高端铝合金表面激光熔覆耐磨耐蚀涂层关键技术研究进展

高端铝合金构件广泛应用于航空航天、石油化工及氢能储运等领域,但其表面存在耐蚀性与耐磨性差、强度与硬度低、晶粒粗化和表面橘皮等缺陷,进而限制其极端环境下的高性能安全服役,因此提高铝合金构件的表面质量和服役性能极为重要。激光熔覆作为铝合金构件表面改性和修复的有效技术,通过选取合适的熔覆材料在铝合金构件表面熔覆耐磨耐蚀、高强度涂层,可有效解决铝合金构件表面性能差、服役寿命短等问题。由于铝合金特殊的物理和化学性能,如熔点低、反光率大、润湿性差、稀释率大,以及易出现气孔、裂纹等问题,所以对铝合金构件表面激光熔覆带来挑战。因此,针对高端铝合金表面激光熔覆高性能涂层面临的技术难题,以提高铝合金构件表面服役强度、耐磨耐蚀性能为目标,综合分析了铝合金表面激光熔覆高性能涂层所涉及的基本理论、制备方法、涂层组织、服役性能及应用前景,该研究为铝合金复杂构件表面激光熔覆制备高性能涂层提供了理论参考。

降低冲模零件材料成本的方法研究

通过对冲模成本因素的综合分析与对比,从冲模材料设计和制造工艺两方面研究降低制造成本的方法,在满足模具工作条件、工艺性能的基础上,提出6种降低冲模制造材料成本的方法。研究结果表明:提出的节材设计方法在节约模具零件材料,降低模具制造成本,优化模具结构和倡导绿色、低碳环保等方面具有优势。

高强铝合金复杂曲面件液压成形变形均匀性调控

针对高强铝合金复杂曲面件变形不均导致热处理后力学性能和组织不均的问题,采用液体凹模拉深和液体凸模拉深法,研究了压边圈形状、液压加载、预变形工艺对曲面件成形性和变形分布的影响,为提高复杂曲面件的形变和热处理强化效果提供理论指导。研究表明:液体凹模拉深成形对曲面件变形量调控的能力有限,与平面压边圈相比,曲面压边圈可以提高变形均匀性,曲面压边圈有利于提高变形均匀性,但应变平均值均低于7. 0%。液体凸模拉深可以使曲面件应变平均值提高到7. 5%～10. 6%之间,但仅增加正向液压无法提高曲面件的变形均匀性;正反向液压成形采用反向预变形和正向液体凸模拉深工艺可以提高曲面件的变形量,同时提高变形均匀性。

5052铝合金多排链轮冷半精锻成形过程中流动速度场的三维有限元模拟（英文）

基于多排链轮新的齿形设计,提出5052铝合金多排链轮冷半精锻成形的新工艺。采用三维刚粘塑性有限元方法对5052铝合金多排链轮锻造过程进行数值模拟,分别得到其轴向U_Z、径向U_R和切向U_θ的流动速度分布图和坯料流体在不同变形区的速度分量曲线。通过对比分析坯料速度分量曲线的变化,得到坯料流体填充凹模型腔的速度分量关系条件。在坯料流体填充凹模型腔的过程中,发现切向速度U_θ在成形过程中陡增,表明U_θ是决定坯料流体能否充满凹模型腔的关键因素。

铝合金超低温双增效应与成形性能

为解决大尺寸铝合金薄壁构件室温成形易开裂、热成形组织性能损伤的难题,基于铝合金超低温变形伸长率和硬化指数提高的“双增效应”,提出了铝合金超低温成形新原理;分析了变形温度、合金种类、热处理状态、晶粒尺寸对铝合金低温力学性能的影响规律,研究了铝合金在超低温下的宏观塑性变形行为,表征了低温变形诱发的滑移行为、微观应变、位错形态和断口形貌,获得了超低温下的极限胀形高度、极限拉深比、极限扩孔率和成形极限图,阐明了超低温复杂应力下铝合金成形性能显著提高的宏微观变形机理。超低温成形新原理为实现铝合金复杂形状构件成形提供了理论依据和新工艺方法。

2219铝合金搅拌摩擦焊板硬化方程的建立与液压成形过程分析

针对搅拌摩擦焊板焊缝局部力学性能表征、硬化方程建立及整体液压成形工艺模拟的难题,基于数字图像相关(DIC)技术,获得了2219铝合金搅拌摩擦焊缝不同微区的应力-应变曲线,构建了搅拌摩擦焊板焊缝区及母材的硬化方程。通过液压成形模拟与工艺实验对比,验证了该方程的准确性,在此基础上研究了2219铝合金搅拌摩擦焊板曲面件液压成形工艺和焊缝变形行为。结果表明:固溶处理后FSW焊缝变形主要集中在焊核区和热机影响区,与母材相比,最大变形量分别增加了42.0%和19.0%;半椭球拼焊构件的壁厚减薄区面积与焊缝位置有关,带有偏置焊缝的焊接构件因受到较大的拉应力而更容易发生失效,中心焊缝的应力状态更有利于成形。

柔性复合塑料高压输送管制造过程的质量监理要点

文章介绍了柔性复合塑料高压输送管的组成结构、基本用途以及制造工艺流程等。根据石油行业标准SY/T6662.2-2012和产品生产工艺卡,分析了该型复合管在监造过程中应把握的质量控制点。针对该产品在监造过程中所出现的质量问题,提出了相应的整改措施。

大模数直齿圆柱齿轮精锻数值模拟及模具设计

采用闭塞式精密模锻技术的40Cr直齿圆柱齿轮,设计了一种全新的圆柱直齿轮温精锻成形模具,利用UG软件对模具结构进行三维造型,通过有限元分析软件DEFORM-3D对精锻成形过程进行数值模拟,得到了齿轮成形过程的等效应力图和变形速度图。结果表明:采用闭塞式温镦挤复合成形工艺,能够得到齿形完整,强度和精度较高的齿轮产品。

冷凝式加热炉制造过程的质量监理要点

介绍了冷凝式加热炉的工作原理、技术参数和基本用途,针对该产品在监理制造过程中所出现的质量问题,提出了相应的整改措施。该措施对改善冷凝式加热炉的制造质量、提高该产品的监理质量水平具有一定的促进和指导意义。

纳米WC对AlCoCrFeNi高熵合金涂层耐磨与耐蚀性能的影响

AlCoCrFeNi高熵合金具有良好的力学性能、耐磨性能以及抗蚀性能,可作为易损零部件的涂层材料。为进一步提高AlCoCrFeNi涂层性能,本工作通过机械混粉的方式对AlCoCrFeNi和AlCoCrFeNi+WC(5%)(添加5%质量分数的碳化钨)高熵合金粉末进行预处理,在45#钢表面通过激光熔覆制备了涂层,并对比研究了两种涂层的表面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度、摩擦磨损及耐蚀性能。结果表明,AlCoCrFeNi+WC(5%)涂层表面粗糙度更低,涂层仍为体心立方结构(BCC/B2),且其晶粒组织得到了细化,W元素和Cr元素富集在晶界处,因细晶强化和第二相强化效应共同作用,涂层平均显微硬度从500HV提高到了600HV。选用直径为4 mm的Si_(3)N_(4)小球作为摩擦副,在10 N的载荷下测试30 min。与AlCoCrFeNi涂层相比,WC的掺杂使摩擦系数从0.8减小到0.6,磨损失重减少了0.84 mg,磨损划痕宽度和深度较小,磨损程度较轻。在3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学测试中,经过WC掺杂的涂层的自腐蚀电位提高了0.042 V,自腐蚀电流密度降低了一个数量级,同时该涂层表现出较大的电容弧直径,且测试后表面腐蚀坑明显减少,腐蚀程度较轻。这表明纳米WC的添加有效提高了AlCoCrFeNi高熵合金涂层的耐磨与耐蚀性能。

高速激光熔覆对CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金组织及耐蚀性的影响

在提高生产效率的同时,获得较强CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金(HEA)的耐蚀性,采用高速激光熔覆(HLC)技术制备了CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金涂层。以优化后的HLC工艺参数(激光功率880W、扫描速度18 m/min、搭接率60%、送粉速度3 r/min)制备了本文中的涂层。分别对涂层的表面粗糙度、微观结构、相组成、元素分布进行了分析,并且在3.5 wt%NaCl溶液中采用三电极体系进行了电化学试验,对HLC和传统激光熔覆(CLC)的CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金涂层的耐蚀性能进行测试和分析。试验结果表明:HLC技术制备的CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金涂层的表面粗糙度为15.53μm,涂层中为单一的FCC相,在涂层与基体之间通过线扫描能谱分析可以观察到明显的冶金结合,涂层自底部到顶部的微观组织依次为平面晶、胞状组织、柱状树枝晶和等轴树枝晶。电化学测试结果表明,与CLC涂层相比,HLC技术制备的CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金涂层表现出明显的钝化效果。采用Tafel外推法计算了HLC涂层的自腐蚀电流密度为5.4411×10^(-6)A·cm^(-2)、自腐蚀电位为-0.7445 V,CLC涂层的自腐蚀电流密度和自腐蚀电位分别为2.7083×10^(-5)A·cm^(-2)和-0.9685 V。HLC技术制备的CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金涂层表现出优越的耐蚀性,主要是由于其表面微观组织为均匀细小的晶粒。HLC技术可推广应用于各种复杂恶劣的工作条件下的耐腐蚀工件修复以及再制造领域。

6061铝合金薄壁管-法兰组合接头超低温局部胀-压连接规律

为解决铝合金薄壁管与薄壁法兰的复杂结构难以高效连接的难题,提出了一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温局部挤压塑性连接新方法,设计了超低温径向胀形和轴向压紧密封塑性连接模具。在室温和超低温(-196℃)下,数值模拟分析了铝管-塑料-法兰连接件的中间密封层和胀形载荷对径向胀形和轴向压紧密封后连接件的壁厚分布及损伤因子的影响规律。结果表明:胀形载荷越大,轴向压紧密封外凸量越多,同时对材料的塑性要求越高;材料减薄主要发生在径向胀形阶段,相同条件下的外法兰损伤明显小于内管;超低温下试件抵抗损伤的能力明显高于室温,有效抑制了塑性连接件的破裂缺陷。该工艺对制造铝合金薄壁管与薄壁法兰高质量连接结构具有重要参考价值。

汽车座椅滑道用PCT980D钢薄板冷弯与焊接性能

研究了料厚为1.4 mm的浦项钢铁PCT980D薄板在汽车座椅滑道上应用的可行性。结合汽车座椅滑道的使用特点和要求,对料厚为1.4 mm的PCT980D钢薄板的微观组织、力学性能、弯曲性能和焊接性能等方面进行了深入研究,同时绘制了PCT980D钢的成形极限图,用于优化冲压工艺。结果表明:PCT980D钢是一种超高强度的双相钢材,微观组织由马氏体和贝氏体组成;具有良好的综合力学性能,屈服强度大于850 MPa、抗拉强度大于1000 MPa、伸长率大于10%;同时,其也能够满足滑道设计制造所需的弯曲性能和焊接性能。

坯料形状对多排链轮半精锻成形过程影响的数值模拟

提出了多排链轮半精锻成形的新工艺,设计了实心和空心坯料半精锻成形模具,运用三维有限元模拟技术,对多排链轮半精锻成形过程进行数值模拟,分别得到了空心和实心两种坯料填充凹模型腔的损坏程度场和等效应力场,并分析了两种坯料成形过程的基本特点。结果表明:相同模拟条件下,空心坯料齿顶处的损坏程度最大,实心坯料芯轴孔处损坏程度最大,最大损坏因子分别为1.52和0.98;空心坯料齿顶处的应力集中最大,实心坯料芯轴孔和齿顶处的应力集中最大,最大等效应力值分别为167和110 MPa,因此采用实心坯料成形多排链轮优于空心坯料。

多排链轮的半精热锻制坯及其模具设计

针对链轮传统机械加工中的切削量大和材料利用率低等缺点,基于链轮结构提出了多排链轮的半精热锻制坯新工艺。阐述了半精模锻制坯工艺中的链轮锻件图形成、毛坯尺寸计算及其在凹模中的定位等技术要点,重点对链轮锻件的齿形设计做了详述,并设计出一套完整的链轮半精热锻制坯模具。通过某三排链轮的精锻工艺计算表明,采用半精密模锻制坯+滚齿切削加工生产单个零件,原材料能节约32.7%,切削加工量减少50.8%。

基于数值模拟的锥形螺母冷镦挤成形分析及模具设计

提出了一种锥形螺母冷镦挤成形新工艺,运用三维有限元分析软件Deform-3D,模拟了锥形螺母的冷镦挤成形过程,获得了管状坯料在凹模型腔中的流动速度场和温度场分布。结果表明:管状坯料经塑性变形可以完全充满整个模腔,螺纹部位成形饱满,并且没有出现较大的余料飞边和断料缺口;整个挤压过程也未出现大面积的温度不均匀和烧损现象,采用管状坯料冷镦挤成形锥形螺母的工艺是可行的。由此,设计出一套锥形螺母的冷镦挤成形模具,最后通过试验进行了验证。