首页期刊导航|钢铁
期刊信息/Journal information
钢铁
钢铁

翁宇庆

月刊

0449-749X

gangtiebianjibu@163.com

010-62182345

100081

北京海淀区学院南路76号

钢铁/Journal Iron & SteelCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1954年，是由中国科协主管，中国金属学会主办，我国冶金界历史较长的综合性科技期刊，也是反映钢铁工业的科技成就的主要刊物之一，在国内外享有 较高的声誉。其宗旨是面向生产、结合实际，坚持为钢铁工业生产建设服务，报道钢铁工业的科技成就、生产工艺的技术进步、生产工艺的技术进步、品种质量的改善提高、新技术新产品的开发应用、企业经营管理经验和专业理论应用研究等，以提高钢铁行业科技工作者和干部的科技水平，促进钢铁工业的发展。
正式出版
收录年代

    激光选区熔化制备TiC强化M2高速钢组织与性能

    刘岩赵定国李月王书桓...
    104-111,134页
    查看更多>>摘要：M2高速钢(high-speed steel,HSS)作为一种中合金高碳工具钢,广泛应用于机加工行业中.使用激光选区熔化技术可以直接制备出具有精细复杂结构的工件,研究了TiC强化的M2高速钢的SLM成型工艺参数,分析了TiC的添加对M2高速钢微观组织、物相、性能的影响.试验结果表明,当激光功率为 270 W、扫描速度为700 mm/s、扫描间隔为100 μm时可以制备出相对致密度为97%以上的TiC强化M2高速钢样品.金相分析结果表明,打印态M2高速钢XZ面微熔池内部以柱状晶组织为主,而添加质量分数为1%的TiC后,XZ面柱状晶组织则全部变成等轴晶组织;SEM结果显示XY面组织以等轴晶为主,并且分布较为均匀,晶粒边界处存在点状析出物,TEM结果显示析出物主要为添加的纳米TiC粒子及析出的碳化物.添加TiC后样品的平均晶粒尺寸由1.440 μm变为0.585 μm,晶粒细化效果明显.XRD结果显示纯M2高速钢的物相主要为BCC马氏体,含有少量的FCC残余奥氏体.随着TiC的加入,XRD衍射峰中MxCy型碳化物的峰强度增加,TiC的加入诱导了碳化物的生成,添加质量分数为1%TiC的M2高速钢的耐磨性较纯M2高速钢提升约39%,TiC的加入起到了晶粒细化和析出强化作用,细小的晶粒及析出的碳化物显著地提升了高速钢耐磨性.

    M2高速钢激光选区熔化摩擦磨损TiC碳化物

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    气雾化制备18Ni250钢粉体的数值模拟与试验验证

    李嘉刘雨王长军于晓华...
    112-121页
    查看更多>>摘要：真空感应熔炼气雾化(VIGA)工艺具备细粉收得率高、高效率以及低成本等优点,是目前增材制造用粉体制备最为通用的工业技术.由于超声速流场冲击液滴形成粉体的雾化过程机理复杂,粉体质量与细粉收得率难以兼顾是关键技术问题之一.数值模拟通过可视化展示氩气流场和金属熔体破碎的过程,有助于分析VIGA工艺中超声速流场冲击液滴形成粉体的复杂机理.首先通过数值模拟对VIGA工艺的氩气流场、金属熔体破碎过程进行可视化分析,结合试验研究气雾化参数对细粉收得率以及粉末形貌的影响.主要的气雾化参数为气体压强(4、5 MPa)、气体温度(300、373、423 K)、熔体漏眼直径(5 mm)、熔体温度(1 873 K).研究结果表明,气体压强升高、气体加热可以明显提升超声速氩气流速度,模拟结果给出的最优参数为雾化气体压强5 MPa、气体温度423 K.机理分析发现,上升气流是金属熔体在一次雾化时的主要作用气流,作用为液膜拓展至初始液滴形成;初始液滴在超声速气流交叉冲击区进行二次雾化,液滴破碎后冷却形成粉末.采用最优工艺参数进行试验,实际细粉收得率可达到约66.59%,制备的粉末球形度良好.此外,雾化气体加热对粉体表面熔覆氧无明显影响.为开发18Ni马氏体时效钢材料及相应的气雾化制粉工艺提供技术支持,有望提高雾化效率和粉末性能.

    真空感应气雾化数值模拟18Ni250钢一次雾化二次雾化粉体质量

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    电子束选区熔化成形高氮钢的微观组织与力学性能

    张佳豪王岩李花兵冯浩...
    122-134页
    查看更多>>摘要：高氮奥氏体不锈钢(high nitrogen austenitic stainless steel)广泛应用于飞机叶片、特种车身及涡轮等具有复杂结构的部件.电子束选区熔化(SEBM)技术具有更高的预热温度(最高达1 200℃)和更高的能量利用率等优势,能够有效解决传统材料加工方法制备高氮钢组织粗大、组织分布不均匀的问题,有望大幅改善高氮钢力学性能,能够实现复杂构件的一体化成形.通过改变SEBM的电子束束流和扫描速度制备高氮钢试样,研究了工艺参数对打印态试样氮含量、致密度、物相组成、微观组织演变和拉伸性能的影响规律.结果表明,试样的氮含量较粉末均出现不同程度减少,随着能量密度的增加而减小;微观组织主要由奥氏体、铁素体、晶间σ相、亚稳态M2(C,N)组成;通过改变工艺参数可以调控奥氏体、铁素体和σ析出相的尺寸;随着电子束束流增加,奥氏体基体先变大后变小,奥氏体晶界析出σ相尺寸先变小后增大且晶内小尺寸析出物逐渐变少.随着扫描速度的增大,熔池热输入减少、能量密度减小,晶界处σ相析出物逐渐变大,奥氏体基体逐渐变小.当能量密度增大时,试样的极限抗拉强度和屈服强度先上升后降低.当电子束束流为23 mA、扫描速度为6 m/s、相应能量密度为57.50 J/mm3时,高氮钢的综合力学性能最佳,极限抗拉强度为1 200 MPa,屈服强度为868 MPa,伸长率为6.5%.

    高氮奥氏体不锈钢电子束选区熔化显微组织结构奥氏体拉伸性能

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    增材制造马氏体时效钢表面铣削参数优化与分析

    杨泽宇李卫民张彦鹏宋明林...
    135-144页
    查看更多>>摘要：马氏体时效钢因其高强度、高韧性以及良好的成形性能而著称,能够很好地满足增材制造生产的要求.然而,其制造材料的表面质量较差,制约了其快速发展.目前关于马氏体时效钢增材制造的材料表面进行后处理相关研究较少.因此,通过激光熔覆制造了不同搭接间距的熔覆层,以平整度为指标,选取搭接间距为0.7 mm的熔覆层进行了表面铣削正交试验,并对铣削后的熔覆层表面粗糙度及其形貌特征进行了分析,以降低表面粗糙度为目的进行了参数预测、试验验证与分析.结果表明,不同扫描间距熔覆层截面形貌相差较大,呈现波浪状、凸起状、平整状;熔覆层不同位置显微组织不同,主要由胞状晶和柱状树枝晶组成.经过切削后材料表面粗糙度明显下降,但刀痕明显,暴露出增材制造过程产生的未融合裂纹、孔洞等缺陷.通过正交切削试验分析得到各参数对加工表面粗糙度影响程度依次为进给速度＞切削深度＞主轴转速.通过效应曲线预测了最低表面粗糙度的参数主轴转速为11 000 r/min、进给速度为1.5 mm/min、切削深度为0.5 mm,此时粗糙度最小值为0.373 μm,比正交切削试验最低粗糙度结果降低了11.4%;切削加工后熔覆层顶端产生了加工硬化,比切削加工前硬度提高了10.5%.试验研究旨在改善增材制造材料的表面质量,为增材制造材料后处理相关研究提供参考.

    增材制造马氏体时效钢正交试验铣削加工表面粗糙度硬度

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    SLM制备马氏体时效不锈钢组织及服役行为

    赵晓洁赵凯张轩高扬...
    145-154页
    查看更多>>摘要：马氏体时效不锈钢具有高强度及耐腐蚀等优点,在航空航天及石油等领域应用广泛.以选区激光熔化(SLM)技术制备马氏体时效不锈钢为研究对象,开展力学性能及腐蚀磨损性能测试.采用OM、SEM、EBSD、TEM及三维形貌仪等表征手段分析马氏体时效不锈钢的微观组织及服役行为.结果表明,选区激光熔化技术制备的马氏体时效不锈钢力学性能优异,屈服强度和抗拉强度分别为700 MPa和1 184 MPa,伸长率和冲击韧性分别达到20.6%和149.6 J.对拉伸和冲击断口表面形貌分析,均表现为细小蜂窝状的韧窝,断裂形式为韧性断裂.在腐蚀磨损条件下,马氏体时效不锈钢的失效形式以磨粒磨损、腐蚀磨损为主.研究不同载荷下马氏体时效不锈钢的腐蚀与磨损交互作用,发现磨损对腐蚀的促进作用随载荷增加而增强,主要由于存在"应变差电池".马氏体时效不锈钢微观组织主要由马氏体以及少量奥氏体组成,组织细小,且内部有高密度位错及纳米尺寸夹杂物存在.分析氧化铝夹杂物对马氏体时效不锈钢服役行为的影响,发现微纳米尺寸球形夹杂物可有效调控马氏体不锈钢韧性和腐蚀磨损性能.

    马氏体时效不锈钢选区激光熔化夹杂物韧性腐蚀磨损行为

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    激光增材制造316L不锈钢力学性能的各向异性

    刘伟刘成松王勇张华...
    155-165页
    查看更多>>摘要：相比于传统制造工艺生产的316L不锈钢零件,L-PBF技术具有更大的设计自由度和制造效率,可实现复杂几何形状金属零件的一次性成型,被广泛应用在核工业、汽车工业以及医疗卫生等领域.然而,L-PBF技术极快的冷却速率会导致其内部形成明显差异的微观组织结构,从而造成材料力学性能的各向异性.利用SEM、EBSD和TEM等表征技术,深入观察了L-PBF 316L不锈钢样品不同截面的微观组织的差异,从晶粒尺寸、晶体取向以及亚晶结构的变形机理 3方面详细分析了其对材料力学性能的影响.研究表明,垂直于打印方向的晶体为明显的<110>织构,晶粒尺寸较小,且塑性变形时网络状的胞状亚晶和变形孪晶相互作用,形成了更小尺寸的三维立体钉扎结构,可有效抑制各个方向的位错滑移,明显增加了该方向的强度.然而,平行于打印方向为较粗大的柱状晶,晶体取向趋于随机,并且亚晶结构多为条状形貌.塑性变形时,当变形孪晶生长方向平行于亚晶的长边时,则无法对条状亚晶进行分割和细化,进而不能有效抑制平行于亚晶长边界的位错滑移,强化效果较弱,导致该方向强度较低.研究有利于更好地理解L-PBF 316L中各向异性的起源,为后续热处理提供了理论指导;同时有助于拓扑优化、晶格结构建模和增材制造过程中的热物理过程模拟等工作的模型搭建,提高模型的精度.

    316L不锈钢激光粉末床熔融技术晶体特征亚晶结构各向异性

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    激光原位合金化Fe-Mn合金的元素质量损失

    马西琳刘和平李发发何亚洲...
    166-179页
    查看更多>>摘要：多材料打印是目前金属增材制造的重要发展方向,利用多材料打印技术可以节约材料,充分发挥材料和结构耦合设计特点、实现综合优异的性能或功能.其中激光原位合金化技术是实现多材料打印的核心方法之一,利用激光作为热源逐层熔化粉末形成三维零件,成形的金属零件致密度高、尺寸精度高、表面粗糙度好.由于锰元素的蒸气压较高,在高温热源的作用下蒸发效应更强烈,针对多材料激光原位合金化制备技术中的元素蒸发问题,以纯金属粉末铁和锰为原材料,采用高通量增材制造设备,分别进行了Fe10Mn(质量分数,下同)和Fe20Mn混合异质粉末的激光选区熔化试验,重点对比分析了不同激光功率、扫描速度、成分配比等参数对成形样品的质量损失及成分精度的影响.研究结果表明,锰质量分数为20%时的质量损失率低于锰质量分数为10%的质量损失率.高锰含量样品在成形过程中蒸发更加剧烈,反冲压力更大,熔池更窄更深.激光原位合金化成形合金最佳的工艺参数为激光功率 220 W,扫描速度 500 mm/s,扫描间距 0.08 mm,层厚 0.03 mm,成形试样的密度最高可达7.81 g/cm3,致密度最高可达 99.78%.最佳工艺参数条件下,原位合金化Fe20Mn合金的质量损失率仅为1.50%.因此,在Fe-Mn合金中,锰相较于铁具有更大的蒸发倾向,优化了Fe-Mn合金的激光打印工艺参数,为提高易蒸发元素的成分精度控制提供了参考.

    激光原位合金化多材料增材制造质量损失铁锰合金元素蒸发成型性能

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    稀土元素对气雾化高强不锈钢粉末性能的影响

    刘畅张梦醒刘雨梁剑雄...
    180-188,197页
    查看更多>>摘要：通过增材制造技术成形高强不锈钢可以有效提高不锈钢材料的成形效率、减少原料浪费、适用于各类复杂形状制件,是未来高强不锈钢成形的重要方式.但是气雾化法制备得到的不锈钢粉末存在细粉收得率低、卫星粉含量高、杂质氧含量高等问题,严重影响了通过增材制造技术成形的高强不锈钢零件的致密度、力学性能等特性.为了提高零件的成形质量,需要对气雾化金属粉末进行有效地改性,减少粉末表面卫星粉、提高粉末流动性.制备了PH13-8Mo高强不锈钢粉末,并在气雾化制粉时向其中加入稀土La元素,后续的表征结果表明不锈钢粉末的颗粒形状、球形度和粉末流动性等粉末物性都在加入稀土后得到了改善.为了系统探究稀土元素的影响规律,制备了 3 批不同成分的含稀土粉末,稀土La的质量分数分别为 0.11%、0.39%、0.59%.采用SEM、XPS、EPMA、3DAPT等分析手段,表征粉末形貌、粒度分布、流动性、相组成、化学成分等特性.结果表明,添加了稀土的PH13-8Mo不锈钢粉末各项物性都明显改善、粉末球形度增加、流动性明显提高,稀土加入对PH13-8Mo不锈钢的相转变温度和组织形貌也存在影响.通过对粉末成分的表征发现稀土元素在粉末颗粒中沿晶界分布,存在明显的偏析情况.研究结果证实了在气雾化制粉过程中向高强不锈钢中添加稀土元素来调控粉末物性,是一种高效可行的工艺路线.

    不锈钢粉末气雾化粉末改性粉末流动性元素分布表征

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    高氧增材制造IN718镍基高温合金的蠕变性能

    巩俐史慧文杨博威孙美慧...
    189-197页
    查看更多>>摘要：氧作为高温合金冶炼过程中难以去除的杂质元素,氧质量分数仅仅为0.000 1%～0.001 0%就会显著降低高温合金的疲劳与蠕变性能.增材制造技术由于其在难切削合金与复杂构件上的制造优势,已被广泛应用于高温合金的制造.然而,由于粉末的比表面积大,增材制造高温合金的氧质量分数为传统铸造的10～100倍,致使其疲劳与蠕变性能大幅下降.基于此,充分利用了选区激光熔化工艺的特点,开展了高氧含量气氛中IN718合金的打印.采用了打印室氧质量分数分别为0.001%与0.100%的环境,制备了高、低2种氧含量合金.650℃/550 MPa的蠕变与 650℃/690 MPa的持久测试显示,高氧含量制造的合金的蠕变与持久寿命为低氧含量制造的合金的 2倍,同时具有更好的塑性.结合光镜、扫描电镜与能谱仪,对2种合金的显微组织进行表征.结果显示,氧含量增高并未引起打印过程的烧损,且高氧含量与低氧含量制造的合金具有相同的致密度与显微组织特征,2种合金均显示出良好的冶金结合,没有明显的打印缺陷.在热处理之后,2种合金均发生了晶粒回复与再结晶,在晶界处析出了几乎同样尺寸和含量的碳化物与δ相.通过透射电镜发现高氧含量合金中具有弥散分布的Al2O3 颗粒,尺寸为15～30 nm,且其附近遍布位错网.这些纳米氧化物结构稳定,可以有效阻碍位错运动,从而提升了合金的蠕变性能.详细分析了该纳米氧化物在选区激光熔化过程中的形成机制.提出利用激光增材制造特性制备含纳米氧化物合金的思路,该方法可以有效避免氧对合金损害,提升合金的性能.

    选区激光熔化镍基高温合金高氧含量纳米氧化物蠕变性能

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据