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2023年  第44卷  第3期

钒钛分离与提取
2022年中国钛工业发展报告
安仲生, 陈岩, 赵巍
2023, 44(3): 1-8. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.001
摘要(2184) HTML (355) PDF(803)
摘要:
从2022年我国钛工业钛精矿、海绵钛、钛锭、钛材等品种的产能、产量、应用和进出口等数据分析了我国钛工业的整体情况,并针对目前行业存在的问题提出了建议。
胺萃取耦合CO2矿化分离钒渣钙化焙烧酸浸液中钒锰
胡可, 韩慧果, 吴潘, 何坚, 蒋炜, 刘长军, 梁斌
2023, 44(3): 9-15. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.002
摘要(203) HTML (65) PDF(14)
摘要:
钒渣钙化焙烧酸浸液中钒锰浓度高,针对钒锰分离难度大、成本高的问题,提出并研究了胺萃取耦合CO2矿化分离钒锰新工艺。分析了钒锰分离过程的化学基础,研究了酸浸液中各金属元素在有机相、水相和固相中的分配规律,考察了钒锰浓度、胺再生等对钒锰分离效率的影响,并对该工艺的技术经济性进行了初步评估。 结果表明,对于高锰浓度酸浸液,钒的萃取率可达99%;胺再生循环使用5次后,钒的萃取率仍保持在97%,锰的沉淀率为96%,该工艺具有较高的技术性和经济性。
生物质热解产物强化海砂矿选择性还原-磁选分离
黄柱成, 舒阳, 李屹鑫, 唐婷婷, 谢晨曦
2023, 44(3): 16-22. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.003
摘要(165) HTML (18) PDF(7)
摘要:
以清洁、碳中性、高活性、可再生的生物质作为还原剂,通过密封性气塞限制热解产物的逃逸,对海砂矿内配生物质直接还原行为进行了研究,研究表明,限制生物质热解产生热解产物(CO、H2、CO2、H2O 、CxHyOz)的逃逸,在反应罐内迅速形成了60 kPa的压力,有利于H2、CO的参与还原。其中焦油具有更高的活性,且保障了后期H2的来源,促进了海砂矿的低温快速还原。在还原温度1120 ℃、还原80 min的条件下,可获得金属化率为97.81%、铁回收率为97.81%的铁粉,以及TiO2回收率为69.98%和V2O5回收率59.93%的富钛渣。
盐酸法浸出水淬含钛高炉渣制备高纯金红石型二氧化钛
黄先良, 钟山, 唐思扬, 宋磊, 李红娇, 梁斌
2023, 44(3): 23-32. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.004
摘要(188) HTML (46) PDF(12)
摘要:
采用盐酸法浸取水淬含钛高炉渣,固液分离后可得到富含钛、铝等有价元素的浸取液,再通过水解、沉淀等方式可制得高纯度金红石型二氧化钛、氧化铝等产品。系统研究了酸浓度、液固比、反应温度及反应时间等工艺条件对含钛高炉渣中不同元素浸出率的影响,确定了浸出反应的优化工艺条件。当反应温度为90 ℃,盐酸浓度为33%,液固比为15∶1(mL∶g),反应时间为30 min时,钛的浸出率可达到75.3%。130 ℃条件下对浸出液进行水解、干燥,即可得到纯度为97.7%的金红石型二氧化钛。该方法可直接从水淬含钛高炉渣中回收钛元素并制得高纯度二氧化钛产品,流程短,能耗低,可为含钛高炉渣的资源化利用提供支持。
工业硫酸氧钛溶液制备高比表面积二氧化钛及其性能研究
蒲洪, 张桓
2023, 44(3): 33-38. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.005
摘要(282) HTML (98) PDF(13)
摘要:
以工业硫酸氧钛溶液为钛源,利用水热法制备高比表面积二氧化钛,考察了水热反应时间、煅烧温度对比表面积影响。采用BET、XRD、XPS、SEM、TEM、紫外可见漫反射等对样品进行表征,并以罗丹明B对二氧化钛可见光催化性能进行评价。研究表明,恰当的水热反应时间和较低的煅烧温度有利于制备出高比表面积二氧化钛。水热反应3 h、煅烧温度300 ℃所得二氧化钛具有最高的比表面积,达214.3 m2/g,其在可见光降解罗丹明B时表现出明显优于商品二氧化钛P25的活性,2 h降解率达90.3%,这是因为所制二氧化钛具有更高的比表面积和较优的可见光吸收。
焦炭粒度对钛渣冶炼影响研究
李凯茂, 肖军, 马勇, 宋兵, 邱淑兴
2023, 44(3): 39-44. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.006
摘要(187) HTML (21) PDF(16)
摘要:
根据颗粒在流体中自由沉降运动特点,通过理论计算得到连续加料冶炼钛渣条件下被带出焦炭颗粒粒径最大值为0.06 mm。结合工业上应用情况,得到试验用焦炭粒度范围2~8 mm。基于此,考察了焦炭粒度对钛渣冶炼的影响,结果表明,在功率不变条件下,焦炭粒度偏大、反应相对滞后引起冶炼过程烟气温度、CO浓度波动大,冶炼初期存在电极位置快速上升等问题,导致吨渣焦耗、百吨料耗时、吨渣电耗比基准期分别多24 kg、0.18 h、52.07 kWh;相较而言,功率由17.67 MW/h提升至18.14 MW/h(提升0.47 MW/h)时,热力学和动力学条件得到改善,促进焦炭充分反应,消除炉内残碳量,使冶炼更加稳定,同时吨渣焦耗、吨渣电耗比“未提升功率的试验期”分别降低了26 kg、128.12 kWh;焦炭粒度分布变窄且均匀,有利于钛渣冶炼过程和质量稳定控制,而功率提升可有效降低焦炭粒度相对偏大对钛渣冶炼的不利影响。
钒钛材料与应用
中间道次退火对Ti-3Al-2.5V管材组织和性能的影响
朱小勇, 邢远, 江健, 王莹, 栾佰峰
2023, 44(3): 45-51. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.007
摘要(313) HTML (97) PDF(156)
摘要:
冷轧态及退火态样品的微观组织采用EBSD和TEM进行表征,进而探究Ti-3Al-2.5V管材在热处理过程中的再结晶过程,通过极图和反极图分析了不同热处理过程中织构的变化。试验结果表明,在低于580 ℃热处理时,此阶段冷轧管材主要发生回复,微观组织以变形组织为主,管材完全再结晶过程在750 ℃热处理时才会出现。分析表明,管材冷轧形成了沿周向(TD)方向倾斜的基面双峰织构,随热处理温度升高,基面双峰织构类型并未改变,而再结晶织构<$ { 11{\bar 2}0 }$>//AD逐渐取代<$ {10{\bar 1}0} $>//AD形变织构。合金管材在620~650 ℃温度范围内退火时,力学性能发生明显变化,这主要归因于在此温度敏感区间内,随着温度升高再结晶程度急剧增大。
平均载荷及载荷幅值对工业纯钛双轴保载疲劳行为影响
胡昌群, 赵佳禹, 常乐, 周昌玉, 贺小华
2023, 44(3): 52-60. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.008
摘要(192) HTML (38) PDF(15)
摘要:
通过室温双轴保载疲劳试验,研究了不同平均载荷及载荷幅值对工业纯钛双轴保载疲劳行为的影响。结果表明,在相同保载时间下,平均应变及应变速率随着平均载荷和载荷幅值的升高而逐渐增大。当载荷幅值一定时,蠕变应变随着平均载荷的增大而增大,当平均载荷一定时,蠕变应变随着载荷幅值的增大反而减小。分析双轴棘轮与蠕变应变之间交互作用时,发现两者始终相互制约。断口分析表明,随着平均载荷和载荷幅值的增大,疲劳条带特征逐渐消失,韧窝及撕裂棱数量显著增加,断口呈现韧性失效特征。随着平均载荷或载荷幅值的增加,等效应变幅值增加,疲劳寿命逐渐降低。与平均载荷的影响相比,疲劳寿命对载荷幅值的变化更加敏感。分别利用最大主应变、最大剪应变、Mises等效应变、最大主应力及SWT模型进行双轴保载疲劳寿命预测,其中SWT模型预测精度最高。
Al-Ti-B中间合金的制备研究
李军, 吴恩辉, 侯静, 徐众, 李宏, 龚昊
2023, 44(3): 61-67. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.009
摘要(237) HTML (35) PDF(27)
摘要:
为了使铝材具有更好的组织性能,常用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂。以TiO2、B2O3为原料,铝热还原一步合成Al-Ti-B中间合金。研究结果表明,CaO-CaF2为造渣剂,且Al2O3∶CaO∶CaF2=1∶1∶1、焙烧温度1550 ℃、焙烧时间30 min、Al/TiO2大于0.9条件下,合金与熔渣分离效果较好,成功制备出Al-Ti-B中间合金,Ti、B收率大于80%。合金中Al和B含量可以根据原料中配铝量和B2O3配入量进行调控,制备的Al-Ti-B中间合金的物相主要由TiAl、Ti3Al、Ti2AlN 和TiB2组成,随着配铝量和B2O3配入量的增加,合金中Ti3Al和Ti2AlN相消失,物相由TiAl和TiB2构成。
预应变对工业纯钛TA2焊接接头拉伸力学性能的影响
赵青, 常乐, 周昌玉, 浦江, 郑逸翔, 王志成, 王步美
2023, 44(3): 68-74. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.010
摘要(189) HTML (20) PDF(10)
摘要:
以工业纯钛TA2焊接接头为研究对象,开展了预应变后的室温拉伸力学性能测试。结果表明,预应变后应力应变曲线上升,屈服强度及抗拉强度随着预应变量的增加而增加。综合考虑预应变量及应变速率影响,建立了预应变后材料强度的经验表达式。根据Hollomon本构方程,研究了预应变后应变速率敏感性指数及应变强化指数的变化,确定了预应变试样的拉伸本构方程。断口观察表明,预应变后材料延伸率下降,断口收缩率及韧窝尺寸均下降。
酸洗对ZTA15钛合金表面污染层及化学成分的影响
韩云飞, 孙冰, 刘义辉, 侯佩华, 袁兵兵, 乔海滨
2023, 44(3): 75-79. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.011
摘要(168) HTML (17) PDF(11)
摘要:
利用熔模精密铸造技术制备了ZTA15钛合金试棒。采用金相法观察和测定表面污染层厚度,制定酸洗量。酸洗前后,使用2点直径测量法和金相法确定污染层去除情况;酸洗后进行真空退火,从3种状态试棒表面取样进行化学成分试验,检测氢、氧含量的变化情况,研究了酸洗对ZTA15钛合金表面污染层及化学成分的影响。结果表明,ZTA15钛合金表面污染层厚度为0.1 ~0.2 mm,当酸洗液中氢氟酸、硝酸和热水按照30%∶30%∶40%的质量比配制、温度40~60 ℃、酸洗时间60 min以内、酸洗量0.25 mm±0.05 mm时,可以彻底去除硬度高、塑性低的α污染层,避免在后续变形或受力时导致脆化或产生裂纹,提高其使用性能。ZTA15钛合金酸洗后表面有轻微的吸氢,氧含量无明显变化,经真空退火后又有析氢,表面氢含量始终满足<0.01%的要求,不会产生氢脆等对成分性能不利的情况。
Ti-6Al-4V型材的显微组织及性能研究
滕奎
2023, 44(3): 80-83. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.012
摘要(157) HTML (150) PDF(13)
摘要:
为了研究截面形式及尺寸对钛合金型材的静力性能、损伤疲劳性能水平及其显微组织的影响,采用不同厚度截面的对比评价方法,对Ti-6Al-4V合金型材不同厚度截面的静力拉伸性能、疲劳及损伤容限性能进行研究,并对不同截面型材的微观组织进行了对比分析。结果表明,拉伸性能随着截面厚度尺寸的增大而降低,断裂韧性随厚度尺寸增大而升高,厚截面尺寸的“T”型材的疲劳性能和平面应变断裂韧性最高。不同截面尺寸的Ti-6Al-4V合金型材,厚截面尺寸型材的晶界组织较为明显,降低了静强度性能的同时提升了疲劳及损伤容限性能,因此静强度性能随着型材截面厚度尺寸的增大而降低,疲劳性能、断裂韧性、断后伸长率和断面收缩率随截面厚度尺寸的增大而提高。工程用钛合金Ti-6Al-4V型材可参考静强度、疲劳性能、断裂韧性及成形性能与截面厚度的对应关系进行型材零件外形设计。
基于全球专利分析的钛钢复合板技术发展趋势研究
张维娜, 李军, 彭琳, 吴优, 梁光芬
2023, 44(3): 84-92. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.013
摘要(165) HTML (21) PDF(10)
摘要:
基于全球钛钢复合板专利申请态势,对钛钢复合板关键技术的发展变化进行深入分析,结果显示,中、日是钛钢复合板主要技术来源国,日本起步相对较早,但中国后来者居上,专利申请数量全球排名第一;钛钢复合板加工工艺是专利布局热点,其中直接轧制法专利数量最多;专利技术功效以降低成本和提高结合强度为主。基于以上分析结果,从专利的视角,为国内企业的技术创新和产品开发提出相关建议。
多层梯度超细晶粒钛强韧化机理研究
刘佳文, 方红梅, 曹丽丽, 张亚, 杨登科
2023, 44(3): 93-99. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.014
摘要(158) HTML (21) PDF(9)
摘要:
针对超细晶粒金属在室温下韧性及加工硬化性能较差的问题,利用低温轧制和表面机械研磨处理工艺,设计和制备了金属材料的微观多层梯度结构,提高了超细晶钛的力学性能及加工硬化能力。通过对多层梯度超细晶粒钛的微观结构观察和试样力学性能测试,结合试样断后截面及表面分析观察,结果表明,多层梯度化微观结构可以提高超细晶金属的加工硬化能力,实现更为缓和的应力分布,从而提高工件失效裂纹的抵抗力。在此基础上提出了一个断裂力学模型来解释多层梯度化结构的止裂效应。
资源环境与节能
钛精矿酸解尾气中升华硫产生的机理分析
向泉锦, 全远霞, 全学军, 李礼, 王海波, 陈新红, 李平
2023, 44(3): 100-104. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.015
摘要(211) HTML (52) PDF(21)
摘要:
针对硫酸法钛白酸解过程中升华硫堵塞管道从而影响钛白粉连续生产的问题,从钛精矿的结构组成分析出发,结合其在酸解过程可能存在的主要化学反应和实际生产中具体的酸解工艺条件,通过计算相关反应的吉布斯自由能变化,绘制酸解反应条件下体系的电位-pH图,探究了酸解尾气中升华硫产生的机理。结果表明,酸解尾气中单质硫应该主要来源于钛精矿中的磁黄铁矿(FeS),磁黄铁矿在酸解的高温(180~220 ℃)、高酸度(pH:−1.51~−1.47)复杂环境下被氧化生成单质硫,待反应结束后冷却凝固形成升华硫。因此在生产中可以从具体工艺入手,在不降低酸解率的情况下改变酸解环境(改变化学电位、降低环境pH值),以此规避或减小升华硫的产生,降低升华硫对硫酸法钛白的影响。
钒钛铁尾矿制备硅酸钙隔声板材及其性能研究
王长龙, 荆牮霖, 齐洋, 张岳文, 郑永超, 马锦涛, 平浩岩, 翟玉新, 刘枫
2023, 44(3): 105-113. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.016
摘要(157) HTML (24) PDF(7)
摘要:
为了促进胶凝活性弱的钒钛铁尾矿的综合利用,研究以钒钛铁尾矿为主要原料制备硅酸钙隔声板材。通过粒度分析、力学性能测试等手段,首先研究了钒钛铁尾矿的粉磨特性,而后以钒钛铁尾矿、硅灰、水泥为原料,制备复合胶凝材料,再添加废橡胶粉和钢纤维为增强材料,采用蒸汽养护的方式来制备硅酸钙隔声板材,并探索增强材料以及层结构对硅酸钙隔声板材性能的影响。结果表明,碱熔能有效促进钒钛铁尾矿中硅、铝活性的提高,Si4+和Al3+最高浓度分别为17.27、6.80 mg/L;当复合胶凝材料配合比为钒钛铁尾矿∶水泥∶硅灰=2∶7∶1,胶砂比为1∶3,水胶比为0.5,28 d抗压强度为39.7 MPa。钒钛铁尾矿所制备的硅酸钙隔声板材中,单层隔声板材中单掺钢纤维0.93%时,抗折强度为8.0 MPa;单掺橡胶粉1%(体积分数)时,抗折强度为8.8 MPa;复合添加(钢纤维1.6%,橡胶粉3%)时,其抗折强度为6.1 MPa。分层浇筑不同配料料浆制备的多层结构板材,抗折强度最高值为8.2 MPa。钒钛铁尾矿制备的硅酸钙隔声板材,其抗折强度符合GB/T 7019-2014和JC/T 564.1-2018标准要求。
攀西某低品位钒钛磁铁矿选铁工艺研究
曹玉川
2023, 44(3): 114-117. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.017
摘要(214) HTML (23) PDF(11)
摘要:
为了降低磨矿成本,提高铁精矿品位,更好地回收攀西某钒钛磁铁矿中的钛磁铁矿,对TFe品位 23.15%的原矿,利用化学多元素分析、光学显微镜、矿物自动分析仪(MLA)等手段,分析了矿石的矿物组成、主要元素赋存状态、主要矿物的产出形式等,并进行了选铁试验。结果表明:①钛磁铁矿内部普遍含有由固溶体分离作用形成的钛铁矿片晶或尖晶石微粒,包含物粒度通常在0.02 mm以下,难以解离,对铁精矿品位影响较大。②采用磨矿-弱磁-再磨-弱磁-淘洗工艺,可获得铁精矿TFe品位54.64%,铁回收率68.87%的指标。
高钛重矿渣隧道喷射混凝土力学性能试验研究
杨贺, 陈伟, 马双狮, 谢潇鹏, 李富梁, 郭君淮
2023, 44(3): 118-122. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.018
摘要(185) HTML (56) PDF(8)
摘要:
利用高钛重矿渣作为骨料制作高钛重矿渣隧道喷射混凝土。试验表明,在粉煤灰、钢纤维掺量一定的情况下,0.34~0.4的水胶比范围内,高钛重矿渣隧道喷射混凝土的适宜水胶比为0.38。掺加波浪型钢纤维可以增强高钛重矿渣隧道喷射混凝土的力学性能,降低高钛重矿渣隧道喷射混凝土回弹率。高钛重矿渣隧道喷射混凝土水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石,C-S-H凝胶和钙矾石填充在高钛重矿渣碎石和高钛重矿渣砂之间的缝隙,将钢纤维包裹形成较为密实的整体,提高了高钛重矿渣隧道喷射混凝土抗折强度和劈裂强度,降低了高钛重矿渣隧道喷射混凝土的回弹率。
钢铁冶金与材料
氯盐环境下600 MPa级耐蚀钢筋腐蚀行为研究
李霈, 袁静, 黄吉祥, 闫博, 阴树标, 雷霆
2023, 44(3): 123-130. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.019
摘要(264) HTML (89) PDF(122)
摘要:
以普通600 MPa级高强抗震钢筋HRB600E和经过合金调控后的同级别耐蚀钢筋为试验对象,通过周期浸润试验、电化学试验、表面分析技术和物相分析技术研究了氯盐环境下Cr、V对600 MPa级耐蚀钢筋腐蚀行为。结果表明,耐蚀合金的加入促进基体中贝氏体组织产生,减缓了铁素体阳极腐蚀进程;V、Cr元素的协同作用能够阻碍Cl下渗,有效延缓锈层生长速度,360 h周期浸润后耐蚀钢筋腐蚀速率下降;Cr-V体系元素调控下耐蚀钢筋电化学性质自腐蚀电位提升,钝化后电位正移,腐蚀电流密度下降;耐蚀钢筋钝化后交流阻抗值显著提升,在混凝土碱性环境中耐腐蚀性能优异;合金元素调控改善了钢筋腐蚀产物的物相组成,耐蚀钢筋后期腐蚀产物中α-FeOOH及γ-FeOOH 占比更高,且内锈层有尖晶石结构产物FeCr2O4富集,增加了内锈层的致密度和稳定性。
GH5188合金凝固过程动态原位观察研究
蒋世川, 张健, 裴丙红, 陈琦, 王福
2023, 44(3): 131-137. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.020
摘要(281) HTML (71) PDF(18)
摘要:
利用高温共聚焦激光扫描显微镜对GH5188合金在冷速为10~200 ℃/min条件下的凝固过程进行动态原位观察,并研究了冷速对GH5188合金凝固过程、凝固组织及析出相的影响。结果表明,GH5188合金的凝固过程为缓慢凝固-快速凝固-缓慢凝固过程,冷速越大,峰值凝固速度越大。冷速影响合金凝固温度,随着冷速的增加,凝固温度逐渐降低,冷速的增加使合金凝固后二次枝晶间距减小,析出相尺寸更均匀细小,有利于减少合金凝固过程的裂纹敏感性,获得了不同冷速下合金二次枝晶间距的预测公式。
回火温度对低碳高合金轴承钢组织及冲击性能的影响
吴志伟, 武雪婷, 张军, 李伟
2023, 44(3): 138-143. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.021
摘要(249) HTML (40) PDF(16)
摘要:
以低碳高合金轴承钢为研究对象,通过OM、SEM、XRD等手段,研究了回火温度对显微组织和冲击韧性的影响。结果表明,低碳高合金轴承钢分别经过200、300、400、500 ℃回火处理后,金相显微组织均为回火马氏体+残余奥氏体;600 ℃和700 ℃回火处理后,马氏体组织发生退化,金相显微组织均为回火索氏体+残余奥氏体。低碳高合金轴承钢在200~700 ℃温度区间回火处理后,300 ℃回火冲击韧性最高,600 ℃回火冲击韧性最低,回火温度不宜超过500 ℃。低碳高合金轴承钢在200~500 ℃回火后断口特征均为准解离断裂,600 ℃和700 ℃回火表现为明显的脆性断裂特征。
双通道感应加热中间包控流装置模拟优化
高文星, 袁己百, 赫俊峰, 梁日成, 李源源
2023, 44(3): 144-151. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.022
摘要(140) HTML (22) PDF(6)
摘要:
为解决双通道感应加热中间包原型死区体积比大,平均停留时间短,各铸流差异性大的问题,设计了不同导流孔方案的挡墙和加热通道,并通过数值模拟中间包的流场和温度场。结果表明,在中间包内设挡墙可以很好地改善钢液流动状况。A2方案(八字型挡墙上开两个导流孔,孔径130 mm,与挡墙水平倾角5°,下孔仰角25°,上孔仰角15°)平均停留时间延长了207.2 s,死区体积降低了23.89个百分点,边部水口与中间水口的最大温差为3 ℃。椭圆跑道型加热通道(E2方案)对中间包加热效果更好。通过生产实践证明边部水口与中间水口的最大温差约为3~4 ℃,优化的控流装置改善了中间包的流动性和差异性。
轴承钢连铸坯块状碳化物及其遗传性的控制与研究
徐斌, 程鹏飞, 肖国华, 靳国兵, 郝志超, 陈涛, 孙俊喜
2023, 44(3): 152-158. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.023
摘要(162) HTML (23) PDF(6)
摘要:
通过Image-Pro Plus软件及金相法对GCr15轴承钢连铸坯在不同的连铸因子(过热度、拉速、二冷强度、电磁搅拌条件)下原始块状碳化物的形态、分布及碳偏析指数间的关系进行研究。结果表明,铸坯碳化物按分布、形态分为三类,沿铸坯晶粒边界集中连续、大面积分布的第一类碳化物;沿晶界分布、以“细长枝条态”向晶粒内无规律延伸的第二类碳化物;以单独形态分布在晶界处、边界圆润光滑、分散分布的第三类碳化物,其中断续分布或单独分布的铸坯块状碳化物经过现有轧制加热工艺处理后,液析碳化物级别均为0~0.5级,以此指导连铸最佳配合工艺参数是拉速0.95 m/min,过热度为20~25 ℃、冷却强度为0.35 L/kg、末端电磁搅拌为350 A、7 Hz。
GH4169真空感应过程夹杂物的演变机制
李靖, 蒋世川, 戚慧琳, 周扬
2023, 44(3): 159-164. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.024
摘要(196) HTML (17) PDF(8)
摘要:
高温合金中夹杂物是影响合金冶金质量和使用性能的主要因素,因此研究了GH4169镍基高温合金真空感应(VIM)熔炼制备过程中夹杂物的演变机制。采用真空感应炉对GH4169合金进行冶炼,通过ASPEX型自动扫描电镜分析检测夹杂物的物相组成、尺寸形貌及成分,并分析夹杂物的形成机理、来源及演变机制。结果表明,真空熔炼GH4169合金主要生成五种类型夹杂物:Al2O3、MgAl2O4和MgO单层夹杂物,MgAl2O4-Ti(C,N)-NbC和MgO-Ti(C,N)-NbC多层复合夹杂物。Al2O3在熔化期形成,MgAl2O4在精炼期形成,加入Nb、Al、Ti合金化后形成MgAl2O4-Ti(C,N)-NbC夹杂,加入Mg合金化后生成MgO和MgO-Ti(C,N)-NbC夹杂。随冶炼过程的进行,夹杂物的数量密度先增加后减少,在精炼期夹杂物数量密度达到峰值211.42个/mm2,精炼期结束后,夹杂物数量减少,出钢前夹杂物数量密度46.57个/mm2
加热速率对钢筋氧化动力学影响规律的研究
王宝山, 张宏亮, 马健, 冯光宏
2023, 44(3): 165-170. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.025
摘要(158) HTML (23) PDF(9)
摘要:
通过热重分析方法和显微结构观察,研究了耐腐蚀钢筋不同加热速率下的氧化规律,并与等温氧化过程做了对比。结果表明,不同加热速率下钢筋的显微组织并没有明显差异,但是氧化层厚度随着加热速率的减小而增加。当加热速率小于10 ℃/min时,氧化层呈现明显的双层结构,但当加热速度为20 ℃/min时,氧化层几乎呈现单层结构。通过恒速加热试验建立了一种新的氧化活化能计算方法,与等温氧化试验所得值相比,加热速率为5、10、20 ℃/min时的相对误差分别为4.14%、5.12%和32.13%,因此,为了保证新方法的精度,试验需在较低的加热速率下进行。
钛含量对汽车用贝氏体-马氏体双相钢抗氢脆行为的影响
李峥杰, 张玮, 刘小军
2023, 44(3): 171-176. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.026
摘要(166) HTML (18) PDF(6)
摘要:
冶炼了三种不同钛含量(0、0.9%和1.8%)的贝氏体-马氏体双相钢,通过热处理调整试样中贝氏体含量使其保持相同的强度水平,借助电化学充氢和慢应变速率拉伸试验手段研究了贝氏体含量对贝氏体-马氏体双相钢抗氢脆行为的影响。试验结果表明,钛含量为1.8%的试验钢中具有最高的贝氏体含量和最优异的抗氢脆性能,这主要归因于渗碳体-铁素体界面位错等不可逆陷阱对氢原子的俘获作用。为了提高贝氏体-马氏体双相钢的抗氢脆能力,可增加贝氏体组织中细小渗碳体颗粒的数量,为塑性变形过程中氢的迁移提供更多的不可逆氢陷阱。
脱氧剂对M50NiL钢中非金属夹杂物的影响
李兵, 吴志伟, 陈文雄, 王小强, 郎东, 张军, 毛健
2023, 44(3): 177-182. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.027
摘要(148) HTML (20) PDF(4)
摘要:
在航空发动机用轴承钢M50NiL的真空冶炼过程中使用不同脱氧剂进行脱氧 重点研究了不同脱氧剂类型对钢中夹杂物形貌、类型、尺寸及数量密度的影响。结果表明,未添加脱氧剂时,钢中夹杂物主要为Al2O3和铝镁尖晶石;使用Al-RE作为脱氧剂后,钢中夹杂物的主要类型为稀土夹杂物;而使用Al-RE-Si-Mn作为脱氧剂后,钢中夹杂物类型、尺寸及分布特征与Al-RE脱氧剂基本相当。稀土元素的加入能明显改善钢中夹杂物的类型及形貌,使主要夹杂物类型由带有棱角且形状不规则的富Al2O3型夹杂物转变为近球形的稀土夹杂物,同时降低了钢中夹杂物的最大尺寸,以及大尺寸的Al2O3夹杂物数量,但过量的稀土使得钢中出现了稀土夹杂物的团聚。
12Cr1MoVG钢平衡相变与析出热力学研究
闻莉, 艾立群, 雷悦, 李亚强, 洪陆阔, 祝广鹏, 王旭锋
2023, 44(3): 183-190. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.028
摘要(212) HTML (24) PDF(141)
摘要:
通过热力学软件JMatPro对12Cr1MoVG钢冷却过程中的相变和析出行为进行了研究,分析了钢中合金元素对纵裂纹敏感性的影响。结果表明,12Cr1MoVG钢从1600 ℃平衡冷却至400 ℃过程相变路径为:L→L+δ→L+δ+γ→δ+γ→γ→γ+MnS→γ+MnS+MN→γ+MnS+M(C,N)→γ+α+MnS+M(C,N)→γ+α+MnS+M(C,N)+AlN→γ+α+MnS+M(C,N)+M(C,N)+AlN+M23C6→α+MnS+M(C,N)+M(C,N)+AlN+M23C6。随着钢中P、S、Mo、V、Cr元素含量的增加,纵裂纹敏感性增加;而随着钢中Mn、Si元素含量的增加,纵裂纹敏感性降低。基于α+γ两相区温度区间和M(C,N)析出情况分析得到低温脆性温度区间为747.6~869 ℃,与拉伸试验测试结果基本一致。
减速机齿轮轴断齿原因分析
董雪娇
2023, 44(3): 191-196. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.03.029
摘要(180) HTML (21) PDF(9)
摘要:
针对减速机齿轮轴发生断齿现象,进行了化学成分分析,利用金相分析技术研究了齿轮轴内部微观组织结构以及产生缺陷的原因,采用扫描电镜观察断口形貌特征,以及通过硬度计算方法计算了齿部的硬化层深度,并对齿顶渗碳淬火硬化层进行了数学校验。结果表明,由于齿轮在淬火加热时温度过高,导致齿轮内部出现粗大马氏体及网状碳化物,齿面存在严重的内氧化现象致使齿部材料脆化,进而出现沿晶裂纹和掉块,并且在齿轮轴存在安装偏载且硬度偏低的协同作用下发生断齿现象。