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交叉包套轧制Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金的微观组织演化及力学性能

金属学报 2024年第1期60卷 95-106页

作者：王秀琦李天瑞刘国怀郭瑞琪王昭东东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 安徽工业大学冶金工程学院马鞍山243000

TiAl合金因其低密度、优异的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能而在航空航天和汽车工业中具有广阔的应用前景,但其本质脆性和变形能力差的缺点严重限制其进一步发展。本工作通过交叉包套轧制(CHPR)和一步退火处理实现了800℃下超高塑性Ti-44... 详细信息

TiAl合金因其低密度、优异的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能而在航空航天和汽车工业中具有广阔的应用前景,但其本质脆性和变形能力差的缺点严重限制其进一步发展。本工作通过交叉包套轧制(CHPR)和一步退火处理实现了800℃下超高塑性Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金板材的制备。利用SEM、EBSD、TEM和拉伸等实验方法考察了TiAl合金的热变形行为、不同轧制和热处理工艺对微观组织和力学性能的影响。结果表明,与单向包套轧制(UHPR)相比,CHPR板材沿厚度方向和板面方向均表现出更高的组织均匀性,微观组织由残余α_(2)/γ片层及其晶界的等轴γ、α_(2)和B2相组成,但残余片层的尺寸较小且含量明显降低,其原因是在CHPR的双向剪切力和压应力的作用下大量残余片层破碎并发生了完全再结晶。CHPR TiAl合金的高温流变软化机制主要包括片层弯曲扭折变形、β/B2相协调变形、α_(2)/γ片层的相变分解、初生和二次孪晶诱导的γ相动态再结晶。随后对CHPR合金进行1200~1340℃的退火热处理,1200℃条件下获得了等轴片层和等轴晶粒(α_(2)+γ+B2)的多相组织,部分晶粒达到了纳米级。1340℃条件下得到了近全片层组织。对UHPR和CHPR板材的横/纵向和1200℃退火热处理试样的拉伸性能进行比较,CHPR板材横纵向的拉伸性能更加均匀,再经1200℃退火热处理后获得的多相等轴组织具有最佳的强度-塑性匹配,室温下抗拉强度为624 MPa,延伸率为1.32%;800℃下抗拉强度为515 MPa,延伸率可达107.0%。分析试样的断裂行为可知,室温下3种试样的断裂方式为穿片层和解理断裂。800℃下断裂方式转变为韧性断裂,断裂失效机制以微孔联结机制为主,其中经过1200℃退火热处理的板材断口具有更小而深的韧窝,塑性最佳。精细的片层结构和均匀细小的等轴晶组织能够阻碍裂纹的扩展,有利于综合力学性能的提高。

关键词： TiAl合金交叉包套轧制热处理微观组织力学性能

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V和B元素对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金显微组织及热变形机制的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 650-660页

作者：李天瑞许瑜倩吴文平甘文萱杨永刘国怀王昭东安徽工业大学冶金工程学院马鞍山243000 东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室沈阳110819

为了探究V和B元素复合添加对β型γ-TiAl合金的显微组织和变形机制产生的影响,本工作针对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金和Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金,进行了不同温度和应变速率条件下的高温热压缩实验,利用SEM-BSE和TEM对组织进行表征,对比分... 详细信息

为了探究V和B元素复合添加对β型γ-TiAl合金的显微组织和变形机制产生的影响,本工作针对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金和Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金,进行了不同温度和应变速率条件下的高温热压缩实验,利用SEM-BSE和TEM对组织进行表征,对比分析了其变形后的显微组织,研究了添加V和B对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金的显微组织及热变形机制的影响。结果表明,2种TiAl合金的显微组织差异较大,添加V和B可以显著改变TiAl合金对热变形的敏感性。Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金高温变形能力明显优于Ti-44Al-5Nb-1Mo合金。Ti-44Al-5Nb-1Mo合金的高温热变形以难变形片层团的偏转、变形带的产生为主,温度为1250℃时,其变形组织表现出较高的温度和应变速率敏感性,极易形成尺寸不均匀的近片层组织;对于Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金而言,升高变形温度或降低应变速率,既可以促进片层团内部的变形诱导L(α/γ)→α+γ+β/B2和γ→α相变,又可以促进α和β/B2相的球化/动态再结晶,从而大幅提高该合金的组织均匀性。基于变形参数对组织的影响规律,确定了控制Ti-44Al-5Nb-1Mo和Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金中近全片层、近双态显微组织的方法。

关键词： TiAl合金 (V,B)合金化热变形显微组织

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FeMnCoCrNi高熵合金双晶微柱变形机制的分子动力学模拟

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金属学报 2023年第8期59卷 1051-1064页

作者：张海峰闫海乐方烽贾楠东北大学材料科学与工程学院、材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819

为了揭示高熵合金中晶界对塑性变形机制的影响,利用分子动力学模拟方法研究了具有不同初始取向组合的等主元FeMnCoCrNi高熵合金双晶在单轴拉伸变形中的力学性能与变形系统演化,并揭示了晶界与拉伸方向的位向关系对高熵合金力学行为的影... 详细信息

为了揭示高熵合金中晶界对塑性变形机制的影响,利用分子动力学模拟方法研究了具有不同初始取向组合的等主元FeMnCoCrNi高熵合金双晶在单轴拉伸变形中的力学性能与变形系统演化,并揭示了晶界与拉伸方向的位向关系对高熵合金力学行为的影响。结果表明,对研究的所有双晶模型而言,位错优先在晶界处形核并向两侧的晶粒内滑移。在变形过程中,晶界发生了不同程度的宽化和弯曲。当晶界与拉伸方向垂直时,颈缩易于在晶界处发生,这导致双晶的流变应力随外加载荷增大而降低。而当晶界平行于拉伸方向时,在整个塑性变形过程中模型保持1 GPa以上的流变应力。相对于其他双晶而言,[111]与[110]取向组合的双晶流变应力波动幅度最大,同时呈现出最强的加工硬化能力。其中应力的下降归因于大量的位错发生了滑移,而高的硬化能力则是由较多的ε-马氏体、层错以及孪晶形成所致。此外,还对比了FeMnCoCrNi、FeCuCoCrNi和纯Cu 3种材料的变形行为。与Cu相比,FeMnCoCrNi和FeCuCoCrNi高熵合金中的晶格畸变使晶界更加粗糙,这使得外加载荷作用下位错易于形核,且层错能较低的FeMnCoCrNi中形成的ε-马氏体最多。

关键词：高熵合金双晶晶界塑性变形机制原子模拟

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含Ti耐候钢在海洋环境中的腐蚀行为

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热加工工艺 2024年第17期53卷 55-58页

作者：翁镭吴红艳杜林秀东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

为研究高钛含量耐候钢在海洋环境下的腐蚀机理,采用周期浸润加速腐蚀设备,对两种不同Ti含量的耐候钢进行了腐蚀行为研究。腐蚀实验后,测量了腐蚀减薄量。然后用数码相机和扫描电镜(SEM)对表面腐蚀产物的宏观和微观形貌进行观察。采用电... 详细信息

为研究高钛含量耐候钢在海洋环境下的腐蚀机理,采用周期浸润加速腐蚀设备,对两种不同Ti含量的耐候钢进行了腐蚀行为研究。腐蚀实验后,测量了腐蚀减薄量。然后用数码相机和扫描电镜(SEM)对表面腐蚀产物的宏观和微观形貌进行观察。采用电子背散射衍射(EBSD)方法分析钢中大小角度晶界对初期腐蚀行为的影响。结果表明:在近似晶粒尺寸条件下,钢中Ti元素有助于提高抗海洋环境腐蚀性能,但是Ti含量的增加使小角度晶界、Σ3晶界和Σ7晶界比例下降,Ti含量在一定范围内有利于耐候钢表现出更好的耐蚀性。

关键词：耐候钢小角度晶界重位点阵

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熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

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材料工程 2024年第7期52卷 182-193页

作者：许久健张焘付金禹许光明李勇王昭东东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 广西先进铝加工创新中心有限责任公司南宁530007

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过... 详细信息

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

关键词：铸轧复合钛/铝复合板熔体压力界面结合强度

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轧制与冷却工艺对42CrMo钢组织和硬度的影响

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轧钢 2025年第1期42卷 86-92页

作者：程铭浩赵宪明张宏亮李德志东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

目前轧态42CrMo棒材过高的硬度严重影响后序加工,可通过优化轧制与冷却工艺制度降低其硬度。通过DIL805A相变仪和S60/58507同步热分析仪绘制了42CrMo钢的动态CCT曲线,并以此为基础探究了轧制和冷却工艺对42CrMo钢组织转变和硬度的影响... 详细信息

目前轧态42CrMo棒材过高的硬度严重影响后序加工,可通过优化轧制与冷却工艺制度降低其硬度。通过DIL805A相变仪和S60/58507同步热分析仪绘制了42CrMo钢的动态CCT曲线,并以此为基础探究了轧制和冷却工艺对42CrMo钢组织转变和硬度的影响。研究表明:单道次控轧实验中,不同的轧制参数下,42CrMo钢中铁素体均优先在原始奥氏体晶界处发生相变,随后在原始奥氏体晶内形核生长,通过降低变形温度、增大真应变可明显增加铁素体转变量从而降低其轧后硬度;双道次变形后控冷实验中,超快冷—缓冷—空冷工艺可进一步增加42CrMo钢冷后铁素体含量,缓冷段冷速为0.1℃/s时,其铁素体体积分数可达41.79%,使得42CrMo钢轧态硬度远低于国标硬度要求(不大于241HV);当冷却过程中缓冷段冷速不超过0.2℃/s时,其轧后硬度满足行业对于冷成形用42CrMo钢的硬度要求(不大于220HV)。

关键词： 42CrMo钢动态CCT曲线控轧控冷工艺显微组织硬度

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镀锡板无铬钝化液喷射特性数值模拟

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第4期43卷 509-516页

作者：李树贤牛文勇黄钰迪李建平东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

通过计算流体力学软件数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了喷涂时喷盘的转速、间距、喷盘与带钢之间的距离及喷盘数量对粒度分布和雾化效果的影响.研究表明:喷盘转速越高,雾化出的液滴速度越快,液滴直径越小,雾化效果越好,选取喷盘... 详细信息

通过计算流体力学软件数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了喷涂时喷盘的转速、间距、喷盘与带钢之间的距离及喷盘数量对粒度分布和雾化效果的影响.研究表明:喷盘转速越高,雾化出的液滴速度越快,液滴直径越小,雾化效果越好,选取喷盘转速为6000 r/min;喷盘与带钢之间的距离为100 mm时,带钢宽度范围内液滴粒度分布效果最佳;喷盘之间的间距变化时,液滴干涉区域和液滴之间的碰撞随之变化,间距80 mm效果最佳.采用获得的参数制得的无铬钝化产品优于原钝化产品,表明了参数选取的合理性.

关键词：无铬钝化喷盘雾化干涉现象液滴破碎液滴分布

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薄带连铸取向硅钢的热轧孪生行为

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第2期43卷 182-187页

作者：宋红宇刘海涛王国栋东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

薄带连铸流程下取向硅钢粗大λ晶粒(〈100〉//ND,normal direction)的“遗传”会导致磁性能恶化.为解决这一问题,针对取向硅钢的热轧孪生行为开展研究,结果表明:凝固组织粗大的取向硅钢在650℃热轧时可产生大量{112}〈111〉形变孪晶,这... 详细信息

薄带连铸流程下取向硅钢粗大λ晶粒(〈100〉//ND,normal direction)的“遗传”会导致磁性能恶化.为解决这一问题,针对取向硅钢的热轧孪生行为开展研究,结果表明:凝固组织粗大的取向硅钢在650℃热轧时可产生大量{112}〈111〉形变孪晶,这与具有高层错能的硅钢在较高温度下难以孪生变形的传统认知不同.热轧过程中复杂的应力状态降低了变形孪晶的取向依赖性,由于具有更高的储存能,孪晶界/孪晶界及孪晶界/晶界交叉点成为再结晶形核的优先位置,大大提高了常化过程中的再结晶率,受沿孪晶界应变分布及孪晶间距离的限制,沿孪晶界形核的再结晶晶粒通常呈“饼状”,最终形成以细小且取向漫散的再结晶晶粒为主的常化组织,消除了初始凝固组织中有害的粗大λ晶粒.

关键词：薄带连铸取向硅钢孪生显微组织织构

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一种新型双层X形管内高压成形加载路径的智能优化方法

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哈尔滨工程大学学报 2022年第10期43卷 1507-1513页

作者：冯莹莹骆宗安刘照松吴庆林东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

为了提高双层X形管的成形性能,本文针对双层X形管内高压成形过程加载路径的智能优化方法开展研究。将多目标动态优化方法用于双层X形管工艺质量参数的动态调整与优化,通过建立内层管最大减薄率、外层管最大减薄率、极限圆角半径、支管高... 详细信息

为了提高双层X形管的成形性能,本文针对双层X形管内高压成形过程加载路径的智能优化方法开展研究。将多目标动态优化方法用于双层X形管工艺质量参数的动态调整与优化,通过建立内层管最大减薄率、外层管最大减薄率、极限圆角半径、支管高度4个主要评价因素的柔性可调整区间,协调优化参数,使双层X形管的变形尽可能处于最佳状态。采用线性加权法建立双层X形管工艺质量参数的多因素综合目标函数,并运用遗传算法和BP神经网络控制方法对多目标动态优化函数进行推导求解,优化了学习效率,提高了计算精度,增强了与实际工艺的匹配程度。模拟结果与实验结果的误差在±7%以内,说明此双层X形管在内高压成形过程的加载路径优化控制方法具有较高的精度和可行性。

关键词：双层X形管内高压成形加载路径线性加权法多目标动态优化最大减薄率极限圆角半径支管高度

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690 MPa级海洋平台用特厚齿条钢的回火稳定性

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第2期43卷 188-196页

作者：刘庚李慧杰王庆海叶其斌东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

研究了长时间回火(2,4和8 h)对海洋平台用齿条钢A514 GrQ显微组织及力学性能的影响.结果表明,回火过程中,淬火态马氏体板条组织发生回复,C,Cr,Mo和V等元素扩散,析出MC,M_(2)C和M_(23)C_(6)型碳化物,回火2 h后碳化物类型趋于稳定,并发生O... 详细信息

研究了长时间回火(2,4和8 h)对海洋平台用齿条钢A514 GrQ显微组织及力学性能的影响.结果表明,回火过程中,淬火态马氏体板条组织发生回复,C,Cr,Mo和V等元素扩散,析出MC,M_(2)C和M_(23)C_(6)型碳化物,回火2 h后碳化物类型趋于稳定,并发生Ostwald熟化现象;随着回火时间的增加,实验钢的抗拉强度由淬火态的1100 MPa逐渐降低到回火8 h时的813 MPa,屈服强度由淬火态的931 MPa逐渐降低至回火8 h时的725 MPa;淬火态实验钢回火2 h后,-60℃冲击功由淬火态的187 J增加至238 J,继续增加回火时间,冲击功趋于稳定,约为245 J;延伸率由淬火态的15.2%增加至回火2 h时的16.7%,并且随着回火时间的增加,升高至回火8 h时的19.5%.实验钢在600℃回火2~8 h过程中,具有良好的回火稳定性和强韧性匹配,最佳回火时间为2 h.

关键词：特厚齿条钢回火时间碳化物强韧性马氏体

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