连续柱状晶组织铜及铜合金的超延展变形行为与塑性提高机制

以本文作者所在课题组近年来的工作为基础,介绍了高性能连续柱状晶组织纯铜的室温超延展性、热交换用连续柱状晶组织BFe10-1-1管材的高塑性以及高弹高导Cu-12%Al(质量分数)合金的室温塑性提升。研究发现,连续柱状晶组织的高取向性、平直的低能小角晶界以及在强塑性变形过程中高组分的(001)"软"取向织构及不同于普通多晶组织的动态回复、组织演化特征,是其塑性提升、具有超延展变形能力的主要原因,总结了连续柱状晶组织塑性提高与超延展变形性的相关机制。研究结果为改善材料尤其是脆性材料和难加工材料的室温塑性与可加工性能提供了理论依据和新思路。

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb合金柱状晶组织的影响

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb(原子分数,%)合金的柱状晶组织均有明显的细化作用,且对后者的细化效果更显著.这一现象可归结为:B元素在Ti-46Al-5Nb合金中的溶解度较低,硼化物析出量增加,柱状晶组织进一步细化.

连续柱状晶组织Cu-12%Al合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中的腐蚀行为

采用静态浸泡腐蚀实验、电化学分析方法等研究连续定向凝固方法制备的具有连续柱状晶组织的Cu-12％A1（质量分数，下同）合金在3．5％NaCl（质量分数）溶液和10％HCI（体积分数）溶液中的耐腐蚀性能及腐蚀机理。结果表明：Cu-12％A1合金在3．5％NaCl溶液中的耐腐蚀性能可达到耐蚀级。虽然在40℃以下的10％HCl溶液中该合金的耐腐蚀性能可达到耐蚀级，但在40℃以上的10％HCl溶液中的耐腐蚀性能欠佳。连续柱状晶组织Cu-12％A1合金的耐腐蚀性能优于Al含量为5％-11％的传统铝青铜和QBe2合金的耐腐蚀性能，但劣于0Be2．15合金的耐腐蚀性能。在3．5％NaCl溶液和10％HCl中连续柱状晶组织Cu．12％A1合金的自腐蚀电位分别为-271mV（vsSCE）和-333mV（VSSCE）。腐蚀发生后试样表面的Al元素含量明显下降，腐蚀机制为脱铝腐蚀。

连续柱状晶组织纯铜室温超延展变形机理

通过下引式连续定向凝固设备,调控合理的工艺参数制备出表面光洁、单一?100?取向的柱状晶铜杆。然后经室温拉拔(不经过中间热处理),表现出超延展变形。通过组织观察和性能分析,发现其塑性变形可以分为3个阶段:一般硬化阶段(ε≤4.13),低硬化速率阶段(4.13≤ε≤10.16),部分亚微米等轴晶粒形成阶段(ε≥10.16)。每个阶段的塑性变形行为各有不同,各有其特点。研究结果全面地概括连续柱状晶组织铜杆在室温拉拔过程中的变形机理,同时也为超细铜丝的制备提供必要的理论依据。

高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及形成条件

研究高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及其形成条件的结果表明,①电磁成形中熔体下固/液界面处温度场近一维分布,获得了柱状晶组织;②电磁成形高温合金样件具有间断迹象的定向胞晶组织;③给定其他条件后,电磁成形过程中不同形状、尺寸的样件熔体平直固液界面开始出现下凹的临界凝固速率具有不同的特定值。在相同凝固速率条件下,大尺寸样件的固液界面更容易出现下凹。

电子束快速成形TC18钛合金柱状晶组织的拉伸性能

采用电子束快速成形方法,获得了一种TC18钛合金的柱状晶组织,研究了热处理工艺对该类组织析出相和拉伸性能的影响。结果表明,在740～830℃温度范围内固溶、在550℃时效处理,随着固溶温度的升高,快速成形样品沿柱状晶方向的强度呈上升趋势,塑性呈下降趋势;在830℃固溶处理后,在550～650℃时效温度范围内,随着时效温度的升高,沿柱状晶方向的强度呈下降趋势,而塑性呈上升趋势;拉伸性能随热处理工艺的变化主要取决于热处理过程中产生的二次α相;发现了延性韧窝和沿晶+准解理两种不同类型的断口形貌,并对其形成原因进行了分析。

双辊薄带连铸柱状晶组织模拟

鉴于双辊薄带连铸等轴晶区半固态铸轧组织对产品性能的重要性,应用Calcosoft软件中的FE-CA方法对薄带柱状晶组织进行模拟,模拟结果与实验结果基本吻合,实现了柱状晶区的可视化.应用建立的微观组织模型,研究了三种工艺参数对柱状晶区宽度的影响.结果表明:随着熔池液面高度的增加,薄带柱状晶区宽度增加;随着浇铸温度和铸辊转速的增加,薄带柱状晶区宽度减小.

柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为

利用室温单向拉伸实验、EBSD和TEM等手段,研究了柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为,探讨了晶粒尺寸对拉伸变形加工硬化速率和塑性变形能力的影响及其机制.结果表明,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜加工硬化速率-真应变关系曲线第2阶段具有显著上升趋势,晶内形成平行分布的小角度亚晶界使位错滑移长度减小并阻碍位错运动是加工硬化速率上升的主要原因,不同于文献报道的等轴晶组织黄铜加工硬化第2阶段形成形变孪晶使滑移长度减小的机制.随着晶粒尺寸的增大,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的屈服强度和抗拉强度降低,而断后伸长率显著增大,由晶粒尺寸为2.0 mm的70.4%增大到晶粒尺寸为6.0 mm的84.4%.较高的抗塑性失稳能力和较好的晶内变形均匀性是大晶粒柱状晶试样具有更优塑性变形能力的主要原因.

冷拉拔导致的大塑性变形对定向凝固Cu-4 mass%Ag合金组织和性能的影响

采用三级真空加惰性气体保护冷型竖引连铸技术制备了定向凝固Cu-4 mass%Ag合金铸态杆坯,其线径约为7.8 mm。室温下利用多道次连续冷拉拔无中间退火的方法制备了Cu-4 mass%Ag合金键合线,最小线径为0.02 mm。研究了冷拉拔对Cu-4 mass%Ag合金的力学性能、电学性能以及微观组织的影响。结果表明:合金具有近轴向的柱状晶组织;随真应变增加,合金的抗拉强度显著增加,伸长率先急剧下降后保持平稳;在真应变为1~5时,合金强度的增加与柱状晶组织细化有关,真应变大于5时,细晶强化的作用减弱;合金的电导率随真应变增加先逐渐下降后略微增加,在真应变为9.0时,电导率为最小;电阻率随真应变增加先缓慢上升后下降,之后又略微上升,直流电阻则一直呈现显著增加趋势。

金属凝固组织的计算机仿真

探索了一种新的仿真金属凝固过程中微观组织形成的方法．通过引入异质形核模型、枝晶生长模型、几率形核基底模型，借鉴单元自动生长机制，仿真了等轴晶、柱状晶组织形成的过程．认为ＣＥＴ是由于枝晶前沿生长过冷度的变化所造成的；给出了图形仿真结果，它和实验结果符合得较好．

制备参数对HCCM水平连铸纯铜板坯组织与力学性能的影响

采用热冷组合铸型(HCCM)水平连铸制备横断面尺寸70 mm×10 mm(宽度×厚度)具有强轴向取向柱状晶组织的纯铜板坯,研究工艺参数对纯铜板坯微观组织、表面质量与力学性能的影响。结果表明:在铜液铸造温度1250℃,热型段温度1100~1150℃,冷却水流量600 L/h、连铸拉坯速度20~80 mm/min条件下可以制备出表面粗糙度低、具有沿拉坯方向强取向组织和优良力学性能的纯铜板坯,其抗拉强度为137~141 MPa,断后伸长率为45.1%~61.7%。随着拉坯速度的增加,HCCM水平连铸所制备纯铜板坯的组织均匀性增加,晶粒尺寸变小;热型段温度升高时板坯的柱状晶组织的晶界更加平直;而总体上力学性能受拉坯速度和热型段温度的影响较小。采用HCCM水平连铸,在热型温度为1150℃时制备的纯铜板坯的表面粗糙度小于0.3μm,无需进行铣面可直接进行后续冷加工,可为发展铜板带短流程生产工艺奠定基础。

热等静压对元素扩散及镍基合金组织和性能的影响

本文就不同工艺制度的热等静压(HIP)处理对K18精铸高温合金微观组织和性能的影响进行了较为系统的研究。作为此项工作的基础,文中首先以NiCr扩散偶为研究对象,讨论了等静压力对元素扩散的影响。得出结论,压力使扩散系数增大,得到关系式D=nA^P。分别讨论了等轴晶和柱状晶组织在HIP处理后高温力学性能的改变,并得出结论,等轴晶组织持久性能的提高主要是疏松闭合的结果,而柱状晶组织持久性能的提高主要是微观组织改善的结果。本文还研究了HIP处理后冷却速度对组织和性能的影响,冷速Z与r′尺寸C的关系式为ZaC^(-0.7)。

柱状晶Cu_(70.8)Al_(18.6)Mn_(10.6)形状记忆合金在热压缩中的动态再结晶行为

为了研究高性能柱状晶Cu-Al-Mn形状记忆合金的高温大变形加工能力,采用Gleeble 3500热模拟试验机,在变形温度700~850℃和应变速率0.01~10 s^(-1)条件下,对柱状晶Cu_(70.8)Al_(18.6)Mn_(10.6)形状记忆合金进行热压缩变形,分析合金的动态再结晶行为。结果表明:随着变形温度升高和应变速率的增大,合金逐渐在晶界处以晶界弓弯的形核开始机制发生动态再结晶,且动态再结晶晶粒个数和尺寸不断增加。根据Zener-Hollomon参数分析可得,合金的热变形激活能为Q=113.55KJ/mol。当应变速率因子ln Z<8时,合金发生动态再结晶;当8≤ln Z≤16.34时,合金可能发生或不发生动态再结晶;当ln Z>16.34时,合金不发生动态再结晶。结合合金的热加工图得到其热加工最佳工艺参数:变形温度和应变速率区间分别为725~825℃和0.08~1 s^(-1)。对比分析高温轧制前后合金组织和性能发现,合金在820℃轧制变形75%后不发生动态再结晶,且轧后合金在室温下仍具有8%左右的超弹性应变,同时马氏体相变开始应力和峰值应力均提高2倍多。因此,合金在稍低于动态再结晶温度下进行大变形加工后,不仅可以提高合金的强度,而且还可以较好地保留铸态合金的优异记忆性能。

连铸工艺参数对纯铝管坯组织与力学性能的影响

采用热冷组合铸型连铸制备d 70 mm×5mm纯铝管坯,研究连铸工艺参数对纯铝管坯表面质量、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在铸造温度750℃、热型温度700~720℃、冷却水流量1000 L/h的条件下,可连续稳定的制备出内外表面光滑的高质量管坯。当连铸速度为20~60 mm/min时,铝管表面为强轴向取向柱状晶组织,随连铸速度增大,晶粒尺寸逐渐变小。当连铸速度为80~100 mm/min时,铝管外表面组织由柱状晶向等轴晶转变。在热型温度720℃、速度60 mm/min的条件下制备的纯铝管坯具有较优的表面质量和力学性能,内外表面粗糙度均小于1.6μm,管坯抗拉强度为58.4 MPa,屈服强度为20.6 MPa,断后伸长率为28.9%,无需进行铣面可直接进行后续冷加工,有效缩短管材的制备工艺流程。

86CrMoV7钢表面激光处理及其组织与耐磨性的研究

选用三种不同形式的激光表面强化处理工艺对86CrMoV7钢样品表面进行处理,对其处理层的组织特征及其磨粒磨损行为进行了一定的分析与探讨。结果表明,处理后的86CrMoV7钢样品表面性能有不同程度的提高,在本实验条下,表面熔敷,快速熔凝及相变硬化处理层的显微硬度比基体硬度分别提高了Hm 5880、5195和3625(MPa)。分析处理层表面硬度及耐磨性提高的主要原因是:晶粒组织细化,混合型细针马氏体强化及颗粒状碳化物弥散强化;得到超细柱状晶沿垂直于表面方向伸延;发现在快速熔凝层组织中存在Cr7C3型碳化物(Cr,Fe,V)_7C3呈超细颗粒弥散分布。处理层磨粒磨损失效的主要特征是逐步显微切削。

Mn18Cr18N电渣重熔钢锭凝固组织的CA法模拟

借助PROCAST软件的元胞自动机(CA)微观组织模拟方法,分析了Ф300 mm(Ф100 mm)×350 mm Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢空心钢锭的电渣重熔凝固工艺,确定了合理的凝固工艺参数、冷却条件、凝固晶粒组织的形核密度与生长速度。在此基础上,分析了Ф712 mm(Ф308 mm)×1202 mm空心钢锭电渣重熔金属熔池形状和底部冷却条件对凝固组织特征的影响。结果表明,电渣重熔熔速(渣-金界面上涨速度)控制在0.1 mm·s^-1以下,可以获得理想的熔池形状和凝固柱状晶组织;底部传热系数达到500 W·m^2·K^-1可提供足够的冷却能力,并获得最大尺寸的底部柱状晶区。

滚动轴承材料及热处理进展与展望(续完)

3表面涂覆技术表面涂覆技术包括:物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、射频溅射(RF)、离子喷涂(PSC)、化学镀等,可提高轴承零件的耐磨性、接触疲劳抗力,并降低表面摩擦因数。3.1类金刚石涂层类金刚石(DLC)涂层由石墨结构和金刚石结构的碳构成,既具有石墨的润滑及低摩擦性能,又具有金刚石的硬度(1200HV以上),在许多工业技术中得到应用,如汽车燃料喷射系统、阀门系、齿轮和滚动轴承等,这些涂层在滑动状态下通常能表现出更好的耐磨性,而在轴承类高载荷滚动和混合接触状态下则表现较差,主要因为涂层在高载荷滚动状态下应用时裂纹在涂层的柱状组织中产生并扩展,进而导致涂层成片剥落。为避免这种断裂型磨损模式,必须消除这种柱状晶组织。优化工艺参数和涂层设计可消除涂层中亚微米级别的柱状组织,大大提高涂层在高载荷滚动和混合接触状态下的持久性,对涂层进行金属掺杂,如加入W,Ti,Cr等,在涂层中形成细小碳化物也有利提高涂层强度和耐磨性。DLC涂层代表轴承硬涂层的一个发展方向,在降低摩擦磨损,减少表面损伤,提高接触疲劳寿命方面将会越来越多地应用于各种轴承产品。近年来,涂层改性设计和实际应用成为表面涂覆的热点研究领域。

热型连铸制备Cu-0.3Sn合金线材的研究

通过"热型连铸法+冷拔+再结晶退火+冷拔"工艺制备的Cu-0.3Sn的合金线材,抗拉强度约为421MPa,导电率为73.2%IACS;通过软化性试验(300℃退火2h)后,抗拉强度下降不到6%。采用该工艺制备Cu-0.3Sn合金接触线材的抗拉强度、导电率和耐软化性能均达到TB/T2809-2005中Cu-Sn合金接触线的性能要求。

电子工业用CVDD工艺和性质

电子工业用ＣＶＤＤ工艺和性质ＣＶＤＤ（化学气相淀积金刚石）是在氢气中渗入甲烷稀薄气体混合物制得的。温度大于７００℃，压力要低于１０１３３ｋＰａ。制得的金刚石为多晶微结构和柱状晶组织．这种工艺是一个在母体芯子上的ＣＶＤ过程。所得产品直径大于１５０ｍｍ。...