电流辅助成形技术研究进展及展望

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺是指在一个热循环内材料同时完成成形和扩散连接的加工过程。随着航空航天领域对轻质高强难变形金属材料需求增加,迫切需要探索这类材料的成形新方法。电流辅助成形能够降低材料流动应力,提高其成形精度,与SPF/DB工艺相结合能够高效制备复杂结构件,这对高强难变形金属材料成形具有重要意义。介绍了电致塑性原理,梳理了电流辅助成形、扩散连接和SPF/DB的特点与优势,阐述了目前电流辅助成形工艺面临的挑战与展望。

Co-20Re-25Cr-7Al合金在3.0×10^(-5)Pa低氧压下的氧化行为研究

为探究在低氧压高温环境中添加少量的Al是否对Co-Re基高温合金形成保护性的Cr_(2)O_(3)氧化膜具有协同效应,研究了Co-20Re-25Cr-7Al合金在1100~1300℃,3.0×10^(-5)PaO_(2)下氧化24 h的恒温氧化行为。结果显示:合金的氧化动力学曲线完全符合抛物线规律,其氧化激活能为242.3 kJ/mol。合金在1100~1300℃形成的氧化膜很类似,主要由连续致密的Cr_(2)O_(3)层组成,其上分布着少量的CoO和CoCr_(2)O_(4)尖晶石。与相应的Co-20Re-25Cr三元合金相比,Co-20Re-25Cr-7Al四元合金形成的具有保护性的Cr_(2)O_(3)层在氧化过程中可以防止合金中的Re元素以ReO_(3)的形式挥发,从而为合金提供更好的保护。7%Al的添加不足以使Co-20Re-25Cr-7Al合金发生Al的选择性外氧化,因此在外氧化膜下面形成了Al的内氧化区。但Al的添加明显促进了连续而致密的Cr_(2)O_(3)层的形成,大大提高了合金的抗高温氧化性能。Al的添加和低氧压对于形成保护性的Cr_(2)O_(3)层具有协同效应。

高铬含量Fe-Cr合金800℃的循环和恒温高温氧化行为

研究了高铬含量的Fe-20Cr、Fe-30Cr和Fe-40Cr三种合金在800℃,空气中的循环氧化行为和0.1 MPa纯氧气中的恒温氧化行为。三种合金在循环氧化条件下的氧化动力学均不规则,随着Cr含量的增加,其抗氧化性能逐渐增强。24 h氧化后,Fe-20Cr单位面积增质最大,其值为2.21×10^-2 mg/(cm^2·h),Fe-40Cr单位面积增质最小,其值为1.45×10^-2mg/(cm^2·h)。结果表明:三种合金的恒温氧化动力学曲线均可分为暂态氧化和稳态氧化两个阶段,每个阶段都能较好地符合抛物线规律。总体上来说,恒温条件下三种合金都具有优异的抗高温氧化性能,其24 h单位面积氧化增质比循环氧化下降了将近一个数量级。但随着Cr含量的增加,三种合金抗氧化性能逐渐下降,Fe-20Cr反而具有最佳的抗氧化性能。在循环和恒温氧化条件下,三种Fe-Cr合金均生成了单一的保护性Cr2O3外氧化膜。

Co-20Re-25Cr-1Si合金在0.1 MPa纯O2中的高温氧化行为

研究了四元Co-20Re-25Cr-1Si合金在1000和1100℃下0.1 MPa纯O2中24 h的恒温氧化行为。在两个温度下,合金的氧化动力学曲线很不规则,由于表面形成的氧化膜不能阻止合金中Re以ReO3形式向外蒸发,合金均出现了明显的氧化失重现象。但在1100℃下,合金在氧化初期大约15 min内发生了短暂的持续增重现象;而在1000℃下合金一直处于失重状态。在两个温度下形成的氧化膜非常类似,最外层为较厚的CoO层,次外层为CoO和CoCr2O4的混合氧化物,内层为薄且有一定连续性的Cr2O3保护层,其下存在着一个Si的内氧化区。由于合金在1000℃下形成的Cr2O3保护层更加连续与致密,因此合金在1000℃表现出较好的抗高温氧化性能。

Q235钢在氧化性含Cl气氛中的高温腐蚀行为

研究了500和600℃下N_(2)-0.26%HCl-1.6%O_(2)-3.2%CO_(2)混合气体中Q235钢的高温腐蚀行为。结果表明,在两个温度下Q235钢均出现了明显的腐蚀增重。随着温度的升高,腐蚀速率迅速增加。在两个温度下形成的氧化膜比较类似,分层明显,外层为较厚的Fe_(2)O_(3)层,内层为 Fe_(3)O_(4)。大部分氧化膜表面出现了剥落和起皮,600℃下更为严重,而且在此温度下 Fe_(3)O_(4)层中出现了大量孔洞。Q235钢的腐蚀符合"活化氧化机制",在600℃温度下尤为明显,即挥发性的金属氯化物在金属与氧化膜界面处形成,向外挥发扩散,最终在氧压较高的区域生成金属氧化物。因此,在氧化性含Cl气氛中,Q235钢不适合在500℃以上的工况中使用。