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30CrMnSiNi2A钢轴类零件感应热处理的数值模拟

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金属热处理 2023年第4期48卷 235-244页

作者：陈素明杨平任树锋罗贤王文博中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安710089 西北工业大学材料学院陕西西安710072

利用Comsol软件对30CrMnSiNi2A钢的感应回火进行了模拟,利用控制变量法研究了感应加热过程中电源频率、电流以及线圈的结构和尺寸参数对工件内部温度均匀性的影响。结果表明,电流强度和电源频率越大,工件在感应加热过程中的升温速率越大... 详细信息

利用Comsol软件对30CrMnSiNi2A钢的感应回火进行了模拟,利用控制变量法研究了感应加热过程中电源频率、电流以及线圈的结构和尺寸参数对工件内部温度均匀性的影响。结果表明,电流强度和电源频率越大,工件在感应加热过程中的升温速率越大,最终平衡温度越高,但其径向/轴向温差越大。线圈的匝数越多,工件的升温速率和径向/轴向温差越大,最终平衡温度越高。线圈半径的变化仅会对工件端部的升温速率产生影响,线圈半径越小,工件端部的升温速率越快,轴向温差越小。线圈截面外径和壁厚的变化对工件感应加热过程中的温度场没有影响。根据模拟结果的对比分析,提出了一种采用分段加热法与增设导磁体相结合的方法,对感应回火系统进行了优化。通过优化设计可使工件在感应加热过程中的径向温差基本消除,使轴向温差小于10℃。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢感应热处理数值模拟电源参数线圈结构温度场

火箭橇滑靴用30CrMnSiNi2A钢的静、动态力学行为

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材料热处理学报 2024年第2期45卷 164-173页

作者：闫华东赵卫星时丕顺张启洞中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200

30CrMnSiNi2A钢因其良好的塑性、韧性及抗冲击性能,已作为滑靴材料应用于高超声速火箭橇试验中。获得30CrMnSiNi2A钢宽温度域、宽应变速率范围内的本构模型是基于数值方法开展火箭橇刨削问题研究的必要条件。通过准静态压缩实验和动态... 详细信息

30CrMnSiNi2A钢因其良好的塑性、韧性及抗冲击性能,已作为滑靴材料应用于高超声速火箭橇试验中。获得30CrMnSiNi2A钢宽温度域、宽应变速率范围内的本构模型是基于数值方法开展火箭橇刨削问题研究的必要条件。通过准静态压缩实验和动态冲击实验研究了30CrMnSiNi2A钢在25~800℃温度区间、0.0005~10000 s^(-1)应变速率范围内的静、动态力学性能,分析了应变速率和温度对30CrMnSiNi2A钢流动行为的影响,讨论了该材料的应变速率敏感性和温度敏感性,并进一步利用准静态压缩实验数据与动态冲击实验数据,建立了能够考虑应变速率和温度效应的Johnson-Cook本构模型。结果表明:30CrMnSiNi2A钢的极限抗压强度并非单一地随应变速率的变化而变化,并且应变速率对极限抗压强度的影响不大;不管是承受准静态压缩还是动态冲击,30CrMnSiNi2A钢均表现出较强的热软化效应,温度敏感系数随着温度的升高而升高;Johnson-Cook本构模型能够有效预测出不同温度、不同应变速率条件下30CrMnSiNi2A钢的真实响应行为。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢火箭橇力学性能 Johnson-Cook本构模型

考虑应力三轴度影响的30CrMnSiNi2A钢韧性断裂研究

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爆炸与冲击 2021年第3期41卷 44-51页

作者：余万千郁锐崔世堂西安现代控制技术研究所陕西西安710065 中国科学技术大学近代力学系中科院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

30CrMnSiNi2A钢是一种在军工领域应用广泛的低合金高强度钢。针对结构完整性的评估问题,采用试验和数值计算结合的方法研究了30CrMnSiNi2A钢的韧性断裂特性。对光滑圆棒试件在不同温度下进行准静态和动态拉伸试验,并通过有限元迭代方法... 详细信息

30CrMnSiNi2A钢是一种在军工领域应用广泛的低合金高强度钢。针对结构完整性的评估问题,采用试验和数值计算结合的方法研究了30CrMnSiNi2A钢的韧性断裂特性。对光滑圆棒试件在不同温度下进行准静态和动态拉伸试验,并通过有限元迭代方法标定了材料的Johnson-Cook动态本构模型参数,分析了温度和应变率对30CrMnSiNi2A钢断裂行为的影响。开展了缺口圆棒拉伸、缺口平板剪切和圆柱压缩试验,计算了各试件对应的平均应力三轴度和断裂应变,给出了应力三轴度在-1/3~1.5区间内的断裂应变变化曲线,分别确定了Johnson-Cook和Bao-Wierzbicki失效模型参数。研究表明,30CrMnSiNi2A钢的断裂应变与应力状态密切相关,且在不同的应力三轴度区间内曲线单调性差异较大,Bao-Wierzbicki失效模型较好地描述了这种钢在不同应力状态下的断裂特性。

关键词：韧性断裂动态力学性能应力三轴度 30CrMnSiNi2A钢

超声冲击对30CrMnSiNi2A钢补焊接头显微组织和性能的影响

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机械工程材料 2023年第4期47卷 1-6,39页

作者：张敏张志强雷龙宇杜明科王新宝李毅西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

对30CrMnSiNi2A钢3次补焊接头焊趾区域进行超声冲击处理,通过组织观察、拉伸试验、硬度测试和残余应力测试等方法研究了超声冲击对补焊接头显微组织、力学性能和残余应力的影响。结果表明:超声冲击使得在距离补焊接头表面约100μm区域... 详细信息

对30CrMnSiNi2A钢3次补焊接头焊趾区域进行超声冲击处理,通过组织观察、拉伸试验、硬度测试和残余应力测试等方法研究了超声冲击对补焊接头显微组织、力学性能和残余应力的影响。结果表明:超声冲击使得在距离补焊接头表面约100μm区域产生晶粒细化和塑性变形;由于超声冲击影响层的厚度与补焊件相比较小,因此超声冲击对补焊接头拉伸性能的影响不大;超声冲击使得补焊接头表面的显微硬度显著提高,这与补焊接头表面产生的晶粒细化和位错运动阻力增大有关;超声冲击可将补焊接头在多次补焊过程中累积的残余拉应力转化为残余压应力。

关键词：超声冲击 30CrMnSiNi2A钢补焊显微组织力学性能

30CrMnSiNi2A钢表面激光熔覆两种高强钢粉末的对比研究

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热加工工艺 2023年第7期52卷 37-40,45页

作者：张志强胡家齐程宗辉刘世华国营芜湖机械厂安徽芜湖241000

分别在30CrMnSiNi2A钢表面激光熔覆1Cr12Ni2与AM355两种高强钢粉末,制备了熔覆1Cr12Ni2试样与熔覆AM355试样,测定了两种熔覆试样的力学性能,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪观察了熔覆试样的组织与断口形貌。结果表明:两种试样... 详细信息

分别在30CrMnSiNi2A钢表面激光熔覆1Cr12Ni2与AM355两种高强钢粉末,制备了熔覆1Cr12Ni2试样与熔覆AM355试样,测定了两种熔覆试样的力学性能,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪观察了熔覆试样的组织与断口形貌。结果表明:两种试样的熔覆层均为马氏体组织,但熔覆AM355试样中清晰可见胞状晶组织。熔覆1Cr12Ni2试样的力学性能相对较低,抗拉强度达到1300 MPa,断后伸长率为3%,冲击韧性为27 J/cm^(2)。AM355熔覆层的合金元素含量更多,固溶强化作用更明显,此外奥氏体稳定化元素镍含量更高,奥氏体量较多,塑性与韧性较好,因此熔覆AM355试样具有好的综合力学性能,抗拉强度达到1380 MPa,断后伸长率达到5%,冲击韧性达到55 J/cm^(2)。熔覆AM355试样拉伸断口的熔覆层区域为撕裂型伸长韧窝,冲击断口的熔覆层区域为局部区域起伏的小韧窝形貌,显示出了更好的塑韧性。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢激光熔覆高强钢粉末

温度循环对30CrMnSiNi2A钢力学性能的影响

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锻压技术 2023年第3期48卷 201-210页

作者：徐建新崔勇志刘兵飞中国民航大学科技处天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

运用LRP500自控式温度循环疲劳仪研究了30crmnsini2a超高强度钢在不同循环次数、不同温度区间处理后的屈服强度、抗拉强度等参数的变化规律。通过实验测试、理论计算和有限元仿真相结合的方法,研究了温度循环处理对30CrMnSiNi2A钢力学... 详细信息

运用LRP500自控式温度循环疲劳仪研究了30crmnsini2a超高强度钢在不同循环次数、不同温度区间处理后的屈服强度、抗拉强度等参数的变化规律。通过实验测试、理论计算和有限元仿真相结合的方法,研究了温度循环处理对30CrMnSiNi2A钢力学性能的影响。结果表明:温度循环处理会降低30CrMnSiNi2A钢的屈服强度和抗拉强度,且温度循环区间越高、循环次数越多,材料力学性能下降越明显。基于实验数据,给出了考虑温度区间和循环次数下30CrMnSiNi2A钢的修正本构模型和有限元数值仿真结果。结果表明:保持循环次数为100次,温度区间在上限超过100℃后,温度每增加20℃,抗拉强度衰减0.65%,屈服强度衰减1.67%;保持温度区间为10~80℃,循环次数在600次以上时,循环次数每增加100次,抗拉强度衰减0.95%,屈服强度衰减1.94%。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢温度循环本构模型屈服强度抗拉强度

焊接速度对30CrMnSiNi2A钢电子束焊接头组织和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2022年第4期51卷 1455-1461页

作者：洪敏王善林孙文君林波吴鸣张宏贺杰华永平吴承峻南昌航空大学航空构件成形与连接江西省重点实验室江西南昌330063 成都飞机工业(集团)有限责任公司四川成都610073

30CrMnSiNi2A钢由于其出色的质强比成为制造飞机起落架、襟翼的重要材料,工程应用中电子束焊的焊接速度极大地影响30CrMnSiNi2A钢的微观结构和机械性能。本实验中接头微观组织从热影响区细小等轴的回火索氏体与马氏体混合组织,转变为焊... 详细信息

30CrMnSiNi2A钢由于其出色的质强比成为制造飞机起落架、襟翼的重要材料,工程应用中电子束焊的焊接速度极大地影响30CrMnSiNi2A钢的微观结构和机械性能。本实验中接头微观组织从热影响区细小等轴的回火索氏体与马氏体混合组织,转变为焊缝区域的树枝状板条马氏体组织。显微硬度由母材向焊缝中心逐渐增高,焊缝区域显微硬度(HV0.2)最高可达6940MPa,约为母材的2倍;抗拉强度最高为842MPa,达到母材强度的96.9%。此外,随着焊接速度的提高,晶粒尺寸减小,显微硬度随之提高;但高角度晶界(HAGB)和渗碳体数量的下降对接头强度不利,使得接头抗拉强度随焊接速度提高而下降,不同焊接速度下接头断裂模式均为脆性断裂。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢电子束焊显微组织力学性能

30CrMnSiNi2A钢电子束焊接头显微组织演变及性能调控

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30CrMnSiNi2A钢电子束焊接头显微组织演变及性能调控

作者：洪敏南昌航空大学

学位级别：硕士

30CrMnSiNi2A钢作为一种低合金高强钢,因其超高的强度、耐磨性,良好的承弯和抗冲击能力,被广泛的应用在航空工程的承重结构装备之中。航空飞行器中常采用焊接手段对材料进行焊接,电子束焊接技术具备极高的能量密度,使接头可以获得较大... 详细信息

30CrMnSiNi2A钢作为一种低合金高强钢,因其超高的强度、耐磨性,良好的承弯和抗冲击能力,被广泛的应用在航空工程的承重结构装备之中。航空飞行器中常采用焊接手段对材料进行焊接,电子束焊接技术具备极高的能量密度,使接头可以获得较大的焊缝深宽比、较小的热影响区,真空环境能保护焊件免受环境气氛影响,在航空飞行器焊接方面具备独特的优势。然而,调质状态的高强度30CrMnSiNi2A钢熔焊接头很容易开裂,同时焊缝力学性能与母材性能相比显著降低。因此,如何有效解决调质30CrMnSiNi2A钢电子束焊接开裂和改善接头性能等问题是目前迫切需要研究的课题。在焊接前对试验板材进行正火+高温回火处理,使板材软化而后再进行焊接。对3mm厚30CrMnSiNi2A钢进行电子束焊接,通过优化工艺参数获得了成形良好的接头。最后对接头进行热处理,有效的调控了接头组织与性能,使得调控后的接头满足使用要求。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射仪和X射线衍射仪对热处理前后接头的形态、相组成、显微组织及织构进行表征。此外,采用室温静态拉伸试验、显微硬度试验、纳米压痕测试和数字散斑三维全场应变测量试验测试了热处理前后接头的力学性能,进一步研究分析接头断裂特征从而构建接头断裂机制。研究结果显示,30CrMnSiNi2A钢电子束焊接工艺窗口较宽,焊接工艺对接头成形有深度影响,其中焊接速度主要影响热影响区宽度,焊接束流对焊缝与热影响区宽度比影响较大,焊接时施加扫描波容易导致热影响区过宽;接头显微组织梯度较大,焊缝区域组织为马氏体和少量铁素体,马氏体板条间隙存在薄膜状的残余奥氏体,热影响区为马氏体和回火索氏体的混合组织,熔合线区域为两区域的过渡地带;接头热输入量和冷却速率会影响晶粒大小、各组织所占的比例、晶界组成和组织织构分布情况;热处理可促进接头各区域显微组织和织构均匀化,各区域皆为回火马氏体和少量铁素体,其中母材区域的铁素体相对含量较多。热处理后接头性能得到了很好的调控,接头强度为国家标准的92.7%,伸长率为国家标准的145.6%;焊态下接头薄弱环节为熔合线区域和热影响区,从熔合线区域起裂的为脆性断裂,热处理后接头均断裂在母材区域,呈现出塑性断裂特征。

关键词：电子束焊接 30CrMnSiNi2A钢显微组织焊后热处理断裂机制数字散斑三维全场应变测量

加热方式对30CrMnSiNi2A钢淬硬层组织的影响

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金属热处理 2018年第8期43卷 174-178页

作者：胡生双朱磊周越梁霄崔霞欧阳德来航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司陕西西安710089 南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063

研究了不同加热方式对30CrMnSiNi2A钢油淬表层组织的影响。结果表明：真空和气体保护炉加热油淬后钢表面光洁,盐浴加热表面出现轻微腐蚀,涂料保护空气炉加热表面存在残留涂料保护层。4种加热方式油淬后表层组织出现增、脱碳层。真空加... 详细信息

研究了不同加热方式对30CrMnSiNi2A钢油淬表层组织的影响。结果表明：真空和气体保护炉加热油淬后钢表面光洁,盐浴加热表面出现轻微腐蚀,涂料保护空气炉加热表面存在残留涂料保护层。4种加热方式油淬后表层组织出现增、脱碳层。真空加热油淬后钢表层出现厚度约为55μm的增碳层,微观组织以针状马氏体为主,其它加热油淬后出现脱碳层,微观组织以马氏体＋铁素体为主。4种加热均未出现合金元素的蒸发或烧损。真空和气体保护加热优于盐浴和涂料保护加热。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢加热方式表层组织