摘要：高强度不锈钢因其优异的综合性能及成熟的生产工艺,已成为航空、航天、海洋、石化工程等高端制造业领域的重要材料。系统回溯高强度不锈钢的发展及应用历程,总结此类钢的强韧化机理及最新研究进展,并详细梳理了影响该钢的氢陷阱行为及氢脆抗力的主要因素。结合现有研究成果,提出了采用多种类纳米级第二相颗粒复合析出强化突破高强度不锈钢强韧性匹配极限的思路;通过调控钢中析出相及逆转变奥氏体的交互析出行为,提高后者的机械、化学稳定性,使其作为钢中裂纹及可扩散氢的双重“陷阱”,从而提高钢的裂纹及氢脆抗力。最后指出未来新型高强度不锈钢的研发须重点关注以材料基因算法、人工神经网络、机器学习为代表的“人工智能化”合金设计理念。

摘要：目的探究微合金及热处理工艺对氢扩散的影响。方法设计含0.4%Cu及未含Cu的两种低合金钢,采用两相区保温-淬火-配分(IQ&P)热处理工艺获得280、400℃等温温度的试验钢,通过SEM、EBSD、电化学氢渗透等方法分析其氢扩散行为。结果对于无Cu钢,当等温温度为280℃时,大角度晶界占比55%,残余奥氏体(RA)体积分数约为0.02%,氢扩散系数约为1.82×10^−7 cm^2/s;当等温温度为400℃时,大角度晶界占比51%,RA体积分数约为0.35%,氢扩散系数约为1.30×10^−7 cm^2/s。对于含0.4%Cu的低合金钢,等温温度为280℃时,大角度晶界占比46%,RA体积分数约为0.15%,氢扩散系数约为2.70×10^−7 cm^2/s;贝氏体区等温温度为400℃时,大角度晶界占比33%,RA体积分数约为3.00%,氢扩散系数约为0.40×10^−7 cm^2/s。结论微合金元素Cu的添加,导致晶粒度的细化,大角度晶界占比更低,RA含量更高,从而其氢扩散系数更低,不利于氢扩散行为的发生。当等温温度由280℃升到400℃时,虽然会导致晶粒粗化,但大角度晶界占比更低,且RA含量更高,同样会降低其氢扩散系数,不利于氢扩散行为的发生。由此可知,含0.4%Cu、等温温度为400℃时,IQ&P钢的氢扩散能力最差。

摘要：汽车轻量化和安全性能提升需求,促进先进高强度钢在汽车领域的广泛应用。然而,高强度钢使用过程中常发生氢致延迟断裂现象,造成不可预知的脆性断裂。因此,研究氢原子在基体中的扩散机制,有助于深入理解氢脆机理。本试验利用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-Ray Dif⁃fractometer,XRD)、能谱仪(Energy Dispersive X-ray Spectrometers,EDS)、透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM)等技术手段对比材料的显微组织差异进行研究,并利用热脱附分析(Thermal Desorption Analysis,TDA)技术和U型弯方法分析两种钢的抗氢脆性能,最后用第一性原理研究完成材料中Cu析出相界面处的氢陷阱分析,验证Cu析出相对抗氢脆性能的积极作用。研究表明,氢原子会被束缚在Cu析出相界面处由4个铁原子和1个Cu原子共同构建的四面体间隙中,并且证实四面体间隙的能量比八面体间隙低,更容易俘获氢原子。该结论有助于解释氢在材料基体中的扩散方式、氢陷阱在材料中的分布状况,同时有助于基于Cu微合金化的抗氢脆高强度材料设计。

摘要：通过在0.2%C-1.5%Si-2.0%Mn成分基础上进行Nb、V和Ti微合金化成分设计以及'完全奥氏体区淬火+临界区淬火至马氏体相变点以上温度配分'工艺,获得组织为退火马氏体基体+残余奥氏体的退火型马氏体TAM。对各种钢氢渗透行为的研究发现,微合金元素析出物能够显著抑制氢在钢基体中的扩散行为。Nb、V和Ti处于可比的加入水平时,Nb微合金化钢的氢扩散系数最低,为0.716×10-7 cm2/s, Ti微合金化钢为1.136×10-7 cm2/s,0.052%V钢为2.647×10-7 cm2/s,这些值均低于参照钢。对含钒钢,随着钢中V含量增加,氢渗透时间长,产生的氢陷阱作用增强。认为Nb和Ti在高温析出粗大的碳化物对氢的抑制作用强烈,而V在低温析出的高密度细小、弥散分布的碳化物,使基体具有大量的氢陷阱,保证材料获得强的抑制氢扩散能力。

摘要：随着航空的发展需要,航空发动机要在保证性能的前提下朝着轻量化、环境友好化和智能化发展。针对通用航空发动机的发展需求,本文对航空发动机用高锰奥氏体TWIP钢的氢脆行为的影响因素进行了分析,从氢的渗入、氢在金属材料中的溶解和扩散、氢陷阱的产生机理、氢致损伤和氢致开裂等角度对航空发动机用高锰奥氏体TWIP钢的氢脆行为进行了总结与分析,并对高锰奥氏体TWIP钢在航空发动机中的应用进行了展望。