Pt25Rh/TaC界面特性的第一性原理研究

铂铑(PtRh)合金具有优良的高温力学性能,是目前最具潜力的航天发动机推力器喷管材料之一.研究表明,进一步提升PtRh合金的高温性能,能有效延长航天飞行器的服役寿命.本研究利用第一性原理、Materials Studio软件,研究了TaC热障涂层与Pt25Rh高温合金的界面特性和结合机制.结果表明,TaC的热膨胀系数与Pt25Rh较为接近,比同类热障涂层具有更优的界面匹配性和结合力,既可作为单独的防护层使用,也可作为粘结层使用.此外,由于Ta-C,Pt-C和Rh-C键的电荷转移能力均强于Ta-Pt和Ta-Rh键,TaC与Pt25Rh合金的最稳定结合位置为孔位的Pt25Rh(111)/TaC(111)C,其界面粘附功为6.202 J/m^(2).本研究可为PtRh合金的热防护提供借鉴.

引线框架用高性能铜合金板带材及制备工艺

电子信息产业的飞速发展,对铜及铜合金产品性能提出了更高的要求,其中集成电路封装用引线框架材料代表了铜合金板带材发展的较高水平。本文对近年来引线框架用高性能铜合金板带材及制备工艺进行了综述,介绍了国内外高性能铜合金板带材料的成分和制备加工技术及发展过程,并对其未来发展趋势进行了展望,提出未来高性能铜板带材性能将朝着抗拉强度为700 MPa、导电率为70%IACS的目标发展,其制备工艺将向着智能化、绿色化、高效化等方向发展。

基于改进U-Net的小型机械零件识别与定位方法研究

针对基于机器视觉的小型机械零件识别速度慢、定位不精确等问题,文章提出一种改进UNet(improve U-Net,IU-Net)和最小外接矩阵(minimum bounding rectangle,MBR)结合的小型机械零件识别和定位方法(IU-Net-MBR)。首先,搭建视觉分拣试验平台,制作小型机械零件数据集;其次,为了提高特征提取效率,将U-Net的特征提取网络替换成轻量级MobilenetV2网络,降低模型的参数和计算量;然后,为了提高U-Net的分割精度和鲁棒性,在网络结构中引入SE(squeeze and excitation)注意力模块;最后,使用最小外接矩阵得到零件的长宽基本参数,实现零件的识别和定位。试验表明,IU-Net相对于U-Net在平均交并比Miou(mean intersection over union)和像素准确率PA(pixel accuracy)分别提高4.39%和3.82%。在处理图像时,IU-Net相对于U-Net速度提升76.92%。与主流分割模型相比,IU-Net实现了更好的分割效果,有效地提高了小型机械零件的分割精度。在抓取试验中,IU-Net-MBR在识别率和抓取率上分别达到了100%和96.67%。

激光选区熔化成形金刚石复合材料特征几何结构的工艺约束研究

多孔金刚石磨具是一种能在磨削加工过程中提供容屑和冷却液流通空间的新型工具,激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形技术是制造多孔金刚石磨具的有效手段。受激光增材制造的光斑尺寸约束、逐层成形等技术特征的影响,所设计的多孔金刚石磨具难以精准成形,因此有必要对金刚石复合材料特征几何结构的可成形性进行研究。基于SLM125HL设备,以CuSn20/金刚石复合材料为研究对象,采用SLM成形技术成形了不同成形方向、不同尺寸的悬垂结构、薄壁、圆孔和尖角等特征几何结构,并对其可成形性、成形误差及产生原因进行分析。结果表明:金刚石复合材料悬垂结构的最佳可成形尺寸为1.00~2.00 mm,薄壁结构的最小可成形尺寸为0.70 mm;垂直于成形方向的圆孔结构的最小可成形直径尺寸为0.50 mm,平行于成形方向的圆孔结构的最佳成形直径尺寸为1.00~4.00 mm;尖角结构的可成形角度需>10°。这些特征几何结构的成形误差主要受激光对复合粉末的热吸附、激光光斑热影响区扩散以及复合粉末的弱支撑等作用影响。

Mo含量对空调滑片用球墨铸铁组织与性能的影响

研究了含钼量和等温淬火温度对含碳化物等温淬火球墨铸铁(CADI)显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着Mo含量增加,铸态球墨铸铁中石墨数量减少,珠光体数量和碳化物数量增多,碳化物形貌逐渐从弥散分布的细小块状转变为粗大的块状或者长条状;5种Mo含量的等温淬火态CADI试样的组织都为针状铁素体、球状石墨、碳化物和少量残余奥氏体。等温淬火温度为275℃时,随着Mo含量的增多,针状铁素体数量不断增多,而残余奥氏体含量不断减小,CADI试样的室温冲击功先增加而后减小,洛氏硬度逐渐增大,平均磨损量和磨损率逐渐减小。随着等温淬火温度的升高,含0.43%Mo的CADI试样冲击功升高而洛氏硬度减小,平均磨损量和磨损率增大。空调滑片用球墨铸铁适宜的Mo添加量为0.43wt%,等温淬火温度为275℃。

FGH4097镍基合金950℃低应力蠕变位错及硬度分析

为了提高发动机用FGH4097镍基合金的综合性能,选择变截面蠕变的方法,将镍基合金升温到950℃并施加不同应力持续蠕变测试200 h,据γ/γ’两相界面位错网、元素错配度对显微组织变化规律进行分析。研究结果表明:在应力逐渐提高的过程中,筏排组织不断增加,当应力达到70 MPa时获得了具有完整结构筏排组织,位错可以提供更多扩散通道,使筏排化进程明显加速;当蠕变应力提高后,合金硬度显著下降。

发动机用FGH4097合金950℃变截面蠕变行为研究

将发动机用镍基合金升温到950℃并施加不同应力持续蠕变测试200 h,据γ/γ’两相界面位错网对显微组织变化规律进行分析。研究结果表明:950℃、125 MPa下合金呈现明显的高温低应力蠕变特性,观察到一个稳定的蠕变阶段,蠕变速率最小为1.6×10^(-8)s^(-1),经过229 h发生了蠕变断裂;断口处组织出现了明显的颈缩特征;提高应力后,Cr、Re、Mo在γ相内达到了更大分配系数,Re元素变化趋势也更加明显。

矿山机械用大型球铁齿圈的生产工艺研究及应用

通过对大型球墨铸铁齿圈的两种生产工艺进行对比研究和数据分析,确定了先正火再粗加工的工艺流程,重点解决了正火后齿圈铸件的变形、硬度难以保证的问题,满足了客户的技术要求。后期通过批量生产验证,此工艺可实现大型球磨铸铁齿圈铸件批量稳定生产。

熔盐法合成Ti和TiC镀覆层对金刚石热稳定性的影响

金刚石表面金属化处理是提高金刚石制品性能的重要技术手段之一,镀覆层质量对金刚石及其制品的热稳定性和耐磨性都具有重要影响。采用高温熔盐法在金刚石表面成功镀覆Ti和TiC层,利用XRD、SEM对镀覆层的组成和形貌进行表征,并对镀覆后金刚石颗粒的热稳定性进行研究。结果表明:镀覆后金刚石由黄色变为灰黑色,其光学透过率大大降低。在800~900℃镀覆时,金刚石表面会形成Ti和TiC复合镀层,但800℃时的镀层比较稀疏,甚至出现漏镀现象,而在900℃时得到的镀层比较均匀致密;在1100℃镀覆时,镀覆层为TiC,镀覆层较厚而且出现分层、开裂现象。由于镀覆层的保护作用,金刚石的氧化温度增加,失重率大大降低。尤其是在900℃时镀覆后,金刚石的失重率由原料的91.3%降至镀覆后的9.3%,热稳定性显著提升。因此,熔盐法合成Ti镀覆层的最佳温度为900℃。

改进YOLOv5的气缸盖锻件缺陷视觉检测方法研究

汽车气缸盖锻件在生产过程中容易出现各种裂纹,影响产品质量。针对当前气缸盖锻件检测缺陷精度和效率低的问题,提出了一种基于YOLOv5网络改进的算法模型YOLOv5-MG。首先,搭建图像采集平台,制作气缸盖锻件缺陷样本数据集。然后,将YOLOv5 Head架构SPP-YOLO替换为Decoupled Head结构,提高模型的准确率和效率;使用双向特征金字塔(bidirectional feature pyramid network,BiFPN)替换YOLOv5网络原来的路径聚合网络(path aggregation network,PANet),增强图像浅层特征信息与深层特征信息的融合;引入完备交并(completeintersectionoverunion,CIoU)的计算方法提升算法检测的定位精度。实验表明,改进的算法在测试集上的均值平均精度达到了99.81%,F1的分值为0.99,浮点运算数为17.2B。相较于其他深度学习模型,该方法有效地提高了气缸盖锻件的缺陷检测效率和精度,能够满足缺陷检测的要求。

基于响应面法的矿用高铬磨球热处理参数优化设计

为实现矿用磨球强韧性的进一步提升,本文采用Box-Behnken设计-响应面法(BBD-RSM),选择奥氏体化温度、奥氏体化保温时间、回火温度、回火保温时间为自变量影响因子,磨球的洛氏硬度和冲击韧性作为响应目标值,构建了多项式回归方程模型,同时利用OM、SEM、XRD等分析手段,研究了不同热处理条件下磨球的显微组织形貌及物相特征。结果表明,热处理参数对磨球洛氏硬度的显著性影响排序为回火温度>奥氏体化温度>奥氏体化保温时间>回火保温时间,对磨球冲击韧性的显著性影响排序为回火温度>回火保温时间>奥氏体化温度>奥氏体化保温时间。通过优化获得最佳热处理参数为奥氏体化温度885℃,奥氏体化保温时间4.8 h,回火温度400℃,回火保温时间3.5 h,其洛氏硬度为59.84HRC,冲击韧性为6.16 J,验证实验相对误差<5%,证实了响应面法优化磨球热处理参数的精确性和科学性。奥氏体中的合金元素含量,碳化物尺寸、形态和分布情况,残余奥氏体的转变行为及占比的共同作用,是磨球的洛氏硬度和冲击功呈现规律性变化的主要原因。

热处理工艺参数对矿用磨球力学性能的影响研究

为实现矿用磨球强韧性的进一步提升,本文研究了不同热处理条件下磨球的力学性能、显微组织形貌及物相特征。结果表明,不同热处理条件下磨球的显微组织均由马氏体、碳化物和残余奥氏体组成。基体的组织特征、碳化物的形态和分布、残余奥氏体的占比共同影响磨球性能:随着奥氏体化温度的提高,磨球硬度先升高后降低,冲击韧性连续下降;随着奥氏体保温时间的延长,磨球的硬度和冲击韧性均先升高后降低;随着回火温度的提高,磨球硬度连续下降,冲击韧性波动性上升;随着回火保温时间的延长,磨球硬度变化不大,冲击韧性呈下降趋势。对于实验磨球,较佳的热处理参数为:950℃保温3 h,快速入油淬火后300℃保温3 h进行回火,所得磨球洛氏硬度62.58 HRC,冲击功4.92 J,相比产品磨球可分别提高5.2%和51.9%。

热处理工艺对铜合金性能的影响

Cu-Cr-Zr合金由于兼具良好的力学、导热、导电性能,在航天、核工业、电器、电线等领域应用广泛。加工工艺对合金的综合性能影响显著,尤其是热处理工艺和冷变形工艺。因此,探究了热处理工艺(时效温度:440~560℃;时效时间:0~360 min)、冷轧工艺(变形量:40%,60%,80%)对Cu-Cr-Zr合金的维氏硬度和导电率的影响。结果表明:Cu-Cr-Zr合金在950℃固溶60 min,进行60%变形量的冷轧,480℃时效120 min时,可得到维氏硬度和导电率的最佳组合,维氏硬度达152±4,导电率达(83±4)%IACS。通过微观组织观察发现,经过冷轧的Cu-Cr-Zr合金内部有高密度位错,Cr析出相在Cu基体内弥散分布。

Ce对Cu-0.4Mg-xCe合金组织和性能的影响

通过在Cu-Mg合金中添加Cu-Ce合金制备Cu-0.4Mg-xCe(x=0,0.1,0.2,0.3)合金。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、维氏硬度计、拉伸试验机和导电率测试仪等设备对Cu-0.4Mg-xCe合金进行表征。结果表明,Ce能明显降低Cu-0.4Mg-xCe合金的晶粒尺寸,净化Cu基体。Ce的质量分数超过0.2%后,会出现Ce的化合物,Cu-0.4Mg-xCe合金的塑性和导电率降低。Ce的质量分数为0.2%时,合金的综合性能最优。Cu-0.4Mg-0.2Ce合金退火处理后,其维氏硬度、抗拉强度、导电率、软化温度分别为213,548 MPa,75.6%IACS,430℃.

用于软骨下骨修复的镁基支架

骨关节炎(osteoarthritis,OA)作为一种可以导致残疾的退行性疾病,常累及软骨下骨。受损的关节软骨和软骨下骨很难自愈,用于功能修复的组织工程支架是一种有前途的治疗方法。近年来,镁合金因其良好的机械和生物学性能被视为可降解多孔支架有希望的候选者。然而,目前对于适用于软骨下骨缺损修复的镁基支架的结构设计和优化方案还没有定论。归纳了镁合金用于骨软骨支架的研究进展,包括多孔支架的制造方法;添加合金元素和表面改性的优化策略;参数化与非参数化的结构设计;镁基支架的机械、降解和生物学性能及其影响因素。讨论了未来研究的潜在方向。旨在为多孔镁基支架的开发和临床应用提供参考。

自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究

本文通过对比磨削试验,研究了自锐性金刚石(CSD)树脂砂轮的磨削性能。试验结果表明,由于CSD形状不规则,有许多凹入角和粗糙表面,树脂结合剂对CSD的把持力较普通金刚石强,所以在磨削各参数相同的条件下,自锐性金刚石砂轮与普通金刚石砂轮相比,其磨削比提高60%以上。且由于CSD的内部为许多单个亚晶粒所组成的镶嵌的颗粒,因此在应力作用下,只有很小的不规则的碎片崩掉,从而在每个颗粒的表面上留下许多新的小切削刃,故其加工工件的表面粗糙度值较低。

快速成形领域的多材料零件表示算法

在RP领域,传统的三维几何实体表示方法只能包含实体模型的几何信息,不能包含相应的任何材料信息,因此,不能应用于多材料零件的建造。为实现多材料零件的建造,迫切需要一种新的更有效的并能表示多材料零件几何信息与材料信息的实体模型表示方法。为此,提出一种新的面向制造的基于材料边界的多材料实体表示算法,该算法采用材料ID索引与材料区域标记相结合的方法表示多材料实体零件的几何属性与材料属性,实例仿真分析验证了该算法可以表示复合材料实体零件、功能梯度材料零件以及具有较为复杂多材料属性的多相理想材料实体零件,并且实体表面轮廓复杂度以及材料种类对该算法没有影响,理论上可以表示任意复杂的多材料实体零件。

三维表面微观形貌建模与微通道流动特性仿真

针对金属表面功能结构的多尺度数字化设计问题,基于机械加工表面微观形貌中存在的自仿射分形特性,探索了将W eierstrass-Mandelbrot分形与三维参数曲面相合成的数学方法.该方法能够将表面功能结构的微观粗糙形貌与宏观模型相集成,从而有效支持表面功能结构的多尺度形貌建模.以犁削成形的V型毛细微通道的微流体特性为仿真研究对象,建立了具有多尺度形貌特征的三维实体模型,同时分析了雷诺数、表面高度尺度系数和分形维数等对该微通道流动特性的影响,发现:阻力系数随雷诺数的增大而减小,随表面高度尺度系数的增大而增大,粗糙表面产生的漩涡对流体的影响不能忽视,且随粗糙度的增加越来越突出;根据W eierstrass-Mandelbrot函数构造的表面形貌分形维数的增加将导致通道阻力系数的减小.

Al与cBN在高温高压下的相互作用

将立方氮化硼(cBN)微粉和铝(Al)微粉按照体积比7:3的比例进行混配,在高温(1300～1500℃)、高压(5.5GPa)条件下进行烧结.利用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线色散能谱(EDS)对烧结体的物相构成、显微结构以及各组分元素的分布进行了分析.实验结果表明,1300℃,Al尚未与cBN反应;当温度升至1400℃时,Al与cBN反应生成AlN和AlB_2;温度进一步升高至1500℃,反应产物增多,产物种类不变.TEM和EDS分析表明,在反应过程中Al扩散进入cBN的表层,B扩散进入富Al的区域,生成新相AlN和AlB_2.

基于RP/RT技术的不锈钢快速模具制造工艺

用基于RP/RT技术的等离子喷涂制模技术制造不锈钢快速模具 ,与传统钢制模具相比 ,该工艺可以缩短模具开发周期60% ,成本也只有传统钢模的15%～20% ,非常适合新产品的开发和单件小批量产品的生产。介绍了该工艺的原理 ,讨论了成形的技术关键,运用该工艺进行不锈钢快速模具试制 ,不锈钢喷涂层厚度达到5mm ,表面硬度达到34.4HRC ,抛光后表面粗糙度达到Ra=0.2μm。