热处理是一种显著改变材料性能的方法。当材料缺乏某些机械性能时,可以通过加热来改变其化学性能和微观结构。这有助于实现更好的屈服强度、延展性和韧性。本项目讨论了多种不同的热处理方法对几种材料的影响,以提高延展性和伸长率而不降低强度。所讨论的材料是高铝钢和 Strenx 700MC 钢,前者正在开发中,后者是市售钢。这些钢有望用作高延展性、高强度和第三代钢。热处理可以改变基础材料的机械性能,从而优化这些钢以用于垂直接入解决方案。
为了研究总应变对钢的机械和冶金性能的影响,并将这些变量与钢的脆性联系起来,船舶结构委员会正在布朗大学资助一个名为“宏观断裂基础”的项目。“随函附上第五份进度报告 SSC-173 的副本,C 撰写的“缺口约束下均匀预应力下的延展性耗尽”。Mylo~as,S。Kobayashi 和 A. E. Armenakas。
增材制造 (AM) 通常会导致钛合金强度高但延展性差。混合 AM 是一种能够同时提高延展性和强度的解决方案。在本研究中,通过将定向能量沉积与层间加工相结合,实现了 Ti-6Al-4V 的混合 AM。通过检查微观结构、残余应力和显微硬度,可以解释层间加工如何在保持与打印样品相同的强度的同时使延展性提高 63%。层间加工在打印中引入了反复中断,从而导致加工界面处针状 α 板条在缓慢冷却下变粗。选择性加工层上的粗 α 板条增加了拉伸载荷下的位错运动并提高了整体延展性。本出版物中强调的结果证明了混合 AM 提高钛合金韧性的可行性。关键词:混合增材制造、铣削、定向能量沉积、钛 1. 简介
免责声明 本文件为美国政府机构赞助工作的记录。美国政府、劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司及其任何雇员均不对所披露的任何信息、设备、产品或流程的准确性、完整性或实用性做任何明示或暗示的保证,也不承担任何法律责任或义务,也不表示其使用不会侵犯私有权利。本文以商品名、商标、制造商或其他方式提及任何特定商业产品、流程或服务并不一定构成或暗示美国政府或劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司对其的认可、推荐或支持。本文表达的作者观点和意见不一定代表或反映美国政府或劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司的观点和意见,不得用于广告或产品代言目的。
• 当材料冷却至低温时,其性能会发生显著变化。热导率和电导率等性能可能会增加,屈服强度和极限抗拉强度也会增加,但延展性和韧性通常会降低,对于某些材料来说,甚至会从延展性转变为脆性。
本研究重点系统研究 Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo Si 钛合金,并表征 ¡ + ¢ (等轴和双峰) 和 ¡ + ¡ A (双相) 微观结构。它对双相 ( ¡ + ¡ A ) 微观结构的突出优势提供了更多见解,尤其是其出色的加工硬化和强度-延展性平衡。讨论了形成等轴、双峰和双相微观结构所需的热处理条件及其对晶粒尺寸和相比例的影响。它展示了如何通过热处理温度、保温时间和可能的时效过程来控制微观结构参数。研究了这些微观结构因素对每种合金拉伸性能的影响,特别是对强度 (屈服应力、极限拉伸强度)、延展性 (塑性伸长率) 和加工硬化性能的影响。将双相 ( ¡ + ¡ A ) 微观结构与等轴和双峰微观结构进行比较,并展示其优势,突出双相微观结构具有更好的强度-延展性平衡和优异的加工硬化性能。事实上,双相 ( ¡ + ¡ A ) 微观结构的变形微观结构比双峰 ( ¡ + ¢ ) 微观结构表现出更均匀的应变分配。因此,这项工作证明了优化的双相 ( ¡ + ¡ A ) 微观结构在室温下增强拉伸性能的潜力。最后,使用梯度增强回归树的机器学习模型来量化微观结构因素(微观结构类型、晶粒尺寸和相对比率)对机械性能的重要性。[doi:10.2320 / matertrans.MT-MLA2022009]
自 19 世纪 50 年代首次制造铝青铜以来,元素添加技术不断发展,以提高机械性能和耐腐蚀性。早期的合金是铜和铝的二元系统,铝含量在 6-11% 之间。铝含量高达约 8-9% 时,平衡金属结构为单相,强度随着铝含量的增加而逐渐增加。这种合金被发现具有延展性,适合冷加工产品。在铝含量较高时,在较高温度下结构中会出现第二相,当通过快速冷却保留时,该相更坚固、更坚硬,具有良好的耐腐蚀性和更好的耐侵蚀性。通常含有 9-10% 铝的合金因其强度而闻名,但由于其在高温下成型的延展性更好,因此双相合金更适合热加工。但是,如果在 565 o C 以下缓慢冷却,结构会再次改变,延展性降低,也更容易在海水中腐蚀。
高级高强度钢(AHSS)广泛用于汽车行业[1-7]。它们的高强度和延展性可以保证撞车性并减少汽车的整体体重,从而有助于更大的被动安全性和更少的污染排放[8-11]。在AHSS中,Martensitic Steels(MS-AHSS)用于生产对冲击安全性至关重要的汽车结构组件,例如前后保险杠梁,门抗入口杆,侧面凹凸增强型和屋顶横梁[12-14]。MS-AHSS的成功是其强度和延展性的结果,以及相对较低的成本[12,15]。但是,由于其微观结构,MS-AHSS特别容易受到氢的含量(HE)[16]。H可以在生产过程中被钢吸收,例如涂层,焊接,热处理,绘画[17]或在特定的服务条件下[12]。钢中氢(H)的存在可以降低强度,延展性,疲劳性和断裂韧性[2,12,17 - 21]。文献中已经描述了两个主要的现象:在明显的亚临界裂纹或最终断裂后的最终断裂,没有证据表明先前的裂纹形成和稳定的生长(在[22]中称为HESC和HEFT)。以前的情况是可以用断裂力学方法建模的,是文献中研究最多的情况,而没有亚临界裂纹生长的情况通常与延展性降低有关而没有强度损失[12,19,23 - 27]。MS-AHSS组件通常是制造的已经提出了几种机制来规定H的含义,以及其他机制:(i)HEDE(ii)帮助(iii)HAM [21,22,24,28]。
图 3 – 传统、L-PBF 和 L-DED 处理的 Fe-Co 的屈服强度和延展性特性与特定工艺的名义冷却速率的关系图。
本报告提供数据和分析,以支持在造船业中接受高强度钢中的未接合焊缝。由 HSLA-100 钢板(最低屈服强度为 690 MPa)和横向坡口焊缝进行的宽板拉伸试验表明,适度欠匹配的接头(实际焊缝屈服强度比实际底板屈服强度低 12%)可以实现与过度匹配焊缝一样高的强度和延展性。欠匹配 18% 至 28% 的焊缝表现出全强度,但延展性最小。相对粗网格弹塑性有限元分析充分再现了实验中观察到的行为。制备了宽板试样,在适度低匹配和高匹配焊缝中都含有各种受控的缺陷。这些缺陷试样表现出卓越的性能,适度低匹配焊缝和高匹配焊缝的结果之间没有一致的差异。当承受剪切载荷时,低匹配高达 25% 的坡口焊缝可达到 HSLA-100 板所需的最小剪切强度,并具有出色的延展性。为便于使用具有最佳焊缝金属性能的高强度钢,给出了各种接头的设计、有限元分析、焊缝填充金属选择和焊接程序指南和说明。