摘要:止推环是轴类零件轴向定位的核心部件,服役过程中需承受轴向力、限制轴位移并保障油膜构建,但易因端面剧烈摩擦出现磨损与烧蚀,频繁更换会增加运维成本,提升其表面硬度是增强耐磨性能、延长寿命的关键途径。42CrMo钢因高强度、高韧性等优势广泛用于止推环制造,但表面硬度低、耐磨性差,亟需通过表面强化技术改进。等离子熔覆技术成本低、效率高,能制备高结合强度的熔覆层且便于修复失效零件,W6Mo5Cr4V2高速钢具备高韧性、优异的耐磨性,二者结合具有良好应用前景。以42CrMo钢止推环为基底,等离子熔覆两层W6Mo5Cr4V2高速钢,再经550℃×1h一次、二次回火热处理,测试分析其微观组织、物相、元素分布及硬度。结果显示:熔覆层含α-Fe、α'-Fe及多种碳化物,回火后碳化物尺寸与体积密度提升,且弥散析出颗粒状碳化物;熔覆层硬度显著高于基底,二次回火后硬度达64.3HRC(增幅142%),为止推环在高摩擦工况下延长寿命设计提供了可参考的技术方案。
摘要:表面感应淬火可提升高速列车车轴表面抗微动、耐冲击能力,全面提升车轴疲劳强度并延长剩余寿命,同时可减少车轴重量,实现轻量化设计。车轴表面感应淬火工艺需根据车轴几何尺寸、服役工况进行全寿命周期服役适用性设计,表面感应淬火的实现方法与过程也是重要的环节。高速列车车轴不同部位载荷模式与失效机理存在差异,表面存在多种尺寸的倒角与圆弧等不规则几何外形,感应器设计是保证高速列车车轴表面感应淬火质量、效率与能耗比的必要手段。根据某型号高速列车车轴进行感应器设计,包括两类扫描式感应器(多匝线圈、单匝异形线圈)与整体淬火感应器,介绍了每种感应器的设计方法,对比分析其优缺点,结合全尺寸车轴表面感应淬火试验对感应器设计进行了验证。感应器设计与优化旨在为我国高速列车车轴表面感应淬火技术与装备自主化提供经济、高效的技术方案,提升我国高速列车装备制造的核心竞争力,以科技创新推动高速列车关键部件制造与全寿命周期服役的低碳、绿色发展。
摘要:采用真空感应熔炼制备了P含量分别为0.002%和0.017%的GH4706合金,通过热处理工艺设计,使P含量为0.017%的合金中析出磷化物,研究了P元素以磷化物形式存在时对合金显微组织与持久性能的影响。研究表明:0.002%P合金中仅有少量晶界析出η相;0.017%P合金中晶界η相数量显著增加,形貌以块状、颗粒状及长针状为主,且尺寸更大;P通过与Nb、Ti在晶界共偏聚促进η相析出。在650℃/690MPa持久试验条件下,合金晶界优先于晶内断裂,晶界成为持久裂纹萌生和扩展的主要途径。晶界η相可缓解应力集中,阻碍沿晶裂纹萌生和扩展。因此,相较于0.002%P合金,添加0.017%P使合金持久寿命提高了130.1%,持久伸长率提高了46.9%。
摘要:为研究20CrNiMo钢渗碳齿轮在不同应力比下的疲劳性能,采用疲劳试验机分别在0.50、0.33和0.25应力比下对渗碳齿轮进行弯曲疲劳试验。研究表明:20CrNiMo钢渗碳齿轮断裂主要发生在齿根部位,裂纹以穿晶断裂为主,且随应力比减小,裂纹扩展速率逐渐增大。齿轮疲劳寿命随应力比减小而降低,当应力比为0.50,齿轮疲劳寿命最大。
摘要:焊接过程中产生的残余拉应力会显著降低接头的疲劳寿命,随退火温度升高,残余应力逐渐松弛,位错重组和晶界滑移加剧,残余应力大幅降低,从而减少疲劳裂纹萌生倾向。但过高的退火温度会导致晶粒异常长大,反而降低疲劳强度。因此,研究不同退火温度对镍基合金焊接接头疲劳性能的影响。针对厚度为6mm的N06200镍基合金板材,分别设定650℃(低温)、800℃(中温)、950℃(高温)3个梯度的退火温度,制备焊接接头试样,分别对不同退火温度试样的基础性能与疲劳性能进行测试。结果表明:在基础性能层面,低温退火的N06200-650试样显微硬度较低,而中温退火的N06200-800试样与高温退火N06200-950试样则均达到较高硬度。疲劳测试表明:950℃高温退火试样的疲劳寿命较其他两组明显更长。在疲劳裂纹扩展特性上,N06200-950试样裂纹扩展速率最慢,仅从 5×10-6 mm/cycle增长至 1×10-4 mm/cycle。因此,可选用950℃作为镍基合金焊接接头退火温度。
摘要:激光焊受多物理场耦合及材料非线性响应影响,构建的焊缝响应面模型难以表征复杂的热-力-冶金耦合行为,影响模型对实际焊接过程的精确表达,无法为其参数优化提供反馈,参数组合难以达到最优,导致焊接效果不佳。为此,提出风力发电机组叶片结构裂纹激光焊工艺参数优化研究。利用有限元模型模拟激光焊接过程中的应力、温度及变形,为后续步骤提供物理场数据;基于有限元模拟结果,通过灰色关联分析构建焊缝响应面模型,表征工艺实际焊接情况;以最小化焊缝缺陷率、最大化焊缝强度为目标构建参数优化函数,采用基于混沌搜索策略的鲸鱼优化算法(CWOA)进行工艺参数的优化迭代,使响应达到最优的风力发电机组叶片结构裂纹激光焊工艺参数组合。结果表明:所提方法能有效优化激光焊工艺参数,大幅提高裂纹焊接质量,降低缺陷率,应用效果较好。
摘要:对45mm厚TC4钛合金开展激光窄间隙填丝焊接,采用OM、SEM和TEM等方法对焊接接头显微组织进行了精细表征,同时对显微硬度进行了测试与分析。结果表明:45mm大厚度TC4超窄间隙焊接可获得无缺陷的焊接接头。打底自熔焊道,焊缝为粗大的等轴晶,晶内为网篮编织的针状α'相;热影响区粗晶区为联生结晶的柱状晶,晶内针状α'相更为细小;相比于母材,热影响区细晶区晶粒略有长大,α相尺寸和母材相当。填充焊道,焊缝为相互交织的层片状α'相,热影响区粗晶区为细小的等轴晶,晶内α'相片层长大显著;热影响区细晶区α相尺寸比母材长大明显,相界模糊。焊接接头显微硬度热影响区最高,为340~350HV0.2;母材最低,为280~300HV0.2,其中自熔焊缝显微硬度高于填充焊缝。
摘要:以轨道车辆用枕梁为载体,针对不同板厚对-搭接接头采用不同规格的搅拌头,深入研究搅拌头形貌、焊接参数、焊接偏移量对界面曲钩缺陷成形的影响。研究表明:搅拌头端部倒角后能够使界面曲钩尺寸减小,甚至会改变界面曲钩的方向;搅拌头针长变短,界面曲钩尺寸会增大,该因素对界面曲钩尺寸影响最大;随焊接速度的增大,界面曲钩尺寸有减小的趋势,但旋转速度对界面曲钩尺寸几乎不产生明显影响;相同焊接条件时,偏置量不大,界面曲钩尺寸有所减小,但偏置量过大时,会造成界面曲钩尺寸急剧增大。通过控制搅拌头针长、形貌及参数,可获得对-搭接接头合格的焊接工艺窗口。
摘要:采用激光自熔焊实现了10mm厚TA5钛合金的焊接,并探究了激光焊接头显微组织与力学性能间的联系。研究表明:激光自熔焊可实现TA5钛合金的高质量焊接,焊缝表面成形连续均匀,内部无气孔、裂纹和夹杂等明显缺陷;母材组织为细小均匀的等轴α相和点状晶间β相,焊缝中心主要为粗大的β柱状晶,晶内为细小交叉分布的针状马氏体;粗晶区组织主要由初生块状α相和针状马氏体α'相组成,细晶区组织主要由等轴α相、少量的针状马氏体α'相和残余β相组成;拉伸断裂发生在远离焊缝的母材区,这与针状马氏体的形成有直接的联系,抗拉强度平均值为783MPa;激光焊接头焊缝处的显微硬度最高,总体分布呈“马鞍形”。
摘要:针对风电塔筒中厚板多层多道焊接过程中焊缝偏差识别精度差、摆动控制自适应差等问题,采用四丝窄间隙埋弧焊焊接过程特征信息提取和建模、电弧和激光视觉传感复合焊缝跟踪、埋弧焊跟踪及闭环实时控制等理论分析、仿真计算、试验验证、环境构建及超大型风电塔架实际生产应用(建设海上超大型、高可靠性风电塔架)等多环节相结合的方法开展了本项目的研究工作,具体研究了免示教的全自动四丝埋弧焊焊缝自动跟踪技术;能实时补偿因焊接参数变化的数学模型;电弧和视觉双传感器。通过对80mm厚的Q420MC钢板进行四丝埋弧焊试验验证,结果表明:焊缝表面成形均匀,宏观金相无裂纹、夹杂等缺陷,效率提升300%,无损检测合格率为100%,为风电塔筒结构的智能制造提供了有效的技术支撑。
摘要:使用AgCuTi活性钎料成功实现了碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)复合材料与GH4169镍基高温合金的钎焊连接,研究了钎焊温度对接头界面微观组织和力学性能的影响,分析了连接机理。接头典型的界面结构为GH4169//(Ni,Cu)-Ti//Cu(s,s)+Ag(s,s)//TiC//SiCf/SiC。研究表明:随着钎焊温度升高,接头焊缝和界面处微观组织的物相组成基本不变,TiC层厚度随钎焊温度提高而增加。在860℃×10min的连接条件下,接头的室温抗剪强度最高达到64MPa。剪切断裂发生在钎缝和SiCf/SiC复合材料的界面。
摘要:深入研究了超低温服役环境下316LN奥氏体不锈钢的焊接性。重点对比了采用手工钨极氩弧焊(GTAW)和焊条电弧焊(SMAW)两种焊接方法焊接该材料时,其焊接接头在液氦温度(-269℃)下的夏比冲击性能。同时,探究了采用进口与国产焊丝的手工GTAW焊接头性能差异,以及不同焊接位置对SMAW焊接头性能的影响。研究结果表明:两种焊接方法均能满足超低温环境的使用要求,但在低温韧性方面存在显著差异,为超低温压力容器制造及压力管道安装提供了关键工艺依据。
摘要:通过插销试验方法检测了E550钢在预热50℃、预热100℃、预热150℃焊接工艺条件下的临界断裂应力,观察了插销断口形貌和断口附近的显微组织,综合分析了该钢的焊接冷裂纹敏感性。结果表明:E550钢对焊接冷裂纹有敏感性,通过预热能明显改善该钢的抗冷裂纹能力。在焊接状态下,E550钢焊接接头HAZ粗晶区组织为板条马氏体+下贝氏体,随预热温度的升高,板条马氏体组织所占的比例减小,下贝氏体组织所占的比例增加,对裂纹的阻碍作用增强。在3种预热条件下,断裂区表现为细小的韧窝形貌,且随着预热温度的升高,韧窝状断口在整个断裂面上的比例增大,且韧窝尺寸变得更大、更深,说明了材料的塑性有所提高。
摘要:为保障采煤掘进设备在复杂工况下稳定服役,提升该设备截割头焊接节点的长久应用性能,研究采煤掘进设备激光-电弧复合焊接节点的耐久性。选取截割头体ZG270-500铸钢、截齿座20CrNiMo合金结构钢为研究对象,采用ERNiCr-3镍基焊丝,设计激光-电弧复合焊接工艺,分别以30mm/s、40mm/s、50mm/s、60mm/s的焊接速度为参数制备焊接试件,并对4组焊件开展力学性能、弯曲性能及高温持久性能测试。结果显示:当焊接速度为40mm/s时,焊件焊接节点的抗拉强度为(835.76±10.34)MPa,-20℃冲击吸收能量为(55.42±3.08)J,具有优异的力学性能;且焊件弯曲无明显缺陷,高温断裂时间长,670℃/20MPa焊件断裂耗时近3700h,较其他对照组,其收缩率降低了40%~65%,综合耐久性最佳。因此,焊接速度为40mm/s时,可有效提升截割头焊接节点耐久性。
摘要:针对GH2901高温合金锻件易出现碳化物条带偏析,导致力学性能波动、影响高温关键部件服役可靠性的问题。研究了固溶温度、时效温度对该合金碳化物条带组织及力学性能的影响规律。结果表明:当热处理工艺为 1090°C×3h 固溶 +775°C×4h 时效时,合金碳化物条带分布均匀,平均宽度为 10μm 、面积分数为 7.8% 。合金室温屈服强度达 954MPa 、抗拉强度为 1292MPa,布氏硬度为343HBW。在 575°C 、 590MPa 条件下高温持久寿命长达 39.5h 。该研究明确了热处理参数对碳化物条带和力学性能的影响,为GH2901高温合金高温关键部件的稳定生产提供了技术支撑。
摘要:针对齿轮硬化层分布不均匀的问题,通过系统性工艺优化研究,提出了通过提高温度改进预处理质量,进而提高生产效率的方案。首先,对不合格产品进行分析,明确了渗碳硬化层均匀性与渗碳温度、碳势及其他预处理条件间的影响关系。然后,通过优化渗碳工艺参数,并结合机械加工过程中的应力检测分析,提出了提高预处理温度以尽可能消除残余应力的影响、活化材料表面的策略。此外,为保证热处理后齿轮在后续机械加工过程中的稳定性,对预处理设备特性及工艺参数进行了优化,优化后热处理效果满足要求。结果表明:上述措施显著改善了硬化层均匀性,在提升机械加工效率的同时,确保了最终热处理产品合格。
摘要:中频感应淬火技术因其高效、变形小、节能、易于实现自动化等显著优点,成为乘用车曲轴表面强化的主流工艺。该工艺能够提高曲轴轴颈表面的耐磨性和疲劳强度,进而提升发动机的可靠性与使用寿命。阐述了中频感应淬火的基本原理,结合批量生产实践,深入分析了采用感应淬火工艺后产品品质提升的关键指标及其影响因素与控制方法,系统提出淬火机床设备维护的思路及要点,旨在为曲轴感应淬火工艺优化与稳定生产提供理论依据和实践参考。
摘要:某外壳联接定位用13Cr11Ni2W2MoV螺栓,主要承受拉应力,在服役2000h后的大修拆检时断裂。为防止使用时发生粘连,该螺栓表面采用镀铜防护。通过宏观观察、断口微观形貌和化学成分分析等方法,结合螺栓工况和受力情况对螺栓断裂原因进行了分析。结果表明:螺栓与配合件压紧面间存在微小间隙,受服役环境中 O2 、 Cl- 作用影响,螺栓基体不锈钢被腐蚀,且缝隙处腐蚀产物不易排出,随工作时间延长,发生了缝隙腐蚀,其在工作温度及载荷作用下,产生应力腐蚀破坏,最终导致螺栓在拆卸过程中因过载而断裂。
摘要:GH3230合金凭借其优异的高温性能,广泛应用于航空发动机燃烧室等高温关键部件的制造。选区激光熔化(SLM)技术作为增材制造方法,常用于制备此类镍基高温合金复杂构件。然而,在SLM制备过程中,显著的元素偏析和残余应力分布不均匀极易诱发热裂纹,这会导致构件的失效,并显著降低其服役性能。通过系统探讨了激光功率、扫描速度和体积能量密度(VED)对SLM成形GH3230合金致密化行为的影响,以确定其优化的工艺参数窗口。结果表明:随激光功率与VED的增加,样品孔隙率显著降低,致密度提高。当VED处于73.05~102.27J/mm3的最佳窗口时,可获得相对密度>99.5%的成形件。显微组织分析表明:SLM成形的GH3230合金显微组织主要由单相奥氏体(γ相)组成。沿建造方向的晶粒呈外延生长特征,形成柱状晶,且熔池边界结合紧密。此外,合金元素分布较为均匀,未观察到C元素的明显微观偏析,也未发现大量碳化物析出。显微硬度检测结果进一步证实,随着孔隙率的降低,材料的显微硬度显著提升。综上所述,通过优化SLM工艺参数,能够显著提高GH3230合金的致密度和显微硬度等力学性能,为高性能镍基高温合金的增材制造提供了理论基础与工艺支持。
摘要:为应对GH3536合金SLM常用小层厚(20~40μm)带来的层数多与效率受限问题,通过在80μm铺粉层厚条件下设计并验证了GH3536合金的高效成形参数窗口。设置线间距(0.11mm和0.12mm)、激光功率(400W、430W和450W)、扫描速度(950~1250mm/s),建立T1~T16共16组参数,并采用固溶处理和热等静压+固溶处理两种热处理方式。采用SEM、EDS、XRD、显微维氏硬度检测与室温拉伸试验开展物相、组织和力学性能评估。结果表明:固溶处理后熔池边界消失并出现再结晶相关组织特征,孔洞较打印态有所减少。随扫描速度提高,组织晶粒逐渐细化,呈“大晶粒表面伴生小晶粒”的非均匀特征,析出相由颗粒状转变为线条状,断后伸长率稳定在50%,屈服强度、抗拉强度和维氏硬度均略有提高。随激光功率增大,组织晶粒逐渐粗化,析出相变化较小,断后伸长率稳定为约50%;屈服强度、抗拉强度和维氏硬度略有下降。试样断裂机制主要为在沿晶断裂中存在韧窝的复杂断裂机制。最佳打印工艺为层厚80μm、线间距0.12mm、激光功率430W、扫描速度1150mm/s。
摘要:采用熔化极气体保护电弧熔丝增材制造技术(Gas Metal Arc-Additive Manufacturing,GMA-AM)在Ar环境下成功制备了TA2纯钛薄壁结构件,利用XRD分析、OM观察、EBSD分析、显微硬度检测及电化学腐蚀等方法分析了热处理温度对TA2纯钛试样微观组织特征及其耐蚀性的影响规律,热处理温度分别设定为600℃、700℃及850℃。结果表明:3D打印钛合金经不同温度热处理后随炉冷却,组织中α相尺寸大小、分布情况及形貌均有不同程度的变化。在热处理温度升高的过程中,组织中大块状α相逐渐消失,长条状α相细化,片层宽度增大,晶体取向性减弱。经不同温度热处理后TA2纯钛试样的平均维氏硬度值无明显波动。此外,非平衡相的减少有助于改善试样的耐蚀行为,与经850℃热处理后的试样相比,经600℃热处理的试样晶粒尺寸更小,耐蚀性显著提高。本研究揭示了热处理温度对3D打印钛合金组织演变与耐蚀性的影响机制,为优化其耐蚀性提供了理论依据。
摘要:某高速列车在检修过程中发现支撑梁端部连接处存在腐蚀现象,给车体结构服役安全带来隐患。采用扫描电子显微镜、金相显微镜、透射电子显微镜及电化学工作站等仪器设备,分别从腐蚀表面形貌和腐蚀产物特征、基体剖面腐蚀进程和微观组织结构、防腐底漆老化及接头金属电化学特性等角度,开展构件的失效分析工作。结果表明:构件失效模式为缝隙腐蚀+电偶腐蚀+剥落腐蚀。支撑梁端部连接处形成的缝隙结构长时间储存泥沙和水分,促进防腐底漆水解老化破裂和基体腐蚀;铝合金支撑梁与车体采用不锈钢角码和螺栓进行连接,异种材质在腐蚀介质中接触,形成电偶腐蚀,加速基体腐蚀速度;铝合金基体内部有沿轧制方向的高密度位错缠结及粗大晶界,在腐蚀介质中优先溶解,在基体内部形成腐蚀隧道,导致剥落腐蚀,进一步促进腐蚀进程。最后,针对失效分析结果提出预防措施。
摘要:由壬是油气压裂作业的关键部件,用于连接压裂泵、高压管汇、弯头和阀门,以满足现场安装需要,但其在服役过程中发生的刺漏和断裂失效严重影响生产,甚至危及人身安全。因此,开展由壬失效分析,探究其失效原因,对确保压裂作业安全高效进行具有重要意义。采用宏观与微观相结合的失效分析方法及力学性能试验和仿真分析手段,对新疆某油田压裂泵高压管汇连接由壬开展失效分析。结果表明:由壬失效形式为螺纹部分脆性疲劳断裂失效。其失效件断口存在3个典型疲劳断裂特性,且未见塑性变形特征。失效原因为:①个别由壬的材料中C、Cr、Ni含量不符合标准规范,屈服强度、抗拉强度、冲击吸收能量及硬度等力学性能低于标准要求。②高内压与预紧力作用致使由壬螺纹处产生较高应力和较大面积应力集中。③机械振动和液流脉动等因素长期共同作用。最后,提出了结构改进和材料优选的思路和方法。该研究成果具有较高的工程应用价值和指导意义。