行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响

研究了在凝固过程中行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响。结果表明,随着磁场电流强度的增加,在晶粒细化的同时,合金的组织形貌逐渐向等轴晶转变,树枝晶在磁场的作用下尺寸不断减小。磁场电流为90 A时晶粒细化效果最好,铸锭几乎全部由细小的等轴晶组成,晶粒尺寸降至(0.5±0.19) mm,相比于未加行波磁场的合金,晶粒细化了约94%。采用透射电子显微镜对显微组织进行观察,并对衍射花样进行标定,发现晶界处的析出相为δ-Ni2Si。在磁场电流为60 A的条件下,合金的拉伸性能最好,与未施加磁场的样品相比,屈服强度提高了41.8%,抗拉强度提高了12.9%,但合金的硬度不受行波磁场影响。本文通过行波磁场细化晶粒,为提高时效强化型铜合金的强度提供了一种可规模化生产的技术。

精铸连接体工艺模拟及改进

精密铸造是生产近净成形金属零件的重要方法之一,在制造业中有着广泛应用。然而受到精铸生产设备尺寸限制,工艺出品率低等因素的影响,其铸件重量及尺寸范围受到限制,所生产的精密铸件大多属于小型件,重量范围从几克至几千克。本文采用Pro CAST模拟软件分析连接体精铸件(毛坯质量360 kg)铸造过程,改进铸造工艺,并最终成功制备出连接体精铸件。

电触头用Cu-W合金的微观组织及抗烧蚀机理研究

通过熔渗法制备了真空断路器触头用Cu-70W,Cu-80W和Cu-90W(%,质量分数)合金,并通过激光烧蚀实验测试其抗烧蚀性能。通过实验验证及建立传热-流场耦合数学模型探究了Cu-W合金激光烧蚀过程,并解释了其抗烧蚀机理,阐明了W含量及激光功率对合金烧蚀行为的影响机制。计算和实验结果表明,激光能量沿光斑中心向外呈高斯分布,合金中靠近光斑中心和远离光斑中心的区域由于受热量递减会分别蒸发和熔化。Cu-W合金局部受热熔化,激光加热区域附近将出现沿区域中心向外发散的温度梯度,显著影响周围流场,使中心高温气流向四周低温区域流动,从而使合金熔体飞溅。通过仿真计算及实验验证,发现W的烧蚀深度约为50μm,远低于Cu的烧蚀深度(>100μm),表明高熔点的富W相可以通过减小烧蚀深度来显著提高Cu-W合金的耐烧蚀性。计算与实验结果呈现较高的匹配性,这将有助于数学模型在合金激光加工领域的应用。

Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响

采用SEM、XRD和力学性能等测试手段研究了Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响,尤其是通过研究织构对Ni/Co质量比与弯曲成形性能的关系进行了分析。结果表明:较小的Ni/Co质量比能够促进合金发生回复和再结晶转变,并且可以细化铸态和峰时效态合金的晶粒。在RD方向上,Ni/Co质量比为1时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有R{124}〈211〉和Copper{112}〈111〉织构。在TD方向上,Ni/Co质量比为1.5时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有Copper{112}〈111〉、S{123}〈634〉和R{124}〈211〉织构。此外,Ni/Co质量比为1时合金具有最高的硬度、电导率和伸长率以及相对高的强度。通过理论计算发现,Ni/Co质量比为1时合金在RD方向上最容易发生塑性变形。弯折试验结果表明,Ni/Co质量比为1时合金具有最好的纵向(GW)弯曲成形性能,最小弯曲比为2.1,试验结果与计算结果一致。

垂直半连续铸造Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能研究

采用垂直半连续铸造法制备Cu-15Ni-8Sn合金,并对合金的凝固组织、元素偏析以及热处理后的组织和性能进行了分析。采用普通熔铸法制备Cu-15Ni-8Sn合金的铸态组织主要由贫Sn的α-Cu(Ni,Sn)固溶体、富Sn的γ相以及片层状的(α+γ)组成,并且Sn元素主要偏聚在晶界上。在垂直半连续铸造的过程中同时施加机械振动和电磁场具有明显的晶粒细化效果,同时有效减轻了Sn元素的宏观反偏析和微观晶界偏析,富Sn相比较均匀地分布在晶粒内部和晶界上。Cu-15Ni-8Sn合金经过850℃固溶、90%轧制和400℃时效1 h后可获得最佳的综合性能,此时合金的硬度为HV401,导电率为8.4%IACS,抗拉强度为1233MPa,屈服强度为1185MPa,伸长率为4.5%。

旋转磁场调控优化Cu-Cr-Zr-Si合金组织和性能

凝固过程是金属材料制备的核心环节,该过程决定了金属的铸态组织及性能。本文以Cu-Cr-Zr-Si合金为研究对象,对其施加旋转磁场,研究了真空下不同磁场电流对Cu-Cr-Zr-Si合金的凝固组织和性能的影响。组织结果表明,随磁场电流增大,晶粒尺寸减小。当磁场电流从40 A增加至120 A,基体的晶粒尺寸从270μm细化至58μm。此外,还观察到晶粒形貌逐渐从柱状晶转变为等轴晶,随磁场电流增大,等轴晶区域占比逐渐增加。性能分析表明:相比于未加磁场的合金,在磁场电流I=40, 80和120 A条件下,合金抗拉强度分别提高了6.1%,7.3%和19.2%;屈服强度提高了6.1%, 10.%和19.4%;伸长率则分别提高17.4%, 26.1%和60.9%。强度和塑性的提高主要归因于晶粒细化和等轴晶粒占比的提高。合金电导率在很大程度上不受旋转磁场的影响。在凝固过程中施加旋转磁场被认为是调控微观组织实现性能提高并可规模化生产的关键技术。

钛硅黄铜中Si含量对凝固组织及力学性能的影响

通过熔体反应法制备了不同Si含量的钛硅黄铜,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对钛硅黄铜中硬质相的物相组成及三维形貌演变规律进行表征,分析Si含量对钛硅黄铜凝固组织的影响,并结合硬度及拉伸性能检测研究钛硅黄铜中微观组织与力学性能之间的关联性机制。结果表明,随着Si含量的增加,钛硅黄铜中合成硬质相的种类由片状枝晶状Al Cu_(2)Ti与六棱柱状Ti_(5)Si_(3)向多面体状Ti_(5)Si_(4)演变,硬质相的体积分数呈现先增加后趋于稳定的趋势;当Si添加量为1.5%(质量分数)时,大量未反应的Si元素促进了γ相基体的出现,合金基体由单一β相转变为β+γ相。Si含量在0.25%~1.5%(质量分数)变化时,钛硅黄铜的抗拉强度和硬度均随着Si含量的增加而持续增加,断后伸长率呈现先升高后降低的趋势,研究认为γ相的出现是合金断后延伸率下降的主要原因;在Si含量为1.0%(质量分数)时,钛硅黄铜的强塑性出现最佳配合,抗拉强度为(551±21) MPa,屈服强度为(276±16) MPa,断后伸长率为6.8%±0.3%。

浸镀Ni对Al/Cu双金属材料界面显微组织及力学性能的影响(英文)

采用浸镀的方法在纯铝基体上浸镀镍基镀层,然后在450-550℃温度范围内用扩散复合的方法制备Al/Cu双金属材料。用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对Al/Cu结合体的界面显微组织以及断裂表面进行表征。用拉伸剪切测试及显微硬度测试对Al/Cu双金属材料的力学性能进行测量。结果表明,Ni中间层可以有效地消除Al—Cu金属间化合物的形成。Al/Ni界面由Al3Ni和Al3Ni2两相组成,而在Ni/Cu界面处则是Ni—Cu固溶体。Ni中间层的加入提高了复层材料的拉伸剪切强度。在500℃制备的添加Ni中间层的试样表现出最大的拉伸剪切值,为34.7 MPa。

物理场对3003/4004复合铸锭凝固组织的影响(英文)

采用电磁搅拌、功率超声、超声电磁复合场等不同物理场制备3003/4004铝合金复合铸锭。结果表明,在电磁搅拌作用下,界面附近4004合金一侧α(Al)组织从未施加外场的树枝状转变为花瓣状。在功率超声作用下,4004合金中α(Al)及共晶硅组织都得到了良好的细化。在超声和电磁场联合作用下,界面处4004合金中的α(Al)组织同样得到细化,并且界面处的共晶硅组织较单独超声铸锭的更细小,其形貌从未施加外场时的粗大板条状及施加超声后的细针状转变为细小短棒状。

超声处理铝硅合金过程中的溢出现象(英文)

在超声处理铝硅合金的过程中,伴随着金属液的凝固,一部分半固态金属会在超声工具头附近溢出并沿工具头向上爬升。研究超声处理过程中的这种特殊现象,并对其成因及溢出部分的微观组织变化进行讨论。结果表明:溢出现象与半固态金属中的液体流动和振动模式变化有关。溢出部分来自于超声作用最强烈的区域,且在凝固过程中随超声工具头进行高频振动,因此在溢出部分得到十分细化的凝固组织。初生α(Al)由粗大的树枝晶变为细小的等轴晶,尺寸减小为约70μm;块状初生硅和针片状共晶硅全部变为细小的硅晶粒,尺寸减小至约10μm。

不同铸造方法对船用螺旋桨毂成型质量的影响

采用ZCuAl9Fe4Ni4Mn2铝青铜合金为结构材料,研究3种不同铸造方法对船用桨毂组织性能的影响。结果表明,重力铸造桨毂窗口下方有大量氧化夹渣存在;低压铸造容易获得组织致密、性能优良的桨毂,但工序较多;离心铸造可获得较为致密的桨毂断面组织,二次氧化夹渣状况较重力铸造得到明显改善,但离心转速超过150r/min时,容易产生缩孔和缩松。

铝合金层状复合材料连铸技术及界面特征

介绍了制备3xxx/4xxx铝合金层状复合方坯、圆坯及管坯的连续铸造技术,使用金相显微镜、电子探针,力学性能测试等手段对不同形状的层状复合铸锭界面进行了系统研究。试验结果表明连续铸造方法可以成功制备不同形状的3xxx/4xxx层状复合铸坯,且界面无气孔、夹杂等缺陷,两种合金之间属于冶金结合。电子探针分析结果表明不同形状3xxx/4xxx铝合金层状复合铸锭的合金溶质元素间发生了相互扩散,形成厚度约为40μm的扩散层。

超声及电磁场场对亚共晶铝硅合金凝固组织的影响（英文）

本文研究了4004铝合金在不同物理场作用下初生α-Al和共晶硅的形貌特征.不同物理场主要包括超声场、电磁场、超声和电磁复合场.实验结果表明,单独应用超声或电磁场情况下,铸锭的凝固组织都达到了细化效果.特别是功率超声场,可以细化铝合金中的共晶硅相.当施加超声和电磁复合场时,初生α-Al相和共晶硅相都得到细化,细化程度与同等条件下施加功率超声场的细化效果几乎等同,但是,复合场处理的铸锭细化区域明显得到扩大.

脉冲磁场控制铝及铝合金凝固组织的研究进展

脉冲磁场(PMF)凭借瞬时强磁、对材料无污染和操作方便等优点,在铝及铝合金铸造方面具有良好的应用前景。针对形核的起源及柱状晶向等轴晶转变(CET)机制,论述了脉冲磁场对凝固组织的影响,总结了凝固组织的细化及控制机理,最后对数值模拟在此领域的应用进行了展望。

高强高导Cu合金在干滑动条件下的磨损性能（英文）

为了研究不同类型接触线的磨损行为,对由上引连铸及连续挤压方法制备的Cu-Sn,Cu-Ag和Cu-Mg合金的干滑动磨损行为进行分析。该实验在环块式摩擦磨损试验机上进行。结果表明:由连续氧化物膜组成的表面层对摩擦因数有显著影响。在实验过程中观察到的主要磨损机制有磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和塑性变形。在较低的摩擦速度和载荷下氧化磨损和磨料磨损是主要的磨损机制;随着载荷和摩擦速度的增加氧化磨损和粘着磨损起主要作用;而在较高的速度和载荷下,塑性变形则成为主要的磨损机制。

直流脉冲磁场和孕育处理共同作用下纯铝的细化(英文)

研究直流脉冲磁场和孕育处理共同作用对纯铝凝固组织的影响,探讨直流脉冲磁场和孕育处理的共同作用的细化行为。结果表明:直流脉冲磁场能够显著细化纯铝凝固组织。纯铝的细化主要是由直流脉冲产生的电磁过冷和强制对流引起的。然而只在直流脉冲作用下,等轴晶区域的晶粒尺寸分布不均匀。在施加直流脉冲磁场的基础上加入质量分数为0.05%的Al-5Ti-B,晶粒尺寸更加细小,并且整个等轴晶区域的晶粒尺寸分布比较均匀;随着输出电流的增加,平均晶粒尺寸减小,当脉冲电源的输出电流增加到100 A时,平均晶粒尺寸减小到113μm。

Ni、Si元素对Cu-Fe合金显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、电子探针分析、透射电子显微镜、X射线衍射仪及拉伸实验等技术研究Ni、Si元素对Cu-20Fe(质量分数,%)合金的组织及力学性能的影响。结果表明:添加Ni和Si元素导致Cu-20Fe合金中α-Fe枝晶发生明显的粗化行为。此外,由于合金元素的添加使得γ-Fe和富铜析出相之间的界面能减小,从而使得富铜析出相的形貌发生显著变化,即由近球形转变为立方形。相比于未添加合金元素的二元合金而言,添加合金元素之后,多组元合金的强度和塑性均得到提高。多组元合金的屈服强度和伸长率分别为304 MPa和16%。通过理论计算和实验验证,确定合金的主要强化机制为固溶强化和析出强化。

铜合金层厚度对固液连铸Cu-Pb-Sn/钢背层状复合材料组织及性能的影响

通过采用固-液水平连续铸造技术制备了Cu-24Pb-2Sn/Steel(C/S)层状复合材料,研究了不同铜合金层厚度对C/S复层材料微观组织和综合性能的影响。结果表明,随着铜层厚度的增加,Cu-24Pb-2Sn(wt.%)合金中富Pb相分别呈现出粗大枝晶网状、连续网状、弥散球棒状以及异常粗化球棒状等的不同形态。同时,钢侧微观组织形貌也随铜层厚度增加产生相应变化。铜合金层厚度为6 mm时C/S层状复合材料具有最佳的微观组织和综合性能。

不同凝固条件下Cu80Fe20合金凝固组织以及磁性能研究

通过制备不同凝固条件下亚稳难混溶Cu80Fe20合金,系统的研究了不同凝固条件下合金凝固组织以及软磁性能的差异。结果表明:铜板模具冷却得到的Cu80Fe20合金凝固组织由细小的胞状富Fe枝晶以及基体组成,说明该凝固条件下合金凝固过程中仅仅发生平衡液-固相转变;然而石墨模具冷却得到的Cu80Fe20合金凝固组织由球状的富Fe相、发达的富Fe枝晶以及基体组成,说明该凝固条件下合金凝固过程中不仅发生平衡液-固相转变,而且发生了液-液相分离,并发现相分离形成的少量相富Fe液滴内部结构存在富Fe层的存在,且在迁移发生聚合、凝并以及碰撞;同时研究发现,不同的凝固条件下得到Cu80Fe20合金的饱和磁化强度和矫顽力存在差异,但综合来看制备的合金均呈现良好的软磁性能。

CaO-SiO_2-BaO-CaF_2四元渣去除熔硅中的硼杂质（英文）

为提高硼的去除率,研究了电磁感应精炼过程中硼杂质在CaO-SiO_2-BaO-CaF_2四元渣和熔硅之间的分配系数LB,讨论了四元渣系中CaO/SiO_2质量比、BaO和CaF_2含量、熔炼时间对LB的影响规律。结果表明:随着CaO-SiO_2渣中BaO和CaF_2含量的增大,LB值增大。当CaO/SiO_2质量比为1.1:1、BaO和CaF_2含量分别为15%和20%时,CaO-SiO_2-BaO-CaF_2四元渣去除熔硅中硼杂质效果最好,LB达到最大值6.94,并且LB随着熔炼时间的延长而增大。经过两次造渣后,熔硅中硼含量由3.5×10^(-5)降到3.7×10^(-6),硼的去除率达到89.4%。