Ti-6Al-4V六槽深浅腔动静压轴承刚度数值分析

针对传统材料制造的动静压轴承刚度较差的问题,提出一种基于Ti-6Al-4V材料制造六槽深浅腔交错分布的动静压轴承。利用ANSYS有限元软件建立六槽深浅腔动静压轴承流固耦合模型,研究轴径间隙、转速以及偏心率对QSn4-3轴承和Ti-6Al-4V轴承刚度的影响规律。结果表明:钛合金材料制成的轴承刚度优于传统锡基合金材料制造的轴承,各工况参数中,轴径间隙对轴承刚度的影响最为显著,其次是偏心率。该研究可为钛合金滑动轴承的数值模拟和设计提供参考。

动态冲击载荷下7003铝合金的力学响应行为及力学本构建模

采用分离式霍普金森压杆装置对7003铝合金在不同应变速率下的室温动态力学响应行为进行了研究。结果表明:实验用7003铝合金的流变应力随应变速率的增加而增加,表现出正的应变速率敏感性,当加载应变速率增加至4100 s^(-1)时,剪切变形局域化所产生的绝热温升软化完全抵消了应变硬化和应变速率硬化,导致其流变应力在变形中期便随加载应变的增加而逐渐降低。随加载应变的增加,位错不断增殖使得位错密度不断增加。同时,这些位错在晶界处不断地塞积,并逐渐演变成胞状位错亚结构,导致位错密度逐渐达到饱和。通过优化原始J-C本构的应变硬化项、应变速率系数C和n,并引入绝热温升修正项,构建了能够准确预测7003铝合金在不同变形条件下应力响应行为的力学本构模型。拟合结果与实验结果的偏差均在±10%以内,预测值与实验值的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)分别为99.17%和1.3%。

不同加载路径下挤压WE43镁合金的高速冲击力学响应及本构模型

利用分离式霍普金森压杆和多种显微表征方法,研究了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的室温动态力学响应行为。结果表明挤压WE43镁合金的各向异性较弱,其真应力-真应变曲线都为“C”形,屈服强度和极限强度都具有正的应变速率敏感性。不同热处理状态和加载路径下,挤压WE43镁合金都产生了较多的形变孪晶,同时伴有少量的孪晶交叉。孪晶虽然对热处理状态和加载路径都不敏感,但能够促进胞状位错亚结构的形成。当加载应变速率增至4120 s^(-1)时,在绝热温升及其诱导的动态回复作用下,孪晶密度反而降低。孪生和非基面滑移相协调是室温下挤压WE43镁合金的主导变形机制。基于经典J-C本构,采用应变和应变速率的多项式函数对应变硬化项和应变速率硬化项进行修正,构建了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的力学本构模型。拟合结果与实验的偏差均在±10%以内,相关系数R和平均相对误差AARE分别为0.952和3.28%。

加载速度对双织构镁合金力学行为的影响

通过预拉伸、压缩及退火组合工艺,在AZ31挤压棒材中制备晶粒尺寸相近、织构组态不同的3种典型双织构样品(DT1、DT2和DT3)。选择8、80、180、220、250和500 mm·min^(-1)等6个不同的加载速度沿挤压方向(extrusion direction,ED)拉伸样品,系统研究加载速度对双织构样品力学行为和微观组织演变的影响。结果表明:屈服强度并不随加载速度增加呈单调上升趋势,而是在以220 mm·min^(-1)加载时,3种双织构样品的屈服强度达到相对最高值;同一加载速率时,DT1、DT2和DT3样品的屈服强度依次降低,表现出强烈的织构相关性。根据Schmidt因子分析结果,DT1样品的柱面滑移和锥面滑移占比最高,DT2和DT3依次降低,一定程度上导致了屈服强度的差异。进一步对比DT2和DT3样品在220 mm·min^(-1)下拉伸应变量为2.5%和5%时EBSD结果表明,DT2和DT3样品中均有较多的{1012}拉伸孪晶,孪晶诱导部分ED织构转向以滑移为主导变形机制的非ED织构。因此,在220 mm·min-1条件下获得相对较高屈服值可能与该加载速率下存在更强的孪晶滑移交互作用阻碍变形传递效应有关。

Ti对复杂锰黄铜TL-084组织及性能的影响

以TL-084锰黄铜为研究对象,在原有黄铜生产工艺的基础上引入不同含量的Ti,结合金相分析、XRD分析和SEM分析等手段对其微观组织进行分析,主要探究不同含量Ti的引入对合金基体及基体中硬质相的形貌、尺寸、分布的影响。同时根据对不同Ti含量TL-084锰黄铜的硬度、抗拉强度、耐磨性的测试,探究Ti的引入对合金力学性能的影响。研究发现TL-084黄铜组织的基体为β相,粗大的初生相[Mn(Fe)]_(5)Si_(3)、细小的共晶相Mn_(5)Si_(3)以及在基体中均匀分布的小颗粒状富铅相。在引入Ti元素后,在基体中生成了富Ti相以及以富Ti相为核心的3层核壳结构,对基体中的初生相起到了细化作用,但是基体晶粒反而粗化,随着Ti含量增加到0.3%,基体中产生富Ti相团聚。同时在力学性能上硬度随着Ti元素含量的上升呈先升高后降低的趋势,在添加量为0.2%时其维氏硬度为HV287.2,提升了8.5%;抗拉强度随着随Ti含量的增加也呈现先上升后下降的趋势,其中添加w_(Ti)=0.1%的黄铜棒材的抗拉强度最高,约744.5 MPa,上升了6.75%。

Al-Zn体系高压扭转过程中的相变机理

本工作对常温不互溶的Al-Zn体系进行了高压扭转下的机械合金化研究。将0.03 mm厚的纯Al和纯Zn交替堆叠,在3 GPa的压力下进行50圈的高压扭转处理。结果表明,高压扭转处理的Al-Zn合金中产生两种类型的相变,即晶体到非晶的相变,以及密排六方到面心立方的相变。局部高密度位错可能是Al-Zn合金从晶态转变到非晶态的主要原因,而HCP→FCC相变则归因为密排面原子沿晶界产生的Shockley不全位错的滑动。此外,本工作为深入研究Al-Zn合金的固态相变提供了一种新的途径,为提高铝锌合金的力学性能提供了新的思路。

40Cr钢转动轴齿轮磨损原因

某40Cr钢转动轴在转动测试约35 h后,转动轴齿轮出现磨损现象。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、金相检验、硬度测试等方法分析了齿轮磨损的原因。结果表明:该转动轴齿轮与齿轮轴套的热处理工艺控制不当,导致齿顶表层晶粒偏大;与该转动轴齿轮匹配的齿轮轴套硬度偏高,使转动轴齿轮发生变形以及齿顶表层材料缺失,缺失的材料形成磨粒磨损,最终导致该转动轴齿轮齿牙缓慢剥落。

2219铝合金箱底法兰焊缝条状缺陷产生原因

在对某型号箱底法兰焊缝进行射线检测时,发现焊缝区域存在条状裂纹缺陷,采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、扫描电镜和能谱分析等方法对裂纹缺陷产生的原因进行分析。结果表明:在法兰焊接过程中,局部焊接线能量输入过大,使得位于熔合线、紧邻母材近焊缝区的低熔点共晶相出现晶间液化,在结构应力和热应力的共同作用下,焊缝产生条状缺陷。

某油冷却器换热管泄漏原因

某公司生产的油冷却器换热管在投入使用9~12个月后发生腐蚀泄漏现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和能谱分析、原子吸收光谱分析等方法分析了管道腐蚀泄漏的原因。结果表明:油冷却器换热管介质中的氯离子和硫离子在管内壁积垢中沉积并富集在管壁基体前沿,导致内壁产生大量点腐蚀,点腐蚀位置与未腐蚀位置形成大阴极小阳极腐蚀电池,增大了腐蚀速率,在管内介质的冲刷作用下,点腐蚀坑进一步扩大,最终导致管道泄漏。

基于SiCp/Al复合材料的铣削力研究

建立了铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)的本构方程以及铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)的铣削力理论模型。通过实验探究切削参数对切削力的影响。研究表明:随着进给量、进给速度的增大,切削力也相应增大;随着主轴转速的升高,切削力有减小的趋势。

2年自然时效对超压强化铜管爆破压力的影响

为分析铜管室温超压强化效果的稳定性,在自然时效时间分别为0个月、6个月、12个月与24个月后,对室温超压强化小直径软态TP2铜管进行了爆破试验研究。结果表明:相同的预处理压力时,小直径软态TP2铜光管与铜内螺纹管,在自然时效时间为0个月、6个月、12个月与24个月的实测爆破压力均值没有显著变化,且其标准差有逐步变小的趋势,表明室温超压强化效果的稳定性好;相同的自然时效时间时,预处理压力分别为4.60 MPa与16.50 MPa的小直径软态TP2铜管实测爆破压力有显著不同,随着预处理压力的升高,实测爆破压力的均值显著变大和标准差显著变小,表明预处理压力大小对强化效果有比较大的影响,预处理压力大可以得到更好的强化效果;如果自然时效时间不超过24个月,对于经过相同超压强化处理的相同小直径软态TP2铜管,其爆破压力符合正态分布;室温超压强化处理是提高软态TP2铜管爆破压力的合适方法,可用于工程实践。

基于DIC的工业纯钛缺口疲劳裂纹萌生及扩展表征

对工业纯钛缺口试样进行疲劳试验,结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术获取试样表面应变场、缺口根部局部应变和疲劳裂纹扩展长度,划分疲劳裂纹萌生与扩展阶段,并对各阶段进行表征。试验结果表明,在疲劳裂纹萌生阶段,基于DIC获得的应变集中系数随缺口半径的减小而增加,与理论应力集中系数具有一致性;当缺口根部循环应变累积至一定程度时萌生微观裂纹,此时载荷增大,局部应变速率急剧增大后短暂减小再增大,直至宏观裂纹出现;当宏观裂纹出现时,采用应力强度因子对TA2疲劳裂纹扩展进行表征,应力强度因子随载荷和裂纹长度的增加而增大。结果表明,基于DIC技术能够对缺口疲劳裂纹萌生及扩展进行表征,能够为钛制设备的安全评定提供依据。

非对称循环载荷下TA2工业纯钛疲劳损伤行为的预测

对TA2工业纯钛进行应力控制的非对称载荷疲劳试验,研究了不同最大应力(245,253,270,300 MPa)下纯钛的疲劳寿命和断口形貌,分析了非对称循环载荷下的应变演变以及应力-应变响应;基于连续损伤力学理论,建立了基于棘轮应变和总应变能密度的疲劳损伤演变预测模型,对纯钛的疲劳损伤过程进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明:随着最大应力的降低,TA2工业纯钛的疲劳寿命延长。当最大应力为245,253 MPa时,塑性韧断区面积较小,断口中出现疲劳裂纹扩展区,失效机制为疲劳开裂及裂纹扩展失效,疲劳应变演变由加载初始阶段、稳定阶段和失效阶段组成,随最大应力的增加,塑性应变能密度以及相同疲劳寿命对应的平均应变均增大。当最大应力为270,300 MPa时,断口主要由纤维状的塑性韧断区组成,失效机制为循环塑性大变形失效,此时疲劳应变演化的稳定阶段不明显,随最大应力的增加,塑性应变能密度增大幅度较大,且当循环次数达到70%疲劳寿命时,270 MPa最大应力下的平均应变较大。基于棘轮应变的疲劳损伤演变预测模型对于疲劳中后期(循环次数不低于40%疲劳寿命)损伤值的预测效果较好,最大相对误差不超过12.5%;基于总应变能密度的疲劳损伤演变预测模型预测的损伤值相对误差基本在23%以内,整体预测稳定性较差。

新型反对称弧形非对称挤压对镁合金薄板微观组织和力学性能的影响

设计传统对称挤压和新型反对称弧形非对称挤压工艺制备镁合金薄板,沿薄板挤压方向倾斜0°、45°和90°取样得到挤压方向、45°和横向试样,开展室温单轴拉伸试验,评估薄板力学性能。应用电子背散射衍射技术对不同处理状态的镁合金板材进行微观组织表征,探讨晶粒尺寸及其取向分布与板材力学性能之间的关系。结果表明:与商用热轧态板材相比,传统挤压板材在挤压方向、45°和横向3个方向上的抗拉强度和延伸率均有所提高,延伸率由热轧板材的7.8%~10.1%增至传统挤压板材的18.7%~22.5%;新型非对称挤压板材在3个方向上的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高,屈服强度超过179 MPa,抗拉强度接近或超过300 MPa,延伸率13.6%~20.3%。性能的改善一方面和挤压导致的晶粒细化有关,晶粒尺寸由热轧态的24.82μm细化至传统挤压板材的10.14μm和新型非对称挤压板材的6.55μm;另一方面和挤压引起的织构弱化有关,尤其是新型非对称挤压板材因为引入法向和横向的应变梯度,基面织构显著弱化。

周边固支效应靶薄板冲击响应的稳健性分析

为分析周边固支效应靶的变形稳健性,结合薄板冲击响应模型,建立薄板变形稳健性的表征方法和极限状态函数,提出了一种基于Monte‑Carlo法的薄板变形稳健性分析方法,并探讨抽样次数、载荷参量、几何参量和材料参量对变形稳健性及灵敏度的影响。结果表明:当抽样次数大于30万次时,薄板变形稳健性结果趋于稳定,说明其非线性较强;薄板变形稳健性随半径厚度比、厚度的增大而降低;薄板半径标准差的灵敏度最大,是薄板变形稳健性的主控参量。研究结果为周边固支效应靶的设计与压力测量应用提供了参考。

高Mo含量钛合金的真空制备及耐蚀性能研究

针对Ti-Mo合金在真空制备时易出现Mo元素偏析、Mo金属夹杂及合金成分难于控制等问题,采用真空电弧自耗熔炼技术,从电极制备、电弧放电参数及熔炼次数等方面进行控制,制备出高Mo含量钛合金工业级铸锭,并研究了其耐腐蚀性能。结果表明:所制备Ti-Mo合金铸锭气体元素O含量不高于0.05%、H含量不高于0.001%、N含量不高于0.008%,Mo含量偏差小于0.9%;在室温H2SO4和HCl溶液中,Ti32Mo合金几乎不发生腐蚀反应;在75℃条件下,HCl溶液中Ti32Mo合金最大腐蚀速率不超过0.024mm/a,H2SO4中的最大腐蚀速率不超过0.067mm/a。

铣削参数对镍基高温合金FGH4113A加工表面完整性的影响

通过铣削试验分别研究了主轴转速(300,500,650,800,1200 r·min^(-1))、铣削进给量(0.030,0.045,0.060,0.075,0.090 mm·r^(-1))和单道次铣削深度(0.20,0.35,0.50,0.65,0.80 mm)对FGH4113A镍基高温合金加工表面完整性的影响。结果表明:随着铣削进给量或单道次铣削深度的增大,加工表面的缺陷增多,表面粗糙度和硬度增大,表面残余应力逐渐由压应力转变成拉应力;随着主轴转速的增大,加工表面缺陷减少,表面粗糙度和硬度降低,残余压应力减小。在铣削速度超过800 r·min^(-1)、单道次铣削深度小于0.35 mm、进给量控制在0.045 mm·r^(-1)以下条件下,加工表面质量较好,表面粗糙度Ra在0.40μm左右,残余应力为压应力,且无明显硬化层。

H62黄铜搅拌摩擦连接区耐蚀性研究

对2mm厚H62黄铜薄板进行搅拌摩擦连接,利用光学显微镜对不同工艺参数下连接区微观组织进行观察研究;利用盐雾腐蚀及电化学腐蚀对不同工艺参数下连接区耐蚀性进行研究。结果表明,H62黄铜搅拌摩擦连接区金相组织按其形貌差异可以分为母材区、热影响区、热机影响区、连接区中心。搅拌摩擦连接区腐蚀形式为脱锌腐蚀,经过搅拌摩擦连接后的区域耐蚀性优于母材,当搅拌头旋转速度为600 r/min,前进速度为150 mm/min时搅拌摩擦连接区耐蚀性最好。盐雾腐蚀产物以锌和铜的氧化物为主,且锌的氧化物有明显的集中现象。这些研究结果为进一步优化H62黄铜搅拌摩擦连接工艺提供了理论支持和实践指导,有助于提高海洋工程装备及舰艇制造中黄铜材料的耐腐蚀性能。

形状记忆合金驱动的关断阀的设计

为对水汽取样装置的仪表进行超温保护,设计了形状记忆合金驱动的机械式关断阀,包括其整体结构和零部件。该关断阀阀体及大部分零部件采用316 L不锈钢制作,用温度灵敏度高的NiTi形状记忆合金作为驱动弹簧来控制阀门的开启和闭合。对形状记忆合金弹簧进行了力学计算和尺寸参数设计。将原始长度为73 mm的驱动弹簧加热到950℃保温20 min,经快速冷却获得马氏体组织,在室温下把马氏体组织状态下的驱动弹簧压缩到51 mm,装入阀体。试验测试的结果表明:在正常温度下,弹簧长度不变化,阀门通畅,可以取水样。当温度超过49℃时,驱动弹簧伸长推动阀芯与凸环接触,阀门关闭,停止取水样;需再取水样时,按压另一端的按钮即可恢复阀门畅通。关断阀在断电的情况下也能工作,安全可靠。

浅谈硬钎料的应用现状与发展方向

综述了国内硬钎焊材料的生产及应用现状,分析了国产硬钎料产品质量方面存在的问题,提出了提高国内硬钎料产品质量技术途径,并对国内钎焊材料的发展方向提出了建议。