基于光固化技术增材制造陶瓷和金属的研究进展

增材制造是目前极具发展潜力的前沿技术之一。光固化增材技术作为增材制造的一个分支,具有高效、低能耗和成型精度高等优点,可解决传统工艺制备复杂结构金属和陶瓷存在的周期长、加工困难和成本高等问题,具有良好的经济和技术优势。光固化成型致密/多孔氧化物陶瓷已被广泛开发,并成功应用于微电子组件、光子晶体和骨科植入物等领域,但光固化非氧化物陶瓷和金属材料的应用基础理论和成型技术还未十分成熟,适宜于光固化工艺的陶瓷和金属浆料的制备仍面临很多挑战。本文综述了光固化增材制造氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和金属材料的研究进展,从浆料制备、光固化成型和后处理三个阶段分析了光固化增材制备三种材料的主要技术难点和可能的解决方案,最后指出了光固化陶瓷和金属材料的未来发展方向。

干法制粉用氧化铝陶瓷研磨体性能测试评价体系的研究及应用

氧化铝陶瓷研磨体在干法制粉行业得到广泛应用,但由于缺乏系统的检测方法和评价验收依据,其质量参差不齐。本文采用外观质量、尺寸偏差、化学成分、晶粒尺寸、体积密度、吸水率、抗压强度、维氏硬度、断裂韧性、磨耗、抗冲击疲劳寿命、破碎率、堆积密度等技术指标,分析评价适用于干法制粉用的耐磨氧化铝陶瓷研磨体的产品质量,为干法制粉行业验收和使用氧化铝陶瓷研磨体提供依据。

回火热处理对GCr15轴承钢显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及硬度检测和冲击试验等方法研究了回火温度对GCr15轴承钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:在200~300℃范围内,GCr15钢的洛氏硬度略有升高;在300~450℃范围内,硬度随回火温度的升高而降低,但冲击韧性随之提高。450℃×1 h回火处理后,GCr15钢表现出良好的强韧性,其硬度为51~54 HRC,冲击吸收功为105~140 J。

合金元素对K4169高温合金析出相影响研究现状

综述分析了沉淀强化元素、固溶强化元素、微合金化元素及杂质元素对K4169高温合金中析出相的影响,特别是对MX型碳化物、Laves相和δ相形状、大小和分布的影响,并总结了K4169合金的最新研究进展。

一种铸造镍基高温合金的显微组织和冲击性能

通过金相显微镜、扫描电镜研究了试验K4648合金的显微组织及其冲击断口形貌,并分析了试验合金冲击吸收功偏低的原因。结果表明:试验K4648合金试棒经过1 180℃×4 h空冷+900℃×16 h空冷热处理后,显微组织由γ基体和在γ基体上析出的捆编织针状α-Cr相和细小颗粒状M23C6型碳化物以及分布在晶界和枝晶间的初生链状分布的较大尺寸α-Cr相组成。初生链状α-Cr相是造成试验K4648合金冲击吸收功偏低的主要原因。

2024铝合金表面激光除漆工艺及机理

激光除漆具有应用范围广、精度高、无损伤、无污染等优点,极具发展潜力。针对飞机蒙皮常用的2024铝合金表面激光除漆的研究有助于拓展该技术在航空再制造领域的应用。本工作使用纳秒脉冲激光清洗设备,开展了不同激光能量密度及扫描速度下2024铝合金表面激光除漆实验。结果表明:激光能量密度和扫描速度对除漆表面质量有很大的影响,在扫描速度为50 cm^2/s的情况下,能量密度为16.5 J/cm^2时除漆效果最佳,能量密度为21.22 J/cm^2时达到漆层的损伤阈值;随着激光能量密度的提高或扫描速度的降低,表面去漆率逐渐提高,除漆表面表现出较基体更为优异的力学性能,显微硬度及弹性模量都有所提高。此外,还通过扫描电镜和能谱测试分析了不同扫描速度下的除漆机理。根据研究结果可知,通过调控激光能量密度及扫描速度,可以实现在提高油漆去除效率的同时避免基体的损伤,进而有利于对除漆后的蒙皮进行重新涂装。

激光清洗的典型应用及对基体表面完整性影响的研究进展

随着社会对环保、清洗效率以及清洗后表面质量的要求越来越高,传统清洗方法如机械清洗、化学溶剂清洗、水射流辅助清洗以及超声波清洗等已无法满足工业清洗的需求,不仅清洗效率低,被清洗表面质量得不到保证,甚至产生二次损伤,还容易对环境造成污染。先进激光清洗技术的出现为这些问题的解决提供了有效手段,这种清洗技术在不对环境造成污染的同时,还能有效保证清洗后的表面质量,展现了其特有的优越性,是21世纪最具潜力的清洗技术之一。激光清洗技术作为一种通过激光与污染物快速作用达到清洁目的的新型绿色清洗技术,可以广泛应用到除漆,除锈,除油,清除微米级、亚微米级颗粒,保护文物以及清洗城市涂鸦等各个方向。近年来,激光清洗成为工业清洗领域的研究热点,国内外研究人员在激光清洗的效率、工艺以及机理等方面做了大量研究工作,使激光清洗技术与理论体系日臻完善,激光清洗技术在各个领域的应用也逐渐成熟。但随着人们对激光清洗的工艺和机理研究不断深入,大多数研究的关注点仍集中在清洗效率和表面清洁度方面,在激光与污物层或基体的交互作用方向、表面完整性和性能演变方向的机理研究仍未取得进展,对清洗后表面质量的研究仍集中于表面粗糙度及显微硬度,对清洗后表层显微组织结构以及表面内应力等表面完整性方面的研究较少。本文列举了国内外各领域在激光清洗方面的典型应用,针对参数匹配的优化、清洗机理、清洗范围以及清洗后表面完整性的相关研究展开了讨论,并对激光清洗技术的未来发展方向进行了展望。

隔热油管外管断裂失效分析

采用宏观形貌分析、显微组织分析、力学性能分析、微观裂纹及断口分析等手段,对某油井中隔热油管外管的断裂失效原因进行分析并提出预防措施。结果表明:外管材质是合格的。在外管与接箍上扣过程中,外管螺纹的轴向应力呈两端高中间低的形式分布,螺纹根部是应力集中点。在井下硫化物与氯化物等酸性腐蚀介质的工况环境中,螺纹槽底部产生腐蚀坑,腐蚀坑周围萌生裂纹并不断扩展,导致外管在管体与螺纹连接处发生硫化物应力腐蚀断裂。

铜及其合金表面涂层技术与增材制造技术研究进展

铜及其合金具有优良的耐腐蚀、导电导热性能及机械加工性能,广泛应用于电气、轻工、机械制造等领域。随着生产条件的不断优化,为同时满足不同的应用需求,人们期望获得综合性能更加优良或某一性能特别突出的零部件,但传统制造加工方法工艺复杂,且生产过程中材料利用率较低,存在很大的局限性。为实现零件表面合金化,改善零件表面性能缺陷,表面涂层技术被开发并广泛应用;为实现复杂结构零件的成形,人们开发了增材制造技术。铜合金增材制造技术通过逐层累积的方法,可以高效快速地制造出各类精密零部件,不仅使合金材料利用率高,还能够满足各种结构复杂零部件的成形需求,是当下铜合金应用的研究热点。近年来,国内外研究人员利用铜合金涂层改善零件表面性能的主要技术有沉积、热喷涂、冷喷涂等,对铜合金增材制造技术的研究主要集中在激光增材制造技术,从工艺优化到组织性能分析,都对未来的研究提供了很大的理论依据,但对电子束增材、电弧增材等其他增材制造技术的关注比较少,对于铜合金增材制造过程中成分均匀化的热处理工艺及增材后具备优良的导电、导热、致密度等问题有待进一步研究。本文归纳了铜合金表面涂层以及增材制造技术的工艺原理及研究现状,通过对比各类不同增材制造方法,分析了各增材制造技术工艺参数对成形件微观组织及力学性能的影响,对各技术所获得成形件的优缺点进行总结,并对未来铜合金增材制造重点关注方向进行展望,为制备性能更优良的铜合金成形件以及工艺应用奠定了基础。

共晶高铬铸铁的成分设计与热处理工艺研究

通过Jmatpro软件模拟设计了一种共晶成分的高铬铸铁,并研究了热处理工艺对共晶高铬铸铁的显微组织、硬度、耐磨性的影响。结果表明,共晶区间含碳量范围随Cr含量的升高而下降,近似呈线性关系,共晶区间含碳量为0.2%。共晶高铬铸铁成分设计中确定Cr含量为19%~20%,对应含碳量为3.45%~3.65%为共晶成分且满足Cr/C比在5~6的设计条件。共晶高铬铸铁淬火温度为1 000℃和1 050℃时,250℃和400℃回火时,磨损失重变化不明显;在400~500℃回火会出现二次硬化现象,硬度迅速升高,磨损失重大幅度减小;回火温度高于500℃时,马氏体分解严重,硬度迅速下降,磨损失重迅速增加。实验材料的热处理最佳工艺为1 000℃淬火×2 h空冷+500℃回火×2 h空冷,其组织主要为回火马氏体,M7C3碳化物、二次碳化物、残余奥氏体。该热处理工艺下实验材料的维氏硬度值是843 HV1,磨损失重为4.9 mg。

K424高温合金显微组织和力学性能分析

通过金相显微镜、扫描电镜研究了K424合金显微组织。研究表明:K424合金中主要为MC型碳化物和(γ+γ′)共晶组织,MC型碳化物分为汉字骨架状和颗粒、长条状;汉字骨架状的MC型碳化物不利于提高合金伸长率和断面收缩率。

长期时效对铸造ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢组织的影响

采用扫描电镜、透射电镜和金相显微镜研究了580℃长期时效对ZG1Cr11Ni2WMoV马氏体耐热钢显微组织的影响。研究结果表明:在1 050℃×1 h空冷淬火+580℃×2 h空冷回火后,存在纳米尺寸的M6C型碳化物弥散分布在回火马氏体板条上;580℃长期时效处理1 000 h,原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出M23C6型碳化物,δ-铁素体中析出M23C6型碳化物和Laves相。

New Iron-based SiC Spherical Composite Magnetic Abrasive for Magnetic Abrasive Finishing

SiC magnetic abrasive is used to polish surfaces of precise, complex parts which are hard, brittle and highly corrosion-resistant in magnetic abrasive finishing（MAF）. Various techniques are employed to produce this magnetic abrasive, but few can meet production demands because they are usually time-consuming, complex with high cost, and the magnetic abrasives made by these techniques have irregular shape and low bonding strength that result in low processing efficiency and shorter service life. Therefore, an attempt is made by combining gas atomization and rapid solidification to fabricate a new iron-based SiC spherical composite magnetic abrasive. The experimental system to prepare this new magnetic abrasive is constructed according to the characteristics of gas atomization and rapid solidification process and the performance requirements of magnetic abrasive. The new iron-based SiC spherical composite magnetic abrasive is prepared successfully when the machining parameters and the composition proportion of the raw materials are controlled properly. Its morphology, microstructure, phase composition are characterized by scanning electron microscope（SEM） and X-ray diffraction（XRD） analysis. The MAF tests on plate of mold steel S136 are carried out without grinding lubricant to assess the finishing performance and service life of this new SiC magnetic abrasive. The surface roughness（Ra） of the plate worked is rapidly reduced to 0.051 μm from an initial value of 0.372 μm within 5 min. The MAF test is carried on to find that the service life of this new SiC magnetic abrasive reaches to 155 min. The results indicate that this process presented is feasible to prepare the new SiC magnetic abrasive; and compared with previous magnetic abrasives, the new SiC spherical composite magnetic abrasive has excellent finishing performance, high processing efficiency and longer service life. The presented method to fabricate magnetic abrasive through gas atomization and rapid solidification presented can significantly improve the finishing performance and service life of magnetic abrasive, and provide a more practical approach for large-scale industrial production of magnetic abrasive.

超音速微粒沉积-激光同步强化Inconel 718涂层高温氧化行为

针对镍基高温合金Inconel 718表面损伤问题,利用超音速微粒沉积-激光同步强化技术在基体表面制备了相同成分的Inconel 718修复涂层。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)及其自带的能谱分析仪EDS、X-射线衍射仪(XRD)、显微拉曼光谱仪、场发射高分辨透射电子显微镜(TEM)分析了激光功率为1300 W时涂层的微观组织结构和750℃高温氧化后表/截面形貌。结果表明:涂层表面光洁,内部组织致密,孔隙率仅为0.2%,涂层与基体结合良好且无明显裂纹等缺陷。在氧化初期,镍基高温合金涂层表面快速氧化并形成富Ni、Fe、Cr的NiO、Fe2O3、Cr2O3以及含Ni的尖晶石Cr2O3·NiO结构。随着氧化时间的延长,NiO与Fe2O3结合生成复合相NiFe2O4,而覆盖在NiO表面的Cr2O3不断生长扩张,与NiO发生固相反应生成NiCr2O4。

一种奥氏体耐热耐磨钢的铸造组织分析

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射研究了一种铸造奥氏体耐热耐磨钢的显微组织。结果表明,试验钢铸态显微组织由树枝状的奥氏体晶粒和共晶组织,以及少量呈球形均匀分布的MnS组成,共晶组织中的碳化物呈典型的鱼骨状形貌特征,类型有M_6C型(M主要为Fe、W、Cr、Mo)和MX型(M主要为Nb,X主要为C和N)两种;在1 200℃以上保温固溶处理后,随着保温温度的升高和时间的延长,M_6C型碳化物逐渐溶解,而MX型碳氮化物颗粒球化并长大,硬度逐渐降低。

浇注温度对K438高温合金组织和力学性能的影响

通过金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验研究了不同浇注温度下的K438合金试样组织和力学性能。结果表明:1450℃浇注后,合金中碳化物以块状和长条状为主;1410℃浇注后,合金中碳化物以块状为主。随着浇注温度的降低,室温抗拉强度和屈服强度由991 MPa和922 MPa升高至1006 MPa和936 MPa,伸长率和断面收缩率由5.0%和15.3%降低至4.0%和7.5%,而650℃高温抗拉强度和屈服强度由982 MPa和657 MPa升高至1075 MPa和849 MPa,伸长率和断面收缩率由10.1%和21.9%降低至8.8%和10.5%。

Fe-Cr-Ni-Al-Mo-Si铁素体钢的组织及力学性能

采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和X-射线衍射仪研究了Fe-Cr-Ni-Al-Mo-Si钢铸态及热处理后的显微组织和力学性能。结果表明,试验钢铸态显微组织主要由铁素体基体、沿晶界分布的奥氏体及大小为430~480 nm均匀分布的立方状Ni Al相和分布在Ni Al相上的细小球状Ni Al相组成;经1200℃×0.5h空冷固溶处理后在空冷过程中析出大小为50~100nm弥散分布的球状Ni Al相;固溶处理后再在750、1000℃时效处理1 h,Ni Al相较固溶态粗化,1000℃时效后在铁素体上有奥氏体相析出;拉伸结果表明:在固溶和750℃时效条件下,试验钢无室温韧性,在1000℃时效后由于奥氏体相的析出其室温韧性和规定塑性延伸强度明显提高,抗拉强度值达到了1096 MPa,规定塑性延伸强度为860 MPa;在700℃/150 MPa条件下的蠕变试验表明,固溶态试验钢的稳态蠕变速率最低,达到了6.83×10^-12s^-1,然而,奥氏体相的析出并不能有效提高其抗蠕变性能。