,性能优异,是最合适的淬火冷却方式。     

淬火工艺对含Ni中锰钢组织和性能的影响

通过扫描电镜观察、拉伸及低温冲击试验,研究了不同淬火工艺对含1%(质量分数)Ni的中锰钢组织和性能的影响。结果表明,随着淬火温度升高,试验钢的屈服强度和抗拉强度先增大后减小,随后再逐渐增大,低温冲击吸收能量具有相同变化趋势;中锰钢的最优调质工艺为900 ℃淬火后于600 ℃回火,其屈服强度、抗拉强度及伸长率分别能达到560 MPa、640 MPa及21.8%,-50 ℃ 冲击吸收能量达到270 J,获得了良好的综合力学性能。调质态试验钢在不同淬火温度下均获得了铁素体和回火马氏体组织,随着淬火温度升高,马氏体比例增加,晶粒尺寸逐渐减小。     

“零保温”淬火工艺对40Cr钢组织与性能的影响

研究了不同温度“零保温”淬火工艺下,40Cr钢的显微组织与性能的变化规律。结果表明,在850~910 ℃下“零保温”淬火和550 ℃回火后,40Cr钢的硬度、抗拉强度和冲击吸收能量随温度的升高先增加后降低。890 ℃“零保温”淬火和550 ℃回火时,钢的硬度、抗拉强度和冲击吸收能量达到最高值,这些性能均优于同温度下保温淬火时试验钢的性能。40Cr钢“零保温”淬火性能的提高与其淬火后得到的细小板条状马氏体组织、奥氏体晶粒的细化和奥氏体中碳浓度分布不均匀有关。