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2021年 56卷 3期
刊出日期：2021-03-15
综合论述
钢铁材料
综合论述
1
李小兵, 董鑫, 邢炜伟, 陈波, 刘奎, 马颖澈
合金元素对Cr-Mo钢第二类回火脆性影响研究综述
对于一些长期在中温条件下服役的Cr-Mo钢(2.25Cr1Mo),由于钢中P、S等有害杂质元素在服役过程中不断向晶界偏聚,降低了晶界结合力,致使该类钢出现第二类回火脆性这一关键问题。为了探寻降低这类Cr-Mo钢第二类回火脆性倾向的有效方法,提高材料安全服役可靠性,从溶质元素偏聚机制出发,总结分析了合金元素晶界偏聚及改善钢第二类回火脆性的内在本质,重点归纳了几种常见元素的晶界偏聚行为及其对钢回火脆性的影响,同时还客观分析了理论计算和试验研究在阐释合金元素对晶界脆性影响存在差异的主要原因,期望能为中温用钢长期服役过程中存在的回火脆性提供一些有效控制方法,也为合金元素晶界偏聚行为的研究提供一些参考。
2021 Vol. 56 (3): 1-12 [
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13
李绍宏, 何文超, 张旭, 李东辉, 肖茂果
H13型热作模具钢表面改性技术研究进展
在工业中,模具的变形、磨损和疲劳失效普遍存在,严重影响了生产效率和产线安全。为了更好地了解和分析模具失效的原因,改善模具的性能,提高其使用寿命,通过介绍国内外H13型热作模具钢的表面改性技术及研究现状,总结了激光加热处理、热喷涂处理、化学热处理3类表面改性技术的特点及在改善热作模具钢表面性能方面的研究成果。探讨了不同表面处理工艺对该热作模具钢表面性能的影响,对不同处理技术应用于该热作模具钢表面改性的优缺点进行了分析,并对该热作模具钢表面改性技术的发展方向进行了展望。
2021 Vol. 56 (3): 13-22 [
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钢铁材料
23
王帅, 陈伟健, 赵征志, 赵小龙
临界退火中锰钢的组织性能和变形行为
为了研究临界退火中锰钢的微观组织演变规律以及组织对力学性能和变形行为的影响,对冷轧中锰钢(0.1C-7Mn-0.35Si)在570～650 ℃范围内进行了临界退火处理。研究结果表明,随着退火温度升高,双相“奥氏体+铁素体”组织逐步趋于等轴化且晶粒有粗化的趋势,并且在650 ℃时出现了马氏体组织;试验钢的抗拉强度随温度升高而增加,而伸长率和屈服强度均呈下降趋势,局部不均匀变形带随着退火温度升高逐步弱化,在620和650 ℃时完全消失;在相对较高的退火温度下,粗化的等轴奥氏体晶粒中形变诱导马氏体相变的增强和大尺寸的铁素体晶粒中动态回复的减弱,以及更高温度时马氏体的引入等,均改善了屈服阶段的加工硬化能力,从而有效减弱或抑制吕德斯带的扩展。
2021 Vol. 56 (3): 23-28 [
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29
张波, 孟利, 张宁, 何承绪, 马光, 胡卓超
退火温度对超薄取向硅钢织构及磁性能的影响
为了研究中/高频用超薄取向硅钢制备工艺中退火温度对组织、织构及磁性能的影响,以商用0.27 mm规格无底层取向硅钢成品板为原料采用初次再结晶法制备了0.08 mm厚的超薄取向硅钢。系统研究了800~1 000 ℃温度范围内退火对超薄取向硅钢退火组织、织构及磁性能的影响。结果表明,过渡带中的η取向({0
kl
}<100>)与相邻形变基体呈大角度取向差晶界,再结晶开始时,η取向组分优先在过渡带边界“弓出”形核;随着退火温度升高,再结晶平均晶粒尺寸增大,{114}<481>等非η取向晶粒尺寸优势愈发明显,η组分体积占比降低,晶粒尺寸均匀性变差;稍低温退火时超薄取向硅钢综合磁性能较好,退火温度为800 ℃时,磁感应强度
B
800
=1.82 T,铁损
P
1.5/400
=11.66 W/kg,获得本试验条件下最佳综合中频磁性能。
2021 Vol. 56 (3): 29-33 [
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34
庞阳, 邹德宁, 吕香, 李苗苗, 闫星宇
锰对高氮超级马氏体不锈钢组织与性能的影响
为了进一步提高超级马氏体不锈钢的强塑性能和优良耐腐蚀能力,在实验室条件下研发制备了氮质量分数为0.35%、锰质量分数分别为0.4%和2.0%的2种新型超级马氏体不锈钢试料,并采用淬火-配分的工艺对其进行处理;借助万能试验机、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射等方法对试验钢的微观组织和力学性能进行表征测试。研究表明,2种试验钢经一定制度的淬火-配分处理后,力学性能相比典型超级马氏体不锈钢均有显著提升;同时发现锰元素含量对试验钢强塑性能影响显著,锰质量分数由0.4%提升到2.0%时,试验钢的抗拉强度和伸长率分别由1 690 MPa、15.2%改变为1 215 MPa、35.1%,均突破了传统超级马氏体不锈钢的强塑性能指标;分析认为强塑性显著提升的原因是氮-锰元素协同作用使淬火-配分后残余奥氏体含量增加显著,并伴随纳米级逆变奥氏体和氮化物析出所致。
2021 Vol. 56 (3): 34-40 [
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41
杨跃标, 李宗强, 邓深, 樊雷, 刘清友, 赵征志
热轧钛微合金化高强钢低温冲击韧性的控制
为了解决热轧钛微合金化高强钢低温冲击韧性差的问题,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪等设备并结合热力学及动力学计算,从冲击断口的形貌、TiN第二相、金相组织方面进了原因分析。分析结果表明,造成试验钢低温冲击韧性差的主要原因为钢中存在大颗粒TiN第二相,钢中珠光体带状组织严重及尺寸分布不均以及两者中大颗粒TiN的影响作用更为显著。通过增加KR铁水脱硫及RH精炼工序,提高连铸二冷强度,降低钢中的碳、氮质量分数等优化措施,减小了大颗粒TiN的尺寸、降低了钢中珠光体带组织等级并提高铁素体等软相组织体积分数和组织均匀性,使钛微合金化高强钢的低温冲击韧性得到了显著改善,合格率提升至100%。
2021 Vol. 56 (3): 41-50 [
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51
周任远, 朱丽慧, 柯志刚, 李世贤, 翟国丽, 宋明
回火温度对改进型T23钢冲击吸收功的影响
T23钢较高的再热裂纹敏感性严重危害了超超临界火电厂的安全运行。前期通过成分改进得到的改进型T23钢再热裂纹敏感性得到了较大的改善,但冲击吸收功较低。为了提高改进型T23钢的冲击吸收功,研究了回火温度对改进型T23钢显微组织、硬度和冲击吸收功的影响。测量改进型T23钢750~810 ℃回火后的硬度和冲击吸收功,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析显微组织。结果表明,随着回火温度升高,改进型T23钢硬度不断降低,冲击吸收功先升高后降低并在790 ℃回火后达到最大值。回火过程中基体组织软化、M-A组元分解和贝氏体板条宽化是造成改进型T23钢硬度不断下降的主要原因。与750 ℃回火相比,改进型T23钢790 ℃回火后的大尺寸M-A组元数量少且尺寸小,晶界仍存在一些尺寸较小的M
23
C
6
相,且贝氏体板条宽化程度较小,有效阻碍了裂纹的扩展,冲击吸收功最高。回火温度提高到810 ℃,小尺寸的M-A组元数量减少且M
23
C
6
相大量溶解,特别是贝氏体板条的严重宽化降低了对裂纹扩展的阻碍作用,冲击吸收功下降。
2021 Vol. 56 (3): 51-57 [
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58
林鹏飞, 杨忠民, 陈颖, 李昭东
耐候钢锈层及其稳定化处理现状
耐候钢具有良好的耐大气腐蚀性,但是稳定化锈层形成较慢,在耐候钢使用前对表面进行预处理,可以缩短锈层稳定化形成时间和防止锈液流挂。简要概述了国内外耐候钢的发展情况,以及耐候钢稳定化锈层的形成过程和锈层的组成与结构,分为以γ-FeOOH为主的疏松外锈层和以α-FeOOH为主的致密内锈层;介绍了表面锈层保护机理,包括物理阻隔、阳极钝化保护、缓蚀剂保护和离子选择性渗透保护;为了探究耐候钢最佳使用方式,综述了当前耐候钢的使用方法,主要分为裸露、涂装以及锈层稳定化处理后使用,提出了耐候钢锈层稳定化处理的技术要点,即选择合适的成膜材料和促进α-FeOOH形成的促进剂,并展望了今后锈层稳定化处理技术应用和发展方向。
2021 Vol. 56 (3): 58-65 [
摘要
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66
宁小智, 邢长军, 雍歧龙, 吴林
氮含量对高氮不锈钢硬化和软化特性的影响
为了研究高氮奥氏体不锈钢的加工硬化和退火软化的现象,设计并冶炼了氮质量分数为0.02%～1.20%的无镍奥氏体不锈钢,通过力学性能测试、SEM、EBSD等显微组织观察,分析氮含量对加工硬化和退火软化影响机理。结果表明,氮元素的添加大幅提升了加工硬化速率,氮质量分数从0增加到1.2%,加工硬化率提高了7.06 MPa/%。氮能够促进再结晶形核,有效细化晶粒尺寸,氮质量分数为0.4%～1.2%时晶粒细化达60%,但会阻碍晶粒动态回复。
2021 Vol. 56 (3): 66-70 [
摘要
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71
张英波, 邹德宁, 王泉生, 张晓明, 李雨浓
硅对铁素体耐热不锈钢组织与性能的影响
18Cr-Al-Si铁素体耐热不锈钢作为一种结构连接件的新型材料,主要应用于超(超)临界火力发电领域。为了明确硅含量对该钢组织和性能的影响,以18Cr-Al-Si铁素体耐热不锈钢为成分基础,施以添加2组不同成分的硅含量,通过室温拉伸和高温氧化等试验方法,同时借助金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段,对不同硅含量试验钢组织和性能进行了系统分析。结果表明,硅含量的增加会细化铁素体的晶粒尺寸并增加M
23
C
6
碳化物的数量,试验钢的抗拉强度和屈服强度升高,伸长率下降,断裂方式由韧性断裂向韧-脆混合型断裂方式转变;1.35Si试验钢氧化增重较大,因其钢中析出的M
23
C
6
碳化物较多,减少了固溶于基体及形成氧化膜的Cr含量,降低了其抗高温氧化性。
2021 Vol. 56 (3): 71-76 [
摘要
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77
韩赟, 邱木生, 邹英, 王刚
高塑性应变比Ti-IF钢组织性能及析出相
为了研究热轧及成品析出相对Ti-IF钢塑性应变比的影响,采用热力学计算结合万能试验机、透射电镜、能谱仪及电子背散射衍射分析手段,研究了两种Ti-IF钢在不同热轧加热温度下碳化物在热轧及镀锌退火过程中的析出行为。结果表明,随着热轧加热温度的降低,热轧卷析出相尺寸不断增大,Ti
4
C
2
S
2
及其与Cu
2
S复合析出相尺寸由50～100 nm增加到100～200 nm,析出相主要呈球形或椭球形以胞状或连续链状形态分布。随着硫含量的降低,1 230 ℃高温加热热轧卷中含有较多尺寸为10～20 nm细小TiC析出相,同时在镀锌退火后得以保留,而在较高硫含量时热轧卷或镀锌卷中却很少发现TiC粒子析出,即在较高硫含量时可析出更多的粗大Ti
4
C
2
S
2
并抑制细小TiC析出及长大。较高硫含量镀锌卷{111}面织构比例分别达到87.5%以上,在力学性能上表现出更高的塑性应变比。
2021 Vol. 56 (3): 77-83 [
摘要
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241
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84
王红涛, 田勇, 叶其斌, 王昭东, 王国栋
超大型集装箱船用特厚止裂钢的发展
超大型集装箱船用特厚止裂钢板由于优异的止裂韧性,能够显著减小复杂交变应力对甲板上部大开口部位形成的安全威胁。通过系统总结止裂韧性的评价体系、对比分析国内外超大型集装箱船舶的发展趋势和特厚止裂钢板的生产状况,综述了超大型集装箱船用特厚止裂钢板的显微组织特征和有可能实施的生产工艺。全厚度细小的等轴铁素体、多边形铁素体配合有限的细化贝氏体及心部γ线上的织构强化是改善特厚钢板止裂韧性的关键。东北大学提出的NEU-Rolling控轧工艺能够解决TMCP态特厚止裂钢板的生产难题。
2021 Vol. 56 (3): 84-91 [
摘要
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92
刘东升, 程丙贵, 罗咪, 曲锦波
特厚EH47止裂钢板及焊接热影响区的组织性能
为开发大型集装箱船用特厚EH47止裂钢板,提出了一种低碳微合金MnCrNiCu钢,研究了其变形奥氏体连续冷却相变规律,使用控轧控冷工艺(TMCP)试制出最大厚度为85 mm特厚EH47级钢板,使用埋弧焊(SMA)和药芯焊丝气保焊(FCAW)技术对最厚钢板进行焊接试验,研究钢板和焊接接头的显微组织和性能。通过系列V缺口Charpy(CVN)示波冲击试验研究钢板的韧脆转变行为,获得各部位的韧脆转变温度(DBTT)及其解理断裂强度
σ
f
;测试了钢板及热影响区粗晶区(CGHAZ)全厚度截面的组织和CVN韧性,测试了-10 ℃的裂纹张开位移(CTOD)及其启裂韧性(
K
c
);通过系列温度梯度宽板双重拉伸(DT)试验,获得了钢板的止裂韧性(
K
ca
)与温度之间的关系。结果表明,钢板的显微组织由铁素体(PF)、针状铁素体(AF)和弥散分布的马氏体奥氏体(MA)组成;随着精轧压下率和冷却速率逐渐提高,大角度晶界分数逐渐增大,DBTT随之降低;CVN试样和DT试样具有相同的解理断裂临界事件;FCAW CGHAZ由粒状贝氏体(GB)+MA组元为主,SMA CGHAZ由AF+准多边形铁素体(QPF)+MA组元为主,前者
K
c
低于后者,更容易萌生解理断裂;钢板-10 ℃的
K
ca
为7 140 N/mm
3/2
,具备止裂性能。
2021 Vol. 56 (3): 92-102 [
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103
孙满意, 谭毅, 王以霖, 庄辛鹏, 张峰, 王轶农
电子束熔炼对高速钢碳化物的影响
细小而弥散分布的碳化物是高速钢优良性能的保证,但复杂的合金成分导致铸态高速钢中碳化物粗大、偏析严重。为了探究电子束熔炼对铸态高速钢的影响,改善高速钢中的组织及碳化物状态,采用电子束熔炼技术制备M35高速钢,并对其成分、组织等进行了表征。结果表明, EBM-M35高速钢中平均枝晶间距为20 μm,碳化物尺寸细小,在组织中均匀分布,主要类型为MC和M
2
C,且M
2
C型碳化物由层片状向纤维状转变。对铸态EBM-M35高速钢热处理时发现,在1 180 ℃,保温30 min后碳化物断裂球化,达到细化碳化物、使碳化物在组织中弥散分布的效果,并且可以利用较低的热处理温度或较短的保温时间完成碳化物的优化。为铸态高速钢后续锻造、轧制等变形细化提供更优异的组织基础。
2021 Vol. 56 (3): 103-110 [
摘要
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111
王萍, 黄华钦, 李翔, 谢谦, 侯清宇, 黄贞益
锻态奥氏体基低密度钢的低温高速冲击力学行为
为了评价锻态奥氏体基低密度钢在低温环境下抵抗高速冲击能力的大小,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对尺寸为
ø
3.94 mm×2.88 mm的锻态奥氏体基低密度钢Fe-28.13Mn-10.04Al-1.05C(Mn28Al10)试样在-50 ℃下进行了工程应变速率约为4 300 s
-1
的低温高速冲击压缩试验,研究了该钢在上述试验条件下的低温高速冲击力学行为。试验结果表明,被冲试样在低温高速冲击过程中先后经历了约18 μs的压缩弹性变形、约110 μs的压缩塑性变形、约20 μs的拉伸塑性变形和断裂。被冲试样断裂前所吸收的塑性功约为1 558 J/cm
3
,绝热温升约为178 ℃。被冲试样的应力-应变曲线呈现出典型的应变强化特征,绝热温升的存在使得应力-应变曲线出现了波浪形起伏现象。低温高速冲击试样被冲断成以压缩塑性变形所致断裂和拉伸塑性变形所致断裂的3个断块,断口呈现出明显的压缩区和拉伸区,均属于以韧窝为特征的韧性断裂。压缩区和拉伸区附近的亚结构均为高密度可动位错,压缩变形区的位错密度比拉伸变形区低,而压缩变形区的高密度位错区的长度和宽度比拉伸变形区大。锻态Mn28Al10低密度钢在-50 ℃和工程应变率约4 300 s
-1
下的变形机制是位错滑移。
2021 Vol. 56 (3): 111-119 [
摘要
] (
278
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756
)
120
孙振铎, 侯东勃, 李伟, 张明洋
缺口对渗氮CrNiW钢超高周疲劳特性的影响
为了研究缺口敏感性对渗氮CrNiW钢疲劳特性的影响,设计了一种光滑试样和两种缺口试样(应力集中系数
K
t
=1.20、1.55),开展了渗氮CrNiW钢的超高周疲劳试验,使用SEM观测疲劳断口的微观结构,分析了疲劳缺口系数
K
f
、疲劳敏感系数
q
和循环周次
N
f
之间的关系。结果表明,渗氮对钢材疲劳性能的提升不大,光滑试样和
K
t
=1.20的缺口试样存在表面和内部两种起裂模式,诱发内部起裂的缺陷均位于内部非渗氮区,
K
t
=1.55时发现一种新的渗氮层内不均匀基体组织诱发的失效模式。光滑试样未出现双重
S-N
特性,
K
t
=1.20时
S-N
曲线出现表面与内部起裂双重
S
-
N
特性,
K
t
=1.55时出现短寿命区和超高周寿命区表面起裂双重
S
-
N
特性。随着
K
t
的增大,多个内部缺陷同时萌生裂纹的现象被单裂纹源诱发失效的现象取代,并且诱发失效的内部缺陷位置呈现向试样表面靠近的趋势,鱼眼形状呈近似横向扁形→圆形→纵向椭圆形变化。缺口应力集中对表面起裂疲劳寿命影响较大,对内部起裂疲劳寿命影响很小。
2021 Vol. 56 (3): 120-129 [
摘要
] (
235
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642
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130
张雄, 余伟, 王云龙
38MnSiVS非调质钢的相变模型
对于热轧非调质钢棒材,轧后相变组织对最终产品的力学性能有着重要影响。为了准确预测38MnSiVS非调质钢棒材热轧后的组织演变和性能,利用热膨胀与定量金相方法,在Gleeble-3500热模拟机及Dil805淬火变形膨胀仪上分别测定了试验钢动态连续冷却转变(CCT)和动态等温转变(TTT)曲线。研究分析了冷却速率对试验钢相变及珠光体片层间距的影响,基于Esake and Pietrzyk和Zener and Hillert模型,分别建立了铁素体晶粒尺寸d
α
、珠光体片层间距
S
P
关系式。结合动态等温转变曲线数据和Scheil叠加原理对铁素体体积分数进行了理论计算,为实际热轧生产中的组织性能控制提供理论依据。
2021 Vol. 56 (3): 130-136 [
摘要
] (
312
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754
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137
夏勇, 沈厚发, 刘华松, 王璞, 唐海燕, 张家泉
Fe-C合金凝固枝晶形貌及特性参数的相场模拟
为了实现对合金凝固过程中枝晶形态的定量表征、揭示凝固前沿溶质分布与过冷度对微观偏析的影响,进而实现对凝固枝晶间液相渗透率的量化研究,采用相场模型探讨了Fe-0.5％C合金凝固过程中的显微组织和特征参数,并引入分形维数和无量纲周长定量分析了枝晶形貌、微观偏析和其糊状区的渗透性。结果表明,分形维数和无量纲周长可用于定量描述枝晶形态的复杂性。当过冷度从20增加到27 K时,分形维数从1.28增加到 1.791,无量纲周长从2.39增加到12.6;随着过冷度的增加,枝晶中心轴和固/液界面的溶质浓度均增加,并且枝晶尖端的扩散层厚度减小,即枝晶之间的偏析率增大。此外,利用分形维数和无量纲周长作为凝固过程中枝晶曲折因子实现了凝固过程枝晶间糊状区渗透率的量化计算。其中,与分形维数相比,利用无量纲周长作为曲折因子估测的渗透率与试验结果更为吻合,其在不同过冷度下数值为1.36×10
-15
~1.75×10
-13
m
2
。
2021 Vol. 56 (3): 137-145 [
摘要
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222
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631
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146
谢毓敏, 宋明明, 门超奇, 朱航宇, 马国军, 薛正良
钙处理对稀土在大线能量焊接HAZ中作用的影响
为了探明钙处理对稀土改善C-Mn钢焊接HAZ韧性作用的影响,利用Gleeble模拟了热输入为339 kJ/cm的焊接热循环过程,对比研究了稀土处理钢和Ca-稀土处理钢焊接HAZ中夹杂物、显微组织和低温冲击韧性差异,分析了钙对稀土在HAZ中作用的影响规律,发现钙处理能促进稀土改善HAZ低温冲击韧性。钙能使稀土处理钢HAZ中的夹杂物从稀土氧化物复合夹杂转变为稀土-Ca的复合夹杂,平均尺寸从1.5增大到2.2 μm,长宽比从1.5减小到1.4,夹杂物总量降低。虽然钙对稀土处理钢HAZ中晶内针状铁素体的含量影响不大,但钙能增强稀土对HAZ原奥氏体晶粒粗化的抑制作用,Ca-稀土处理钢HAZ原奥氏体晶粒尺寸比稀土处理钢小。热输入为339 kJ/cm时,钙处理能使稀土处理钢HAZ低温冲击韧性明显提高。
2021 Vol. 56 (3): 146-153 [
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154
金贺荣, 张钊瑞, 韩民峰, 宜亚丽, 赵丁选
镍夹层厚度对316L/EH40复合界面特性影响
为了探究夹层厚度对复合材料组织及性能的影响规律,设定了4种带不同厚度镍夹层(0.05、0.10、0.15、0.20 mm)的复合试样,在相同条件下进行相同厚度试件的热压缩试验,通过金相显微分析技术对压缩后样件结合界面的微观组织进行分析、通过能谱分析对结合界面元素扩散情况进行分析,通过显微硬度测试对结合界面力学性能进行测试以及通过拉伸试验对材料的拉伸性能进行检测。对比研究发现,镍夹层厚度越大,结合界面越平滑,同时对碳、铬等元素扩散的阻隔效果越好,在厚度达到一定程度时,继续增大夹层厚度会使板材的力学性能下降;0.05 mm厚的镍层附近硬度值出现明显突变,其余3种厚度的夹层附近硬度值变化趋势大体相同;其中,0.10 mm厚的镍夹层一方面可以很好地阻隔元素扩散行为,另一方面也可以保证材料界面处的优良的拉伸性能(512 MPa)。
2021 Vol. 56 (3): 154-163 [
摘要
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230
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520
)
钢铁
编辑部公告
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中国科协全国学会学术出版道德公约
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公告：《钢铁》2018—2019年论文电子版已全文上网（附下载方式）
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《钢铁》杂志2019年“先进炼钢-连铸工艺与装备”专刊征稿通知
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热烈庆祝《钢铁》杂志被评为“2014中国国际影响力优秀学术期刊”
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《钢铁》创刊60周年纪念特刊征订
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