耐磨钢NM400冷弯开裂分析

厚度为20 mm的NM400钢板在冷弯过程中开裂。从冷弯工艺参数、材料拉伸性能、显微组织及夹杂物类型、尺寸分布对NM400钢板开裂原因进行了分析。结果表明:NM400钢板冷弯开裂主要由钢板中微米级TiN夹杂物引起。冷弯变形过程中,夹杂物与基体界面处应力集中,导致微裂纹在界面处形核并扩展,最终导致冷弯断裂。通过降低N含量至4×10^-5以下,耐磨钢NM400冷弯过程中无裂纹产生。     

N含量对Ti微合金化低碳马氏体钢力学性能的影响

采用SEM、EDS、拉伸及冲击试验、热力学分析等方法,对两种具有不同N含量的Ti微合金化低碳马氏体钢的组织与力学性能进行分析。结果表明：N含量对Ti微合金化低碳马氏体钢强度影响不大,但明显影响其韧性,1号试验钢（N含量0.0054%）和2号试验钢（N含量0.0014%）上平台冲击吸收能量分别为30和70 J。1号试验钢微观组织及冲击断口中存在大尺寸的TiN析出相,很容易使得试验钢中TiN与基体结合界面产生微米级裂纹,从而显著降低断裂强度和韧性。     

N80-1油管液压试验开裂原因分析

分析了N80-I钢级油管在静水压试验期间发生开裂的原因。检查发现失效油管的断口为典型脆性断口,断口前端的管材内壁存在划痕缺欠,划痕处产生应力集中,在承压时划痕底部萌生裂纹,是材料失效的诱因;材料内部严重的带状组织使油管横向力学性能下降、止裂能力较差,是油管液压试验开裂的主要原因。     

耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响

研究了不同Ti含量(0.03 mass%和0.15 mass%)的耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响。结果表明：低Ti含量钢中的大尺寸析出相占比明显低于高Ti含量钢；亚微米级/微米级(Ti, Mo)N析出相在温度较高的液相或者液/固两相区析出，多呈尖锐棱角的不规则多边形或矩形；纳米级(Ti, Mo)(C,N)析出相在温度较低的固相区析出，多为细小的近球状。低Ti含量钢的冲击磨损性能优于高Ti含量钢，亚微米级/微米级(Ti, Mo)N析出相使材料断裂的临界应变能降低，基体和析出相分离所需的应力下降，容易产生微裂纹，导致在冲击磨损过程产生大量犁削；纳米级(Ti, Mo)(C,N)析出相使基体的应变能低于裂纹扩展所需要的界面能，能够阻止在冲击磨损过程中产生的切削，使得耐磨性增加。     

纳米颗粒改性耐磨铸钢的组织与性能分析

采用吹氩加入法将纳米TiN和SiC颗粒作为添加剂加入到Mn13Cr2铸钢中,对纳米改性后的耐磨钢的组织与耐磨性能进行了对比分析,并研究了纳米TiN和SiC颗粒在耐磨钢中的存在形式与作用机理。结果表明,在耐磨铸钢中加入纳米TiN和SiC可以起到细化晶粒和析出强化的作用,铸钢的耐磨性能得到提高;TiN主要以微米级团聚颗粒和弥散分布的纳米级第二相粒子的形式存在于基体中,SiC主要以纳米级氧化物形式存在基体中;添加纳米TiN后铸钢磨损形貌主要以较浅的犁沟为主,添加纳米SiC后铸钢的磨损形貌主要以局部剥落为主,而原始铸钢的磨损形貌为犁沟和剥落。     

瞬时过热对高铬镍奥氏体钢断裂和析出相形变的影响机理

某火电厂锅炉在进行试验管屏风压试验测试时,发现再热器管(22Cr-15Ni钢)与套管(18Cr-8Ni-Nb钢)的密封焊接处存在裂纹,通过样管宏观分析、裂纹金相分析和断口及析出相的SEM/EDS分析了其裂纹产生原因。结果表明,失效处附近存在机械应力输入和焊瘤应力集中的明显痕迹,焊瘤热输入导致局部组织过热,同时基体M₂₃C₆球状析出相异常长大造成微观拉应力。上述原因的综合作用最终导致机械应力从应力集中处输入产生微裂纹,并沿着过热弱化的晶界扩展,与基体析出相产生的微裂纹汇合,最终扩展成为环向断口。风压泄漏吹击断口,造成断面上因热输入异常长大的M₂₃C₆球状析出相上产生韧性变形凹坑和脆性开裂, 并显露内部枝状晶的微观断口形貌。     

DWTT异常断口浅析

利用体视显微镜(SM)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对DWTT典型异常断口进行了研究,探讨了裂纹的扩展机制。结果表明,试样采用压制缺口导致撕裂面多点起裂,裂纹传播过程中发生止裂和重新起动;异常断口的形成由裂纹的止裂和重新起裂导致,同时受到锤头打击塑性变形区的影响,与产品厚度和钢级无显著相关性。     

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利用体视显微镜（SM）、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）对DWTT典型异常断口进行了研究,探讨了裂纹的扩展机制。结果表明,试样采用压制缺口导致撕裂面多点起裂,裂纹传播过程中发生止裂和重新起动;异常断口的形成由裂纹的止裂和重新起裂导致,同时受到锤头打击塑性变形区的影响,与产品厚度和钢级无显著相关性。     

回火温度对NM500耐磨钢组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和材料表面综合性能测试仪等研究了回火温度对NM500低合金高强度耐磨钢的显微组织、力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,NM500钢经淬火+回火处理后得到典型的回火马氏体组织,回火温度的升高使得固溶在马氏体板条中的过饱和碳原子逐渐析出,而碳化物聚集长大导致钢的硬度和低温冲击性能明显下降。NM500钢在200 ℃回火后的硬度和-20 ℃低温冲击吸收能量分别为513 HBW和44.40 J,耐磨性能最佳。低温回火(200、250 ℃)时少量细小弥散的过饱和碳原子析出改善了钢的耐磨性,300 ℃及以上回火时聚集粗化的短棒状渗碳体会降低基体的硬度,导致钢的耐磨性不断降低,磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损转变。     

工程机械用NM500耐磨钢的耐磨性能研究

以工程机械用NM500耐磨钢为研究对象,对其进行不同冲砂角度和冲击压力的冲蚀磨损试验,研究了NM500耐磨钢的冲蚀磨损方式和机制。结果表明:在不同冲砂角度和冲击压力的冲蚀磨损过程中,NM500钢整体冲蚀磨损性能表现为低冲击压力下磨损性能优于高冲击压力,大冲砂角度下磨损性能优于小冲角。NM500钢大冲角条件下冲蚀磨损方式主要是冲击坑,磨损机制主要是挤压塑性变形。小冲砂角度条件下NM500钢磨损方式主要是犁削和塑性变形,磨损机制主要是切削磨损和变形磨损。     

激光冲击强化前处理对TiN/Ti涂层/基体疲劳性能的影响

采用磁过滤阴极真空弧技术在TC4钛合金表面沉积抗冲蚀多层梯度TiN/Ti涂层,沉积前对基体进行激光冲击强化前处理。采用原子力显微镜、纳米压痕和划痕仪表征了试件的表面形貌、基本力学性能等,对试件的疲劳性能进行了考核,并分析了疲劳断口形貌。结果表明,LSP前处理在TC4表面形成了厚度约为300μm,具有高硬度和残余压应力的硬化层。TC4合金基体的平均疲劳强度为373.8 MPa,制备TiN/Ti涂层后试件的疲劳强度为363.7 MPa,较基体略有降低。增加LSP前处理后试件的疲劳强度为411.9 MPa,较TiN/Ti涂层试件提高13.3%,较无涂层试件提高10.2%。TiN/Ti涂层可以抑制表面上的裂纹萌生并减缓其扩展速率,但在拉伸过程中发生破碎而与基体发生剥离,裂纹抑制效果有限,且涂层的破裂促进了裂纹扩展。采用LSP前处理后,TC4表面形成的硬化层增加裂纹萌生难度,且提高的结合强度可降低裂纹扩展速率。     

铝合金用ASSAB 8407钢压铸模早期断裂失效分析

对铝合金用ASSAB 8407钢压铸模断口进行宏观观察,初步推断断口的特征形貌,确定裂纹源的位置以及裂纹扩展的状态特征。采用金相显微镜及扫描电子显微镜,对失效件断口及组织进一步检测,分析断口裂纹形成和扩展机理。检测结果表明,由于基体中存在大量沿晶裂纹,材料强度大幅度降低,脆性显著增大,模具在服役过程中发生早期断裂失效。沿晶裂纹的产生是由于模具锻造过热后慢冷析出片状碳化物,材料强度显著降低。在热处理过程中,热应力及组织应力的影响,使材料基体组织产生沿晶的应力开裂裂纹。同时锻造过热使得材料强度大幅度降低,进一步促使模具表面裂纹的萌生和扩展。     

中厚板表层超细晶对止裂性能的影响

研究了返温轧制(TRRP)中厚钢板表层的组织特征及其对止裂性能的影响。力学性能测试结果表明,与传统的控轧控冷(TMCP)钢相比,TRRP钢表层的韧、塑性较好,韧脆转变温度低至-100℃,而在1/4厚度处,两者性能差异不大。显微组织分析表明,TRRP钢表层组织为等轴状铁素体晶粒+弥散分布的马氏体-奥氏体(MA)组元,晶粒等效直径约2 mm。通过数值模拟分析了TRRP工艺中间坯温度场的变化,发现中间坯冷却时,表层被冷却到相变温度以下,形成以贝氏体为主的组织,返温后轧制,表层组织发生动态再结晶形成超细晶。示波冲击测试表明,TRRP钢表层试样启裂后,载荷-位移曲线斜率绝对值(|k|)由0.66降低到0.27,与止裂相关的冲击吸收功达到44.3 J,断口表层组织有明显的塑性变形,吸收了裂纹扩展的能量,有效地抑制了裂纹扩展。晶粒取向分析表明,TRRP钢表层超细晶粒取向呈随机分布,晶界角度平均值和大角度晶界(15°)比例分别达到32.8°和69.8%,能够有效阻碍裂纹扩展。使用纳米压痕分析了实验钢的硬度,TRRP钢表层的纳米压痕硬度统计分布集中在2.0 GPa以下,组织特征为少量的硬质相弥散分布在较软的铁素体基体上,相界面处萌生的裂纹在基体中不易扩展。     

高钛耐磨钢中TiC析出行为及其对耐磨粒磨损性能的影响

针对传统低合金耐磨钢主要依靠增加其基体硬度来提高耐磨性,从而导致材料加工性能严重降低的问题,提出通过高钛微合金化及铸坯(锭)原位内生反应,在钢基体中引入超硬TiC颗粒来增强钢的耐磨性,实现了在不增加硬度的同时耐磨性大幅提高。研究发现,钢中TiC颗粒呈现出独特的"微米-亚微米-纳米"三峰分布特征。微米级TiC颗粒来源于在凝固末期发生的L→γ+TiC共晶反应,在后续热轧过程中共晶TiC逐渐实现碎化和均匀化。亚微米TiC颗粒主要是从凝固后的高温奥氏体中析出;纳米级TiC颗粒主要是在热轧过程中从形变奥氏体中析出。考察了钢中TiC含量对耐磨粒磨损性能的影响规律及微观机理,发现相对耐磨性与TiC含量大致呈线性上升的关系,认为微米级粒子对磨损犁沟的阻碍作用是耐磨性增加的主要原因。     

回火温度对颗粒增强型低合金耐磨钢组织和性能的影响

研究了不同回火温度下颗粒强化型低合金耐磨钢的微观组织、力学性能和耐磨性能,确定了最佳的回火工艺。结果表明,轧制态颗粒强化型低合金耐磨钢中均匀弥散分布着大量微米级和纳米级TiC析出。回火温度升高,基体中ε-碳化物增多,试验钢的屈服强度整体上先升高后降低,抗拉强度、硬度和冲击吸收能量逐渐降低,伸长率逐渐升高,在200 ℃低温回火时,试验钢表现出最优的综合力学性能,同时表现出最佳的三体磨料磨损性能。     

WC颗粒增强钢基复合材料的热疲劳裂纹萌生机理研究

以复合电冶熔铸技术制备的WC颗粒增强钢基复合材料为研究对象,通过热疲劳试验,研究热裂纹萌生的起因、位置和过程,并分析了热疲劳裂纹萌生的机理。结果表明:受热应力的影响,萌生裂纹需要一定的孕育期,5～10次循环后,裂纹就会萌生在缺口根部倒角圆弧与两边的切点处。增强颗粒与钢基体的热疲劳抗力间的差异,导致了裂纹萌生的间断性和不连续性,且裂纹萌生与氧化腐蚀二者互为促进、交替进行。热应力造成位错大量聚集在增强颗粒/钢基体的交界处,微孔连通就在界面处产生小裂纹,继而发展为大裂纹,由此造成增强颗粒从钢基体上脱落,最终引发断裂。     

焊接结构中疲劳裂纹形成位置与过程

研究了在交变载荷的作用下，16Mn钢焊缝中疲劳微裂纹萌生的位置及形成过程。通过透射电子显微镜及扫描电镜对疲劳后的试样进行观察及仔细分析，发现疲劳微裂纹萌生的位置主要在第二相粒子与基体的界面处、疲劳过程中形成的亚晶界处；有碳化物析出的晶界处。     

碳含量对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验法,结合SEM、EDS以及Jmat-pro热力学计算软件等研究了碳含量(0.35%和0.71%)变化对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响。结果表明:提高含碳量后,钢中析出大量细小弥散的MC型碳化物,从而使0.71%C钢的抗回火软化性能和热稳定性能均强于0.35%C钢;冷热疲劳循环1000次后,提高碳含量推迟了疲劳裂纹的萌生,当循环次数增加到2000次后,虽然0.71%C钢表面和基体的软化程度均弱于0.35%C钢,但该钢存在较多尺寸较大且呈聚集状态分布的未溶碳化物,这些碳化物在应力的作用下与基体脱离,脱离处成为裂纹扩展的通道,从而促进了疲劳裂纹萌生和扩展。     

电磁热止裂对冷锻钢力学性能影响分析

对产生圆形裂纹的45号冷锻钢进行了电磁热止裂数值模拟,分析了止裂后裂纹前缘处的温度场、热应力场及残余应力场的变化。结果表明:在止裂瞬间裂纹前缘处的金属材料达到熔点而迅速熔化,在冷却至室温过程中裂纹前缘处应力场始终处于压应力状态,对防止二次裂纹产生和阻止裂纹继续扩展具有重要作用;通过电磁热止裂实验分析表明,强化后试件断口呈现出小而均匀的韧窝;与未强化试件相比强化后试件的抗拉强度提高了14.8%,在相同电压下止裂效果与裂纹的大小成反比,但与未强化前相比止裂效果有明显提高。通过数值模拟和实验分析,验证了电磁热止裂技术对提高冷锻钢力学性能的有效性,为后续工程应用提供了参考。     

新型Cr19Ni28TiN铁镍基合金的高温蠕变行为

采用RDL100型电子高温蠕变试验机、OM、SEM、TEM分析测试了新型Cr19Ni28TiN铁镍基合金的蠕变性能。蠕变试验结果表明,当加载应力减少到250 MPa时,出现明显稳态蠕变阶段;微观组织观察显示蠕变前奥氏体基体上均匀分布着少量的析出相,在600℃、300 MPa下蠕变后晶界和晶内都弥散析出大量的细小的TiN和M23C6;晶内析出相对位错产生钉扎作用,阻碍位错的移动,同时大量位错在共格晶界附近塞积,形成位错墙,提高了合金的蠕变强度。600℃、300 MPa条件下蠕变断裂分析表明,Cr19Ni28TiN合金断口平齐,存在一些较浅的撕裂韧窝,凹坑中的第二相成为裂纹的核心。