Ti_(5)Si_(3)含量对SiCp/2009Al激光填粉焊接头组织性能的影响

SiC颗粒增强铝基复合材料在轨道交通领域拥有广阔的应用前景。但是该材料在熔化焊接过程中极易产生脆性相影响接头质量,这制约了SiC颗粒增强铝基复合材料的发展。运用Ti,Si元素补偿对Al_(4)C_(3)脆性相的抑制作用,对SiCp/2009Al复合材料进行激光填粉焊,并运用SEM,XRD分析焊接接头的微观结构,应用维氏硬度计、万能试验机分别测试接头的硬度和拉伸性能,以此分析Ti_(5)Si_(3)含量对接头组织及力学性能的影响。结果表明:Ti_(5)Si_(3)的加入对于抑制Al_(4)C_(3)脆性相的生成有显著作用,焊缝中未发现Al_(4)C_(3)脆性相;随着Ti_(5)Si_(3)含量的提高,焊缝组织中Al_(3)Ti的分布密度和尺寸先减小后增大,熔合区形态完整度先增加后降低,热影响区宽度先减小后增大;焊缝平均硬度随Ti_(5)Si_(3)含量提高而增加,接头的抗拉强度呈现先增大后减少的趋势,其中添加20%Ti_(5)Si_(3)粉末的焊接接头抗拉强度是添加50%Ti_(5)Si_(3)粉末的焊接接头强度的2.8倍。

Cu-Be/Cu层状非均质复合材料塑性变形行为的原位研究

将层状非均质构型复合化设计思想用于提高Cu-Be合金强韧性,采用真空热压复合、热轧及热处理的方式制备了CuBe/Cu层状非均质复合材料。对复合材料显微组织、显微硬度及拉伸性能进行了测试分析,利用SEM下原位拉伸结合DIC技术,研究了复合材料塑性变形中各金属层组织演变、应变分配及断裂行为。结果表明:Cu-Be/Cu层状非均质复合材料由粗晶Cu层(平均晶粒尺寸115.3μm)和细晶Cu-Be层(平均晶粒尺寸17.4μm)组成,Cu-Be层显微硬度约为Cu层5倍,复合材料抗拉强度介于两种金属组元之间,但伸长率远高于Cu-Be合金、与Cu接近。复合材料塑性变形过程中,Cu-Be层主要通过晶粒转动方式协调应变,而Cu层主要通过晶内单系滑移方式协调应变;塑性变形初期,应变集中首先出现在Cu-Be/Cu界面附近,随后应变集中可通过界面传递至两侧金属层内部。复合材料断裂过程中,首先在Cu-Be层中晶界处萌生微裂纹,并沿晶界扩展;当裂纹扩展至Cu-Be/Cu界面时,发生明显偏折,裂纹在Cu层内表现为穿晶扩展,界面附近Cu层呈现准解理断裂特征。

基于热-流耦合模型研究激光熔覆速度场影响机制

激光熔池内部熔体的对流状况会直接影响到熔覆层内气孔、裂纹和内部热应力等缺陷的形成,这些缺陷会显著影响熔覆层的服役行为,分析熔池内部的对流状况对控制熔覆层质量具有重要意义。通过构建激光熔覆过程的热-流耦合模型,并利用其模拟不同激光功率和送粉率下的熔覆过程,研究熔池深度和宽度,模型模拟了激光熔覆过程中工艺参数对熔池温度场及速度场的影响。结果表明:工艺参数中的激光功率、光斑半径和扫描速度的改变,均会明显影响熔池内熔体流速峰值和峰值上升速度,而送粉率对熔池速度场几乎无影响。此外,表面张力系数对熔池内熔体速度场也有影响,熔覆材料的表面张力系数为负值时,熔池内熔体从激光照射区域向两边流动,使得熔池变浅变深;而含S等活性元素的熔覆材料具有正表面张力系数,熔池内流体从熔池两边向中间流动,使熔池变深变窄;随着表面系数绝对值的增大,熔池内流体速度峰值也会随之增大。

激光熔凝原位Al-Fe-Si复合涂层残余应力有限元模拟

利用ANSYS软件模拟了激光熔凝过程,建立了该复合涂层的有限元模型,系统研究了原位合成Al-Fe-Si含量对激光熔覆铝基复合涂层温度场和残余应力的影响。结果表明:随着Al-Fe-Si化合物含量增大,沿Z轴方向温度逐渐增大,且越靠近基板,温度升高的幅度逐渐减小;而涂层表面X方向应力和Von Mises应力先减小后增大,涂层表面Y方向应力逐渐减小,而界面处剪切应力值变化不明显,因而当激光熔覆原位合成Al-Fe-Si化合物含量为0.4左右时,铝基复合涂层残余应力值最小。

Ti含量对Fe-Ni-Ti激光熔覆层摩擦性能的影响

目的研究Ti含量对因瓦合金基熔覆层原位增强的影响。方法运用半导体激光器制备了Fe-Ni-Ti激光熔覆层,研究了Ti含量对熔覆层的影响。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪对熔覆层显微组织进行了表征,运用硬度计和摩擦磨损实验机对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行了分析。结果在Fe-Ni因瓦合金粉末中加入Ti元素,原位生成了TiC/Fe-Ni激光熔覆层,原位TiC对熔覆层基体晶粒具有明显的细化作用。随着Ti含量的增加,复合涂层的晶粒尺寸减小,然后保持稳定。当Ti含量较低时,熔覆层主要由γ-[Fe,Ni]奥氏体组成;当Ti含量达到8%时,熔覆层基体相结构变成了α相,因瓦效应消失,产生了微裂纹和孔洞缺陷。Ti元素最佳添加量为6%,此条件下熔覆层没有裂纹,显微硬度最高,熔覆层耐磨性最好。结论因瓦合金涂层中添加钛可以形成良好的原位强化,钛的添加量具有最佳值,过量添加钛将消除Fe-Ni合金激光熔覆层特有的因瓦效应,熔覆层磨损机制主要为粘着磨损,兼具磨粒磨损。

TiO_(2)-CNTs/FeNi36激光熔覆复合涂层制备研究

采用激光熔覆技术制备了TiO2-CNTs/FeNi36复合涂层,研究了核壳式TiO2-CNTs增强体对激光熔覆复合涂层孔洞、微观结构和摩擦学性能的影响。结果表明:核壳式TiO2-CNTs增强体的加入大大减小了复合涂层中孔洞数量和尺寸,有效抑制了涂层大孔洞的产生;增强体的加入没有改变因瓦合金基体物相组成,基体合金仍为[FeNi]奥氏体单相。随着增强体含量的增加,复合涂层基体合金的晶格常数逐渐减小,然后保持稳定;复合涂层维氏硬度逐渐增加,然后趋向稳定,最大值为315 HV,约为单一因瓦合金涂层的2.5倍;当增强体含量为1.5 wt%,磨损率最低,较单一因瓦合金涂层降低了60%,复合涂层摩擦学性能得到了提高。

合金化组元(Al,Cr,Si,Ti)含量对激光沉积(FeNiCo)-(AlCrSiTi)非等原子比多组元合金涂层组织与力学性能的影响

采用激光沉积制备不同含量合金化组元(Al,Cr,Si,Ti)的(FeNiCo)-(AlCrSiTi)多组元合金涂层,研究合金化组元含量对涂层组织与力学性能的影响。结果表明:随着合金化组元(Al,Cr,Si,Ti)含量的增加,涂层中面心立方(FCC)相含量逐渐降低,由FCC相+体心立方(BCC)相的双相结构转变为以BCC相为主的结构,且BCC相内纳米析出相颗粒密度显著增加,颗粒平均尺寸由97 nm降低至36 nm;同时,随着合金化组元含量的增加,涂层中等轴晶组织区域面积增大,等轴晶显著细化,平均晶粒尺寸最小仅为10.8μm;涂层截面平均显微硬度由271HV 0.1上升至718HV 0.1,但涂层抗弯强度由2208 MPa降低至1374 MPa,所能承受的最大弯曲应变也由7.3%降低至0.47%。

等温处理对AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态组织影响

采用等温热处理法制备AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态坯料,研究保温温度和保温时间对AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态组织演变影响。结果表明:随着保温温度增加,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的晶粒平均尺寸先减小后增大,而圆整度先增大后减小。随着保温时间的延长,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的晶粒平均尺寸和圆整度均增加。在460℃保温60 min时,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的的半固态组织最佳,晶粒平均尺寸为41μm,圆整度为0.82,粗化系数K=20.95μm3/s。

滑差对重载列车轮轨黏着特性与表层损伤的影响

在自行研制的小型轮轨滚动磨损实验机上,以CL60车轮钢和U71Mn钢轨钢配副为研究对象,通过控制轮轨的转速,研究滑差对重载列车轮轨黏着特性与表层损伤的影响。结果表明:滑差对轮轨黏着特性存在显著影响,在所测试的若干工况下,随滑差增大,轮轨黏着系数增大;滑差影响轮轨的磨损量,随滑差增大,轮轨磨损量增加;轮轨表面硬度随滑差增大提高;不同滑差下轮轨表面磨损机制不同,纯滚动摩擦时轮轨以疲劳损伤为主;随滑差的增加,轮轨表面磨损机制由轻微的疲劳磨损转变为黏着磨损。此外,在相同滑差下,车轮表面损伤程度较钢轨严重。