金属材料工程专业导学课的思考与探索

专业导学是湘潭大学金属材料工程专业培养计划的专业必修课程。本文分析了当前金属材料工程专业学生对专业的了解情况,为了提高学生的专业自信,改革专业导学课程的教学内容、授课模式,进行启发式、开放式教学方法实践。通过邀请校友进课堂、丰富课程内容和改革考核方式,提高学生的学习兴趣和对专业的认知度,培养其创新意识,以期为培养工程应用型专业人才奠定基础。

Si对FeMoCrNi高温耐磨合金的组织和抗氧化性能的影响

利用扫描电镜、X射线衍射仪等研究Si对FeMo25Cr14Ni10高温耐磨合金组织及其800℃氧化行为的影响。结果表明:合金的铸态和退火态组织均为α-Fe(Mo,Cr,Ni)+Laves相(Fe2Mo型)。随Si含量增加,合金中铸态组织形态由魏氏体组织转变为枝晶组织。Si的加入明显改善了合金的抗氧化性能,其作用机理在于提高了基体中Cr的含量,促进了致密Cr2O3氧化膜的形成;而Mo和Si在Laves相中的富集增强了中间相的稳定性,抑制了Mo的氧化与挥发。但当Si含量较低时,低熔点Mo氧化物的挥发不能得到完全抑制,外氧化膜较为疏松,并且会产生剥落现象。Si含量为3%~4%(质量分数)的FeMo25Cr14Ni10合金具有优异的抗氧化性能。

Al-Zn-Zr三元系800℃等温截面的实验测定（英文）

利用扩散偶和平衡合金法,采用扫描电镜-能谱、X射线衍射和电子探针分析方法对Al-Zn-Zr三元系800℃等温截面进行实验测定。实验确定了13个三相区;三元化合物Zn_(50)Al_(25)Zr_(25)(T相)稳定存在于此等温截面,拥有比较大的成分区间(16.84%～55.1%Zn、18.02%～56.3%Al和26.0%～28.53%Zr,摩尔分数),并能与该体系中所有的二元化合物平衡共存。Zn在Zr-Al化合物Zr_3Al、Zr_2Al、Zr_3Al_2、Zr_4Al_3、ZrAl、Zr_2Al_3、Zr l_2和ZrAl_3中最大溶解度分别是7.5%、0.84%、0.33%、0.89%、0.91%、1.12%、0.64%和3.8%(摩尔分数);Al在Zn-Zr化合物Zn_3Zr、Zn_2Zr和ZnZr中最大溶解度分别是1.6%、1.3%和13.6%(摩尔分数)。

AC-HVAF制备FeB/Co金属陶瓷涂层及其耐液锌的腐蚀性能

采用烧结破碎法制备了FeB/Co金属陶瓷粉末,探讨活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)制备的FeB/Co涂层中Co含量对FeB/Co涂层孔隙率、硬度、结合强度、抗热震性能和磨粒磨损性能等的影响,研究FeB/Co涂层在熔融锌液中的腐蚀情况,分析FeB/Co涂层在锌液中的失效机理。结果表明:随着粘结相Co含量的提高,涂层致密度提高;当Co含量由8%增加到17%(质量分数)时,涂层的孔隙率降低,涂层硬度先提高后降低,涂层结合强度提高,涂层抗热震性能先提高后降低。与316L不锈钢基底材料相比,FeB/Co涂层具有更优异的耐锌液腐蚀性能及耐磨粒磨损性能;FeB/Co涂层在锌液中的润湿性很差,相比Co含量为8%和17%的涂层,Co含量为12%的涂层具有最佳的耐蚀性能。随着腐蚀的进行,涂层局部出现宏观裂纹,腐蚀沿着裂纹进行并形成脆性(Fe,Co)Zn_(13)相,导致涂层剥落并漂移到锌液中,从而使涂层失效。

DZ22B高温合金定向凝固叶片铸造缺陷的形成机理研究

采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板部位,产生在枝晶间共晶组织附近。枝晶间距小补缩不足和反应生成的CO气体未及时排除是疏松形成的两大原因。

Co-Mo-Zn三元体系的相平衡（英文）

采用平衡合金法和扩散偶法,通过扫描电子显微镜结合能量色散光谱、X射线衍射和电子探针微量分析,实验测定Co-Mo-Zn三元体系在600和450℃的等温截面。实验结果表明,对于所构建的Co-Mo-Zn三元体系,600℃等温截面中存在6个三相区,450℃等温截面中存在9个三相区,在此两个等温截面中未发现三元化合物。Mo在Co-Zn化合物(γ-Co5Zn21,γ1-Co Zn7,γ2-Co Zn13和β1-CoZn)中的最大溶解度和Zn在ε-Co3Mo中的最大溶解度均不大于1.5 at.%。600和450℃时,Zn在μ-Co7Mo6中的最大溶解度分别为2.1 at.%和2.7 at.%。此外,450℃时,Co在MoZn7和MoZn22中的最大溶解度分别为0.5 at.%和4.7 at.%。

20Cr2Ni4A钢齿圈压力淬火过程的温度场模拟

基于20Cr2Ni4A钢齿圈在不同流量下进行压力淬火过程中冷却曲线的试验测定和对应换热系数的计算,开展有限元数值模拟,得到不同流量组合对齿圈压力淬火冷却过程温度场分布的影响规律。结果表明,189~1136 L/min流量对应的换热系数均呈现随温度下降先增大后减小的变化趋势,且随着流量的增大,换热系数的最大值随之增大。4组具有代表性的流量组合中,采用慢-快-快的流量组合能更好地减小齿圈内外温差。对比测温结果发现,模拟结果与试验数据吻合良好,建立的压力淬火温度场模型可靠,可为压淬工艺的优化提供理论指导。

17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢的热变形行为

利用Gleeble-3800热模拟试验机,研究了17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢的热变形行为。利用加工硬化曲线,计算了两种齿轮钢的热变形激活能,构建了本构方程。结果表明:两种齿轮钢在低应变速率下,均表现出明显的动态再结晶;而在高应变速率下,20Cr2Ni4A钢在1000℃时表现为动态回复,而17Cr2Ni2MoVNb钢在1000~1150℃时均表现为动态回复。在相同变形条件下,17Cr2Ni2MoVNb钢的峰值应力和临界应力均高于20Cr2Ni4A钢;20Cr2Ni4A钢和17Cr2Ni2MoVNb钢的热变形激活能分别为324和374 kJ·mol^(-1)。两种齿轮钢之间的应力特征值和热变形激活能之间的差异主要是由于Ni、Mo和Nb元素的含量差异对动态再结晶有不同程度的影响而导致的。在低应变速率下,两种齿轮钢可选的变形温度相同;在高应变速率下,17Cr2Ni2MoVNb钢的加工温度选择可高于20Cr2Ni4A钢的加工温度100℃以上的温度。

17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢的动态再结晶行为及热加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机得到17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢在1000~1150℃、0.01~10 s^(-1)的流变应力曲线,构建了两种钢的动态再结晶Avrami动力学模型和热加工图。结果表明,两种钢在高变形温度、低应变速率下易发生动态再结晶。17Cr2Ni2MoVNb钢中较高的Nb和Mo含量对动态再结晶的抑制作用大于20Cr2Ni4A钢中的高Ni含量的影响,导致在相同的热变形条件下17Cr2Ni2MoVNb钢的动态再结晶体积分数小于20Cr2Ni4A钢。17Cr2Ni2MoVNb钢的最佳热加工工艺参数为:温度为1050~1150℃、应变速率为0.1~0.6 s^(-1);20Cr2Ni4A钢的最佳加工参数为:温度为1100~1150℃、应变速率为3.3~5.5 s^(-1)。

Fe-C-Ta三元系相关系的实验测定与热力学计算

采用差热分析(DTA)测定了Fe-C-Ta三元系中Fe-XC-0.1Ta和Fe-XC-0.5Ta 2个垂直截面,并选取Fe-2.93C-0.1Ta和Fe-2.31C-0.5Ta 2种合金,对其相变过程进行了分析。利用CALPHAD方法,并结合实验数据对该体系的相关系进行了热力学优化。结果表明,计算结果与实验结果符合较好。该体系富铁角的液相面投影存在4个四相恒温反应:Liquid+bcc?fcc+Ta C,Liquid?bcc+Fe_2Ta+Ta C,Liquid?Fe_3C+Ta C+fcc,Liquid+Ta_2C?Ta C+Fe_2Ta,反应温度分别为1443.26、1413.90、1122.42及1508.64℃。Fe-XC-0.1Ta合金和Fe-XC-0.5Ta合金在726.6℃发生共析反应。

BH催渗工艺对12CrNi3渗碳钢组织和性能的影响

针对12CrNi3钢薄壁齿轮气体渗碳工艺存在温度高、周期长、畸变大的弊端,导致薄壁重载齿轮组织状态不佳,畸变不受控等问题,在原超级渗碳工艺的基础上添加BH-5催渗剂,开展BH催渗试验。结果表明,当渗碳层深为(1.5±0.1)mm时,BH渗碳可提升效率20%以上;使用BH催渗使12CrNi3钢渗碳后晶粒度达到7级,渗层硬度梯度下降更平缓,摩擦性能提高,畸变减小。

20Cr2Ni4A钢转向齿轮渗碳淬火工艺改进

针对20Cr2Ni4A钢齿轮渗碳淬火后椭圆度、平面翘曲度过大的问题,基于有限元模拟方法,对渗碳淬火装炉方式,机加余量和淬火压力进行优化,并进行了试验验证。结果表明,装炉方式、机加余量和淬火压力对转向齿轮渗碳淬火过程应力场和畸变场影响很大,采用吊放装炉比平放装炉畸变更小,腹板厚度增加可以减小畸变,当腹板增厚至18 mm,渗碳后椭圆度能控制到0.19 mm。压淬外环压力为3 MPa时,淬火后椭圆度能控制到0.16 mm。