航空超高强度钢表面防护技术的研究进展

超高强度钢同时具有高强度和高韧性,是航空航天领域的重要承载构件,在飞机起落架、主梁、传动件、承力螺栓等领域有着广泛的应用。由于其使用时经常暴露在海洋大气环境下,腐蚀现象比较严重,通过对其进行表面保护,可以有效地改善其耐蚀、耐磨等性能,延长相关零件的使用寿命。针对目前常用的几种表面防护技术(热喷涂、真空镀、电镀、化学镀、表面组织转化、激光熔覆、离子注入等),综述了这些表面防护方法对不同超高强度钢耐磨、耐蚀、氢脆、疲劳等方面的影响,分析了这些防护方法的优缺点,并对其今后的发展方向进行了展望。

硬质相类型对冷喷涂铝基涂层组织与耐磨性的影响

冷喷涂低温固态的材料沉积特性使该方法在热敏感材料高强铝合金的再制造修复方面具有天然优势,然而冷喷涂7系高强铝合金存在结合强度低、硬度和耐磨性能低于同成分基材的难题。对此,主要研究了不同特性硬质颗粒在喷涂粉末中的添加对冷喷涂7050Al合金修复层显微组织、结合强度与摩擦磨损性能的影响规律。以体积分数为30%的脆性Al2O3陶瓷颗粒和韧性的WC-17Co金属陶瓷颗粒为硬质相,在相同参数条件下分别沉积了纯7050Al涂层、7050Al/Al2O3复合涂层与7050Al/WC-17Co复合涂层。采用SEM表征了涂层的横截面组织;依照ASTM C633标准测试了不同硬质相添加对涂层结合强度的影响规律;采用球盘摩擦磨损试验研究了涂层的摩擦磨损行为。结果表明,沉积过程中,脆性的Al2O3颗粒由于不能协调变形,因此与7050Al结合较差且自身会发生碰撞破碎现象;韧性的WC-17Co硬质合金颗粒可以协调变形,因此与7050Al结合较好,且在涂层中含量较Al2O3更高。WC-17Co颗粒在涂层与基材界面处形成的榫卯结构可将7050Al涂层的结合强度由34.5提升到73.2 MPa以上,而Al2O3颗粒的添加对涂层结合强度的影响可以忽略。与7050Al基材相比,WC-17Co硬质合金颗粒的添加可使涂层耐摩擦磨损性能提高8倍以上,而Al2O3颗粒容易剥落的特点使得涂层耐磨性降低50%以上。

化学气相沉积陶瓷薄膜高温摩擦磨损性能研究

目的对比研究不同陶瓷薄膜的耐高温磨损性能。方法采用化学气相沉积工艺制备了TiN/TiCN、TiN/Al_(2)O_(3)、TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)3种陶瓷薄膜。通过划痕测试、显微硬度测试、高温摩擦磨损试验等测试方法,分别表征并评价3种陶瓷薄膜的附着力、硬度、耐600℃高温磨损性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果化学气相沉积制备的3种陶瓷薄膜结构致密,无孔隙、裂纹等缺陷,且与基材结合界面良好,其中,TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)多层薄膜与基体结合力最佳,为68.53 N,但其表层Al_(2)O_(3)薄膜与中间层TiCN薄膜结合强度较弱。600℃高温摩擦磨损结果表明,TiN/Al_(2)O_(3)薄膜具有最高的高温摩擦因数,平均为0.51,但其耐高温磨损性能最佳,体积磨损率为0.58×10^(‒5)mm^(3)/(N·m);而TiN/TiCN薄膜具有最低的高温摩擦因数,平均为0.37,但其耐高温磨损性能最差,体积磨损率为4.23×10^(‒5) mm^(3)/(N·m)。结论3种陶瓷薄膜高温摩擦磨损的主要损伤形式各异,TiN/TiCN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损,TiN/Al_(2)O_(3)薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)多层薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。TiN/Al_(2)O_(3)薄膜的耐高温磨损性能最佳是由于其硬度较高,且化学性质稳定,主要磨损形式为磨粒磨损,较难被磨损去除。而TiN/TiCN薄膜耐高温磨损性能最差是由于TiCN薄膜硬度较低,在高温摩擦作用下,会发生氧化磨损、黏着磨损、疲劳磨损等多种损伤形式。

高强耐磨结构针织面料的开发

研究开发一种具有高强耐磨结构的针织面料,由包含芳纶的纤维织造而成,具有凹凸的双层结构。采用芳纶材料和双层结构提高面料的耐磨性能,解决了面料表面,特别是制作于手腕、手肘、膝盖部位面料耐磨性能差的问题。经试验,面料的平均耐磨指数A值为0.0011g/次,面料的耐磨性远高于普通面料的平均水平。该项目开发的高强耐磨结构针织面料因结构特殊,具有优异的耐磨性,同时具有手感柔软、适合贴身穿着的特点。

攀西地区高钛高炉渣制备地坪耐磨层砂浆的试验研究

为实现高钛高炉渣产品多样化、加快其综合利用,利用攀西地区高钛高炉渣制备水泥基耐磨地坪砂浆,并对其强度、耐磨度和表面强度进行测试研究。研究结果表明:所制备的砂浆7、28 d的抗压强度分别为91.2 MPa和110.3 MPa,抗折强度分别为12.6 MPa和14.8 MPa;耐磨度比为441%,表面压痕直径为2.36 mm。试验结果均远优于行业标准中规定的技术指标,验证了攀西地区高钛高炉渣用作地坪耐磨骨料的可行性。

马氏体体积分数对热轧高强钢的力学性能和耐磨性能的影响

通过调整控轧控冷工艺参数得到不同马氏体体积分数和不同强度级别的热轧高强钢。利用金相显微镜、扫描电镜、电子拉伸试验机、布氏硬度计以及湿式橡胶轮试验机等,研究了马氏体体积分数对材料力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,当马氏体体积分数每增加10%时,材料屈服强度增加93.19MPa,抗拉强度增加101.10MPa,屈强比增加0.02,表面布氏硬度增加26.59HBW,伸长率减少1.70%;材料耐磨性能与马氏体体积分数呈正相关关系,马氏体体积分数每增加10%,材料耐磨性能平均提高6.27%。

Numerical simulation of temperature field in laser-arc hybrid welding of wear-resistant steel

Using ABAQUS software and cylindrical ellipsoid and body heat sources with a peak-heat-flux- attenuation function, a finite element model of the temperature field in the laser-arc hybrid welding of 4.5-mm BW300TP wear-resistant steel is proposed. The proposed model considers convection, radiation, molten pool flow, and heat conduction effect on temperature. A comparison of the simulation and actual welding test results confirms the reliability of the model. This welding heat-process model can provide the cooling rate at any position in the heat affected zone （HAZ） and can be used as a reference for the analysis of material properties and for process optimization.

1330 MPa级别高强耐磨重载铁路用钢轨试制

为满足重载铁路需求,充分利用铬、铌在钢中的作用,通过实验室小炉试验钢冶炼和性能研究,在高碳钢轨钢中加入铬等强化元素和稀土,研制开发了高碳重载铁路用钢轨。钢轨性能指标:抗拉强度不小于1330 MPa,延伸率不小于9%,轨头踏面硬度(HBW)不小于390,其他性能满足BT/T 2344—2012标准要求。试制结果表明,该钢轨生产工艺顺行,性能达到技术要求,满足重载线路的需要。

硼合金化处理对高锰钢组织和性能的影响

为了改善高锰钢的组织性能,提升高锰钢衬板的质量,对传统高锰钢进行了硼元素的合金化处理。采用金相组织分析硬度测试、抗拉、耐磨分析等手段研究了硼合金化处理后高锰钢的组织与性能。结果表明:把不同含量的硼(0.001 5%~0.006 0%)加入到传统高锰钢中,通过热处理后,金相组织中晶界碳化物随着硼含量的增加而相应减少,碳化物以粒状和团块状分布在晶内之中;衬板的洛氏硬度在18.2~22.5 HRC变化;抗拉强度先升高后降低,最大为440 MPa,最小为380 MPa;耐磨性提高。随着硼含量的增加,高锰钢的晶粒明显细化,夹杂物的尺寸和分布也得到了改善。机械性能方面,合金高锰钢的硬度略有提高了,最高能达到22.5 HRC。抗拉强度随着硼元素的加入也得到改善,提高了5.6%~22.2%,最高能达到440 MPa。结果表明,综合性能最好的是加入0.003%左右硼的高锰钢。

高强耐磨纤维用聚酰胺复合材料的制备及性能研究

PA6材料因其优异的物理机械性能,在生产生活中得到了广泛的应用,本研究通过添加高熔点聚酰胺细粉材料,考察不同类型及添加量聚酰胺细粉对PA6材料力学性能、耐磨性能机加工性能的影响。实验结果表明:采用聚酰胺细粉材料复配PA6制备高强耐磨纤维用聚酰胺复合材料,当聚酰胺细粉达到一定添加量时,能有效提高PA6材料拉伸强度和耐磨性能;PA6和PA66细粉(质量分数)配比为85/15时,复合材料拉伸强度为73.9 MPa,PIN耐磨为52.9 mm^(3),较PA6材料分别提高18.6%和8.3%。

超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘工艺及力学性能研究

基于超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)技术,在7075高强铝合金表面制备出碳化钨(WC)颗粒来增强镍基合金的耐磨层,分别利用光学显微镜、扫描电镜对喷涂层及界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)微观组织进行表征,技术制造分别使用显微硬度仪和万能试验机对喷涂层的显微硬度和抗剪强度进行测试,探求铝基复合制动盘超音速火焰喷涂工艺。结果表明,超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘的工艺参数为铝基合金表面WC颗粒含量为35%,氧油比约为3∶1,送粉量为80 g/min,喷涂距离为330 mm,入射速度为450 m/s,制动盘转速为7 r/min,氮气流量为10 L/min;铝基复合制动盘喷涂层微观组织为奥氏体基体上弥散分布着大量WC颗粒,致密度高达94%;喷涂层显微硬度约为1500HV,剪切强度约为147.3 MPa,满足制动盘力学性能要求。

喷射成形高速钢HSF640组织与性能研究

利用金相显微镜、SHT4305-W电液伺服万能试验机分析了喷射钢HSF640、粉末钢2004和电渣钢M4的退火组织和非金属夹杂物的级别,对比了三者淬回火后的硬度、冲击功和抗弯强度等力学性能,并研究了耐磨性能。结果表明,退火组织中,HSF640与粉末钢2004的碳化物不均匀度级别相当,电渣M4的碳化物不均匀度稍差;HSF640碳化物颗粒尺寸介于粉末钢2004和电渣M4之间;HSF640冲击功与抗弯强度介于粉末钢2004和电渣M4之间,HSF640的耐磨性能好于粉末钢2004。

LQFM防滑路面材料工艺在园林绿化项目中的应用价值

本文介绍了一种用于防滑路面的彩色结合料LQFM。LQFM路面是由聚合物、树脂、软化剂、外加剂和以陶瓷颗粒为骨料的防滑彩色路面。笔者通过多次反复试验,根据济南四季天气温度变化特点,按照一定的混配比例,基于马歇尔设计法进行的路用性能测试,结果表明:LQFM防滑路面材料在零下28摄氏度低温下的抗变性,超过60度高温下的稳定性,水稳定性和疲劳特性等都远远超过进口沥青混合料的性能。本文主要介绍了LQFM防滑路面材料的性能及在园林景观中的应用价值。

熔覆方式对电弧增材制造高强耐磨层性能的影响

采用熔化极气体保护(MAG)焊熔覆得到以Q345钢为基体的耐磨复合板。设计了两种熔覆方案:一种是焊道之间无覆盖,另一种是焊道之间有覆盖(覆盖率约50%)。其他工艺条件为:电流160~180 A,电压20~24 V,保护气体流量10~15 L/min,熔覆速率450 mm/min,干伸长度16 mm。采用金相显微镜和光学显微镜分析了熔覆层、熔合区和热影响区的组织结构。对比了采用不同方案所得熔覆试样的显微硬度、耐磨性和冲击韧性。结果表明:两种熔覆方案获得的复合板外观均良好,无明显缺陷,且以马氏体组织为主。采用方案一时复合板具有较好的韧性,但熔覆层的硬度略低,耐磨性较差;采用方案二所得复合板的韧性不如方案一,但硬度较高,耐磨性更好。

超高相对分子质量聚乙烯纤维表面改性及聚氨酯树脂涂覆性能研究

先采用化学试剂处理法对超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行表面改性处理,再利用合成的聚氨酯树脂涂覆UHMWPE纤维以形成纤维保护层。研究发现:经60℃、2 min的K_(2)Cr_(2)O_(7)/H_(2)O/H_(2)SO_(4)混合液改性处理后,纤维表面产生了大量的极性官能团,这有利于提高树脂-纤维界面结合力,且单丝最大拉伸载荷达47.96 N;利用最优质量配比制得的聚氨酯树脂涂覆表面改性的UHMWPE纤维,聚氨酯树脂与纤维黏结良好,且聚氨酯树脂涂层能显著提升UHMWPE纤维的耐磨性能。

国外先进公司工程机械用高强钢发展现状

概述了国外先进钢铁公司JFE、新日铁住金、SSAB、蒂森克虏伯和安赛乐米塔尔开发的典型工程机械用高强结构钢和耐磨钢的性能和特点。指出了国内工程机械用钢产品与国外存在的差距以及未来发展中存在的问题。

超高锰钢耐磨性及其冲击磨料磨损行为的研究

通过动载荷冲击磨料磨损试验及磨损后磨面硬度测量,利用SEM和TEM观察磨损表面形貌和磨损亚表层组织,研究了超高锰钢的耐磨性和冲击磨料磨损行为。结果表明,冲击功为0．5 J和1．0 J时,碳含量较低的超高锰钢耐磨性与普通Mn13相当,碳含量较南的超高锰钢耐磨性南于普通Mn13;冲击功为2．0 J时,超高锰钢具有好的耐磨性,是普通Mn13的1．21倍,磨面硬度较高。超高锰钢冲击磨料磨损后磨损亚表层的变形组织主要由高密度位错扣变形带组成,磨损亚表层的变形带相互交叉、截割。依据实际工况条件,加工硬化和冲击韧度适当配合的超高锰钢耐磨性良好。

耐磨高强度尼龙6材料的研究

介绍耐磨高强度尼龙６ 材料的制备和性能。采用复合耐磨剂、玻纤和尼龙６ 多元复合共混改性技术制备了耐磨高强度尼龙６ 材料，结果表明，耐磨剂和玻纤对提高材料的力学性能有协同效应、耐磨剂含量对材料的熔点无影响，但能提高材料的结晶度和热变形温度，耐磨剂和玻纤在改性尼龙６ 中的总量比不超过４０ ％ 为宜，其中耐磨剂的含量比不超过１０ ％ 为宜。

高强度高耐磨性铝硅合金的实验研究

制备了一种新型的高强度耐磨铝硅合金。采用自制的含有P、RE、Bi等多种元素的SX-1号双相变质剂对该合金进行变质处理。变质处理后,初晶Si和共晶Si平均尺寸在20μm以下;变质处理3 h后初晶硅平均尺寸一般在30μm左右,第四次重熔后初晶硅平均尺寸一般在40μm左右。经变质处理和T6热处理后,抗拉强度为249 MPa,伸长率为4.27%,硬度为108 HB,其耐磨性高于ZL109合金。试验结果表明,这种合金具有比共晶、亚共晶型铝硅合金更好的室温力学性能,又具有过共晶型铝硅合金耐磨、耐蚀、高温性能好等优点,具有广阔的应用前景。

高强度灰铸铁在薄壁缸体上的应用

采用扫描电镜、2 0 0 h台架试验和 10 0 0 h耐久试验等方法对高强度灰铸铁在薄壁缸体上的应用进行了试验研究。试验结果表明 :碳当量控制在 3.8%～ 4 .1% (与菲亚特缸体的碳当量大体相当 ) ,采用低合金化及复合孕育剂 ,可稳定获得抗拉强度大于 2 5 0 MPa的高强度灰铸铁 ,其铸件硬度大于 HB2 10 ,白口倾向小 ,硬度差仅为HB15～ HB33,均达到菲亚特缸体的性能要求。对无缸套缸体的缸壁表面进行激光处理 ,比传统缸套的耐磨性提高一倍以上。