8 mm中厚板TC4钛合金TIG焊数值模拟及实验研究

本工作采用数值模拟方法对TC4钛合金非熔化极惰性气体保护电弧焊(TIG)进行焊接工艺优化,并结合实验进行验证,在最优工艺下分析接头的显微组织及力学性能。结果表明:通过数值模拟仿真得到的TC4钛合金8 mm中厚板TIG焊焊接在电压为20 V、电流为130 A、焊接速度为3 mm/s时,接头母材能完全焊透,结合实验验证在此工艺参数下可得到成形良好无缺陷的焊接接头;分析不同冷却速度下形成的组织形态,焊缝区冷却速度可达788℃/s,主要有柱状晶及少量等轴晶,且晶内形成大量针状α′马氏体,显微硬度平均值达到390.96HV,是母材TC4硬度380HV的1.11倍,热影响区的粗晶区冷却速度达475℃/s,为β晶粒中析出的片层状α相,显微硬度平均值为328.19HV,低于母材硬度,热影响区的细晶区冷却速度为67℃/s,晶粒尺寸小于粗晶区,形成极少量的马氏体组织,显微硬度平均值为363.69HV。数值模拟结合实验验证进行工艺优化,可减少实验次数,是进行焊接工艺优化的有效手段。

304不锈钢激光熔覆CoCrW凝固过程数值模拟研究

为了获得性能良好的熔覆层表面,对激光熔覆过程的温度场特性及冷却演化过程进行研究,进一步对熔覆层凝固过程中金相组织形态进行探讨。根据激光熔覆特点,建立了激光熔覆温度场有限元分析模型,通过ANSYS参数化设计语言(APDL)和单元生死法编程,实现熔覆层的同步送粉以及其瞬态温度场特性的求解,获得了单道单层熔覆及冷却过程的温度分布规律。针对熔覆层的热量变化规律分析其组织演变过程。模拟计算出形状控制因子K,对304不锈钢表面熔覆CoCrW材料的凝固组织特征进行辅助分析,建立了相组成及组织特征与形状控制因子K的关系模型。

污泥制有机营养土养分释放规律及对国槐的效应

为探究污泥制有机营养土养分释放特征及其施用后对国槐的养分作用效果,以污泥制有机营养土为试验材料,采用尼龙网袋法,对土壤深度(h)为0<h≤20 cm和20 cm<h≤40 cm的2个土层取样,定期监测袋内物质及成分的变化。同时,以国槐人工林为对象,采用完全随机区组试验设计,选设6个施用量水平(CK(0)、T1(15 kg·株^(-1))、T2(30 kg·株^(-1))、T3(45 kg·株^(-1))、T4(60 kg·株^(-1))、T5(75 kg·株^(-1))),监测国槐生长效果。结果表明:污泥制有机营养土在2个土层分解速率规律均为先快后慢,埋放在20 cm<h≤40 cm土层的污泥制有机营养土分解速率更快。0<h≤20 cm和20 cm<h≤40 cm土层的污泥制有机营养土有机质经过6个月的分解后,残留率分别为26.72%和23.53%。N元素在污泥制有机营养土埋放后的6个月内大量释放,释放规律为先快后慢;P元素残留率在最初的1.5个月大幅度上升,半年的生长期内P元素残留率均高于初始;K元素释放最为彻底,1.5个月时分解了约70.00%。T3、T4处理对国槐胸径、材积生长促进效果比较明显;T4、T5处理有利于国槐叶片叶绿素的合成。施用污泥制有机营养土1 a后,国槐叶片的氮、磷、钾元素质量分数没有明显上升,N元素和K元素质量分数甚至均低于对照。2个土层的污泥制有机营养土分解速率均为先快后慢,埋放在20 cm<h≤40 cm土层的污泥制有机营养土分解速率更快。适量施用污泥制有机营养土有利于国槐胸径、材积生长和叶绿素积累,但对叶片养分元素积累无促进作用。

功能神经影像技术与经颅磁刺激联用在神经康复中的研究进展

功能性神经影像和神经调控技术的联合应用已成为一个令人兴奋的领域,这为多种疾病损伤后大脑重塑的多尺度探索提供了丰富的视觉数据,并为神经康复带来了新的机遇和挑战。本文主要介绍了三种功能性神经影像(EEG、fMRI、fNIRS)和神经调控技术(TMS)的组合,阐述了这些组合的重要性,并讨论了它们在神经康复中的应用价值。基于这些组合的脑机接口和神经假肢等尖端技术,有望对疾病后神经回路重建进行更深入的分析,并为神经康复提供更精确的方案。

U71Mn钢激光熔凝工艺及性能研究

在U71Mn钢表面,分别以激光功率和移动速度作为单因素变量进行激光熔凝试验。结果表明,在功率为1300 W、速度4 mm/s时,相变硬化区硬度达到最大,为1079 HV,是基体的3.6倍。熔道由熔凝区、相变硬化区、热影响区和基体四个显微区组成。

热处理对激光选区熔化WC 12Co复合材料组织和性能的影响

使用激光选区熔化技术制备了WC 12Co硬质合金样件,研究了不同的热处理工艺和冷却方式对成形试样截面金相组织、析出成分和显微硬度等性能的影响。结果表明:高温热处理工艺能使WC金相粒度更加均匀,W和C元素含量随着热处理温度的升高呈现出先升高后降低的趋势,粘结相分布更加广泛且得到进一步强化,改善了SLM成形样件的性能,但过高的淬火温度(超过1300℃)将降低成形试件质量。最佳热处理工艺为1200℃热处理,保温30 min,油淬至室温。合适的热处理工艺可以提高WC 12Co硬质合金粘结相的硬度,1200℃高温淬火对合金粘结相硬度的提升较大,试件的显微硬度最高达到1384 HV,比热处理之前常温成形态的提高16.7%。

3D打印不锈钢模具成型零件开裂的模拟分析研究

针对3D打印420不锈钢模具零件发生的开裂现象,通过建立激光选区熔化(SLM)3D打印过程的热-结构耦合有限元模型,模拟了打印过程的温度场和应力场,对打印开裂进行了分析。结果表明,随打印层数增加和热量在零件内积累,激光扫描区域的温度峰值增加,炫池尺寸变大,冷却收缩产生的应力增加。层厚方向的热应力随着打印层数的增加而增大,应力超过材料强度极限时,裂纹萌生,并在循环应力作用下扩展。降低激光功率和提高基板预热温度使热应力明显减小,有助于抑制打印零件的开裂。

金属选区激光熔化的研究现状

金属3D打印是目前增材制造技术中最具发展潜力和最前沿的技术。选区激光熔化(SLM)是金属3D打印的重要分支,在传统方法无法制造的复杂异型结构件及工件制造的快速响应上具有极大优势,可解决传统方法加工过程中存在的长周期、高成本、难加工等技术难题,加工出传统制造方式无法加工的复杂金属零件。主要分析总结了目前选区激光熔化所涉及的基本原理、成型设备、材料特性、工艺参数和制造过程中常见的孔隙、球化、应力应变等问题,最后对金属3D打印的发展前景进行了展望。

粉体性能及选区激光熔化打印工艺对AlSi10Mg合金致密化行为的影响

本研究重点探索了AlSi10Mg合金的粉体性能以及选区激光熔化(SLM)打印工艺对AlSi10Mg合金粉体致密化行为的影响。通过对两种粒度组成不同的球形AlSi10Mg合金粉体在选区激光熔化(SLM)工艺过程中致密化行为的研究,发现AlSi10Mg粉体粒度组成对SLM打印过程中的致密化程度有关键性影响:粗粉含量较高,更有利于较高致密度的SLM打印件的制备。通过选取上述两种粉体中SLM打印性能较高的AlSi10Mg粉体,采用Box-Behnken响应曲面实验设计系统探索了SLM工艺参数对打印件致密度的影响规律,获得了SLM打印工艺参数与打印件相对密度的定量关系模型。研究发现,SLM打印参数中对AlSi10Mg合金相对密度的影响程度从大到小依次为:激光功率、扫描速度、扫描间距;当激光功率为375 W、扫描速度为2 000 mm/s、扫描间距为50μm时,AlSi10Mg打印件的相对密度值可达到98.26%,抗拉强度可达487 MPa。

TC4激光熔覆NiCrCoAlY热循环特性及组织性能

对TC4钛合金激光熔覆NiCrCoAlY涂层的热过程进行数值模拟仿真,探究工艺参数对热循环特性的影响规律,并进行激光熔覆试验验证.结果表明,当激光扫描速度相同时,激光功率越大,冷却速度越快,两者近似呈线性关系.当激光功率相同时,随着扫描速度的增大,冷却速度先增大后减小,出现拐点,随着激光功率的增加,冷却速度拐点对应的扫描速度减小.不同冷却速度得到的涂层组织和性能不同,冷却速度增加将细化晶粒提高涂层硬度,但过大将导致涂层产生缺陷.最佳工艺参数为激光功率600 W,扫描速度3 mm/s,适宜冷却速度为820℃/s.

304不锈钢激光熔覆搭接率对CoCrW涂层组织与耐磨及耐腐蚀性能的影响

利用光纤激光器在304不锈钢表面制备CoCrW合金熔覆涂层,改善其表面耐磨损及耐蚀性能。使用OM、SEM、XRD、EDS、显微硬度计、MMG-500三体磨损试验机和CS310电化学工作站分析不同搭接率对涂层组织、硬度、耐磨及耐蚀性能的影响,并寻求合适的搭接率,以期获得性能较优的激光熔覆涂层。研究结果表明:30%搭接率下的涂层无明显缺陷,从顶部到底部依次是等轴晶、柱状晶、平面晶,这些晶体主要由fcc结构的γ-Co相形成的晶核以及部分Cr_(7)C_(3)、(Co,Cr)_(23)C_(6)等相形成的晶界组成。因此适宜搭接率为30%,该参数下涂层显微硬度达到450HV,约为基体显微硬度(210HV)的2.1倍;涂层磨损量为12.71 mg,约为基体(63.06 mg)的20%;涂层平均摩擦系数约为0.4,是基体平均摩擦系数(0.65)的60%;涂层自腐蚀电位为-889 mV,基体自腐蚀电位为-998 mV;涂层自腐蚀电流密度为5.7μA/cm^(2),约为基体自腐蚀电流密度(38.9μA/cm^(2))的14%。合适的涂层材料及激光熔覆工艺参数可使304不锈钢涂层腐蚀倾向更小,使显微硬度、耐磨损性能及耐蚀性显著提高。

选区激光熔化成形工艺参数对Fe20Cr5Al合金致密度和力学性能的影响

采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形技术进行3D打印,制备用于汽车尾气净化器载体的Fe20Cr5Al合金材料,采用响应曲面实验设计,系统研究打印参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)与打印件致密度的关系,获得SLM成形参数与致密度的关系模型以及成形参数与力学性能的关系模型,并获得最佳的SLM成形工艺参数。结果表明,SLM工艺参数对打印件致密度的影响程度按从大到小依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最佳的SLM成形工艺参数为:激光功率314.8W、扫描速度1700mm/s、扫描间距0.06mm,在此工艺参数下相对密度的预测值为99.74%,这与SLM成形实验结果的平均误差仅为0.16%,模型具有较高的可靠性,在优化工艺参数下的平均实际相对密度达到99.58%,抗拉强度为616.44MPa,伸长率为1.513%。

TA15表面激光熔覆镍基和钴基涂层组织和性能对比研究

本工作探究了钛合金TA15表面激光熔覆镍基和钴基合金对涂层摩擦磨损性能的影响。采用2 kW光纤激光器,在TA15表面分别制备了Ni60A-50%Cr_(3)C_(2)-1.0%Y 2O 3和Stellite6-5%TA15-2.5%Y 2O 3复合涂层,利用SEM、EDS和XRD分析涂层的组织和物相,利用显微硬度计测量涂层的硬度,利用MMG-500三体磨损试验机进行摩擦磨损试验。两种涂层和基体均呈良好的冶金结合,镍基涂层主要由γ-(Fe,Ni)、TiC和Cr_(3)C_(2)等相组成,钴基涂层主要由γ-Co、TiC、Co 3Ti和Cr 5Si 3等相组成。镍基涂层结合区组织是平面晶和柱状晶,涂层中部组织是树枝晶和枝晶间的共晶组织,涂层顶部是等轴晶。而钴基涂层结合区组织是平面晶、柱状晶和块状晶,涂层中部是棒状组织和树枝晶,涂层顶部是等轴晶。镍基和钴基涂层显微硬度分别为1209HV_(0.2)和1072HV_(0.2),约为TA15显微硬度(330HV_(0.2))的3.7倍和3.2倍。两种涂层的耐磨损性能均显著提高,但镍基涂层的耐磨效果比钴基涂层更好。

TA15钛合金表面原位合成TiC增强钛基激光熔覆层的组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在TA15钛合金表面原位合成TiC增强钛基涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱分析仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究涂层的成形质量、微观组织、物相组成、硬度和摩擦学性能。结果表明:涂层主要由β-Ti,Co_(3)Ti,CrTi_(4)和TiC等物相组成,涂层与基体形成了良好的冶金结合。涂层结合区组织是平面晶和柱状晶,中部组织是树枝晶,顶部组织是等轴晶。涂层各微区的碳化钛形貌有显著差别,其中顶部和中部区域碳化钛为粗大的树枝状和花瓣状,而结合区为针状和近球状。涂层显微硬度最大值为715HV,约是TA15显微硬度(330HV)的2.1倍;同等条件下涂层磨损量为30.14 mg,约为TA15磨损量98.11 mg的30.7%。涂层与基体的磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损模式,但涂层的磨损程度较轻。

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10^(-5) g/(s·mm^(2)),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5μm以下。铺粉厚度30μm的试样表面质量最优。

钛合金表面再制造涂层的研究综述

对不同加工工艺制备钛合金表面高性能涂层的应用进行阐述,总结了国内外近些年来钛合金表面再制造涂层的研究情况。简要描述钛合金涂层的制备方法、材料和存在的问题,提出了下一步钛合金表面涂层改性的研究趋势。

Production of A356 aluminum alloy wheels by thixo-forging combined with a low superheat casting process

The A356 aluminum alloy wheels were produced by thixo-forging combined with a low superheat casting process.The as-cast microstructure,microstructure evolution during reheating and the mechanical properties of thixo-forged wheels made from the A356 aluminum alloy were studied.The results show that the A356 aluminum alloy round billet with fine,uniform and non-dendritic grains can be obtained when the melt is cast at 635 oC.When the round billet is reheated at 600 oC for 60 min,the non-dendritic grains are changed into spherical ones and the round billet can be easily thixo-forged into wheels.The tensile strength,yield strength and elongation of the thixo-forged wheels with T6 heat treatment are 327.6 MPa,228.3 MPa and7.8%,respectively,which are higher than those of a cast wheel.It is suggested that the thixo-forging combined with the low superheat casting process is an effective technique to produce aluminum alloy wheels with high mechanical properties.

GH3536合金的激光增减材复合3D打印工艺试验研究

针对GH3536合金,试验研究了激光选区熔化(SLM)与皮秒激光切割相结合的激光增减材复合3D打印工艺,探讨了工艺参数对打印零件尺寸和侧表面粗糙度值的影响规律,并打印了薄壁结构和小孔结构。结果表明:随着皮秒激光单脉冲能量的提高,打印尺寸和侧表面粗糙度值减小。打印尺寸随着扫描速度的提高略有增大,随着扫描次数的增加略有减小。侧表面粗糙度值随着扫描速度的提高,先由大变小,然后再由小变大。侧表面粗糙度值随着扫描次数的增加而减小,达到一定的扫描次数之后趋于稳定。与SLM相比,激光增减材复合3D打印的薄壁结构和小孔结构,其尺寸更接近设计尺寸。

3D打印随形冷却模具零件的温度场和应力场数值模拟

针对3D打印随形冷却模具零件产生的热积累现象,数值模拟了打印过程中零件的温度场和应力场,并通过实验分析了热积累对打印质量的影响。在基板未预热条件下,打印零件温度分布的均匀性差,热积累效应的影响明显。热应力主要集中在零件底部与基板连接处,冷却后零件的残余应力和变形较大。打印模具零件表面的挂渣严重,尺寸偏差较大,硬度偏低。在基板预热150℃条件下,打印零件温度分布相对均匀,热积累效应的影响减小。由于温度梯度变小导致的局部热应力和残余应力减小,变形减小,打印零件表面挂渣减少,尺寸精度提高,硬度增大,打印质量更好。

不同快压射速度对镁合金真空压铸件成形质量的影响

以AZ91D镁合金为研究对象,采用自主设计的真空抽气系统进行3组真空压铸试验,研究不同快压射速度对真空压铸件力学性能及组织的影响。结果表明,该真空抽气系统制得的压铸件外形完整,力学性能优于普通压铸件。当快压射速度为3 m/s时,压铸件表面容易形成冷隔和流痕且内部组织存在多处缩松、缩孔;当快压射速度为5 m/s时,压铸件则容易出现飞边且内部组织存在多处缩孔;当快压射速度为4 m/s时,压铸件外形完整且内部只有少许缩孔,此时散热片的抗拉强度为226 MPa,伸长率为5.4%。