选区激光熔化成形TiB_(2)/Al-Si-Mg大尺寸复杂构件

选区激光熔化(SLM)成形大尺寸复杂构件厚度多样、成形高度较高、方向复杂,需要研究构件微观组织均匀性和力学性能稳定性。本文以SLM成形TiB_(2)/Al-Si-Mg复合材料为研究对象,分析复合材料多级微观组织,对比不同成形厚度、高度、方向下复合材料的力学性能。结果表明:复合材料表现出熔池特征结构,细小等轴晶粒组织均匀分布且随机取向,纳米TiB_(2)颗粒在材料内部弥散分布。随成形厚度增加,复合材料伸长率保持稳定,抗拉强度受本征热处理影响略微增大;在不同成形高度下,复合材料抗拉强度和伸长率保持稳定;在不同成形方向下,复合材料抗拉强度保持稳定,伸长率受熔池结构影响在水平方向略高。基于以上结果,成功制备大飞机舱门铰链臂(588 mm×318 mm×470 mm)复杂结构件。

Mg对亚共晶Al-10Mg_(2)Si合金组织与力学性能的影响

研究了不同Mg含量对含10 mass%Mg_(2)Si的亚共晶Al-Mg-Si合金显微组织、拉伸性能和断裂行为的影响。结果表明:在合金中添加1.2~2.8 mass%的Mg能够减小初生α-Al枝晶的尺寸,适量的Mg明显地细化了合金中的Mg_(2)Si共晶相,并使其形貌由粗大的汉字状转变为短条状、颗粒状和纤维状。共晶Mg_(2)Si的细化归因于Mg原子团簇在其两侧的富集,抑制了共晶Mg_(2)Si的生长,促进了其生长方向的改变。适量的Mg的添加同时提高了合金的强度和塑性,添加2.8 mass%Mg的合金拉伸性能达到最高,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别由未添加Mg的232.4 MPa、150.4 MPa和1.5%增加到322.0 MPa、270.4 MPa和6.1%,分别提高了38.6%、79.8%和306.7%。未添加Mg的合金的断裂机制为脆性断裂,添加2.8 mass%Mg的合金的断裂机制转变为韧性断裂。

60Si2Mn钢表面激光熔覆铁基涂层的组织及耐磨性研究

目的提高60Si2Mn钢的表面耐磨损性能。方法采用同步送粉方式在60Si2Mn钢表面进行激光熔覆X1、X22种铁基粉末。通过金相显微镜、场发射扫描电镜和X射线衍射仪,观察和分析熔覆层的显微组织、化学元素分布及相组成,采用显微硬度仪、多功能摩擦磨损试验机进行硬度、耐磨损性能测试。结果2种熔覆层均无裂纹、气孔等缺陷,涂层内部存在大量树枝晶、等轴晶和少量沿基材表面生长的平面晶,其中X1熔覆层的顶部区域等轴晶数量较多,组织更细小均匀。2种熔覆层均由相同物相(α-Fe)固溶体组成,未出现明显的其他物相的衍射峰。基体60Si2Mn钢平均硬度约为300HV,X1熔覆层的硬度为950~1000HV,平均硬度为975HV。X2熔覆层的硬度为784~821HV,平均硬度为803HV。经过球-盘磨损试验后,X1、X2熔覆层以及基体的体积磨损率分别为1.32×10^(-4)、1.94×10^(-4)、3.29×10^(-4)mm^(3)/(N·m)。结论2种熔覆层的硬度和耐磨损性能均优于基体,其中X1熔覆层的平均硬度比X2熔覆层的高约21%,其体积磨损率最小,耐磨损性能更好。

60Si2CrVAT钢弹簧疲劳试验断裂的原因

60Si2CrVAT钢弹簧疲劳试验时断裂。对断裂的弹簧进行了断口分析、金相检测、硬度检测和非金属夹杂物检测。结果表明:弹簧的硬度和非金属夹杂物含量均符合要求,但有因热处理工艺不当而产生的两种显微组织,即回火托氏体加少量铁素体和保持淬火马氏体位向的回火托氏体,导致其疲劳性能较差而断裂。

60Si2Mn弹簧钢盘条拉拔裂纹原因分析

针对60Si2Mn弹簧钢盘条在拉拔、淬火后出现的表面裂纹,通过对缺陷钢丝进行取样分析,确认为连铸坯缺陷导致,进而检查铸坯发现铸坯存在角部裂纹与之相对应。对铸坯角裂产生的原因进行分析,并提出了有效的控制措施,最终消除了铸坯角部裂纹缺陷。

粗规格60Si2Mn弹簧钢丝的预冷淬火

为了降低水淬开裂倾向,采用钢丝感应淬火-回火生产线对ϕ6.8 mm的60Si2Mn弹簧钢丝进行了910℃保温3 s,随后通过控制其线速度冷却至不同温度后水淬和520℃回火。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机和显微硬度计研究了淬火、回火后钢丝的显微组织、硬度和拉伸性能。结果表明:线速度为5 m/min时,钢丝的冷却时间为40.0 s,淬火、回火后其显微组织为珠光体、铁素体和少量回火托氏体;线速度为15~20 m/min时,冷却时间为13.3~10.0 s,淬火、回火后钢丝的显微组织为回火托氏体和少量残留奥氏体;随着线速度的降低,钢丝的冷却时间延长,淬火温度降低,抗拉强度从1 715 MPa降至1 318 MPa,硬度从526~532 HV0.1降至364~425 HV0.1。

抛丸工艺对60Si2Mn热轧弹簧钢表面残余应力的影响

采用不同抛丸时间、抛丸电流的抛丸工艺对高速铁路扣件用弹条原材料(60Si2Mn热轧弹簧钢)进行抛丸,弹丸为粒径0.6~0.7 mm的S230铸钢丸,并通过X射线应力测定仪测量60Si2Mn热轧弹簧钢表面残余应力。结果表明:经不同抛丸工艺处理后,热轧弹簧钢表面残余应力均为压应力;在抛丸电流相同抛丸时间减小、抛丸时间相同抛丸电流减小两种情况下,残余应力场特征参数(最大残余应力、最大残余应力对应的深度和残余应力影响深度)和半高宽(层深相同时)均减小,抛丸效果变差;抛丸覆盖率100%、抛丸时间16 s、抛丸电流50 A时,残余应力场特征参数和半高宽最大,抛丸效果最好。

60Si2Mn弹簧扁钢剪切崩料分析

60Si2Mn弹簧扁钢在剪切加工过程中角部崩料。对A钢厂出现角部崩料的扁钢与B钢厂未出现崩料的扁钢进行理化检验并对比分析。A钢厂试样的化学成分、脱碳层、金相组织、夹杂物、低倍检验结果均优于B钢厂试样,力学性能相差不大,A钢厂试样硬度高于B钢厂试样。扫描电镜观察断口发现,B钢厂试样虽然没有明显崩料,但角部位置存在撕痕,已出现崩料趋势。结果表明:用户使用的大规格扁钢所需的剪切力已达到冷剪机极限,导致了剪切崩料现象的发生。建议更换下料方式,采用锯切下料,以保证剪切质量。

铒对Mg_2Si/AM60镁基复合材料力学性能及耐蚀性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析、失重法和电化学测试等手段,研究不同含量的稀土铒对Mg2Si/AM60镁合金复合材料显微组织和腐蚀行为的影响。结果表明,添加稀土Er可使复合材料中增强相由树枝状转变为颗粒状,其抗拉强度由190.1MPa提高到208.3MPa,同时使腐蚀速率大大下降;当稀土Er质量分数为0.7%时,复合材料自腐蚀电位提高了214mV,自腐蚀电流密度降低了一个数量级。说明稀土Er能有效提高合金的耐腐蚀性能。

超声作用下原位反应制备Mg_2Si/AM60复合材料的显微组织

以AM60镁合金和硅为原材料,在原位反应的基础上,采用高能超声处理来改善原位反应的条件,制备出以Mg_2Si为增强相的镁基复合材料;采用XRD对复合材料物相进行分析,用光学显微镜对其显微组织进行观察,同时与未施加超声处理的复合材料进行了对比。结果表明:超声作用下原位生成的Mg_2Si增强相更加细小,团聚现象得到改善;熔体在高能超声作用下,声空化产生的瞬态高温、高压及声流效应是增强相细化的主要原因。

60Si2MnA钢弹簧疲劳断裂原因分析

采用直径为4 mm、经油淬和回火的盘条制作的60Si2MnA钢弹簧,在疲劳试验早期断裂。检测了盘条的化学成分和拉伸性能,并对断裂的弹簧进行了断口分析和金相检验。结果表明:盘条的化学成分和拉伸性能均符合要求,但弹簧表面有细微裂纹、机械损伤和脱碳层等缺陷以及马氏体,导致疲劳性能降低从而在疲劳试验时过早断裂。

Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能研究

采用半固态挤压法制备了原位自生的Mg2Si颗粒增强铝基复合材料,研究了它们的组织,同时研究了挤压比压对力学性能的影响。结果表明,当其它制备条件相同时,在255、340和425 MPa条件下制备的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料中的α-Al基体和Mg2Si增强相皆出现球化,但与重力铸造复合材料相比,Mg2Si增强相的颗粒尺寸没有明显变化。拉伸测试结果表明,在255 MPa、340 MPa和425 MPa条件下获得的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料具有优于重力铸造复合材料的力学性能,其抗拉强度和伸长率分别提高71.88%、53.13%、43.75%和378%、139%、106%。在255 MPa挤压比压下制备的复合材料表现出最优的抗拉强度及伸长率。

半固态Mg_2Si/AM60复合材料的流变特性研究

利用半固态成形技术与原位反应相结合,用机械搅拌实验装置对半固态Mg2Si/AM60浆料进行剪切实验,研究了固相分数、剪切速率和剪切时间等工艺参数对半固态Mg2Si/AM60复合材料流变特性的影响。结果表明,表观粘度随Si含量及固相分数的增加而增加,随剪切速率的增大和剪切时间的延长而降低,剪切时间达到300 s后,其表观粘度不再随剪切时间的延长而继续减小,达到一个稳态值。

Si对原位自生Mg_2Si/AM60复合材料组织及性能的影响

采用原位合成技术制备Mg2Si/AM60复合材料,研究不同Si含量对其组织及性能的影响。结果表明:镁合金中加入结晶Si后,出现短棒状及中国汉字状的Mg2Si相;当Si含量较高时,中国汉字状的Mg2Si相消失,变成不规则的块状。制备过程中对复合材料进行机械搅拌,Mg2Si相的分布较未搅拌更加均匀、弥散。复合材料的抗拉强度、硬度随Si含量的增加呈上升趋势,延伸率则下降。当Si量为1.0%(质量分数,下同)时,强度较基体提高12%,含量为5%时,硬度较基体提高48.6%。

原位Mg_2Si/AM60镁基复合材料半固态组织演变

采用原位合成技术制备了Mg2Si/AM60复合材料。研究了不同搅拌工艺参数对半固态镁基复合材料显微组织的影响。结果表明,镁合金中加入结晶Si后,生成了中国汉字状的Mg2Si增强颗粒。对复合材料在半固态温度区间进行机械搅拌,研究发现,搅拌温度越高,搅拌速度越大,固相颗粒越细小、均匀和圆整,但温度太高,固相颗粒会熔化,随搅拌时间的延长,固相颗粒先变得细小、均匀和圆整,然后长大。

Sb变质对Mg_2Si/AM60镁基复合材料组织及性能的影响

研究了Sb对Mg2Si增强相及基体组织的细化效果及机理。结果表明,Sb加入可生成Mg3Sb2,Mg3Sb2能够作为Mg2Si的异质核心,使得Mg2Si由汉字状变成颗粒状,并弥散地分布。同时,基体组织也得到细化,改善了合金的力学性能。加入0.8%的Sb后,合金的抗拉强度提高了12.2%。

原位生成Mg_2Si/AM60复合材料的热力学与动力学分析

以Si作为反应添加物,原位生成了Mg2Si增强镁基复合材料。借助光学显微镜(OM)及X射线衍射分析(XRD),发现复合材料组织由初生α-Mg、β-Mg17Al12相以及增强相Mg2Si组成。从热力学和动力学两方面,探讨了原位生成Mg2Si的机制,建立了体系原位生成Mg2Si的动力学模型。结果表明,影响反应速度的主要因素为体系温度、Si颗粒大小以及扩散中间层的厚度。

AM60-Si-Ca合金中Mg_2Si相生长形态研究

利用SEM对AM60-Si-Ca合金中Mg2Si相的形态进行了观察,并对Mg2Si相的生长过程进行了探讨。结果表明,在AM60-Si合金凝固过程中,由于Mg2Si形成元素的扩散不平衡,导致Mg2Si由八面体状向枝晶状转化;在AM60-Si-Ca合金凝固过程中,由于CaSi2形核核心使Mg2Si形核数量增多。Ca组元对溶质元素扩散的影响,使Mg2Si形成八面体状。

超声原位Mg_2 Si/AM60复合材料显微组织及力学性能的研究

采用熔体直接反应法与超声处理相结合制备原位Mg2Si/AM60复合材料,研究超声工艺对复合材料中第二相的形貌、分布、数量以及力学性能的影响。结果表明,随着超声处理时间的延长和功率的增加,复合材料中的半连续网状Mg17Al12细化成颗粒状,粗大的中国汉字状Mg2Si破碎成细小的中国汉字状、纤维状、颗粒状,其力学性能逐渐升高,但超声处理时间超过60s后,组织恶化,力学性能降低。超声处理时间为60s、功率为600W制备的复合材料中的Mg17Al12、Mg2Si主要呈颗粒状且均匀分布,Mg17Al12的析出受到显著的抑制,其抗拉强度和伸长率较未超声时的178.24MPa、3.56%分别提高了10.4%和48.3%,达到196.75MPa和5.28%。

超声处理对Mg-9Al-1Si合金第二相形貌及力学性能的影响

利用铜质金属型重力铸造制备了Mg-9Al-1Si合金,通过凝固前施加不同时间超声处理调控合金组织形貌。利用OM、XRD、SEM、拉伸实验等方法研究了在不同超声处理时间作用下Mg-9Al-1Si合金组织形貌演变及其对力学性能的影响。结果表明:未经超声处理时,α-Mg基体呈粗大的树枝晶,粗大汉字状Mg_(2)Si相有明显的团聚现象,β-Mg_(17)Al_(12)相以断续网状沿枝晶界分布;超声处理能显著细化合金微观组织,α-Mg基体晶粒尺寸减小由粗大的树枝状转变为团絮状,汉字状Mg_(2)Si相被细化,变为长条状或细线状,分布变得均匀;β-Mg_(17)Al_(12)相网状趋势弱化,边界处出现大量层片状β-Mg_(17)Al_(12)相。随着超声时间增加,超声的声空化和声流作用使合金组织明显改善,但作用时间太长反而减弱组织细化作用。因此,超声处理后Mg-9Al-1Si合金力学性能得到明显改善,且随超声作用时间先增后降,其中超声处理20 min时提升最大,相较于未超声处理合金分别提高了72、74 MPa和2.31%。