硅酮粉改性超高分子量聚乙烯及其熔体纺丝加工性能

针对超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)熔体加工性能差的问题,应用硅酮粉,采用熔融共混方法对PE-UHMW进行改性,以提高其熔体加工时的流动性。通过扫描电子显微镜与能量色散谱(EDS)表征了硅酮粉在PE-UHMW中的分布,并采用熔体速率测试、旋转流变测试,分析了硅酮粉含量对PE-UHMW熔体流动速率与流变性能的影响。对改性后的PE-UHMW采用熔体纺丝法制备了PE-UHMW单丝,并进行了拉伸强度测试。实验结果表明,随着硅酮粉的增加,其分散性逐渐变差,PE-UHMW熔体流动速率随硅酮粉含量先增加后降低,当硅酮粉质量分数达到4%,其熔体流动速率最高,复数黏度与储能模量最低,5%质量分数的硅酮粉在PE-UHMW基体中团聚较明显,改性后的PE-UHMW熔体流动性降低。熔体纺丝实验结果表明改性后的PE-UHMW可以通过普通单螺杆挤出机熔融挤出初生丝,经超倍热拉伸可以制备高强度单丝。当拉伸倍率为36时,质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW单丝拉伸强度最高,可达1565MPa。因此综合考虑加工性能与单丝强度,采用质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW较合适。

硬脂酸钙/硅酮粉改性PE-UHMW/PE-HD共混物的制备

超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)与高密度聚乙烯(PE-HD)熔融共混,可提高PE-UHMW熔体加工性能,但其工业化生产效率仍然较低,无法满足熔体纺丝工业生产的需求。针对此问题,通过双螺杆挤出机熔融共混与单螺杆挤出机挤出实验,研究了硬脂酸钙(CaSt_(2))、硅酮粉及其复合助剂对质量配比为60∶40的PE-UHMW/PE-HD共混物加工流动性及拉伸性能的影响。加工扭矩与初生丝表面状态结果表明,CaSt_(2)、硅酮粉及其复合助剂均能降低加工扭矩,提高熔体挤出稳定性。黏流活化能结果表明这两种添加剂具有内润滑效果。在高剪切速率下,CaSt_(2)表现出较强的外润滑效果,能进一步降低加工扭矩,提高熔体挤出的稳定性。CaSt_(2)与硅酮粉协同使用,可以进一步提高助剂内润滑作用,降低挤出扭矩并提高挤出稳定性。差式扫描量热分析表明,改性剂可促进共混物结晶,从而使材料拉伸强度提高。研究结果表明,质量分数0.5%CaSt_(2)和0.5%硅酮粉复合改性剂表现出内外润滑的协同作用,与未改性共混物相比,协同改性使PE-UHMW/PE-HD共混物挤出合格初生丝最高螺杆转速从5 r/min升高到20 r/min,加工扭矩降低21.4%,拉伸强度提高11.9%。

激光熔化沉积成形新型多组元Ni3Al合金的组织与力学性能

设计了一种新型多组元Ni_(3)Al合金Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12),并采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了合金。使用X射线衍射、扫描电镜、万能试验机等研究了沉积态合金的微观组织和室温力学性能。结果表明:LMD制备的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金的晶粒为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶,晶粒由无侧向分枝的胞状枝晶组成,枝晶内部和枝晶间区域均由网状FCC基体和块状γ′相组成,且枝晶间区域的γ′相尺寸大于晶内。LMD成型的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金具有良好的室温性能,其屈服强度达到879 MPa,抗拉强度为1160 MPa,断裂伸长率为9.5%,综合力学性能远优于同类合金,其屈服强度的显著提高可能与高密度γ′相有关。

热处理对选区激光熔化马氏体不锈钢腐蚀行为及组织的影响

采用光学显微镜、电子背散射衍射技术、透射电镜和电化学测试等研究了热处理对选择性激光熔化(SLM)制备的Corrax (CX)不锈钢微观组织和腐蚀行为的影响。首先对SLM CX不锈钢进行了900℃固溶处理1 h,随后在不同温度(430~630℃)下时效处理3 h。结果表明,热处理后SLM CX试样的相对密度达到99%以上,具有较好的致密化效果。电化学测试结果表明,时效温度的选择对SLM CX试样的耐腐蚀性影响较大,试样表面的腐蚀痕迹得到一定程度的改善。530℃时效试样的相对密度最大(99.72%),耐蚀性最好,腐蚀电位最高(-0.1851±0.013 V),腐蚀电流密度最小(0.1203±0.011μA·cm^(-2))。热处理后SLM CX试样的耐蚀性受相对密度、晶粒尺寸、晶界特征分布以及NiAl颗粒沉淀析出的协同影响。

CrCoNi/AZ31镁基复合材料制备与表征综合实验

采用机械球磨与放电等离子烧结相结合的方法,制备了CrCoNi颗粒质量分数分别为2.5 wt%、5 wt%和10 wt%的CrCoNi/AZ31复合材料试样。采用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行表征,并对复合材料的纵截面进行X射线衍射仪(XRD)分析。还对CoCrNi/AZ31复合材料进行了力学性能测试,研究了复合材料的硬度,测试了不同温度和应变速率下的屈服极限。该实验涉及粉末冶金、材料表征和力学性能等方面知识,综合性强,有助于培养学生的科研思维及综合运用所学知识的能力。

脉冲电流处理对冷轧态GH3030合金再结晶组织性能的影响

目的探究不同工艺参数下脉冲电流处理对冷轧态GH3030合金静态再结晶组织的影响。方法利用电子背散射衍射(EBSD),探究脉冲电流处理(EPT)和常规退火处理(CHT)对GH3030合金静态再结晶的影响。探究了两种热处理方式下不同退火温度和时间对冷轧态GH3030合金静态再结晶体积分数、晶粒尺寸以及硬度的影响,计算两种热处理方式下不同工艺参数的静态再结晶动力学方程与激活能。结果与常规退火处理相比,脉冲电流处理可以快速提高冷轧态GH3030合金的静态再结晶体积分数,并且得到了尺寸更加均匀的晶粒,而脉冲电流处理的合金其硬度值均小于相同条件下常规退火处理的合金。根据静态再结晶动力学方程的结果可知,脉冲电流处理的合金再结晶激活能低于常规退火处理的合金,脉冲电流处理下发生完全再结晶所需时间远远少于常规退火处理下所需时间。结论脉冲电流处理促进了冷轧GH3030合金静态再结晶行为,并且加速了再结晶晶粒的成核和长大,但脉冲电流处理对改善GH3030合金的硬度效果不明显。

时效热处理对GH99中强化相γ'相的影响

采用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了不同时效热处理制度下镍基GH99高温合金中γ'相的尺寸、形貌变化,采用维氏硬度计测试不同时效热处理制度下的合金硬度。结果表明:γ'相随着时效温度的升高和保温时间的延长而明显粗化,其粗化符合沉淀相粗化理论(LSW理论);随着γ'相的不断长大,部分γ'相的形貌由球形转变为立方形。经计算得到γ'相长大激活能约为248.8 k J/mol。此外发现硬度随γ'相尺寸的增大而逐渐增大,但当γ'相尺寸超过37.2 nm时,硬度随γ'相长大呈下降趋势,在750℃时得到合金的最大硬度为395.16 HV。

玻纤带增强热塑性复合管材管壁结构受力分析

连续玻璃纤维增强热塑性复合管(CGF-RTP)是一种全新的增强热塑性塑料管。本文对该复合管的力学性能进行了分析与研究。根据CGF-RTP的结构特征,提出了该管道的基本理论假设,同时得出管道相关材料的性能参数;运用有限元分析软件ANSYS,模拟分析了CGF-RTP在一定的内压载荷下的受力状态;对CGF-RTP在内压载荷下进行应力分析,研究了各层之间的应力状态;提出了合理的失效准则,给出了CGF-RTP设计的力学依据。

改性UHMWPE/HDPE加工性能及其熔体纺丝

采用硬脂酸钙(CaSt2)、氮化硼(BN)、含氟助剂(PPA)对UHMWPE/HDPE共混物在熔融状态下的挤出加工性能进行改性,并通过转矩流变测试和熔体流动速率测试,表征了以不同方式组合的3种助剂对共混物体系的协同改性效果。通过拉伸强度测试,研究了流动改性助剂对共混物单丝的拉伸强度的影响。研究表明,添加适量CaSt_(2)后,共混物的黏流活化能和加工扭矩分别降低了32.7%和1.1%,同时,共混物单丝最大拉伸强度增大至1236.61 MPa;随着BN或PPA添加量的增加,共混物加工扭矩逐渐降低;同时添加BN和PPA后,共混物加工扭矩下降至56.98 N·m,熔体流动速率可达1.51 g/10 min,而且,单丝的拉伸强度明显降低,最大拉伸强度仅能达到815.13 MPa。

改性PVC基树脂铅芯的制备与性能

聚氯乙烯(PVC)基树脂铅芯主要以PVC树脂为黏结剂,以石墨、其他有机或无机颜料为着色剂制作而成的铅芯,PVC基树脂铅芯的配方决定着其加工的工艺性与铅芯质量。通过对现有PVC基树脂铅芯的配方产量低、易分解的问题基础上进行分析,提出添加钙锌稳定剂或硬脂酸钙作PVC热稳定剂、环氧大豆油作助稳定剂的改进方案,并进行挤出实验分析和性能测试。结果表明,当加入10份硬脂酸钙、5份环氧大豆油时能获得较稳定的挤出机扭矩、熔体压力和挤出量,可作为生产测试新配方,采用新工艺、新材料成功实现了使用单螺杆挤出机连续挤出改性PVC基树脂铅芯的目标。

马车螺栓冷镦成形有限元模拟及模具设计

利用有限元软件Deform-3D建立了马车螺栓冷镦成形工艺过程的有限元模型并进行模拟,获得了成形过程中的场量分布,分析了各工步毛坯材料在模具内的流动情况,得到了零件成形的基本规律,预测了零件的成形缺陷,进行了模具结构的优化设计;针对马车螺栓成形过程中坯料出现台阶、模具填充不满和模具寿命短的问题,分析了各工步毛坯成形缺陷与模具结构的相关性,提出了改进的模具设计方案,并进行了有限元模拟。结果表明,优化后的模具尺寸能够保证零件的形状要求,且方颈部位成形质量得到改善,没有出现毛刺和裂纹,模具受力情况得到改善,模具的使用寿命得到提高。

马车螺栓镦锻成形微观组织有限元模拟

对304不锈钢的流变应力数据进行处理,获得了304不锈钢在改进的L-J位错密度模型中的应变软化参数、加工硬化参数和自扩散激活能等表征参数,建立了304不锈钢L-J位错密度模型,进而采用有限元方法对马车螺栓镦锻成形过程中微观组织变化开展有限元模拟,并将模拟结果与金相实验得到的微观组织进行对比分析。结果显示,304不锈钢马车螺栓成形过程中,螺栓头部晶粒被压扁、拉长明显,方颈部位晶粒也有一定程度的细化,而杆部晶粒变化不明显;螺栓成形后,6个样品区的应变分别为2.03、2.32、0.48、0.64、0.03和0.05,其中,螺栓头部内外侧平均晶粒尺寸分别减小了约31.3%、33.5%,而硬度分别提高了约35.9%、40.8%,方颈部位内外侧平均晶粒尺寸分别减小了约23.5%、26.2%,而硬度分别提高了约24.5%、30.2%,杆部外侧平均晶粒尺寸略微减小,硬度略微增加;模拟的平均晶粒尺寸比实验的平均晶粒尺寸要小,晶粒分布更密集,但误差水平大体一致。

机械类专业认识实习线上教学模式研究

认识实习是机械类专业的重要实践环节,是学生初步了解自己所学专业的重要契机,也是学习后续专业课程及开展各类实习实践活动的基础。而2020年全球新冠肺炎疫情的发生,也为各实习环节带来新的发展机遇和挑战。文章针对机械类专业的认识实习,提出新的线上实习模式,并从线上实习准备、实习组织及实习考核等几个方面进行深入探讨,以期在较短时间内完成认识实习的教学目标,建立学生对机械类专业的高度认同感。

脉冲电流处理对冷轧态GH3030合金低ΣCSL晶界演变及耐腐蚀性能的影响

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了脉冲电流处理(EPT)对GH3030合金低ΣCSL晶界的影响,分析了合金低ΣCSL晶界在脉冲电流处理下的生长机制,采用电化学腐蚀实验研究了脉冲电流处理对GH3030合金耐腐蚀性能的影响,分析了低ΣCSL晶界与合金耐腐蚀性的内在联系。同时与经常规退火处理的合金作对比。结果表明:经不同工艺的脉冲电流处理后,合金中Σ3^(n)(n=1,2,3)晶界比例总体上随热处理温度的升高及热处理时间的增加而提高,合金的耐晶间腐蚀性能也随之增强。与常规退火处理相比,脉冲电流处理可以在较短时间内显著提高合金中Σ3^(n)(n=1,2,3)晶界的比例。经850℃脉冲电流处理30 min后冷轧态GH3030合金的Σ3^(n)(n=1,2,3)晶界比例最高,耐腐蚀性能最好。

家电彩色涂层钢板摩擦磨损特性

为提升彩色涂层钢板(简称彩涂板)产品质量,以PCM与VCM彩涂板为研究对象,结合实际生产工艺参数,利用UMT-3摩擦磨损试验机研究了不同载荷、摩擦速度和接触状态对彩涂板摩擦磨损性能的影响,并借助扫描电子显微镜分析了磨损微观形貌,深入探究了彩涂板的摩擦磨损特性与机理。结果表明,两种彩涂板的摩擦因数均随法向载荷与摩擦速度的增大而减小;PCM彩涂板的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,而VCM彩涂板的磨损机制主要为粘着磨损。相比于干摩擦,在油润滑摩擦条件下两种彩涂板的摩擦因数均降低了66%以上,出现保护膜破损的时间也更晚。研究给出了两种彩涂板的失效机理和临界工艺条件,为彩涂板冲压成形质量控制与提升提供了理论参考。

家电彩涂板单向拉伸力学性能

为研究不同类型家电彩涂板的性能差异,在不同温度和应变速率下对VCM彩涂板和PCM彩涂板沿轧制方向取样进行单向拉伸试验,得到材料的应力-应变曲线。通过扫描电子显微镜观察断口形貌,分析温度对涂覆层与基板结合界面的影响及断裂机理。对两种彩涂板试验结果进行对比分析,结果表明,在相同试验条件下,VCM彩涂板力学性能和成形性能更好;同种彩涂板,应变速率越大屈服强度和抗拉强度越大,而伸长率越小;VCM彩涂板成形时温度应控制在60℃以下,PCM彩涂板成形时温度应控制在80℃以下;两种彩涂板断裂机理均为韧性断裂。

“生产实习”线上线下一体化教学探讨——以材料成型及控制工程专业为例

实践类课程对培养创新型人才起着至关重要的作用,而全球新冠肺炎疫情背景下大量在线课程的开展,也为实践类课程带来了新的发展机遇和挑战。“生产实习”是材料成型及控制工程专业的重要实践课程,是学生近距离了解材料成型及控制技术的重要方式。通过分析材料成型及控制工程专业生产实习存在的一些共性问题,提出了“生产实习”线上线下一体化教学的具体措施,探讨了实习管理与教师团队建设等响应的改革方式,以期进一步提升学生的创新意识与实践能力。

全结合型增强热塑性塑料管的复合带缠绕机的设计

本文主要开发了一种全结合型增强热塑性塑料管的复合带缠绕机。本实用新型的复合带缠绕机,其工作时连续性与稳定性好,自动程度高,复合带缠绕质量好,具有良好的市场推广应用前景。

采用多通道样本和深度卷积神经网络的轴承故障诊断方法

提出了一种新的多通道样本构造方法,结合深度卷积神经网络来提高轴承故障诊断的效果。首先采用连续小波变换,分别提取了转子两端轴承振动信号的时频域特征,基于所得结果分别构造了针对两端轴承的单通道二维图形样本,并取上述两类单通道样本的均值构造了第3类单通道样本;将得到的3类单通道样本融合,得到用于故障诊断的三通道样本;建立不同结构的深度卷积神经网络,分别采用单通道样本和三通道样本对滚动轴承故障类型和故障严重程度进行诊断,并将所得结果进行对比分析。结果表明:在多种不同网络结构下,基于三通道样本的轴承故障诊断准确率均明显优于单通道样本,证明了提出的多通道样本构造方法在轴承故障诊断中有着更好的效果,可以为轴承故障诊断方法和样本构建提供参考。

某型火箭发动机涡轮转子流热固耦合强度及疲劳寿命分析

针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题,采用ANSYS流热固耦合方法,对叶片进行三维有限元仿真计算,提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热、瞬态温度场、转速的影响,计算出叶片运行过程中的应力分布,确定产生裂纹的原因是启动过程中部分进气的气流冲击应力过高,且叶片型底前缘应力集中区域的高周疲劳安全系数过低。对改型设计方案进行仿真计算,结果表明:稳态综合加载时改型方案叶片最大等效应力比原模型下降了2 MPa,位置是叶片的型底背弧处;启动0.35 s时改进模型叶片最大等效应力下降2.73%,停机过程中最大等效应力降幅为0.53%;改型方案叶片高周疲劳安全系数均大于1.4的要求,叶片低周疲劳循环次数为22次,与原始模型相比降低了1次,仍满足要求。改型后发动机已安全飞行数次,证明改型方案符合设计要求。