铝-钢异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头界面连接机制与力学性能研究

以5754铝合金与DC04钢为研究对象,进行了铝板在上的回填式搅拌摩擦点焊试验,研究了搅拌套下扎深度对铝-钢界面微观组织特征与接头力学性能的影响。结果表明,当搅拌套未扎入下层钢板时,冶金结合为铝-钢界面的主要连接机制。当搅拌套扎入下层钢板时,铝-钢界面同时发生机械咬合与冶金结合,其中,机械咬合主要发生在搅拌套作用区。通过工艺优化得出最优工艺参数为:转速2000 r/min、焊速0.5 mm/s,搅拌套下扎深度1.45 mm,此时接头最大拉剪失效载荷达5105 N。

Carbon Fiber Breakage Mechanism in Aluminum(Al)/Carbon Fibers(CFs) Composite Sheet during Accumulative Roll Bonding(ARB) Process

We put forward a method of fabricating Aluminum(Al)/carbon fibers(CFs) composite sheets by the accumulative roll bonding(ARB) method. The finished Al/CFs composite sheet has CFs and pure Al sheets as sandwich and surface layers. After cross-section observation of the Al/CFs composite sheet, we found that the CFs discretely distributed within the sandwich layer. Besides, the tensile test showed that the contribution of the sandwich CFs layer to tensile strength was less than 11% compared with annealed pure Al sheet. With ex-situ observation of the CFs breakage evolution with-16%,-32%, and-45% rolling reduction during the ARB process, the plastic instability of the Al layer was found to bring shear damages to the CFs. At last, the bridging strengthening mechanism introduced by CFs was sacrificed. We provide new insight into and instruction on Al/CFs composite sheet preparation method and processing parameters.

添加RE对电解铜箔组织与性能的影响

采用直流电沉积技术制备电解铜箔,利用SEM、微机控制电子万能试验机和高温拉伸机研究不同RE含量(0、1.5×10-3%、3×10-3%、4.5×10-3%)对电解铜箔组织及性能的影响。结果表明,RE元素的加入可以细化晶粒,使晶粒均匀致密,并能改善铜箔的力学性能,加入3×10-3%左右的RE,晶粒细化效果最好,力学性能最高。

时效热处理对Fe-Mn-Al-C轻质高锰钢拉伸和冲击性能的影响

含铝高锰钢因具有优异的耐磨性、加工硬化能力和低密度特性,作为耐磨器件的关键零配件而被广泛使用,以达到实现轻量化需求和工业节能降耗目的。在ZGMn18Cr2(成分为Fe-18Mn-1.2C-2Cr,质量百分比)的基础上,通过加入质量分数4%的铝,制备出轻质高锰钢。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度、布氏硬度、摆锤冲击试验和拉伸试验等测试手段,研究了时效热处理对1 100℃固溶态轻质高锰钢的组织、硬度、拉伸和冲击等力学性能的影响。结果表明:随着时效温度的升高,经300—500℃时效处理后轻质高锰钢的屈强比、硬度及冲击韧性逐渐增强;但经600℃时效热处理后,在轻质高锰钢的晶界处析出大量碳化物而形成晶界脆性,最终导致其力学性能恶化,其延伸率和强度急剧降低。

搅拌摩擦增材制造的研究进展

介绍了基于搅拌摩擦焊原理开发的固相增材制造技术,根据制备工艺差异,搅拌摩擦增材制造技术可分为3类,分别为基于薄板逐层堆积的搅拌摩擦增材制造技术、消耗金属粉材的固相搅拌摩擦增材制造技术及消耗金属棒材的摩擦表面增材制造技术。对上述3类搅拌摩擦增材技术的国内外研究现状进行了介绍和分析,并对基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来的发展进行了展望。

基于MR混合现实技术的轨道交通车辆检修仿真平台研究与实现

混合现实技术(MR)结合了虚拟现实(VR)和增强现实(MR)的优点,通过在虚拟环境中引入现实场景信息,在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。本文针对轨道交通车辆检修教学实际过程中周期长、成本高、效果差、无法实现产品跨平台联动等问题,设计并开发了一套具有低成本、效率高、样式多、沉浸感、交互性强等特点的基于MR混合现实技术的轨道交通车辆检修仿真平台,满足了新形势下对轨道交通车辆检修人才培养的要求。

三种汽车用轻量化材料的研究进展

随着汽车制造行业,尤其是新能源汽车近几年的迅猛发展,汽车车身轻量化设计成为金属结构材料与工艺的热门研究领域。轻量化的目标不仅仅是对结构材料的低密度、高强度和高韧性的追求,同时对结构材料的高导热、高耐磨和低加工成本等多方面的要求也日益增长。介绍了金属及其复合材料在轻量化及功能化方面的研究进展,综述了镁锂合金、铝-碳(化物)复合材料及铸造铝硅合金材料的性能和制备新工艺,最后对新材料及工艺的发展需求进行了展望,以期对汽车轻量化的发展提供借鉴。

溪洛渡水电站进水口拦污栅栅叶制造工艺优化研究

溪洛渡水电站进水口拦污栅门叶数量大,为了便于安装和检修维护提出了各节互换要求。针对拦污栅传统制造工艺中栅叶形位公差控制难,节间连接轴孔同轴度达不到≤0.5 mm要求,互换性差的问题,对栅叶制造工艺进行了优化探索。采用整体工装控制形位尺寸,拼装与焊接轴孔补强板,使形位公差受控、互换性好,既保证了栅叶制造质量,又提高了效率。

高导热低热膨胀Al-20%Si/石墨片复合材料的制备与性能研究

采用真空热压烧结工艺制备高导热、低热膨胀的Al-20%Si/石墨片复合材料,探讨了热压强度、烧结温度和时间、石墨含量等工艺参数对复合材料导热性能的影响。采用金相显微镜观察复合材料的微观形貌,采用激光热导仪、膨胀系数分析仪以及电子万能测试机测试复合材料的导热系数、热膨胀系数和三点抗弯曲强度。结果表明:Al-20%Si/石墨片复合材料结构较为致密,石墨片在铝基基体中分散均匀;不同的工艺参数对复合材料的导热性能有明显影响,热压强度和温度越高,烧结时间越长,复合材料的导热性越好。当石墨质量分数为5%,热压强度45 MPa,烧结温度450℃,时间60 min时,垂直方向z导热系数约44 W·m^(-1)·K^(-1),热膨胀系数约15×10^(-6)/℃;但复合材料在三点弯曲压力下呈脆性断裂,抗弯曲强度仍待提高。

超轻Mg-Li-Al-Zn合金的制备与性能研究

在氩气氛围保护的手套箱内熔炼和浇铸,并结合热轧工艺制备高强超轻Mg-(5%~8%)Li-1%Al-1%Zn合金。探讨了元素成分对镁锂合金材料的组织结构、强塑性和断裂形式的影响。结果表明:Li元素质量分数从5%上升到6%,材料的抗拉强度和塑性变形能力有明显提升;但随着Li元素增加到8%,材料抗拉强度有所降低,但是塑性变形能力保持提升,并提升明显。此外,在Li元素质量分数低于6%时,分别加入质量分数为1%的Al和Zn元素,可以明显提高材料的抗拉强度和塑性变形能力;但Li元素质量分数增加到8%时,1%Al和Zn元素的加入虽然能提升材料的抗拉强度,但是塑性变形能力急剧降低。金相与断口形貌观察结果表明,均匀分布的β-Li相是提升材料塑性变形能力的关键因素,Al和Zn元素的加入,有强化相的形成和析出,以提升材料强度。

水利施工钻孔灌注桩施工技术解析

我国在上世纪六十年代开始使用钻孔灌注这项技术,经过几十年的应用与发展,如今该技术已经广泛应用于水利工程项目的施工中,在水利工程中发挥极大的作用,同时成为了一项较为成熟的施工技术.钻孔灌注浆是指用导管将混凝土注入施工井时,利用灌浆液进行保护,然后将导管向上提,以将混泥土等材料灌注至施工井中的施工技术.钻孔灌浆技术相较其他施工方式来说工序简单,操作十分简便.在水利工程的施工中,钻孔灌注一般是在水下环境中进行,其工作环境相对困难,其技术的要求也相对较高,因此施工质量往往无法保证.水利工程施工的钻孔灌注技术会受到很多外在因素的影响,因此施工企业在进行该项技术的施工时,必须要对每个环节进行严格把控,确保每个细节做到规范,这样不仅能够保证施工工程的质量,更能有效防止安全事故的发生.

Fe-Mn-Al-C系奥氏体基低密度钢使役性能研究进展

双碳战略催生轻量化材料和技术的蓬勃发展。作为最重要的结构材料之一,钢铁材料在国民经济发展中扮演重要角色。Fe-Mn-Al-C系钢具备优异的轻量化特征、耐腐蚀性、机械强度(抗拉强度600~2000 MPa)和塑性(伸长率30%~100%)匹配,引起国内外极大关注。其中,奥氏体基低密度钢在综合性能和加工方面具有显著优势,是汽车、交通、军事等领域结构件极具潜力的轻量化先进钢铁材料。对近年来国内外发表的Fe-Mn-Al-C系低密度钢典型使役性能进行总结和分析,着重聚焦其作为结构件应用中的“基本力学性能、加工成形性能和重要服役性能”等方面,综述Fe-Mn-Al-C系奥氏体基低密度钢使役过程中的力学行为、变形特征以及冲击、疲劳和腐蚀等使役评价,归纳阻碍该类钢作为结构件工业应用仍需突破的科学与技术问题,提出未来提高奥氏体基Fe-Mn-Al-C系低密度钢使役性能的重点方向和研究路径,以期为奥氏体基低密度钢作为结构件应用研究提供参考。

Sc、Ti及短时时效热处理对Al-Si合金性能的影响

通过在Al-Si合金中加入Sc和Ti元素,经过180℃×2 h或220℃×3 h短时时效热处理来调控铸造Al-Si合金的导热、热膨胀及力学性能。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)等方法观察合金元素及短时时效热处理对铸造Al-Si合金组织演化的影响,并建立微观组织与材料导热系数、热膨胀系数和力学性能之间的关系。结果表明,Si含量的增加能促进粗大初生Si相的析出,弱化Al-Si合金的导热和力学性能,抑制材料的热膨胀程度。Sc或Ti的加入能抑制初生Si相的粗化,细化次生Si相,提升Al-12Si合金的抗拉强度;同时,可以降低材料的热膨胀系数。短时时效热处理可缓解材料元素偏聚现象,显著提升Al-Si合金导热系数,但会降低铸造Al-Si-(Sc,Ti)合金的导热系数。

孪生诱发塑性钢力学性能的研究进展

随着“碳达峰”、“碳中和”的目标提出,汽车、航空、航天、高铁等诸多工业领域对钢铁结构件的安全和可靠性要求越发严苛。因此,钢铁结构材料需要满足高强度、高塑性以及更优异的综合力学性能,例如耐疲劳、耐冲击以及加工硬化能力等方面来进行更深入的研究。进入21世纪,孪生诱发塑性钢,即TWIP钢的研究逐渐展开。该材料具有单相奥氏体结构,其在变形过程中会形成大量的形变孪晶,对晶粒进行分割,表现出动态的Hall-Petch效应,可极大提高金属材料的加工硬化能力,并具有较高的均匀伸长率和抗拉强度,因而具有潜在的工业应用价值。根据TWIP钢的力学性能特点,系统地介绍了TWIP钢的加工硬化率、应变速率敏感性、变形温度敏感性、疲劳裂纹扩展以及抗冲击性能的研究进展,以期为高强钢开发提供新的思路和理论支持。

固溶温度对轻质高锰钢组织及性能的影响

通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度试验、摆锤式冲击试验和拉伸试验等手段对不同温度固溶后的ZGMn18Cr2-4Al轻质高锰钢的组织、力学性能进行了研究。结果表明,固溶温度为980~1150℃时,随着固溶温度的升高,晶界上粗大的碳化物逐渐溶解,晶粒尺寸先减小,然后增大;硬度先略微下降,然后在一个相对稳定的区间波动;冲击吸收能量则先增加后趋于平稳;屈服强度、抗拉强度和伸长率均先升高后下降。该轻质钢最佳固溶温度为1100℃,在该温度下综合性能最优,硬度为269 HV0.2,冲击吸收能量为160 J,强塑积为39.4 GPa·%,拉伸断口为典型的韧性断口。

孪生诱发塑性钢拉伸与疲劳性能及变形机制

随着汽车工业的高速发展,以开发先进高强钢为重点的车辆轻量化设计已经成为各大汽车厂商的发展共识。本文基于国内外孪生诱发塑性(TWIP)钢强韧性和抗疲劳设计的成果以及本课题组多年来在该领域的研究工作,系统地总结了TWIP钢的研究现状及最新进展,探讨了影响TWIP钢拉伸性能与变形机制的影响因素,包括合金成分、组织状态、应变速率等。重点介绍TWIP钢的高、低周疲劳性能和微观损伤行为,并提出一种客观评价和预测低周疲劳寿命的方法。从TWIP钢的服役环境和实际应用角度出发,试图为新一代高性能TWIP钢的开发提供新的思路和实验证据。

轻质高锰钢的组织及力学性能

高锰钢作为耐磨材料,被广泛应用于高载荷或冲击磨损的工况下。轻量化是钢铁材料发展的趋势之一,也是满足工业节能降耗需求的重要途径。为了明确轻质化元素铝对此类钢种的影响,以高锰钢ZGMn18Cr2为基础,通过控制铝含量,得到成分不同的轻质高锰钢。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及电子探针(EPMA)等手段对其微观组织进行表征,并采用硬度测试、室温冲击和拉伸实验测试了其力学性能。结果表明,随着铝的质量分数在0~11%范围内不断增大,高锰钢的密度得到明显降低,铁素体相逐渐稳定,晶粒得到细化。同时,材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率和室温断裂冲击功先升高后下降;硬度则先下降后升高。这些性能的改变与铝含量的变化、第二相铁素体的出现以及含铝碳化物的数量有重要关系。