热处理对不同体积分数B_(4)C增强铝基复合材料组织和力学性能的影响

为了探究热处理对碳化硼颗粒增强铝基复合材料(B_(4)C/6061Al)性能的影响,课题组选择体积分数分别为10.0%,17.5%,25.0%和31.0%的B_(4)C增强铝基复合材料进行热处理(535℃保温5.0 h后温水淬,165℃时效4.5 h),采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观组织形态,并运用万能拉伸试验机测试其力学性能。研究结果表明:随着B_(4)C体积分数的增加,B_(4)C颗粒呈现聚集、破碎和剥落现象;热处理后的B_(4)C/6061Al复合材料的强度随着B_(4)C体积分数的增加而提升,延伸率随B_(4)C体积分数的增加则呈下降的趋势。B_(4)C体积分数为10.0%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度分别是220.8和246.0 MPa,延伸率为11.76%;当B_(4)C体积分数增加至31.0%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为330.2和358.3 MPa,延伸率为2.18%。热处理之后,复合材料发生了动态再结晶,B_(4)C增强颗粒周围出现高位错密度区域。

纱线间距对复合材料拉伸性能的影响

为研究纱线间距对编织复合材料拉伸性能的影响,课题组建立了4组纱线间距的芳纶纤维橡胶基复合材料单胞模型;并通过有限元软件对沿经(纬)纱和纤维束交织2种拉伸方向的单胞模型进行拉伸性能仿真分析。结果表明:随着纱线间距的增加基体和增强相的等效应力逐渐增大,且沿经(纬)纱方向拉伸的等效应力小于纤维束交织方向;通过均质化理论计算出复合材料等效弹性常数,弹性模量随着纱线间距的增加逐渐减小,经(纬)纱方向计算的弹性模量平均高出纤维束交织方向21%。

连续碳化硅纤维增强钛基(SiC_f/Ti)复合材料的制备技术及界面特性研究综述

连续碳化硅纤维(SiCf)由于具有比强度、比模量高,耐磨性、热稳定性好等性能优点,常作为增强体制备SiC纤维增强钛基复合材料。与钛合金基体相比,其具有密度更低、强度更高、疲劳蠕变性能大幅提升等优点,但横向性能却明显下降。因此,该类材料常被设计制作成单向增强性部件,广泛应用在航空航天等领域,如发动机的传动轴、整体叶环、盘类及风扇叶片等多种复合材料的结构件。碳化硅纤维增强钛基复合材料的性能主要由碳化硅纤维的性能、基体性能及纤维与基体之间的结合界面性能决定。目前批量生产的SiC纤维性能较差,界面结合状态与复合材料性能之间关系的研究开展较少,还不能为钛基复合材料构件设计提供足够的数据支持。因此,近年来研究者们主要从SiCf/Ti基复合材料力学行为的研究角度出发,探究不同基体及纤维类型、复合材料制备工艺方法、界面特性及产物对SiCf/Ti基复合材料界面结合力及破坏机制的影响,获得了大量有价值的数据,以期开发出成本低、产物稳定性好、可批量生产SiCf/Ti基复合材料的制造工艺方法。目前较为成熟的碳化硅纤维有英国DERA-Sigma公司提供的Sigma系列SiCf及美国Textron公司提供的SCS系列SiCf,后者强度最高达到6 200 MPa。SiCf/Ti基复合材料的制备工艺包括金属箔-纤维-金属箔工艺(FFF)、单层带工艺(MT)、基体-涂层纤维工艺(MCT)等,制备复合材料的工艺根据零部件的用途来定,FFF适用于制备板材等大尺寸构件,MCT适用于制备叶环、轴、管、叶片等复杂结构件。界面是增强体与基体之间的纽带和桥梁,界面结构设计、界面反应控制及反应产物均影响着界面的力学特性。在SiCf/Ti基复合材料的纤维和基体之间添加过渡层能够减缓它们之间的相互扩散及化学反应,过渡层选用反应层和惰性涂层组成的双层涂层较好。界面反应产物受涂层成分、基体组织、复合和热处理工艺、环境因素等的影响,增强纤维及基体性能、优选制备工艺、控制界面反应及产物有利于提高复合材料的力学性能。本文总结了连续SiC纤维(SiCf)增强钛基复合材料的应用研究现状,详述了SiCf/Ti基复合材料的钛合金基体材料、SiCf的种类及性能,SiCf与SiCf/Ti基复合材料的制备方法,分析了SiCf/Ti基复合材料界面结构设计及反应产物,阐明了界面力学特性与复合材料性能的关系,指出国内SiCf/Ti基复合材料发展的重点应放在高性能SiC纤维的研究与开发、界面层设计及界面与性能的关系以及复合材料分析检测手段三个方面,为SiCf/Ti基复合材料的制备及其今后的实际应用提供了参考。

应力释放扁挤压筒的优化设计

利用材料力学中的力线平移定理并结合有限元方法,综合分析了扁挤压筒优化设计中孔型、层间过盈量、层厚等结构优化参数对扁挤压筒应力分布的影响;提出了一种扁挤压筒内应力分布优化的新方法,可应用于一般扁挤压筒的设计;通过分析扁挤压筒的内应力分布情况,提出了一种应力释放扁挤压筒新结构。通过有限元模拟分析验证,得到了较为合理的扁挤压筒新结构的外套宽度和层间过盈量,可使扁挤压筒应力峰值降低5%以上,从而可提高扁挤压筒的使用寿命。此项研究可为优化扁挤压筒结构及装配提供参考。

有机载体对石墨烯-铜复合浆料性能的影响

为提高铜浆的导电性,选用松油醇-乙基纤维素系列有机载体,粒径为10μm的铜粉为主导电相,添加少量石墨烯为导电增强相,熔点为430℃的玻璃粉为粘结剂,按一定质量分数配合比混合制备石墨烯-铜复合浆料。并利用四探针测试仪、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试研究有机载体对石墨烯-铜复合浆料性能的影响。结果表明:乙基纤维素、松油醇、消泡剂、硅烷偶联剂、乙酸乙酯的质量分数配合比为4.75∶82.18∶2.57∶5.37∶5.13条件下制得的有机载体性能较好;有机载体用量为20%(wt,质量分数)条件下,制得的石墨烯-铜复合浆料在丝网印刷过程中能够获得平整的印刷结构,具有较小的电阻率,为17.14mΩ·cm;添加少量石墨烯后复合铜浆电阻率比纯铜浆料降低了50.22%。

置氢改性钛合金扩散连接机理研究

利用置氢技术改善TC4钛合金的扩散连接性,优化扩散连接工艺参数。在Gleeble1500D热模拟机上,采用固态置氢技术进行了不同氢含量的置氢TC4钛合金的真空扩散连接试验;采用扫描电镜对界面孔洞弥合率和界面组织形貌进行了分析。结果表明:由于氢的扩散系数大,可显著提高置氢TC4钛合金的扩散系数,降低α+β→β相转变温度,稳定合金中β相,促进晶界扩散,提高晶界活性,使材料热加工变形得到改善;当置氢钛合金中氢的质量分数为0.25%、扩散连接温度为840℃、压力为15 MPa、保温时间为60 min时,界面结合良好,此时焊接区无扩散孔洞,钛合金基体组织仍为等轴α+β双相组织,且晶粒无明显长大。

氧化物掺杂对钒磷铋系玻璃性能的影响

本研究制备了以V2O5、P2O5、B2O3为基体,掺杂Na2O、Li2O、CuO、Sb2O3、B2O3为辅助原料的低熔点钒磷铋系玻璃。研究了氧化物的添加对钒磷铋系玻璃的骨架网络结构、特征温度、热膨胀系数和化学稳定性的影响。实验结果表明:CuO的添加使钒磷铋系玻璃特征温度明显下降,而Na2O、Li2O、Sb2O3和B2O3的添加使钒磷铋系玻璃特征温度均有不同程度的上升。添加B2O3能够大幅度降低钒磷铋系玻璃的热膨胀系数。氧化物对钒磷铋系玻璃的耐水性影响程度为:CuO>B2O3>Sb2O3>Na2O>Li2O;耐酸性影响程度为:B2O3>CuO>Sb2O3>Na2O>Li2O;耐碱性的影响程度为:Sb2O3>Na2O>CuO>B2O3≈Li2O。配比为5%Na2O,5%Li2O,3.5%CuO,10%Sb2O3和5%B2O3制得的钒磷铋系玻璃,热膨胀系数更接近于氧化铝陶瓷基板,拥有较高的耐腐蚀性,能够用于电子浆料中。

5MN扁挤压筒优化设计

采用扁挤压筒挤压宽幅薄壁型材是一种非常有效的方法,但由于扁挤压筒挤压工作环境恶劣,应力状态十分复杂,很容易在应力集中处产生破裂而失效.为了提高扁挤压筒使用寿命,运用Workbench有限元分析软件对其在不同相对过盈量和不同外套壁厚下的最大等效应力和应变进行有限元分析计算.结果表明,5 MN扁挤压筒过盈量的最佳取值范围为2.50‰~2.75‰,当外套内径取值为232 mm时,扁挤压筒工作应力值比相同条件下的原始结构应力值下降7.05%.由此得出,通过改变外套壁厚来降低扁挤压筒最大等效应力的方法是可行的.

微电池薄膜电极的制备及发展趋势

基于微型化设备在传感器、自主微电子机械、医疗等领域需求的日益增加,微电池作为能源装置也必将替代传统电池。重点阐述了微电池薄膜电极的制备方法以及喷墨式和挤压式3D打印技术在薄膜电极制备方面的应用。最后对3D打印薄膜电极所用墨水进行了介绍,并对3D打印薄膜电极的优势及发展趋势进行了分析。

B_(4)C_(p)/6061Al复合材料的热变形组织演变研究

为探究B_(4)C_(P)/6061Al复合材料的热变形组织演变规律,进一步优化材料的性能,课题组采用控制变量法,利用热压缩试验分别探究了在不同热变形条件(变形温度、应变速率及应变量)下B_(4)C_(P)/6061Al复合材料的微观组织特征。结果表明:变形温度越高,6061铝基体内部原子的热激活能增大,动态再结晶的形核速度提升,晶粒尺寸也不断增大;随着应变速率增大,复合材料发生动态再结晶的时间缩短,阻碍了晶粒的生长,不利于6061铝基体发生动态再结晶;应变量增加,复合材料的流变应力增大,提高了6061铝基体动态再结晶的形核效率。在不损害复合材料塑性的前提下提高强度和韧性的方法,对改善材料塑性成形能力和优化成形工艺(如轧制、锻造、挤压等)有借鉴意义。

石墨纳米片对铜电子浆料导电性的影响

为改善铜浆导电性,以表面改性的金属铜粉为主要导电相,通过添加少量导电性优异的石墨纳米片作为导电增强相制备复合电子浆料,并采用四探针测试仪、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试方法研究了石墨纳米片的参数、添加量对铜电子浆料导电性能的影响.结果表明:选用厚度为3~5 nm,片径为5μm的石墨纳米片作为导电增强相,制得石墨纳米片—铜电子浆料,在460℃烧结后导电膜层的电阻率较小;石墨纳米片与铜粉质量比为2∶98时,测得浆料电阻率为17.14 mΩ·cm,相比纯铜浆料电阻率34.43 mΩ·cm降低了50.22%.分析电子浆料导电机理并建立导电相连接几何模型,在导电膜层中,部分折断的石墨纳米片会填充到铜颗粒之间的空隙中,较长石墨纳米片则会形成"搭桥"现象,增加导电相之间的连接,形成较紧密的微观组织和良好的导电网络,从而改善复合浆料的导电性.

石墨烯对微胶囊铜电子浆料导电性能的影响

以丙烯酸树脂作为微胶囊壁材溶液包覆铜粉,石墨烯作为导电增强相,制备了石墨烯-微胶囊铜复合电子浆料。利用金属电导率测试仪、X射线衍射仪、四探针测试仪和扫描电子显微镜分别研究了微胶囊铜粉的电导率及其抗氧化性能,分析了石墨烯对石墨烯-微胶囊铜复合电子浆料导电性能的影响。结果表明:微胶囊铜粉与未包覆铜粉相比,电导率明显提高,且当增重率为4%(wt,质量分数)时,电导率达到最大值41.30%IACS,且不存在CuO或Cu_2O;石墨烯的加入对铜复合电子浆料的导电性能有增强作用,但不同类型石墨烯的增强效果不同,导电性能主要与石墨烯的片径、厚度、纯度相关,其中片径约5μm,厚度为1～5nm的石墨烯纳米片作为导电增强相制备的铜复合电子浆料导电性能最优。

金属和合金高温变形过程本构模型的研究进展

本构模型是预测金属和合金高温变形行为的重要途径,在不同金属和合金选择合适的变形工艺参数、预防缺陷等方面起着至关重要的作用。在近年对金属和合金高温变形过程的研究中,常通过不同工艺参数下的各类高温变形试验来获取建立本构模型的原始数据,并将所获本构模型导入Deform、Ansys等模拟软件相应模块,以预测材料在锻造等过程中应力、应变速率、温度的分布规律,进而优化实际加工参数、避免缺陷的产生,同时减少耗材及资源浪费。鉴于本构模型在优化加工参数、预防缺陷等方面的重要作用,对金属和合金本构模型的建立、选择等方面的研究较多,选择何种试验方法来获取建立材料本构模型的试验数据、运用何种数学或物理方法来建立材料的本构模型、选择何种本构模型进行预测、各类本构模型的优缺点及修正方法等都是金属和合金高温变形过程本构模型的研究重点。在近些年的研究中,常运用热压缩、热拉伸、热扭转、分离式霍布金森压杆等高温变形试验方法来获取材料不同高温变形工艺参数下的原始数据,进而建立其本构模型。常用的本构模型大致可分为唯象型、物理基型及基于人工神经网络型。各类模型分别具有不同的适用性及优缺点,而缺点最终主要体现在部分工艺参数下的拟合偏差较大,针对该现象,各国学者不断对模型进行完善、修正,其中,除了模型本身的原因外,引起偏差的原因还包括没有考虑摩擦及变形热等宏观问题的影响。目前,常用的典型唯象型本构模型包括Arrhenius型本构模型、Johnson-Cook模型等,物理基模型如Zerilli-Armstrong型等,而基于人工神经网络模型则主要是利用输入层、隐含层及输出层进行预测,各类模型在数据处理的复杂性、物理意义等方面各有优缺点。文章从金属和合金高温变形过程获取本构模型原始数据的试验方法、本构模型的种类及修正、模型的应用等方面综述了本构模型的研究及发展,分析并总结了不同本构模型的优缺点,指出了模型预测过程中个别参数下预测值与试验值偏差较大的现象及其修正方法,并展望了金属和合金高温变形过程本构模型未来的研究方向。

温度对B_4C_p/Al基复合材料挤压的影响

针对目前挤压制备B_4C_p/6061Al基复合材料中需反复实验确定工艺参数的问题,给出了结合有限元技术仿真模拟挤压过程,分析得出工艺参数的方法.该方法借助Solidworks软件建立了B4Cp/6061Al基复合材料棒料挤压模型,通过热压缩试验数据构建材料的本构方程,完成Deform-3D软件对体积分数为20%的B4Cp/6061Al基复合材料在400℃,450℃,500℃,550℃4种温度下棒材热挤压过程宏观模拟.结果表明,随着温度增加,挤压过程中等效应力减小,等效应变增大,挤压力减小,且在500℃温度下,挤压制备的B4Cp/6061Al基复合棒材损伤最小,等效应力、等效应变及挤压力较合理.该方法可有效分析挤压过程中温度、挤压力等参数,为实际挤压加工提供参考.

含硅合金钢的热处理参数模拟

对0.8Cr-2.2Mn-0.3Mo-1.0Si-0.004B-0.45C(1%Si钢)和0.8Cr-2.2Mn-0.3Mo-2.0Si-0.004B-0.45C(2%Si钢)两种含硅耐磨合金钢进行金相分析和硬度测试,利用材料性能JMatPro模拟软件,对含硅合金钢进行相转变和力学性能计算,得到了合金钢的平衡相组成、连续转变曲线(CCT)和淬透性曲线(Jominy)。结果表明,1%Si钢的奥氏体临界温度为AC3=754℃, AC1=695℃。2%Si钢的奥氏体化的临界转变温度为AC3=780℃, AC1=717℃。淬火冷却速度在1℃/s及以上时,合金钢的淬火组织和力学性能趋于稳定,主要以马氏体组织和残余奥氏体为主,其力学性能较佳。端淬性随距离淬火端面距离的增大,马氏体数量逐渐减少,屈服强度,抗拉强度和硬度明显递减。在距离淬火端面0~2 cm时减幅趋于平缓,在距离2~10 cm时减幅最大。

工艺参数对B_4C颗粒增强铝基复合材料板材挤压过程的影响

为研究工艺参数对B_4C颗粒增强铝基复合材料板材挤压过程的影响,采用DEFORM-3D软件对B4C颗粒增强铝基复合材料板材的挤压过程进行有限元模拟,讨论不同工艺参数(摩擦因数、挤压速度和坯料初始温度)对板材挤压过程的影响,分析在不同的挤压条件下,模具出口处板材的各场变量(平均应力、等效应变)随工艺参数的变化规律.结果表明,当摩擦因数μ为0.2时,板材的平均应力分布最均匀;挤压速度v为1mm·s^(-1)时,板材的平均应力及等效应变分布最均匀;温度过高会降低板材平均应力和等效应变的均匀性.

水基石墨烯-铜复合导电浆料的制备及性能

采用水基载体替代有机载体,以粒径为5和15μm的混合铜粉作为主导电相,添加少量石墨烯为导电增强相,按一定的质量配比制备水基石墨烯-铜复合导电浆料。用四探针测试仪、SEM等分析测试手段研究水基载体对浆料性能的影响,分析其导电机理并建立导电相连接模型。结果表明,在m(去离子水)∶m〔羧甲基纤维素钠(CMC)〕∶m〔聚乙二醇(PEG)〕∶m(消泡剂)=96.9∶1.5∶1.5∶0.1的条件下制备的水基载体性能较好;水基载体含量为30%(质量分数)时,制备的水基石墨烯-铜复合导电浆料具有优良的印刷性能,且电阻率较小,为1.65 mΩ·cm;添加石墨烯的水基复合浆料较纯铜浆料电阻率降低了97.1%,较有机载体制备的石墨烯-铜复合浆料电阻率降低了75.78%。制得的导电膜更平坦、致密,导电相间的接触更紧密,大量的石墨烯在铜粉间隙之间或横向搭接,或径向填充,与铜粉形成并联或串联的导电通道,从而形成致密的导电网络,改善复合浆料的导电性能。

碳纳米管对微胶囊铜复合浆料导电性能的影响

为提高铜浆料的导电性能,利用微胶囊技术对铜粉表面做改性处理,添加碳纳米管为导电增强相,制备碳纳米管-微胶囊铜复合浆料。利用四探针测试仪、扫描电子显微镜(SEM)等研究了微胶囊铜粉的抗氧化性能及碳纳米管的参数、添加量对铜浆料导电性能的影响,分析其导电机理并建立导电相连接模型。研究结果表明:微胶囊化的铜粉具有较好的抗氧化性和导电性。当碳纳米管与铜粉的质量比为4∶96时,采用管径1~2 nm,长度5~30 nm的碳纳米管制备的复合浆料的电阻率达到最小值6.05 mΩ·cm,与纯铜浆料相比降低了89.39%。以碳纳米管-铜复合浆料与铜浆料分别制得导电膜,两者相比,前者更平坦、更致密,导电相间的接触更紧密,大量的碳纳米管覆盖在铜粉颗粒表面或填充铜粉颗粒间隙,同时碳纳米管之间相互"吸引",形成致密的网状结构,在铜粉颗粒之间建立起大量的导电"桥梁",从而改善了复合浆料的导电性能。

小型快速锻造液压机机架的模态分析

为解决小型锻造液压机在承受快速锻造力时,因应力应变集中,导致机架开裂、使用寿命缩短等问题,选择适用于50 t锻造力下的最优机架模型。通过Pro/E软件构建小型液压机的2种机身结构模型,利用ANSYS Workbench软件对比分析框架式结构及缸动式结构的应力应变及模态振型。结果表明:缸动式结构锻造所需的总应力是框架式结构总应力的17.6%,缸动式锻造液压机的固有频率最大增长率为框架式锻造液压机的30%。综合考虑,在小型快速锻造液压机结构的选择上,缸动式结构更优,为今后液压机型式选择和优化提供参考。

基于ANSYS破碎机破碎齿的动静态性能分析

针对破碎机与物料发生破碎时,局部应力集中使得破碎齿开裂,导致破碎齿使用寿命短、安全性能低等问题,合理选择破碎齿的结构类型及最优结构。利用SolidWorks软件建立齿形三维模型,在有限元分析软件中对2种不同齿形进行动、静态性能分析。经对比分析,在破碎机齿形选择及设计上,拉破破碎齿结构动静态性能较直线形破碎齿结构更优,为破碎机破碎齿形的设计与选择提供参考。