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中温变形对2.25Cr-1Mo-0.25V钢蠕变行为及组织演化的影响

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钢铁 2024年

作者：李尤黄淞陈志平嘉兴大学机械工程系华东理工大学机械与动力工程学院浙江大学化工机械研究所

2.25Cr-1Mo-0.25V钢制厚壁结构广泛应用于石油化工、能源电力等领域，如加氢反应器主体、核反应堆管道等。由于长期服役于高温高压环境，蠕变破坏是2.25Cr-1Mo-0.25V钢制厚壁结构最主要的失效模式之一，而中温变形作为其关键制造技术对2... 详细信息

2.25Cr-1Mo-0.25V钢制厚壁结构广泛应用于石油化工、能源电力等领域，如加氢反应器主体、核反应堆管道等。由于长期服役于高温高压环境，蠕变破坏是2.25Cr-1Mo-0.25V钢制厚壁结构最主要的失效模式之一，而中温变形作为其关键制造技术对2.25Cr-1Mo-0.25V钢的蠕变性能具有重要影响。为探明中温变形对2.25Cr-1Mo-0.25V钢蠕变性能与组织演化的作用规律，通过650 ℃拉伸预变形、482 °C/350 MPa蠕变试验、OM、SEM、TEM、EDS、EBSD、3D μ-XCT等测试手段，研究了0～10%内不同应变量的中温变形对2.25Cr-1Mo-0.25V钢蠕变断裂寿命、微观组织结构及蠕变期间碳化物、晶粒形貌、Schmid因子、空洞损伤等组织演化的影响规律。蠕变试验结果表明，中温变形会明显削弱2.25Cr-1Mo-0.25V钢的蠕变性能，且随应变量从0%增加到10%，2.25Cr-1Mo-0.25V钢的蠕变断裂寿命从989 h单调下降至57 h，降幅达95%。组织表征结果表明，中温变形会促使2.25Cr-1Mo-0.25V钢内碳化物发生粗化，且其粗化程度随应变量增加而增大。此外，中温变形也加剧2.25Cr-1Mo-0.25V钢蠕变期间的组织退化，主要表现为，482 °C/350 MPa条件下，碳化物更易长大、粗化和偏聚，晶粒硬度下降且更早出现塑性变形，空洞损伤更快发展。分析认为，中温变形加速2.25Cr-1Mo-0.25V钢蠕变失效的主要原因是其碳化物热稳定性降低，削弱了固溶强化和沉淀强化效果，同时更多软取向晶粒形成，加剧了碳化物与周围基体的塑性响应不匹配，为位错运动与蠕变空洞萌生提供有利条件。本研究可为2.25Cr-1Mo-0.25V钢制厚壁结构长期服役完整性评价提供一定的理论指导。

关键词： 2.25Cr-1Mo-0.25V钢中温变形蠕变断裂组织演化空洞损伤

TC4钛合金表面激光熔覆Ti-Mo-Al-B复合涂层的组织及摩擦磨损性能

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材料导报 2024年第12期38卷 135-140页

作者：肖华强尹星贵冯进宇肖易龚玉婷贵州大学机械工程学院贵阳550025

为了改善TC4合金的表面耐磨性能,采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备出Ti-Mo-Al-B复合涂层。分析了涂层的物相组成及微观组织结构,揭示了复合涂层的合成机理,结合其组织特征分析了涂层的硬度分布,并分析了不同载荷下涂层的摩擦磨损性能... 详细信息

为了改善TC4合金的表面耐磨性能,采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备出Ti-Mo-Al-B复合涂层。分析了涂层的物相组成及微观组织结构,揭示了复合涂层的合成机理,结合其组织特征分析了涂层的硬度分布,并分析了不同载荷下涂层的摩擦磨损性能。结果表明,复合涂层与基体之间形成了良好的冶金结合,复合涂层主要由BCC固溶体基体相、短杆状和颗粒状TiB增强相以及少量α-Ti相组成。涂层的平均硬度为648.69HV,较基体TC4合金(330HV)提升了1.97倍。涂层的磨痕表面平整且犁沟较少,在载荷为30 N时,磨损量相较TC4基体减少了11%,其磨损机制为磨粒磨损。

关键词：激光熔覆复合涂层显微组织合成机理 TC4 摩擦磨损

钢轨热处理喷风冷却超音速仿形喷嘴设计及仿真

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金属热处理 2024年第3期49卷 286-292页

作者：高明昕徐林聪汪洋杨建宋华辽宁科技大学机械工程与自动化学院辽宁鞍山114051 辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051

针对钢轨风冷淬火技术存在的冷却能力弱和冷却均匀性差的突出问题,设计了超音速仿形喷嘴(SP喷嘴),通过超音速射流提高冷却能力,通过对钢轨轨头结构的仿形提高冷却均匀性。使用数值仿真结合试验研究了SP喷嘴对钢轨换热特性的影响。结果表... 详细信息

针对钢轨风冷淬火技术存在的冷却能力弱和冷却均匀性差的突出问题,设计了超音速仿形喷嘴(SP喷嘴),通过超音速射流提高冷却能力,通过对钢轨轨头结构的仿形提高冷却均匀性。使用数值仿真结合试验研究了SP喷嘴对钢轨换热特性的影响。结果表明,SP喷嘴较现有的圆形常速喷嘴、圆形超音速喷嘴和常速仿形喷嘴的冷却能力分别提高了54.22%、13.88%和47.01%,冷却均匀性分别提高了31.11%、31.11%和6.06%。生产时,调节SP喷嘴入口压力,使高温钢轨在冷却至相变结束温度之前(约500℃)以接近但不大于其珠光体转变临界冷却速率的速率进行冷却,之后尽可能增大喷嘴入口压力,有利于在保证钢轨热处理性能的前提下提高生产效率。

关键词： U75V钢轨热处理超音速仿形喷嘴换热特性数值仿真

激光熔覆修复2A50-T6航空铝合金的组织与力学性能研究

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中国激光 2024年第16期51卷 78-89页

作者：王箫扬童照鹏任旭东江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

采用激光熔覆技术对2A50-T6航空铝合金进行了损伤修复,探究了激光工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,重点分析了修复区域气孔等冶金缺陷的形成及其对抗拉强度的影响机制。结果表明,熔覆层中的气孔主要由溶解气体形成的冶金气孔和... 详细信息

采用激光熔覆技术对2A50-T6航空铝合金进行了损伤修复,探究了激光工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,重点分析了修复区域气孔等冶金缺陷的形成及其对抗拉强度的影响机制。结果表明,熔覆层中的气孔主要由溶解气体形成的冶金气孔和金属蒸气喷射引发的工艺气孔组成。激光工艺参数是影响致密度的主要因素,最佳工艺参数为2000 W激光功率、12 mm/s扫描速度、0.8 g/min送粉速度和1.6 mm光斑直径。熔覆层主要由α-Al与Al-Si共晶构成,包含少量的Mg2Si增强相。熔覆层仅有极少量的气孔,致密性达99.96%。激光熔覆修复铝合金的抗拉强度达到基体的93.18%。

关键词： 2A50-T6铝合金激光熔覆修复显微组织气孔缺陷力学性能

大型薄壁件多点位自动化柔性支撑系统的位置优化研究

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机床与液压 2024年第1期52卷 115-120页

作者：刘淑杰张磊东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

为解决多点位柔性工装系统在夹持大型薄壁件过程中需要满足定位形变量控制问题,基于“N-2-1”定位原理,针对均布算法局限,提出一种不依赖于外部操作者就能按照自生成原理实现系统的位置优化方法,并通过有限元软件Abaqus建立了大型薄壁... 详细信息

为解决多点位柔性工装系统在夹持大型薄壁件过程中需要满足定位形变量控制问题,基于“N-2-1”定位原理,针对均布算法局限,提出一种不依赖于外部操作者就能按照自生成原理实现系统的位置优化方法,并通过有限元软件Abaqus建立了大型薄壁件多点定位数值模型,采用先整体再局部依次进行位置优化。结果表明:优化后的支撑点位布局合理,系统资源利用率高,与单一整体位置优化相比,添加局部位置优化能够以最少支撑点位使得航空薄壁件更易达到工程要求;而对于局部存在缺陷无法进行支撑,则需考虑特定情况,调整相应支承机构点沿减小工件加工变形的最敏感方向移动,在局部变形较大的地方优化支撑点的数目,使得其变形相对于初始变形量显著下降,并且吸附压力也满足工程要求。

关键词：大型薄壁件多点定位数值模型位置优化变形量

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静置工况条件下掺氢天然气浓度分布规律

天然气工业 2024年第2期44卷 145-155页

作者：李敬法宇波苏越刘翠伟李玉星北京石油化工学院机械工程学院中国石油大学(北京)机械与储运工程学院中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院

利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议。为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能... 详细信息

利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议。为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能量最小原理,推导了在重力场作用下掺氢天然气浓度分布数学模型,并采用Peng-Robinson真实气体状态方程对该数学模型进行了求解,最后研究了甲烷—氢气二元组分混合气体在4种典型场景高度和5种掺氢比下氢浓度随高度的分布规律。研究结果表明:(1)在重力影响下管道顶部和底部的氢浓度存在差异,但其受高度差的影响显著,对于米级的水平管道、几十米级的一般城镇楼宇天然气立管、百米级的高层楼宇天然气立管,氢浓度随高度变化的差异微小,可完全忽略氢分层;(2)对于千米级大落差的掺氢天然气管道,当掺氢比不超过20%时,氢分层仍可忽略,但当掺氢比很高时(例如50%)管道顶部和底部的氢浓度差将超过1%,此时需考虑工程实际情况评估能否忽略氢分层;(3)西气东输某管道考虑真实气体组成、掺氢比20%、管道落差200 m时,各气体组分的浓度随落差高度的分布规律揭示了在实际工程中此类落差高度的掺氢天然气氢分层可忽略。结论认为,对于掺混均匀的掺氢天然气在静置这种最容易发生分层的极端工况下,如果不存在千米级极端大落差和极端大掺氢比,掺氢天然气管道分层现象可完全忽略;该认识从理论上厘清了目前关于掺氢天然气分层现象的争议,对掺氢天然气管道安全输送具有重要指导意义。

关键词：掺氢天然气氢分层掺氢比能量最小原理静置工况

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TC4表面激光熔覆硬质复合涂层组织与性能

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 10-17页

作者：付宇明马顺芯刘绍峰郑立娟燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

TC4凭借比强度高、耐腐蚀性好、质量轻等一系列优点,被广泛应用于航空航天领域,但其摩擦系数大、耐磨性差等缺点极大地限制了其应用范围,针对TC4硬度低、耐磨性差等缺点,采用4 kW大功率Laser4000半导体激光器,选用过渡族难熔碳化物HfC、... 详细信息

TC4凭借比强度高、耐腐蚀性好、质量轻等一系列优点,被广泛应用于航空航天领域,但其摩擦系数大、耐磨性差等缺点极大地限制了其应用范围,针对TC4硬度低、耐磨性差等缺点,采用4 kW大功率Laser4000半导体激光器,选用过渡族难熔碳化物HfC、TaC和ZrC作为增强相,以H13钢基粉末作为基粉,利用激光熔覆技术在TC4表面制备了不同比例的钢基金属-陶瓷硬质涂层。之后利用扫描电镜(SEM)、EDS能谱仪、D/max-2500/PC型X射线衍射仪(XDR)等试验手段对不同比例涂层的宏观形貌、显微组织、物相组成和涂层元素分布等进行对比分析,利用Qness型号维氏显微硬度计测试涂层硬度并分析熔覆试样截面微观硬度变化规律,利用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了不同材料组分涂层的摩擦磨损性能,研究结果表明:试件熔覆层与基材形成了良好的冶金结合,熔覆层组织形态主要以枝晶组织以及块状组织为主,各熔覆层的主要物相中均含有TiC,随着三元陶瓷粉末含量的增加,MC的含量也随之增加,当碳化物混合粉末添加量为15%(质量分数)时,熔覆层中检测到Hf_(0.8)Ta_(0.2)Fe_(2)三元合金相。当三元陶瓷粉添含量为10%(质量分数)时,熔覆层晶粒最为细小,涂层平均硬度最高,平均硬度约为763.43 HV,是基材硬度的2.29倍,当三元陶瓷粉末含量为5%(质量分数)时涂层的耐磨性最好,相对耐磨性为25%。

关键词： TC4钛合金激光熔覆金属陶瓷涂层过渡族碳化物

一种低密度钢等温压缩时组织的演化和动态再结晶

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材料研究学报 2024年

作者：孙建李景辉黄贞益章小峰王东生刘述庆铜陵学院机械工程学院安徽工业大学冶金工程学院

对一种低密度钢Fe-29.96Mn-9.56Al-1.01C在温度为850～1100℃和应变速率为0.01～10 s-1条件下进行等温压缩，用OM、EBSD和TEM等手段对其表征并构建基于应变补偿的本构方程，研究这种钢在等温压缩过程中的组织演化和动态再结晶以及Z参数... 详细信息

对一种低密度钢Fe-29.96Mn-9.56Al-1.01C在温度为850～1100℃和应变速率为0.01～10 s-1条件下进行等温压缩，用OM、EBSD和TEM等手段对其表征并构建基于应变补偿的本构方程，研究这种钢在等温压缩过程中的组织演化和动态再结晶以及Z参数对其动态再结晶的影响。结果表明，低温和高应变速率有利于钢中生成细小的动态再结晶晶粒，但是再结晶不充分。应变速率的降低和温度的提高，可使这种钢的动态再结晶较为充分。低密度钢的动态再结晶与Z值有密切的关系。高温和低应变速率的变形条件有利于Z值较低的低密度钢发生再结晶和晶粒的长大。Z值处于中高值的低密度钢，其动态再结晶的晶粒细较小和保留原始带状组织，再结晶程度较低。在低密度钢的热变形过程中晶界取向差呈双峰结构，其主要动态再结晶机制是非连续动态再结晶，在各个热压缩条件下连续动态再结晶和几何动态再结晶的程度都比较低。

关键词：材料科学基础学科 Fe-Mn-Al-C 低密度钢等温压缩组织演化动态再结晶

道岔贝氏体钢轨轧后冷却过程的弯曲变形及微观组织演变规律

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机械工程学报 2024年第14期60卷 139-152页

作者：岑耀东陈林包喜荣李晓娜内蒙古科技大学材料与冶金学院包头014010

道岔钢轨由于具有非对称的横断面特征使其轧制、热处理、矫直等工艺非常复杂,生产难度极大。针对道岔贝氏体钢轨的平直度和残余应力兼顾问题,通过Gleeble-1500热模拟试验机测定了CCT曲线,采用扫描电镜(Scanningelectron microscope,SEM... 详细信息

道岔钢轨由于具有非对称的横断面特征使其轧制、热处理、矫直等工艺非常复杂,生产难度极大。针对道岔贝氏体钢轨的平直度和残余应力兼顾问题,通过Gleeble-1500热模拟试验机测定了CCT曲线,采用扫描电镜(Scanningelectron microscope,SEM)观察了不同冷速下的微观组织,利用有限元软件进行了相变前与相变区间控制冷却的模拟计算。结果表明,当未变形的奥氏体以0.05~1℃/s的冷速连续冷却时,随着冷速的增快,组织由粒状贝氏体逐步转变为马氏体。当变形处理的奥氏体以0.2~2℃/s的冷速连续冷却时,随着冷速的增快,组织由粒状贝氏体逐步转变为大量马氏体+少量板条贝氏体;相变区间控制冷却采用轨头表面中心冷至500℃,再由500℃冷却到300℃(钢轨表面冷速0.4℃/s),然后空冷至室温可得到的贝氏体量为35.6%,纵向最大拉应力、最大压应力及最终Y方向和Z方向的弯曲挠度均符合要求。相变前控制冷却采用轨头表面中心冷至500℃(轨头上表面及非工作侧和轨腰冷速3℃/s,轨头工作侧3.5℃/s),再由500℃空冷至室温后可得到99.3%贝氏体组织的同时,最终残余应力值及弯曲挠度均符合要求。通过控制冷却实现了减小弯曲变形度和降低矫后残余应力的目的。

关键词：道岔钢轨贝氏体控制冷却组织