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镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究

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材料工程 2025年第1期53卷 72-80页

作者：李林翰张继张文云田强秦鹤勇张北江钢铁研究总院有限公司高温材料研究所北京100081

针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂... 详细信息

针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂机制。结果表明,合金的夹杂物主要为氮化物。在细晶组织状态下,高温疲劳断裂机制为氮化物(单独和团簇态)起始断裂。高应变幅载荷下(≥0.9%),断裂源主要为试样表面氮化物,极少情况为表面硼化物和氧化物(Al_(2)O_(3)和MgSiO_(3)),且只有Al_(2)O_(3)导致合金过早疲劳断裂;低应变幅载荷下(<0.9%),断裂源为氮化物-解理面型,均在试样近表面/内部。两种不同的断裂方式分别导致高应变幅载荷下400℃疲劳寿命高于650℃疲劳寿命,低应变幅载荷下反之。统计发现,引起疲劳断裂的所有氮化物的尺寸全部达到/超过细晶组织平均晶粒尺寸。在粗晶组织状态下,400℃下疲劳断裂机制为准解理起始断裂。晶粒尺寸的增加极大降低了可能诱发疲劳开裂的夹杂物的有效数量,滑移诱发的解理断裂成为主导断裂机制。

关键词：镍基高温合金疲劳夹杂物氮化物断裂源

Cr-Ni-Mo-Ti马氏体时效不锈钢热锻环粗晶粒的遗传及细化

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金属热处理 2025年第1期50卷 169-173页

作者：丁雅莉高齐王敖钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院北京100081

针对Cr-Ni-Mo-Ti马氏体时效不锈钢热锻环的晶粒粗大问题,研究了锻态粗晶的遗传温度范围,确定了细化晶粒的再结晶温度(T_(re)),同时研究了重复加热/冷却的晶粒细化效应以及其对力学性能的影响。结果表明:在试验钢Af以上很宽的温度范围内... 详细信息

针对Cr-Ni-Mo-Ti马氏体时效不锈钢热锻环的晶粒粗大问题,研究了锻态粗晶的遗传温度范围,确定了细化晶粒的再结晶温度(T_(re)),同时研究了重复加热/冷却的晶粒细化效应以及其对力学性能的影响。结果表明:在试验钢Af以上很宽的温度范围内遗传锻态粗晶,950℃附近固溶处理后形成晶界完全封闭、明显细化的奥氏体晶粒,表明再结晶温度T_(re)≈950℃,进一步提高固溶温度时晶粒持续长大;略低于950℃重复加热/冷却时晶界大幅迁移形成晶界未封闭、尺寸明显细化的晶粒,在950℃重复加热/冷却仍有细化晶粒作用,但进一步提高温度重复加热/冷却时的晶粒细化作用减弱,1050℃重复加热/冷却不再有晶粒细化效果;875℃重复加热/冷却时细化晶粒能明显改善其冲击性能,但抗拉强度和屈服强度下降,表现出强度随晶粒尺寸细化而下降的现象;925℃和975℃(T_(re)附近)加热/冷却1次的强度和韧性与875℃加热/冷却3次的接近,虽然重复加热/冷却时晶粒略有细化,但力学性能无明显变化。

关键词：马氏体时效不锈钢锻态粗晶粗晶遗传再结晶重复加热/冷却

退火温度对La_(2)O_(3)强化钼铼合金的影响

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粉末冶金技术 2025年第1期43卷 71-78页

作者：任雪婷王广达周武平熊宁钢铁研究总院北京100081 安泰科技股份有限公司北京100081

钼铼合金属于高熔点、低膨胀系数的固溶强化合金,添加稀土氧化物能够细化钼铼合金晶粒,起到弥散强化的作用。采用粉末冶金技术和交叉轧制法制备钼铼(Mo-Re)合金和钼铼镧(Mo-Re-La_(2)O_(3))合金板材,并对两种合金板材进行不同温度的退... 详细信息

钼铼合金属于高熔点、低膨胀系数的固溶强化合金,添加稀土氧化物能够细化钼铼合金晶粒,起到弥散强化的作用。采用粉末冶金技术和交叉轧制法制备钼铼(Mo-Re)合金和钼铼镧(Mo-Re-La_(2)O_(3))合金板材,并对两种合金板材进行不同温度的退火热处理。通过金相显微镜和电子扫描显微镜观察了钼铼合金板材和钼铼镧合金板材在不同退火温度下合金显微组织和室温拉伸断口形貌,比较了两种合金板材的维氏硬度和室温拉伸性能。结果表明,钼铼合金的再结晶温度为1200℃左右,而钼铼镧合金的再结晶温度为1400℃,La_(2)O_(3)的加入使再结晶温度提升200℃左右;随着退火温度提高,钼铼合金和钼铼镧合金的硬度和抗拉强度显著降低,而钼铼镧合金的延伸率得以升高,最高可达27.5%。

关键词：弥散强化钼铼合金退火工艺力学性能

二次时效温度对2.1 GPa不锈钢组织及性能的影响

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钢铁 2025年第2期60卷 110-118页

作者：田帅刘振宝邱雨梁剑雄赵文宇王晓辉孙永庆王长军钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院北京100081 昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650000 钢铁研究总院有限公司北京100081

超高强度不锈钢是1种具有超高强度以及良好耐蚀性的钢种,常常作为承力结构部件应用于航空、航天、海洋等领域。单纯提高超高强度不锈钢的强度不具有实际应用价值,未来超高强度不锈钢的发展除了要求超高强度外,应兼顾钢的塑性、韧性和良... 详细信息

超高强度不锈钢是1种具有超高强度以及良好耐蚀性的钢种,常常作为承力结构部件应用于航空、航天、海洋等领域。单纯提高超高强度不锈钢的强度不具有实际应用价值,未来超高强度不锈钢的发展除了要求超高强度外,应兼顾钢的塑性、韧性和良好腐蚀性能。为了突破2.1 GPa超高强度不锈钢强韧性匹配极限,利用SEM、XRD、TEM等表征手段,结合力学性能测试的方式,研究了二次时效温度对2.1 GPa不锈钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,经过不同二次时效温度处理后,不锈钢在高位错密度的马氏体基体上弥散分布着大量纳米级第二相,这些第二相主要以M_(2)C和Laves相为主,同时,在马氏体板条界发现薄膜状奥氏体的存在。时效过程中伴随着M_(2)C和Laves相的析出、长大、粗化及奥氏体含量的升高,使得钢的强度和韧性均呈现出先升高后降低的趋势。时效温度为520℃时,钢的强韧性匹配达到最佳,相比于目前国外强度级别最高的超高强度不锈钢(Ferrium S53钢),2.1 GPa不锈钢的抗拉强度和屈服强度均提高了约200 MPa,伸长率、断面收缩率和冲击功与之相当。

关键词： 2.1 GPa不锈钢 M_(2)C相 Laves相时效温度奥氏体强韧性力学性能马氏体

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冷处理对低碳马氏体不锈钢组织性能的影响

北京理工大学学报 2025年第2期45卷 213-218页

作者：王迎春杨彬万程谷金波迟宏宵程兴旺北京理工大学材料学院北京100081 钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院北京100081

本文通过对低碳Cr-Co-Ni-Mo高合金不锈钢淬火后进行不同工艺的深冷和回火处理,并利用SEM、TEM、EBSD和XRD等组织表征方法和拉伸性能测试,研究了处理工艺对组织性能的影响.结果表明,相较于单次冷处理,二次冷处理可以促进残余奥氏体向马... 详细信息

本文通过对低碳Cr-Co-Ni-Mo高合金不锈钢淬火后进行不同工艺的深冷和回火处理,并利用SEM、TEM、EBSD和XRD等组织表征方法和拉伸性能测试,研究了处理工艺对组织性能的影响.结果表明,相较于单次冷处理,二次冷处理可以促进残余奥氏体向马氏体的转变,晶粒细化,碳化物数量增多且分布更均匀,但二次冷处理时间为2 h时,在随后回火过程中发生奥氏体逆转变,导致残余奥氏体体积分数有所增加.延长二次冷处理时间至4 h,残余奥氏体体积分数大大减小,碳化物数量增加且分布更加均匀,位错密度增加,晶粒进一步细化,显著提高了材料的强度,而且保持了良好的强塑性匹配,其中屈服强度达1573 MPa,抗拉强度达1979 MPa,延伸率为12.7%.

关键词：深冷处理马氏体不锈钢组织力学性能

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ICP-MS离轴传输透镜的仿真与优化设计

光谱学与光谱分析 2025年第3期45卷 808-815页

作者：李凯王雷王海舟王立平方哲王超刚潘高阳钢铁研究总院有限公司北京100081 钢研纳克检测技术股份有限公司北京100081

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)以其灵敏度高、检出限低等优点,是痕量元素强有力的分析手段之一。在ICP-MS仪器设计中,如何将待分析物的离子束有效引入后级质量分析器系统是一大难点。为了实现离子束的高效传输,离子束进入偏转透镜后... 详细信息

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)以其灵敏度高、检出限低等优点,是痕量元素强有力的分析手段之一。在ICP-MS仪器设计中,如何将待分析物的离子束有效引入后级质量分析器系统是一大难点。为了实现离子束的高效传输,离子束进入偏转透镜后应有较小的角度发散和能量发散,并尽可能平行射出,即在垂直方向的速度尽量为0;同时为了最大程度去除中性粒子和光子,降低背景噪声,应使垂直方向的偏转位移较大。借鉴电子光学中的静电场理论,从离子在静电场中的运动过程出发,对离子在一种偏振悬挂式离轴偏转透镜中的运动过程进行理论推导并建立模型;通过SIMION仿真软件,分别对代表低、中、高质量数的Li、In、U离子束在此偏转透镜系统中的运动进行模拟仿真,考察了电场参数加速电压U_(a)、偏转电压U_(1)、偏转电压U_(2)和机械参数L2对离子束传输的影响,该影响包括离子偏转位移s y、垂直方向速度V′y和离子通过率;结合仿真结果和设计要求给出该离轴偏转透镜的关键电场参数值和机械参数优化设计方案;根据优化设计方案,将三种设计尺寸的偏转透镜系统应用于ICP-MS仪器中,进行了背景噪声和灵敏度的对比测试以验证模拟仿真可靠性。实验结果表明,借助仿真优化后的透镜结构,背景噪声和灵敏度有明显提升,尤其是低质量数提升更为明显,背景噪声降低了约2倍,灵敏度提升了约4倍。虽然模拟仿真与实际结果有一定的误差,而整体的趋势正确,能够为实际偏转透镜系统的结构设计和电气参数优化提供指导。

关键词：电感耦合等离子体质谱仪偏转透镜 SIMION软件模拟仿真

GH4065A高温合金塑性连接过程中界面组织演变行为

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材料工程 2025年第1期53卷 99-109页

作者：苏力东孟庆琪宁永权黄烁张文云张北江西北工业大学材料学院西安710072 钢铁研究总院高温材料研究所北京100081

为了解GH4065A合金在塑性连接过程中界面组织的演变规律,在1050~1110℃,20~40 MPa和20~35 min的条件下,开展GH4065A合金塑性连接实验。通过OM,SEM,EBSD表征接头中连接区与未连接区之间的特殊位置,深入研究连接温度、保载时间、连接压力... 详细信息

为了解GH4065A合金在塑性连接过程中界面组织的演变规律,在1050~1110℃,20~40 MPa和20~35 min的条件下,开展GH4065A合金塑性连接实验。通过OM,SEM,EBSD表征接头中连接区与未连接区之间的特殊位置,深入研究连接温度、保载时间、连接压力对界面微观组织的影响规律,重点关注塑性连接时界面上再结晶晶粒的形成以及原始界面的愈合过程。结果表明:提高连接温度、压力,延长保载时间有利于实现界面愈合,但与此同时也会促进接头晶粒的粗化,在1080℃,30 MPa,30 min的参数下所得的塑性连接接头组织均匀且无明显缺陷,具有良好的冶金结合效果。在界面冶金结合形成的过程中,发生晶界弓出形核为主的非连续性动态再结晶,存在亚晶渐进性转动形核的连续性动态再结晶。随着塑性连接的持续进行,再结晶晶粒形核并向原始界面生长,从而促进界面的消除。塑性连接致冶金结合形成主要经历初始接触、形核与晶粒长大、接头形成三个阶段。

关键词： GH4065A高温合金塑性连接界面微观组织动态再结晶界面愈合

GH4730合金热变形后不同位置的显微组织演化

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热加工工艺 2025年第1期54卷 127-131页

作者：王成宇曲敬龙安腾谷雨杜金辉钢铁研究总院北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081

经过对GH4730合金多向热变形后不同位置的组织进行OM、SEM和EBSD分析,研究不同位置的微观组织演变。结果表明,其再结晶分数的变化主要取决于γ'析出相的沉淀状态和所受的实际变形量与实际温度。GH4730合金在30%变形量下热变形后,心部和... 详细信息

经过对GH4730合金多向热变形后不同位置的组织进行OM、SEM和EBSD分析,研究不同位置的微观组织演变。结果表明,其再结晶分数的变化主要取决于γ'析出相的沉淀状态和所受的实际变形量与实际温度。GH4730合金在30%变形量下热变形后,心部和R/2处实际变形量小,不足以发生完全再结晶;外缘处获得均匀的完全再结晶细晶组织,由均匀的等轴细晶、孪晶、钉扎晶界的不共格γ'析出相组成,基本没有畸变。

关键词： γ'析出相组织演变变形量不同位置

基于火焰特征提取和PSO-ELM算法的转炉碳温预测

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钢铁研究学报 2025年第02期 141-150页

作者：张强杨勇戴雨翔赵博林路钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所

转炉炉口火焰的颜色和纹理与转炉碳含量及温度存在密切的联系，通过火焰特征提取和神经网络模型预测转炉碳温为转炉终点控制提供了新的思路。基于转炉炉口火焰光谱数据集以及PSO-ELM神经网络建立了转炉碳含量及温度预测模型。针对原始... 详细信息

转炉炉口火焰的颜色和纹理与转炉碳含量及温度存在密切的联系，通过火焰特征提取和神经网络模型预测转炉碳温为转炉终点控制提供了新的思路。基于转炉炉口火焰光谱数据集以及PSO-ELM神经网络建立了转炉碳含量及温度预测模型。针对原始光谱中含有较多的噪声、杂散光等问题，采用小波算法对光谱数据集进行降噪处理。由于炉口火焰光谱数据量大，冗余信息较多，采用Skowron差别矩阵的属性约简算法从给定的2 048维波长数据中找到对决策结果具有显著影响的8个特征指标。通过计算8个特征指标的MIC系数，证明所选指标具有独立性与非共线性，避免了因为指标之间高度相关导致建模不稳定以及过拟合的风险。基于PSO-ELM算法建立了预测模型，针对ELM在初始化时随机产生输入权值和隐含层阈值的缺陷，采用粒子群算法进行了优化。通过将PSO-ELM模型应用到转炉碳温的预测中，实例验证表明该模型在碳温预测上的精度较高，预测效果良好，适用于转炉碳温预测，有较好的工程应用前景。

关键词：转炉冶炼终点控制机理模型炉口火焰识别 ELM神经网络