复杂多元Cu-Fe-P-Zn-Sn-Mg合金的冷加工硬化及再结晶温度研究

对复杂多元Cu-Fe-P-Zn-Sn-Mg合金的冷加工特性进行研究,绘制其加工硬化曲线。通过测试不同退火态复杂多元铜合金的抗拉强度、伸长率及硬度,并进行显微组织观察,拟合出抗拉强度与退火温度、加工率之间的曲线,确定出合金的再结晶温度。结果表明,Cu-Fe-P-Zn-Sn-Mg合金具有明显的加工硬化特性,随着加工率的增加,该合金的抗拉强度和硬度增加,而伸长率则呈相反的变化规律。当加工率达到80%时,合金抗拉强度可达560 MPa,硬度可达160 HV。在相同的退火时间下,随着退火温度的增加,该合金的抗拉强度呈先缓慢减小,再剧减,最后趋于稳定的变化规律。合金在不同退火温度及加工率条件下,其抗拉强度与退火温度和加工率之间的关系符合y=（2.65ε＋28.05）/[1＋e^（x＋1.62ε-503.04）/（0.006ε＋19.06）]＋0.22ε＋307.68。为有效减少能耗和缩短生产周期,确定Cu-Fe-P-Zn-Sn-Mg合金经80%变形后的合理再结晶退火制度为450℃×1 h。

稀土元素对钛合金激光焊接头组织及性能的影响

在TC4钛合金激光焊缝中以Yb_(2)O_(3)的方式加入稀土元素Yb,探究稀土元素对TC4钛合金激光焊接接头组织、室温性能及高温性能的影响。研究表明:焊缝原始β晶粒内部存在弥散分布的白色Yb_(2)O_(3),能有效减小焊缝中心宽度,并细化β晶粒尺寸。当Yb_(2)O_(3)含量为6%时,焊缝中心宽度减小22.3%,β晶粒尺寸减小32.4%。Yb_(2)O_(3)能够提高钛合金激光焊接接头塑性,随着Yb_(2)O_(3)含量增加,焊缝室温伸长率和高温延伸率均呈先增大后减小的趋势,Yb_(2)O_(3)含量在6%时,室温伸长率达到最大,为6.8%,高温延伸率达到最大,为382%。

基于CEL方法的6005A铝合金搅拌摩擦焊数值模拟研究

目的研究6005A铝合金搅拌摩擦焊接全过程温度场及焊后残余应力的分布规律。方法基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法,应用Johnson-Cook本构模型,并采用质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊热力耦合仿真模型,模拟分析6005A铝合金搅拌摩擦焊不同阶段的温度场变化和焊后应力分布情况。通过红外热像仪温度场试验、X射线应力场试验和宏观形貌试验,对数值模型进行验证。结果在下压与预热停留阶段,温度快速升高至545℃,且呈对称分布;在焊接阶段,焊缝区域最高温度为546℃,出现在返回侧,返回侧温度略高于前进侧温度,呈不对称分布。焊后残余应力集中在焊缝中心两侧40 mm范围内,垂直于焊缝方向的横向/纵向残余应力分布曲线呈“M”形;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,表现为返回侧残余应力高于前进侧残余应力,其中最大纵向残余应力为−174 MPa,最大横向残余应力为206 MPa,应力最大点均出现在返回侧。待测点实测温度与模拟温度误差不超过5%;待测点实测残余应力与仿真值吻合较好,横/纵向残余应力误差分别为16.3%、16.45%;模拟焊缝与实际焊缝宏观形貌吻合较好。结论在搅拌摩擦焊过程中,材料流动不充分使返回侧温度略高于前进侧温度,而焊接过程中不均匀的热分布导致焊后残余应力也呈返回侧数值略高于前进侧数值的不对称分布;通过将试验和模拟得出的温度场、应力场、宏观形貌进行对比分析,可知试验与仿真误差较小,数值模型能够反映真实的焊接过程,从而验证了6005A铝合金CEL数值模型的正确性。

基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究

构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型,为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型,系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明,支持向量机回归模型的预测结果最优,相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。

基于热处理工艺的拖拉机发动机铝合金组织性能研究

采用不同时长的热处理工艺,对拖拉机发动机铝合金组织性能进行了对比分析。结果表明:热处理后,铝合金性能得到了较大程度的提高,若优先考虑材料性能,则应该采用180℃×4 h的单级热处理时效;若优先考虑工艺效率和成本,则可以采用150℃×1 h+170℃×1 h的双级热处理时效。

低温冷风微量润滑技术对TC6钛合金加工特性的应用研究

目的探究机加工中低温冷风微量润滑技术对切削温度、材料塑性变形以及已加工表面质量的影响。方法针对TC6钛合金进行低温冷风微量润滑切削加工应用试验,对比常温干切削和–27℃低温冷风微量润滑切削以及改变加工参数对TC6材料已加工表面缺陷、微观形貌及粗糙度的影响规律,分析低温冷风微量润滑加工应用特点。结果相较于常温干切削,低温冷风微量润滑切削可以明显降低TC6材料在加工中因热量累积而导致的塑性变形,抑制了切削变形区材料与刀具因内摩擦加剧而导致的咬焊现象,减少了已加工表面黏屑、划痕、凹坑、撕裂、侧流等缺陷,有效提高了加工表面质量,与常温干切削加工相比,低温微量润滑切削的表面粗糙度值降低了19%;在加工参数为变量的切削中,提高进给量使已加工表面粗糙度值增加了49%,进给量对已加工表面质量的影响最大;提高背吃刀量使已加工表面粗糙度值增加了43%,背吃刀量对表面质量的影响次之;切削速度对表面质量的影响最小,但背吃刀量和切削速度的增加易使工艺系统产生振动,造成不稳定切削现象。结论将低温冷风微量润滑技术应用在TC6材料的加工上对提高加工质量、满足低碳工业的需求具有一定的帮助。

6061-T6铝合金滚光加工表面成型质量试验分析

文章分析了滚光加工参数对6061-T6铝合金零件表面质量的影响。选用外滚轮滚压工具和球形滚压工具,根据不同切削参数制备试件,采用触针式表面粗糙度仪测量试件表面粗糙度,运用Minitab软件对实验数据分析,寻找不同工具、切削参数对试件表面粗糙度和硬度的影响规律。结果表明,切削参数滚压线速度Vc=251.2m/min、进给量f=0.10mm/rev、滚压过盈量a_(p)=0.075mm时,表面粗糙度Ra值最低达到0.284μm,因此滚光加工相比传统硬质合金刀具加工6061-T6铝合金材料,表面粗糙度下降了3级,可以达到以车代磨的作用。

可降解锌基合金在骨缺损修复重建中的应用及研究热点和不足

背景:锌基合金医用植入材料有优异的力学性能、完全可降解性、良好的生物相容性,主要用于骨科植入物、心血管支架、胆管支架、气管支架、神经导管等。目的:综述可降解锌基合金应用于骨缺损修复的研究进展,展望锌基材料可期研究方向与成果。方法:检索PubMed、Web of Science、万方及中国知网数据库,选择各数据库建库至2023年6月收录的各类可降解锌基合金用于骨植入材料研究的相关文献,对生物可降解锌基合金的基本特性进行概述,对锌基合金促进骨组织修复作用进行梳理和归纳总结,讨论当前的研究热点与不足。结果与结论:①锌基合金具备良好的生物相容性,以锌基合金为基体材料,借助支架结构构建技术和涂层优化工艺将有效提高锌基合金的骨传导性,并且使其降解产物具备高效骨诱导性,以调控成骨、破骨细胞的基因表达,促进骨缺损后的修复重建;②然而在锌基合金优化的研究中,涂层工艺相对不足,增材负载技术尚缺乏;③锌基合金拥有良好的机械、生物特性,通过特殊工艺可增加材料的骨传导性、骨诱导性以有效提高其促进骨修复重建能力,并有望进一步实现个性化移植材料的研发。优化涂层与增材负载等技术融合于锌基合金的研究有待进一步探讨。

Ta-W/Hf合金的结构稳定性及力学性质的第一性原理计算

Ta-W/Hf合金具有高熔点、高密度、高延展性等性质,在核电、武器装备等关键零部件中发挥着重要作用,本研究基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建不同掺杂含量下的Ta-W/Hf合金模型,计算Ta-W/Hf的晶格常数、结合能、弹性常数、弹性模量、泊松比、维氏硬度、电子态密度等性质参数,分析W、Hf掺杂元素对Ta合金稳定性及力学性能的影响.结果表明:Ta-W合金的晶格常数、弹性常数、体模量、杨氏模量、剪切模量均随着W含量的增加而增加;然而Ta-Hf合金的相关性质参数变化趋势则相反.同时,结合能及电子态密度结果表明Ta-W合金的稳定性与W含量呈正相关;Ta-Hf合金的稳定性随着Hf含量的增加而降低,但Hf的添加对Ta合金的各向异性趋势变化影响显著,且Hf可以明显提高Ta合金的韧性.

镍基高温合金与耐火材料界面特性研究

研究耐火材料与熔融合金的界面特性,对合金冶炼时耐火材料的选材有指导性意义。本工作采用座滴法,研究了1600℃×1 h(Ar)条件下镍基高温合金与电熔白刚玉、烧结镁铝尖晶石和氧化镁稳定氧化锆三种耐火材料的高温界面润湿性和界面渗透特性。结果表明:镍基高温合金与电熔白刚玉不润湿(接触角为92.1°),基片表面形貌完好,渗透深度约1.4 mm;与烧结镁铝尖晶石润湿(接触角为82.6°),基片渗透深度约0.38 mm,但其表面被侵蚀凹陷,且出现裂纹;与镁稳定氧化锆润湿性较好(接触角为52.9°),基片表面完好,几乎无渗透,但残留有大量被污染合金。结合上述三种材料的综合性能及实际使用性价比,以电熔白刚玉和烧结镁铝尖晶石为主要原料,加入镁稳定氧化锆来提高抗侵蚀渗透性能,有望制备得到性能好、寿命长的高温合金冶炼用耐火材料坩埚。

热处理对TC18钛合金组织定量分析及性能影响规律研究

为探究固溶+时效工艺对TC18钛合金组织、性能的影响规律。通过控制(α+β)两相区固溶温度来控制合金中初生相(αp)的体积分数,通过控制时效温度调控次生相(αs)的占比及尺寸,在定性分析工艺-组织-性能演变规律的基础上,通过MIPAR的深度学习模块对其进行高精度定量表征。结果表明:500℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为45.03%,合金强度提高273.66 MPa,塑性降低了9.39%;550℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为58.78%,合金强度提高367.72 MPa,塑性降低9.89%。结论:固溶处理可以控制初生相(αp)含量,从而影响合金塑性,而时效处理可以控制合金的次生相(αs)尺寸和含量,影响合金强度,通过制定高固溶温度和低时效温度来提升合金的综合性能。

镁合金壁板压弯成形曲率半径及回弹分析

目的对镁合金壁板变曲率压弯成形的回弹进行研究,分析壁板曲率半径和回弹量的变化规律,并建立壁板压弯成形几何模型,确定了材料性能参数、压弯成形工艺方案及成形工艺参数。方法采用数值模拟和实验的研究方法,在压下高度为3、5、7 mm、成形温度为260℃条件下进行了筋高比为4∶3和5∶2的网格式壁板变曲率压弯实验。结果分析了实验过程中的等效应力分布规律,随着压下高度的增大,等效应力最大值增大,当压下高度为5 mm和7 mm时,最大等效应力超过壁板在260℃、压下速度为1 mm/s条件下的抗拉强度。随着筋高比逐渐增大,最大等效应力增大。分析了压弯成形工艺参数对镁合金壁板压弯成形回弹量的影响规律,随着压下高度的增大,壁板回弹量增大。随着筋高比的增大,壁板回弹量减小。当壁板所受最大等效应力小于抗拉强度时,筋高比为4∶3壁板的回弹率为45%,筋高比为5∶2壁板的回弹率为30%,回弹率与压下高度无关,保持定值,当最大等效应力超过抗拉强度时,回弹率逐渐降低。分析了镁合金壁板曲率半径与压下高度之间的关系,随着压下高度的增大,壁板曲率半径减小。结论壁板回弹量模拟值与实验值吻合较好,最大相对误差为6.91%。壁板曲率半径模拟结果与实验结果相吻合,最大相对误差为4.21%。材料性能参数如下:泊松比为0.35,摩擦因数为0.3,质量密度为1.77×10−9 kg/mm3,当成形温度为260℃时,弹性模量为29.6 GPa。2种壁板变曲率压弯最佳工艺方案为温度260℃,压下高度依次为3、5、7 mm。

挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金组织及热变形行为研究

目的对挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金显微组织进行表征,通过镁锂合金单向热压缩实验,研究挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金的热变形行为,建立合金的本构方程及加工图。方法采用SEM和EBSD等分析测试手段对挤压态合金进行显微组织观察和分析;在Gleeble-3500热模拟实验机上开展单轴热压缩实验,实验条件如下:应变速率为0.001~1 s^(−1),压缩变形实验温度为200~350℃。基于动态材料模型将功率耗散图和失稳图叠加获得热加工图,分析挤压态合金的加工性能随变形温度、速率、应变的变化规律。结果挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金的主要相为β相,有少量细小的α相均匀分布在β相中。在不同变形条件下,该合金的流变曲线呈现出较为明显的动态再结晶特征,变形温度越低、应变速率越大,峰值应力越大;激活能为98 kJ/mol,应力指数n的值为3.3390。分析热加工图可知,挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金的成形性能随着应变的增加而增强,当应变为0.1和0.3时,加工图均存在一个失稳区域,这与合金变形不彻底有关;当应变为0.5、0.7、0.9时,不存在失稳区域,合金表现出优异的成形性能。结论综合考虑挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金实际加工条件,其合理加工区间为变形温度250~350℃,应变速率0.01~1 s^(−1)。

热机械处理提高Cr_(47)Ni_(33)Co_(10)Fe_(10)多组元共晶合金力学性能

无序面心立方(FCC)+无序体心立方(BCC)结构多组元共晶合金(MCEA)Cr_(47)Ni_(33)Co_(10)Fe_(10)具有重要的工程应用价值。本工作采用多道次冷轧使合金厚度减少90%并在800℃下退火1 h的热机械处理策略来提高合金力学性能。Cr_(47)Ni_(33)Co_(10)Fe_(10)合金热机械处理后的屈服强度(σ_(0.2))为1230 MPa,拉伸断裂应变(ε)为13%,屈服强度相对于铸态合金提高了864 MPa,是铸态合金的三倍多,且几乎没有损失塑性。高强度和高塑性的匹配来源于超细双相等轴晶组织替代了初始层片组织。本工作为提高双相共晶高熵合金的力学性能提供了一种可行的热处理工艺途径。

TA24合金多道次热变形行为及管材制备仿真

为研究TA24钛合金的高温热变形行为以及PQF(Premium quality finishing)热连轧制备工艺,采用Gleeble-3500热模拟机对TA24钛合金进行多道次热模拟压缩实验;采用Arrhenius双曲函数构建了TA24钛合金的应变补偿本构模型,分析了TA24合金微观组织随应变速率、变形温度变化的规律;结合有限元仿真研究了PQF热连轧过程中应变场、温度场及轧制力的变化。结果表明:多道次变形时,TA24钛合金的流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比;随着变形温度的升高,TA24合金从(α+β)双相向β相转变,流变应力相应降低。在950℃变形时,应变速率变化对微观组织影响不大,均为拉长的魏氏组织。有限元分析结果显示:钛管经过奇数机架时,应变最大值出现在0°位置,最小值出现在60°位置,而偶数架次结果与之相反;钛管在0°与30°位置的径向位移在经过奇数机架时下降,偶数机架时上升,而60°位置的径向位移则呈相反的变化趋势;此外,轧制过程中轧管金属从孔型底部向辊缝处流动,整体轧制力在170~700 kN。

新型高强Al-Cu-Li-Mg-Ag合金的时效工艺研究

Al-Cu-Li合金为析出强化型铝合金,因高比强度、耐腐蚀、抗疲劳性好等特点,广泛应用于航空航天等领域。第三代铝锂合金通过增大Cu/Li比提升力学性能,却与铝锂合金减质量初衷相背离,因此在尽可能保持Li元素占比的同时使合金展现更高的性能是目前研究的热点。有鉴于此,本文在典型的第三代铝锂合金AA2195的基础上降低了Cu含量,自制新型Al-3.18Cu-0.89Li-0.37Mg-0.15Ag(质量分数)合金,通过显微硬度测试和拉伸性能测试对比研究不同时效工艺下该型合金的时效行为和性能演化规律,并基于透射电子显微镜(TEM)分析不同时效工艺下的相析出,包括析出相的组成、主要强化相析出占比与尺寸变化。结果表明:在单级时效时,时效温度的升高使析出相更细小弥散,抑制δ'相生成,提高了T_(1)相占比并增大了其径厚比,使人工时效到达峰值的时间提前,合金强度提高。自然时效使后续人工时效时T_(1)相和δ'/θ'/δ'相增多,显著提高了T_(1)相的径厚比,抑制了δ'相和σ相的析出,晶界无析出带不明显,相对于单级时效,屈服强度提高12%,抗拉强度提高9%,伸长率略有下降,峰值硬度不变,合金综合性能更优良。

搅拌摩擦焊在镁合金焊接中的应用与进展

近年来,镁合金在航空航天、汽车电子、轨道交通等领域的需求日益增长,焊接是保障镁合金工业化应用的重要技术手段。搅拌摩擦焊(FSW)因其绿色环保、焊接效率高、接头性能好等优势在镁合金焊接中得到了一定的应用。本文从工艺参数与性能、镁合金FSW辅助技术与异种镁合金FSW研究等对国内外镁合金FSW进行了归纳,并对镁合金FSW未来的发展进行了展望。

铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究进展

铝合金因优异的性能被广泛用于航空航天、交通运输等领域,但其连接工艺仍制约着铝合金的使用。固相焊接——搅拌摩擦焊解决了铝合金铆接的增重和熔化焊连接时易产生焊接缺陷的问题,在一定程度上解决了铝合金的连接问题。与其他焊接工艺相同,铝合金的搅拌摩擦焊接头是焊件的薄弱环节,影响焊件的安全性及寿命。故铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的优劣是决定构件耐久性和安全性的关键因素。因此,系统而深入的掌握铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能至关重要。本文详细介绍了铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及疲劳断裂特征,分析了工艺参数、显微组织、外加载荷、腐蚀环境等因素对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响,总结了表面强化技术、外加辅助技术、热处理等提升铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的方法,最后对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究进行了展望。

Mg-9Al-xCa合金高温氧化行为研究

目的研究高温下Ca含量对镁合金等温氧化行为的影响,分析Ca元素在氧化过程中的作用机理,为镁合金在高温下的应用提供参考。方法以Mg-9Al-xCa合金体系为对象﹐对铸态合金组织进行分析。同时利用自主设计的实验设备在480℃下对不同Ca含量镁合金进行了不同时长的等温氧化实验,对氧化增重进行了测量,对合金氧化层进行了表征分析,并利用热力学计算揭示了作用机理。结果Mg-9Al合金中主要相组成为基体α-Mg相以及晶界处的Mg17Al12相。当添加Ca元素后,合金主要由α-Mg、晶界处的Mg17Al12相和Al_(2)Ca相组成,其中Al_(2)Ca相与α-Mg形成(α+Al_(2)Ca)共晶。随着Ca含量的增加,合金熔体凝固时生成的Mg17Al12相逐渐减少,组织中(α+Al_(2)Ca)共晶比例不断提高。在氧化200 min后,Mg-9Al合金氧化增重达到32.781 mg/cm^(2),氧化层形貌形成凸起和凹陷结构,含Ca镁合金氧化增重大幅度降低,Mg-9Al-5.0Ca氧化增重仅为0.046 mg/cm^(2),不同Ca含量镁合金氧化层形貌表现出差异性。由热力学计算得知,在Ca含量大于0.4%(质量分数)情况下,Ca元素可更容易发生氧化反应生成以CaO为主的氧化层。结论Ca含量是影响镁合金氧化行为的关键因素,随着Ca含量的增加,镁合金的抗氧化性能逐步提升。

纳米TiB_(2)对CoCrFeNiSi高熵合金涂层耐磨与耐蚀性能的影响

本工作在40Cr表面激光熔覆CoCrFeNiSi-xTiB_(2)(x=2.5%,5.0%,7.5%,10.0%,质量分数)高熵合金(High-entropy alloy,HEA)复合涂层,对涂层的物相、显微组织、硬度、摩擦磨损和电化学腐蚀性能进行分析,探讨纳米TiB_(2)陶瓷颗粒对HEA涂层的影响。结果表明,x=2.5%,5.0%,7.5%时涂层物相由双相FCC和BCC组成;x=10.0%时在两相的基础上生成硼化物CrB,涂层显微组织由等轴晶转变为典型的柱状树枝晶。涂层的显微硬度随纳米TiB_(2)颗粒的增多而提高,x=10.0%时涂层平均硬度达到最高,为HV547.11,约为基体的2.72倍,其硬度提升的主要原因是固溶强化和弥散强化。随TiB_(2)含量的增加,复合涂层的磨损量明显减少,x=10.0%时磨损失重量仅为0.13 mg。总体来看,TiB_(2)含量的增加使复合涂层的主要磨损机制从严重磨粒磨损、氧化磨损转变成轻微磨粒磨损、氧化磨损,耐磨性能明显提高。在3.5%NaCl溶液中,x=7.5%时复合涂层的耐蚀性能最佳。