激光增材制造体育器材用TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

目的揭示应力比对增材制造TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响规律。方法采用紧凑型拉伸试样,在恒载荷幅条件下对激光增材制造TC4钛合金进行了应力比为0.1、0.3和0.5的疲劳裂纹扩展实验,定量评价了不同应力比下合金的疲劳裂纹扩展速率和变化规律。基于Paris公式对裂纹扩展速率进行了拟合,分析了应力比对各参数的影响规律。最后通过扫描电镜对断口表面形貌进行了观察,分析了应力比对断裂模型的影响。结果在相同的∆K条件下,疲劳裂纹扩展速率随着应力比的增大而增大。在Paris公式中,参数C随应力比的增大而减小,参数m随应力比的增大而增大,并且m和lgC呈现线性关系。随应力比的增大,断口表面的河流花样增多、疲劳辉纹变浅、二次裂纹数量增加。结论应力比引起的裂纹尖端闭合效应和平面应力比变化是导致裂纹扩展速率发生改变的主要原因。

激光熔覆碳化物增强镍基涂层组织与性能的热处理调控

基于激光熔覆技术成形了Ni35-WC-MoS_(2)-CeO_(2)自润滑耐磨涂层,研究了热处理对涂层的物相组成、显微组织、显微硬度、残余应力以及摩擦磨损性能的影响,揭示了涂层的磨损机理.结果表明,激光熔覆层质量良好,没有出现明显气孔和裂纹,涂层与基体呈致密的冶金结合.物相组成主要包括γ-(Fe,Ni),Cr_(7)C_(3),M_(7)C_(3)以及MoS_(2)和CrS两种润滑相等,显微组织主要为柱状晶和等轴晶,在基体中包含了块状硬质相和球形润滑相,平均显微硬度为904 HV,表面残余拉应力为304.6 MPa.涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.51和3.64×10^(-4)mm^(3)/(N·m),磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;经300℃和600℃热处理之后,涂层中没有发生相变,但固溶体和碳化物发生分解,同时晶粒组织长大并呈现出分解现象,导致显微硬度和残余拉应力幅值均降低,磨损率进一步降低,摩擦过程更稳定,磨损机理转变为粘着磨损和磨粒磨损.因此,对激光熔覆Ni35-WCMoS_(2)-CeO_(2)自润滑涂层进行热处理,使显微组织更加均匀并释放残余热应力,碳化物硬质相不易于从涂层中被剥离,使涂层保持较高的硬度和韧性,有助于提高摩擦磨损性能.

超声处理制备的生物可降解Zn-1Mg-0.5Ca合金的微观组织与腐蚀行为

锌合金不仅具有良好的生物相容性,而且还有较好的降解行为,成为近些年来国内外研究者关注的热点。但是,不管在力学性能上,还是在腐蚀性能上,铸态锌合金皆不具备人体植入金属材料的条件。所以,为了提升与优化锌合金的力学性能,同时符合植入人体后的腐蚀速率需求,本实验研究了不同超声功率(300 W,600 W,900 W)处理对的Zn-1Mg-0.5Ca合金微观组织及腐蚀性能的影响。研究结果表明:随着超声功率的增加,Zn-1Mg-0.5Ca的初生α-Zn树枝晶,片层的共晶Mg2Zn11相以及块状的CaZn13相被有效细化,初生α-Zn相由粗大的树枝晶转变为细小的等轴枝晶。粗大的多边形状CaZn13相被细化为细小的粒状,平均尺寸从34μm减小到5μm,片层的共晶Mg2Zn11相转变成细小的棒状和粒状。电化学测试表明:未经超声处理的Zn-1Mg-0.5Ca合金的腐蚀速率最低,为0.190 mm·a-1。随着超声功率的增加,合金的腐蚀速率逐渐增加,当超声功率达到900 W时,合金的腐蚀速率达到了0.490 mm·a-1。将样品浸泡15 d后的实验发现,未经超声处理的Zn-1Mg-0.5Ca合金的腐蚀速率低于超声处理合金的腐蚀速率,且随着超声功率的增加,合金腐蚀速率从0.144 mm·a-1增加到0.263 mm·a-1。

Fe-Mn-C-Al系TWIP钢拉伸过程中的加工硬化行为

对退火后Fe-Mn-C-Al系孪生诱发塑性(TWIP)钢进行不同变形量(1.5%,4.0%,39.0%,47.0%,52.0%,62.0%)的室温单向拉伸试验,研究了该钢在拉伸过程中的加工硬化行为及显微组织演变。结果表明:随着变形量增加,TWIP钢奥氏体晶粒内部开始出现形变孪晶,且密度不断提高,变形机制由位错滑移变为孪生和位错共同作用,拉伸断口呈典型韧性断裂特征;试验钢弹性变形阶段短暂,无明显的屈服平台和物理屈服点,塑性变形阶段存在长加工硬化过程;试验钢的加工硬化率先随真应变增加而急剧下降,此时加工硬化机制以位错强化为主,随着真应变继续增加,加工硬化率增加,在应变为0.55时达到峰值,后趋于平缓,加工硬化机制主要为孪晶强化。

钛合金板翅式结构双热源真空钎焊过程热流耦合仿真研究

本文构建了电阻生热与辐射加热双热源耦合作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程热-流耦合模型,对比分析了单热源与双热源温度场的差异性,探明了双热源作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程温度场分布与钎料流动规律。结果表明,板翅式结构外侧区域温度高,中心区域温度低,双热源作用下板翅构件表面温度较高。这是由于热传导传温效率更高,双热源作用下板翅结构的升温速率更快。整个加热过程中,单热源加热的板翅结构温差最大约155 K;在双热源作用下,板翅结构温差最大约70 K。因此,在辐射-电阻双热源的共同作用下工件的温度均匀性得到了明显改善。钎料流动分布同温度场分布相似,温度越高钎料熔化越充分,流动性越好。

锅炉制造火焰矫正工艺探讨

介绍了锅炉集箱部件在制造过程中因不均匀焊接、热循环导致弯曲变形而进行火焰矫正的工艺方法和注意事项,比较了国内外锅炉行业标准和钢结构建造标准对热矫正的规定和指导性条款,考虑到热矫正对材料性能可能产生的不利影响,建议锅炉行业工艺规范标准化。

齿面锈蚀对齿轮磷化质量的影响

齿轮磷化是齿轮常用的一种表面处理方式。某型变速器磷化后齿轮在极限性能试验及耐久试验过程中发生了齿轮轮齿折断及齿面剥落的失效现象。通过宏观及微观形貌测试,发现齿面有直径50μm以上,深度50μm左右的凹坑;通过工厂现场调查及后续试验分析,确定是齿轮流转过程中发生锈蚀导致齿面凹坑,继而在磷化过程中保留凹坑,最终导致齿轮试验中失效。

90 mm厚工程机械用Q460钢板热轧后的水冷工艺优化

采用低碳和添加铌、钒、钛、铬等微合金元素的成分设计,利用洁净钢冶炼、奥氏体再结晶区粗轧、奥氏体未再结晶区精轧等工艺生产90 mm厚Q460钢板,热轧后采用大流量低辊速控制策略的1次水冷工艺和小流量间断开水控制策略的3次往复式水冷工艺进行水冷,研究不同水冷工艺对钢板组织和力学性能的影响,以获得合适的水冷工艺。结果表明:1次水冷工艺生产的试验钢板的显微组织主要为针状铁素体+少量珠光体,3次往复式水冷工艺生产的试验钢板的显微组织主要为多边形铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体;与3次往复式水冷工艺相比,1次水冷工艺生产的试验钢板厚度方向的组织更加均匀、细小,且形成了针状铁素体。2种水冷工艺生产的试验钢板的拉伸性能和冲击韧性均满足标准要求,但是1次水冷工艺生产的试验钢板的−40℃冲击韧性明显优于3次往复式水冷工艺生产的试验钢板,且厚度方向的冲击韧性更均匀。90 mm厚Q460钢板热轧后的合适水冷工艺为1次水冷工艺,所得钢板的屈服强度为495~512 MPa,抗拉强度为604~616 MPa,断后伸长率23%~24%,−40℃冲击吸收功为200 J以上。

固溶和稳定化热处理对TP347钢焊接接头组织的影响研究

对TP347钢管道焊接接头在经过1050℃固溶热处理和900℃稳定化热处理后不同区域显微组织的变化进行了研究。结果表明:在焊态下,热影响区晶粒长大,形成不同形态的铁素体,并有NbC和Cr的碳化物析出;在固溶处理后,观察到热影响区和焊缝区中铁素体含量明显减少,并且发现有分布更分散且尺寸更小的NbC;在先固溶处理再稳定化热处理后,观察到NbC在尺寸上进一步变小,表明这种热处理方法能够有效地分散NbC颗粒。研究结果表明,TP347钢经固溶热处理和稳定化热处理后铁素体转变、NbC形成以及降低焊接热循环引起的显微组织变化,可以有效提高材料的抗晶间腐蚀性能。

深冷条件下多重旋转碾压超细晶铜的组织与磨损性能

通过碾压式搅拌头在深冷条件下对铜板进行多重旋转碾压,采用超景深显微镜、光学显微镜、摩擦磨损仪对碾压后样品的表面形貌、组织和性能进行了分析。结果表明,在深冷条件下多重旋转碾压后,样品表面成形良好,表层出现明显的超细晶区;在转速为50 r/min时,超细晶成形机制为晶粒的剪切破碎;在转速为500 r/min时,晶粒细化机制为动态再结晶和强制冷却抑制再结晶晶粒的长大;在深冷条件下多重旋转碾压制备的超细晶层可提高材料的耐磨性。

SMA490BW耐候钢焊接与焊后热处理残余应力的数值模拟

SMA490BW耐候钢焊接过程中会产生较大的残余应力,常使用去应力退火的热处理方式消除残余应力。建立了SMA490BW耐候钢的焊接过程和焊后热处理过程中的有限元模型,对焊接以及焊后热处理的残余应力场进行了有限元模拟和验证。通过引入材料的CREEP本构模型,利用Norton-Bailey指数方程模拟计算了焊后热处理时材料的蠕变行为,得到热处理对的焊接残余应力的影响。研究结果表明:使用CREEP本构模型,引入材料的蠕变行为可以较好地模拟焊接工件的焊后热处理过程中的应力应变变化,计算得到的残余应力值与实测值有较好的一致性。这为工业上优化SMA490BW耐候钢的焊接工艺、降低残余应力提供了理论支持。

激光焊接及焊后热处理K439B合金的显微组织与力学性能

对应用于发动机涡轮上的新型镍基合金K439B进行激光焊接实验,研究焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响。半定量分析结果表明,热处理后接头各区域γ′相均发生长大,一次γ′相和二次γ′相半径分别约为25和150 nm。力学性能测试结果表明,焊后热处理可使焊缝区硬度提高约HV 100,由γ′相提供的临界恢复剪应力从4.8 MPa提高到92 MPa;另一方面,热处理后接头的抗拉强度和屈服强度与母材的相当,大量碳化物的存在导致接头在拉伸过程中优先断裂于母材处。

双金属液液复合界面净化剂的研究及应用

本文通过SEM元素分析、ICP等表征手段,揭示了净化剂的形貌和结构特征,发现硼酸和硅酸盐的含量以及配制方法对净化剂的性能影响较大。优化了净化剂产品配方,开发了双金属液液复合界面净化剂,将双液第一层金属液界面凝固时间缩短6~10 s,实现了快冷、防氧化和净化作用。不仅便于连续生产,同时界面扩散宽度增加49%,界面结合强度提高了41.5%,冲击韧性提高了15.6%。

316L不锈钢焊接接头残余应力时效处理效果研究

316L奥氏体不锈钢处于腐蚀性介质中,因其焊接接头存在残余应力,易产生应力腐蚀裂纹,必须进行消应力处理。试验研究了不同时效处理方法对316L不锈钢焊接接头残余应力的影响,探索最佳消应力方法,为316L设备或管道的生产制造提供指导意见。

变压吸附塔筒体开裂失效原因分析

文中针对PSA装置变压吸附塔筒体开裂失效问题,采用能谱仪、金相显微镜、扫描电镜和万能试验机等设备对开裂位置进行了化学成分、金相组织、断口宏观和微观形貌、力学性能等方面的检测分析,确定了吸附塔失效原因为疲劳开裂。从材料、设计、制造及定期检验等方面提出了避免吸附器过早发生疲劳破坏的改进措施,为保障此类设备的长期安全运行发挥了重要作用。

SA213-T91钢小径管局部感应加热温度场数值模拟

采用有限元分析软件COMSOL建立了SA213-T91小径管焊接接头感应加热数值模型,分析小径管感应热处理稳态下不同条件的温度场影响因素和分布规律,并提出相应的优化方案,最后试验并进行焊接接头力学性能分析验证感应加热效果。结果显示,管子内壁换热系数对管子内外壁温差影响较大;多根管捆扎热处理时,各焊缝最高温度不同,通过改变各管子加热、保温条件,以控制每根管子焊缝处最高温度一致。

在用汽包合拢焊缝开裂原因分析

文中针对费脱装置上、下段汽包合拢焊缝开裂失效问题,通过设计资料审查、磁粉检测、TOFD检测、光谱检测、金相显微镜、硬度检测等方式对开裂位置进行了制造过程、裂纹形貌、裂纹深度、化学成分、金相组织、硬度等方面的检测与分析,初步确定了上、下段汽包合拢焊缝开裂的原因。最后从制造、运行工艺、定期检验等方面提出了避免该类设备在使用过程中过早发生失效的改进措施,为保障此类设备的长周期安全运行起到了指导性作用。

某吸附器筒体失效原因分析

针对某化工厂吸附器筒体爆破失效问题,开展宏观形貌、化学成分、剖面低倍、非金属夹杂物、显微组织和晶粒度、材料拉伸性能和硬度、断口宏微观形貌、断口表面能谱等方面的检验测试和分析,确定了吸附器筒体爆破失效的主要原因为局部过烧导致该处筒体材料许用应力减小,产生变形(鼓包);次要原因是设备制造过程中产生的未熔合、夹渣等缺陷。最后从设计、制造和使用监控等方面提出了避免类似事故的改进措施,为保障此类设备的长周期安全运行发挥了重要作用。

工艺参数对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金缺陷的控制与分析

研究了选区激光熔化(SLM)AlSi10Mg合金工艺参数对组织性能的影响,在不同工艺参数下成形了AlSi10Mg合金试样。结果表明,激光功率350 W是最佳热输入,可以将成形过程中的热毛细对流及表面张力控制在对合金质量最有利的状态。扫描间距为0.09 mm是熔池搭接率最佳的参数,既可以使足够的液相进入重叠区,又可以将重叠区的多次热影响所造成的缺陷降至最低。在激光功率350 W、扫描间距0.09 mm下成形试样的致密度最高(为99.2%),缺陷最少。试样的综合力学性能最好,抗拉强度为495.02 MPa,延伸率为9.675%,显微硬度为135.67 HV。

T91-奥氏体不锈钢异种钢接头热处理工艺研究

为解决SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢接头因热处理温度高引起热膨胀应力过大而拉裂的问题,设计6种SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢对接接头焊后热处理工艺,对6组不同热处理工艺后的显微组织和力学性能试验进行对比分析。结果表明:不同热处理规范下接头力学性能皆合格,可满足工艺质量制造要求,模拟确定了此类异种钢接头允许的最低热处理规范为715℃×1.5h,优化了此类异种钢对接接头的热处理规范,也为现场服务或返修焊接时选取合理的热处理温度提供了参照。