低Ti含量(0～0.15%)对高强钢耐磨性的影响

针对0～0.15%不同低Ti含量高强试验钢，利用万能磨损试验机进行磨损试验，并对试验钢组织、析出相及磨损形貌进行分析。结果表明，试验钢中析出相主要为TiC,其形貌为多边形、椭圆形、长条形、圆形，尺寸有大颗粒(横截面积>100μm²)、微米级(横截面积1～100μm²)、亚微米级(横截面积<1μm²)。对耐磨性提升起主要作用的为微米级析出相，亚微米级析出相对耐磨性影响较小，大颗粒析出相对耐磨性起负作用。随着Ti含量增加，亚微米级、微米级析出相数量呈线性增加，当Ti含量≥0.10%时，出现大颗粒析出相。当Ti含量为0.10%时，试验钢板的耐磨性最好。     

淬火温度对高Ti低合金耐磨钢组织及力学性能的影响

研究了淬火温度对高Ti低合金耐磨钢组织转变、析出相和力学性能的影响,并分析了组织演变和力学性能变化的原因。结果表明:试验钢经不同温度淬火和200 ℃回火后的组织均为高位错密度板条马氏体;析出相尺寸主要为微米-亚微米-纳米三种尺度,微米级析出相呈杆棒状,亚微米以及纳米析出相呈球状,马氏体板条上分布着细小的(Ti, Mo)C析出相。随着淬火温度的升高,试验钢的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度均先升高后降低,均在920 ℃时有最大值,分别为1248 MPa、1535 MPa和434 HV,此时伸长率为10.0%。随淬火温度升高,纳米级析出相逐渐回溶,数量减少且尺寸逐渐长大,沿轧制方向被压扁拉长的原奥氏体晶粒尺寸以及马氏体板条块尺寸略有增大,但马氏体板条宽度却无明显长大。大量的弥散分布的5～10 nm的(Ti, Mo)C粒子是促进耐磨钢硬度升高的主要因素。细小的(Ti, Mo)C析出相逐渐长大以及原奥氏体晶粒的增大都不利于耐磨钢硬度的提高。     

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。     

纳米TiN复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变

本文采用XRD与SEM对纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变进行了研究,结果发现:对于缺碳体系,Mo在800℃即可以夺取TiC中的C,生成Mo2C;1 000℃时开始生成Ni2(Mo,W,Ti)4C相,其含量在1 250℃时达到最大,随着温度的进一步升高而部分分解并进入Ti(C,N)晶格,生成非化学计量的(Ti,Mo,W)(C,N),导致Ti(C,N)的相对含量升高,晶格常数减少。纳米TiN与亚微米TiN相比并没有显示出更高的烧结活性。当添加适量的C时,纳米TiN复合的Ti(C,N)基金属陶瓷与同一体系的亚微米金属陶瓷烧结过程中的相变规律基本相同。     

金属与氮复合注入对Inconel 718摩擦磨损性能的影响

为提高Inconel 718零件的抗磨损性能,采用直线式高能离子注入机对Inconel 718材料进行表面强化。利用X射线衍射仪、电子背散射衍射、X射线光电子谱、俄歇电子能谱等表征材料的组织结构、相组成和元素浓度-深度分布,采用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机检测材料的纳米硬度和摩擦磨损性能。结果表明,不同离子注入工艺对Inconel 718抗磨损性能提升具有不同效果,(N+Ti)组合注入可提升基体抗磨损性能达2.5倍以上,纳米硬度提升幅度达到36%。(N+Ti)组合注入工艺在Inconel 718表层形成非晶以及纳米级Ti Nx析出相,随注入深度增加,注入原子主要以间隙或置换形式存在于基体晶格中。     

X80管线钢成分工艺与组织性能研究

研究了不同成分及终轧温度对X80管线钢组织和性能的影响.结果表明,按照不同Cr/Mo成分比和终轧温度进行试验,试验钢均获得了优异的拉伸性能,但冲击性能稍差,成分对Rt0.5有显著影响,终轧温度对性能影响不显著；在Mo和Cr总含量不变时,随Cr含量增加,屈服强度增加,但韧性有所降低；基体组织为贝氏体,晶粒细小,晶粒度为ASTM13-14级,同时在基体上均匀分布着大量细小的M-A组元；析出相为(Nb,Ti)(C,N),数量较少,颗粒尺寸大多超过150 nm,析出强化效果不大,且其破坏基体的连续性,是导致冲击性偏差的重要原因之一.     

Ti微合金化超高强度工程机械用钢研制

在实验室研制了不同Ti、Nb含量的热轧钢板,并对钢板进行了轧后冷却试验,研究了Ti、Nb微合化和热轧工艺对钢板组织和力学性能的影响。在实验室研究基础上,采用微合金化工艺路线,通过控轧控冷工艺,终轧后层流冷却工艺(卷取温度采用590℃),成功试制了700 MPa级工程机械用钢。结果显示,试验钢的屈服强度大于700 MPa,抗拉强度大于785MPa,并具有良好的冲击性能、成形性能。试验钢的组织为铁素体+少量珠光体+微量马氏体,同时,在铁素体的基体上存在大量纳米级的弥散析出或相间析出的(Nb,Ti)(C,N)析出相,有效提高了试验钢的强度。     

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。     

三种热处理工艺对低合金耐磨钢组织和磨损性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜等研究了低合金耐磨钢经低温回火、循环热处理、一步配分热处理后的显微组织,采用磨粒磨损试验机测试其磨损质量.结果表明:试验钢经低温回火后的组织为板条马氏体加少量析出相;循环热处理的试验钢的马氏体板条消失,在原奥氏体晶界上和基体处均有碳化物析出相;淬火配分热处理的试验钢中的马氏体板条比较明显,并有少量的残留奥氏体.能谱成分分析可知,不同热处理工艺后试验钢中的微米尺寸的析出相主要是(Ti,Nb)C,球形与椭球形纳米尺寸析出相是(Ti,Nb,V,Mo)C.淬火加200℃低温回火处理的试验钢的硬度为46.5 HRC,循环热处理的试验钢的硬度最低,为31.48 HRC,淬火加一步配分热处理的试验钢的硬度为44.84 HRC.磨粒磨损实验结果表明,淬火加200℃低温回火处理后的试验钢的耐磨损性最佳,淬火加配分处理的试验钢的磨粒磨损性能与淬火加低温回火的试验钢相差不大,循环热处理的试验钢的磨粒磨损性能较差.     

WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

用真空烧结法制备了添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。研究结果表明:添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷试样均呈现出典型的"芯-环"结构,但在添加了亚微米级WC的试样中出现了"白芯-灰环"结构。同时,随着原始WC颗粒粒径的变小,其硬质相和黑色的芯相尺寸变小,而且黑色的芯相体积分数也变小。能谱分析表明,白色芯相具有与环形相相同的元素组成,但白色芯相含有较多的W和Mo元素。力学性能测试表明,添加亚微米级WC的金属陶瓷的抗弯强度要优于添加微米级WC的金属陶瓷,但硬度却偏低。     

不同成分CrMoN涂层对模具钢表面性能的影响

采用非平衡磁控溅射方法在H13钢和SDC99钢表面制备不同Mo含量的CrMoN涂层,采用HX-1000型显微硬度计、V-LUX1000型原位纳米力学测试系统测定涂层的显微硬度和纳米硬度,并通过划痕和摩擦磨损试验考察了涂层与基体的结合强度及其摩擦磨损性能。结果表明,不同Mo含量的CrMoN涂层均能明显地提高基体的承载能力和耐磨性能,其中Mo含量为20.72at%的涂层承载能力、同基体的结合力以及耐磨损性均最好,基体硬度更高的SDC99钢表面涂层性能比H13钢的更好。     

NM500耐磨钢拉伸过程中TiN的破碎机制

采用SEM、EDS、TEM和EBSD技术结合热力学理论计算研究了NM500耐磨钢中微米级TiN的析出规律、破碎机制,以及基体对破碎机制的影响。结果表明,NM500钢拉伸断裂机制为混合模式,断口面微米级TiN存在2种破碎形貌:TiN处于断口表面,自身处于撕裂脊上;TiN处于深韧窝底部。钢中Ti元素在高温液态析出,形成大量微米级TiN颗粒,在受拉应力作用时出现3种破碎机制:TiN内单条裂纹萌生并扩展至基体,TiN内单条裂纹萌生但在基体处止裂,TiN内萌生多条裂纹并在基体处止裂。NM500耐磨钢中存在高应变区与微米级TiN,且原奥氏体晶粒粗大,TiN上产生裂纹后,基体止裂能力较差,从而使裂纹极易在基体上延伸。当存在多个TiN团簇时,裂纹连成一片形成薄弱带,从而使钢的塑性变差。     

Cu的时效行为及其对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢性能的影响

研究了不同时效温度下的沉淀硬化不锈钢0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb的TEM组织、硬度和冲击韧性.结果表明:时效过程中,0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢主要以ε-Cu相析出为主.时效温度为420℃时,Cu以细小共格ε-Cu相析出,导致0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢的硬度达到峰值,而韧性最差,冲击断口以解理为主.随着时效温度增加,ε-Cu相逐步脱溶长大,基体再结晶,硬化程度逐步降低,韧性升高,冲击断口逐步过渡为全韧窝形貌.0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢的韧性主要决定于冲击裂纹扩展功.时效组织对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢冲击裂纹形成功影响较小,对裂纹扩展功有着较大影响.     

Cu的时效行为及其对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢性能的影响

研究了不同时效温度下的沉淀硬化不锈钢0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb的TEM组织、硬度和冲击韧性.结果表明时效过程中,0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢主要以ε-Cu相析出为主.时效温度为420℃时,Cu以细小共格ε-Cu相析出,导致0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢的硬度达到峰值,而韧性最差,冲击断口以解理为主.随着时效温度增加,ε-Cu相逐步脱溶长大,基体再结晶,硬化程度逐步降低,韧性升高,冲击断口逐步过渡为全韧窝形貌.0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢的韧性主要决定于冲击裂纹扩展功.时效组织对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢冲击裂纹形成功影响较小,对裂纹扩展功有着较大影响.     

超低碳微合金钢中碳氮化物的溶解行为

利用萃取复型,结合TEM和EDX技术,研究了超低碳Nb-Ti微合金钢中析出相粒子在1300℃保温后的回溶行为.结果表明,基体中存在两类析出相:一类为凝固过程中形成的比较粗大的析出相,另一类为应变诱导下产生的析出相,尺寸比较细小.凝固过程中形成的析出相中富Ti,应变诱导下的细小析出相富Nb.在1300℃回溶时应变诱导析出相不稳定,2h后基本不存在,而凝固过程中形成的析出相在回溶48 h后,还存在含Nb的(Nb,Ti)(C,N)复合相.在钢中含Ti的情况下,Nb碳氮化物的稳定性大幅提高.     

模具钢无碳化物贝氏体的相变行为及其对磨损性能的影响

研究了H13模具钢的常规马氏体(油淬火+580℃回火)和无碳化物贝氏体(300℃等温处理)的相变行为，以及显微组织对其冲击磨损性能的影响。结果表明：试验钢经贝氏体等温后形成了由板条状贝氏体铁素体和残留奥氏体组成的无碳化物贝氏体组织；贝氏体铁素体+残留奥氏体组织的冲击磨损性能在磨损后期(1.5和2.0 h)优于马氏体组织。这是由于马氏体组织容易产生微裂纹，产生大量犁削，从而导致耐磨性能降低，而无碳化物贝氏体组织在冲击磨损过程中使表层发生剧烈的塑性变形，诱导微观组织中的残留奥氏体转变成α相铁素体，能够阻止试验钢基体在冲击磨损过程中产生切削，从而提高其耐磨性。     

纳米-亚微米MoS2涂层的结构和摩擦性能

利用等离子喷沫技术在GCr15钢表面制备了纳米-亚微米MoS2固体润滑涂层。采用MHK-500型摩擦磨损试验机在油润滑条件下测试了MoS2涂层的摩擦学性能。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析了涂层的表面和断面的磨损形貌以及涂层的物相组成。结果表明，纳米-亚微米MoS2涂层的物相主要为六方的MoS2，还有少量的Mo,Mo2S3和MoO3。涂层的晶粒尺寸在100-400nm。与GCr15钢原始表面相比，纳米-亚微米MoS2涂层的减摩耐磨性有了明显的提高。摩擦系数降低近1倍，在载荷为375N的条件下，磨损量也降低近1倍。     

Ti对700 MPa级汽车大梁钢奥氏体晶粒长大的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等研究了Ti含量对700 MPa级汽车大梁钢奥氏体晶粒长大和析出相的影响。结果表明,添加Ti后的实验钢中主要析出相由单一Nb C转变为(Nb,Ti)C和Ti(C,N),随着Ti含量的增加,奥氏体晶粒得到有效细化。Thermo-calc热力学计算表明,钢中的(Nb,Ti)(C,N)和Ti(C,N)析出相析出温度比Nb C明显提高,因而能够在更高温度下稳定存在并对晶界迁移起到抑制作用。用Beck方程对奥氏体晶粒的长大行为进行了描述,并给出了晶粒长大的数学模型。随着Ti含量的增加,Beck方程的时间指数n呈现降低趋势,但晶界生长的扩散激活能反而升高。Ti的碳氮化物对晶界的钉扎和拖曳效应是晶界迁移扩散激活能升高的主要原因。     

快速凝固Mg-Si-RE(La,Ce)镁合金的微观组织及其摩擦磨损行为研究

本文利用快速凝固工艺制备了Mg-Si-RE镁合金并对其显微组织及在不同载荷下的摩擦磨损行为和磨损机制进行分析。研究发现,快速凝固Mg-Si-RE合金的显微组织主要由α-Mg基体、Mg2Si共晶相和REMg2Si2纳米稀土相组成。对摩擦系数和磨损量随载荷变化的关系曲线分析表明,Mg-Si-RE合金的摩擦磨损性能明显优于Mg-1Si基体合金,由轻微磨损转变为严重磨损时的载荷比基体合金低20N,且在高载荷时磨损量远远小于基体合金,120N时的磨损量仅为基体合金的50%。Mg-Si-RE合金的磨损机制包括氧化磨损、磨粒磨损和剥层磨损,其优异的摩擦磨损性能主要归功于析出了弥散分布与晶界和晶内的纳米稀土相。同时,稀土元素能对镁合金基体起到固溶强化作用,有效提高了Mg-Si-RE合金的摩擦磨损性能。实验还发现加入不同种类的稀土元素后,Mg-Si-RE合金表现出不同的摩擦磨损行为。     

Nb-Ti处理超低碳烘烤硬化钢的析出行为

通过物理化学相分析试验和热力学平衡计算,分析了Ti、N原子比大于1、等于1、小于1的3种Nb-Ti处理ULC-BH钢板的第二相析出规律.相分析和热力学计算结果表明,3种成分钢板析出相主要为(Ti,Nb)(C,N)、MnS,试验钢中未发现Ti4C2S2和TiS相;Ti、Nb元素的氮化物主要在A,温度以上析出,而碳化物主要在铁素体相区析出.在热轧板经卷取保温后,Nb、Ti元素接近完全析出形成M(C,N);短时退火后,M(C,N)相有少量回溶.当Ti、N原子比接近1时,N主要与Ti结合,C单独由Nb固定,有利于预估钢中固溶c含量.钢中增加酸溶铝含量有利于避免形成A120,夹杂.