D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.     

D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响

采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验，研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主，而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄，其内的铁素体细化成纳米晶，粒状渗碳体不发生剪切变形，主要以溶解为主，不易形成较厚的白层，不发生大块剥落现象，提高耐磨性能.      

接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1 150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.      

超细晶D6A钢动态拉伸力学特性实验研究

为了推进超细晶D6A钢在半穿甲战斗部壳体上的应用,研究了动态加载下其宏观力学行为和细观变形机理。运用旋转盘式Hopkinson拉杆技术,开展了超细晶D6A低合金钢（平均晶粒尺寸为510 nm）的动态拉伸实验,获得了不同应变率（500～1000 s?1）下超细晶钢的应力-应变曲线。运用TEM观测微观形貌,从细观层次研究了高应变率拉伸作用下超细晶钢的动态力学特性。结果表明,超细晶D6A钢具有较高的动态拉伸强度和良好的延展性。并且,晶粒细化和纳米析出相（渗碳体）是超细晶钢同时拥有高强度和较好韧性的重要因素;在动态拉伸过程中析出的大量纳米级渗碳体,与高密度晶界共同作用限制了位错运动,从而产生额外的塑性变形抗力,有效提升了超细晶钢的强度;在塑性变形阶段超细晶钢出现的明显应力下降现象,是可动位错密度增高的结果。     

滚压诱导梯度超细晶铜的润滑微动磨损特性研究

通过滚柱对纯铜表面进行大载荷的多次滚压,使其表层累积不同应变水平的塑性变形,对所形成的约150μm的塑性变形层沿深度方向的晶粒形态和分布进行分析,并对其显微硬度进行测试,表明该工艺在纯铜表层诱导形成了一种梯度超细晶结构;最表层平均晶粒尺寸约为662 nm,并随深度逐渐增至基体晶粒尺寸94μm;梯度超细晶铜(简称梯度铜)最表层硬度较基体硬度提高约45%,并随深度逐渐下降至基体硬度.在SRV IV试验机上对梯度铜和粗晶铜在润滑条件下的微动磨损特性进行对比研究.结果表明:梯度铜摩擦系数先减小后增大,并在大载荷下与粗晶铜趋于一致;梯度铜的主要磨损形式为磨粒磨损,而粗晶铜为磨粒磨损和疲劳剥落,部分区域出现氧化磨损;梯度铜抗微动磨损能力比粗晶铜提高10倍以上.     

聚能装药铜射流超塑性问题的研究

通过对回收Cu射流杵体的金相分析得出药型罩在冲击波和挤压剪切变形双重作用下造成晶粒细化和温度升高,并为动态超塑性变形创造了条件,因此在形成射流之前材料已满足动态超塑性变形的条件,同时说明聚能装药射流的动态超塑性变形符合细小晶粒的转动变形机理。     

温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响

针对7xxx铝合金温热成型过程中模具磨损等问题,本文作者研究了不同温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响.采用光学显微镜、3D光学轮廓仪和扫描电子显微镜等对试样的微观组织、磨痕形貌、磨损亚表层组织以及磨屑形貌进行了表征.结果表明,随着试验温度的升高,摩擦系数先降低后升高. 7A04铝销的磨损率先减小后增大;其磨损机制以磨粒磨损为主. 50CrMo4钢盘的磨损率先增大后减小,在225℃时降至最低;其室温下的磨损机制为磨粒磨损、胶合黏着磨损和剥层磨损的混合磨损机制,温度从125℃升至175℃时转变为轻微磨粒磨损和一般黏着磨损的混合磨损机制;各温度下均存在明显的材料转移现象. 7A04铝销在125℃时开始出现机械混合层,伴随有明显的氧化现象,这将导致在225℃下机械混合层结构变得疏松且易剥落.在225℃下50CrMo4钢磨损亚表面的变形晶粒区和动态再结晶区厚度增大,表面硬度下降,塑性增加,形成长条状的切屑. 7A04铝销表面机械混合层的氧化及塑性变形层的变化与50CrMo4钢磨损表面动态再结晶的变化决定了在不同温度中2种材料各具有不同的磨损率与磨损形式.     

微纳米晶金属的应变率敏感性及应变硬化行为分析

基于亚微米、纳米晶粒组织塑性变形过程中多种变形机制(位错机制、扩散机制及晶界滑动机制)共存,建立了理论模型,用于定量研究亚微米、纳米晶粒组织的塑性变形行为.以铜为模型材料,计算分析了晶粒尺度、应变率以及温度对亚微米、纳米晶粒组织塑性变形行为的影响.结果表明:相比粗晶铜,亚微米晶铜表现出明显的应变率敏感性,并且应变率敏感系数随晶粒尺度及变形速率的减小而增大;同时,增大变形速率或降低变形温度都能提高材料的应变硬化能力,延缓颈缩发生,进而提高材料的延性.计算分析结果与实验报道吻合.     

Ni对ZA27合金组织及磨损性能的影响

研究了Ni对ZA27合金的微观组织及油润滑下磨损性能的影响.结果表明:加入0.4％的Ni可以有效细化ZA27合金组织,并使合金共晶中出现富镍的颗粒;在重载(大于1000N)条件下,含镍ZA27合金的耐磨性明显高于ZA27合金,并且载荷越大,这种趋势越明显;在载荷为1000 N时,随Ni含量的增加,ZA27合金的磨损量和磨面亚表层厚度均呈现先减小后增大的趋势,ZA27合金的主导磨损机制从较严重的塑性变形诱导磨损和黏着磨损逐渐向较轻的伴随塑性变形诱导机制的切削磨损转变,进而又转变为伴随黏着机制的微切削磨损,最后转变为较严重的切削磨损和黏着磨损;表面高硬度氧化层的产生可以有效提高合金的耐磨性能.     

马氏体钢干滑动磨损纳米梯度结构的形成机理研究

采用SFT-2M销盘式摩擦磨损仪对马氏体钢进行干滑动磨损试验. 通过扫描电镜、透射电镜和显微硬度计对滑动磨损后的显微组织进行了表征. 结果表明:显微组织的变化随着接触载荷的不同，受到不同磨损机制的主导. 在相对较低接触载荷下，马氏体板条在磨粒磨损机制下发生弯曲；在高接触载荷下，马氏体板条在黏着磨损机制下形成梯度结构. 滑动磨损引发大量塑性变形，在材料内部产生高位错密度的几何必要边界(GNBs)和伴生位错边界(IDBs)，导致层片结构的形成. 随着这两种边界数量的增大，层片间距减小，晶粒被分割为更小的晶粒，最终形成纳米层片结构.      

A simple model for dynamic recrystallization during severe plastic deformation

During severe plastic deformation at elevated temperature dynamic recrystallization governs the microstructural evolution in natural geological processes as well as in industrial processing of metals, e.g. during equal channel angular extrusion (ECAE). Microstructure changes into almost dislocation-free grains of an average diameter of a few hundred nanometers yielding materials with excellent room-temperature strength. In this paper, we present a thermodynamically consistent model for the dynamic recrystallization during severe plastic deformation which provides explicit evolution equations for grain size and dislocation density.     

高速切削锯齿形切屑内绝热剪切带微观特征研究

使用光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射、SEM、TEM等方法对高速切削30CrNi3MoV高强度钢锯齿形切屑中第一和第二变形区内形成绝热剪切带和白层进行了观察和研究。结果表明,形成了两种形式的绝热剪切带,即低速下形成的形变带和高速下形成的转变带。转变带内的硬度高于形变带和切屑基体。X射线衍射表明白层内发生了马氏体相变。TEM观察发现,形变带内为经历了大塑性变形的回火马氏体组织。转变带是由尺寸为50～100 nm的等轴晶组成,绝热剪切带形成过程中发生了动态再结晶。     

Quantitative Study of Residual Strain and Geometrically Necessary Dislocation Density Using HR-EBSD Method

Background

Optical metrology is widely used to measure materials’ deformation and mechanical properties but current fundamental research requires more precise measurement of microstructure and deformation in internal materials. Electron backscattered diffraction (EBSD) technique measures crystal orientation in individual grain and high resolution EBSD (HR-EBSD) method provides information about residual strain and GND density.

Objective

Deformation of two stainless steels Nitronic 60 and Tristelle 5183 with different proportions of ferrite and carbides are characterised.

Methods

Push-release bend testing was used to provide progressive increasing bending stress in two iron-based material samples. HR-EBSD and high resolution digital image correlation (HR-DIC) methods characterised residual strain, GND density and plastic strain distributions in each sample.

Results

Nitronic 60 and Tristelle 5183 were deformed and obtained 3.8% and 0.9% plastic strain ?xx. High GND densities distributed neighbouring grain boundaries in Nitronic 60 while high GND densities distributed around carbides, especially intragranular carbides in Tristelle 5183.

Conclusions

HR-EBSD and HR-DIC quantitative characterised deformation in two iron-based alloys, grain/twin boundaries and carbides resulted in GND density increase, promoted work hardening and accumulated high residual elastic strain. Heterogeneous grain/carbide size distribution leaded to stress concentration and cause carbide decohesion and brittle fracture of sample.

     

An experimental study on grain deformation and interactions in an Al-0.5%Mg multicrystal

Heterogeneous plastic deformation behavior of a coarse-grained Al-0.5%Mg multicrystal was investigated experimentally at the individual grain level. A flat uniaxial tensile specimen consisting of a single layer of millimeter-sized grains was deformed quasi-statically up to an axial strain of 15% at room temperature. The initial local crystallographic orientations of the grains and their evolutions after 5, 12, and 15% plastic strains were measured by electron backscattered diffraction pattern analysis in a scanning electron microscope. The local in-plane plastic strains and rigid body rotations of the grains were measured by correlation of digital optical video images of the specimen surface acquired during the tensile test. It is found that both intergranular and intragranular plastic deformation fields in the aluminum multicrystal specimen under uniaxial tension are highly heterogeneous. Single or double sets of slip-plane traces were predominantly observed on the electro-polished surfaces of the millimeter-sized grains after deformation. The active slip systems associated with these observed slip-plane traces were identified based on the grain orientation after deformation, the Schmid factor, and grain interactions in terms of the slip-plane trace morphology at grain boundaries. It is found that the aluminum multicrystal obeys neither the Sachs nor the Taylor polycrystal deformation models but deforms heterogeneously to favor easy slip transmission and accommodation among the grains.     

再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响

使用二辊轧机对TA2工业纯钛进行多道次大应变冷轧处理,制备了冷轧总变形量为70%的TA2纯钛板。通过对冷轧TA2纯钛板进行500℃加热、不同保温时间的退火处理,获得了具有不同再结晶组织的钛板。基于帽形试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对不同再结晶组织的试样进行动态冲击冻结实验,结合光学显微镜和扫描电子显微镜表征试样冲击前后微观组织的变化,研究了再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。结果表明,随着退火保温时间的延长,试样再结晶晶粒占比逐渐增大,晶粒分布由分散向局部聚集转变;在相同应变和应变率下,在所有试样中都观察到了绝热剪切带,再结晶晶粒占比高的试样更易诱发绝热剪切带中裂纹形核扩展。对比变形前后试样再结晶组织和几何必需位错变化,结合剪切区整体温升分析发现,再结晶晶粒作为材料软化点能够诱发剪切带的形成,而剪切带发展后期产生的绝热温升会促进剪切带内材料发生二次再结晶,提高剪切带内材料的韧性,延缓剪切裂纹的形成。     

球化退火态重载车轮钢CL70磨损性能及组织演化

对CL70重载车轮钢进行球化退火获得球状珠光体组织. 将组织为片状珠光体和球状珠光体的CL70分别与U75V钢轨钢在滚动摩擦磨损试验机上以相同参数进行干摩擦纯滚动试验. 使用称重法测量磨损量、利用带电子背散射衍射附件的扫描电子显微镜及显微硬度计对两种组织形态的试样运行表面进行组织及硬度变化情况的观察与分析. 结果表明:球状珠光体组织磨损性能不及片状珠光体组织. 二者的磨损机制和强化机制不同，片状珠光体组织以疲劳磨损为主，通过塑性变形和晶粒不断细化至纤维状再到纳米晶，位错不断累积并达到良好的强化效果. 球状珠光体组织以黏着磨损为主，只有铁素体和少量渗碳体变形和碎化，硬度提升主要来自于渗碳体颗粒周围的位错集中，硬化效果较差.