7050/3003铝合金复层铸坯的制备与热处理工艺研究

采用直接冷却铸造法制备7050/3003铝合金复合铸坯,随后对其进行均匀化退火处理。使用扫描电镜、电子探针、维氏硬度仪等对铸坯界面进行组织性能分析,探究熔体浇铸温度及热处理工艺参数对界面结合质量的影响。结果表明,3003铝合金浇铸温度为720℃、7050铝合金浇铸温度为680℃时,铸坯界面清晰、无混流和明显铸造缺陷,且硬度相对较高,两种铝合金之间形成一层初生α-Al过渡层,实现了良好的冶金结合。均匀化退火后,7005合金一侧非平衡共晶组织和枝晶偏析基本消除,晶界处粗大第二相溶解,且随着退火温度的升高和保温时间的延长,复层材料界面成分分布逐渐均匀,扩散层厚度有所增加。

POEM法制备微米级Cu球形粒子的传热与凝固行为模拟研究

脉冲微孔喷射法(POEM)制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程,制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点,对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球形金属粒子的制备过程、冷却传热与凝固特征,本研究建立了三维球坐标系下的粒子传热与凝固数值计算模型,考虑纯Cu粒子在无约束凝固过程中的对流和辐射换热特点,采用温度回升法处理纯金属的凝固潜热,计算了金属粒子在凝固过程不同阶段的温度变化与分布特点,考察了粒子凝固进程中的温度梯度、冷却速率、液固界面推进与凝固速度;模拟分析粒子的对流、辐射换热特征及贡献强度,探讨了不同制备工艺对粒子对流换热的影响,为POEM法微米级球形粒子制备工艺的优化和凝固过程调控提供参考。

喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的表面完整性及疲劳性能研究

研究了喷丸强化对覆铝7B04-T7451铝合金表面完整性和疲劳性能影响,阐明了覆铝层对喷丸强化效果的影响。采用维氏硬度计、原位纳米测试系统、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等,分析了喷丸强化后试样的显微硬度、表面轮廓、表面粗糙度及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测试喷丸强化试样的疲劳寿命,利用扫描电镜分析疲劳断裂断口的特征。结果表明,喷丸强化覆铝7B04-T7451试样表层硬度从表层向内部逐渐增大,直到基材硬度,表面硬度较原始试样略有提高;覆铝7B04-T7451试样表面发生剧烈的塑性形变,弹丸尺寸较大,表面粗糙度明显增大;喷丸强化引入深度约150μm的残余压应力层,但其残余压应力数值和应力峰值均较小。喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的疲劳性能没有获得提高,由于表面粗糙度和塑性形变显著增大,使得疲劳裂纹源在覆铝层表面萌生较快,疲劳寿命降低。

表面纳米化对钛合金与钛铝合金扩散连接影响的研究

通过喷丸处理在TC11钛合金表层获得纳米晶,分别对TiAl合金与TC11钛合金、表面纳米化TC11钛合金在不同连接温度下进行扩散连接。利用透射电镜、扫描电镜、电子探针进行组织与元素分析,测试接头的剪切强度。实验结果表明,经过喷丸后TC11钛合金在表层获得厚度为20μm的纳米晶。表面纳米化处理有利于促进扩散中间层的增长,降低最佳扩散连接温度。扩散中间层的厚度对接头剪切强度与断裂方式有较大的影响。钛合金经表面纳米化后,扩散中间层厚度为1.7μm时,剪切强度最高。

激光喷丸表面强化技术的研究综述

激光喷丸是利用脉冲激光和材料相互作用诱导的冲击波压力实施表面改性的新型技术,适用于不同材料构件的表面处理。通过合理设置工艺参数,可以有效改变材料表面完整性,显著改善材料的耐磨损、耐腐蚀和抗疲劳性能,提高工程构件服役寿命。介绍了激光喷丸的技术原理、工艺特点和发展历程,综述了相关领域的国内外研究进展,总结了目前激光喷丸技术的主要应用方向,并就后续研究与应用进行了展望。

盐雾环境中2A12铝合金与钛合金搭接件的缝隙腐蚀行为

通过腐蚀形貌观察、腐蚀产物分析、极化曲线和电化学阻抗谱测试,研究了2A12铝合金与钛合金搭接件在中性盐雾环境中的缝隙腐蚀行为。结果表明:与2A12铝合金搭接件暴露区相比,缝隙区的腐蚀更严重,缝隙区与暴露区之间出现明显的分界线;对于2A12铝合金搭接件暴露区,腐蚀前期未出现明显的腐蚀现象,腐蚀12 h后发生点蚀;对于2A12铝合金搭接件缝隙区,随着腐蚀时间的延长,其表面由亚稳态点蚀逐渐发展为稳态点蚀,腐蚀加剧,形成点蚀坑群。

Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响

采用SEM、XRD和力学性能等测试手段研究了Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响,尤其是通过研究织构对Ni/Co质量比与弯曲成形性能的关系进行了分析。结果表明:较小的Ni/Co质量比能够促进合金发生回复和再结晶转变,并且可以细化铸态和峰时效态合金的晶粒。在RD方向上,Ni/Co质量比为1时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有R{124}〈211〉和Copper{112}〈111〉织构。在TD方向上,Ni/Co质量比为1.5时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有Copper{112}〈111〉、S{123}〈634〉和R{124}〈211〉织构。此外,Ni/Co质量比为1时合金具有最高的硬度、电导率和伸长率以及相对高的强度。通过理论计算发现,Ni/Co质量比为1时合金在RD方向上最容易发生塑性变形。弯折试验结果表明,Ni/Co质量比为1时合金具有最好的纵向(GW)弯曲成形性能,最小弯曲比为2.1,试验结果与计算结果一致。

钛合金榫结构微动疲劳防护技术研究综述

综述了航空发动机叶片–轮盘榫型连接部位的微动疲劳损伤形式及试验方法,总结了提高钛合金抗微动疲劳性能的表面改性技术,介绍了不同强化手段的处理方式、作用机理以及在提升发动机榫结构微动疲劳性能方面的应用,同时指出了目前该领域内存在的问题,以期为钛合金叶片榫头抗微动疲劳设计提供借鉴。

Sn-15Cu-xNi合金组织及油润滑磨损行为

利用电感耦合等离子发射光谱仪、场发射电子探针、场发射扫描电镜、激光扫描共聚焦显微镜、布氏硬度计、多功能摩擦磨损试验机,研究Sn-15Cu-xNi合金的组织及油润滑磨损行为。结果表明:Sn-15Cu合金中的硬质颗粒为Cu_(3)Sn+Cu_(6)Sn_(5)组成的板条状包晶组织,添加0.1%Ni可以细化Cu_(3)Sn并使Cu_(6)Sn_(5)包覆层增厚,添加0.5%Ni可以完全抑制Cu_(3)Sn的出现,并使Cu_(6)Sn_(5)明显细化且弥散分布,添加1%Ni后,Cu_(6)Sn_(5)的细化效果减弱。Sn-15Cu-xNi合金具有高载稳定性与减摩性。在200 N载荷作用下,硬质颗粒起承载作用,而软基体磨损后形成的微小坑洞成为贮油空间,维持了润滑油膜的稳定性。Ni含量为0.5%时,磨损表面的贮油坑洞最均匀细密,致使Sn-15Cu-0.5Ni合金具有最优的磨损性能。

基于新型试验装置的TC_4钛合金面接触微动磨损行为研究

自主设计了一套微动磨损夹具装置,可以更好地实现线/面、面/面接触。设置一组喷丸强度梯度处理Ti-6Al-4V合金试样,并与未喷丸磨光态试样进行对比试验分析。探讨喷丸处理对Ti-6Al-4V合金试样面/面接触形式微动磨损性能改善效果。试验结果表明,喷丸强化影响效果随喷丸强度参数变化而波动,其中,0. 20mmA喷丸强度处理在所有喷丸参数中表现最优。微动参数倾向于大滑移状态时,0. 20mmA喷丸强度处理试样较未喷丸磨光试样表现出一定的抗面/面接触形式微动磨损性能;在微动参数倾向于黏着状态时,0. 20mmA喷丸强度处理试样并未表现出良好的微动磨损抗性。

合金凝固组织微观模拟研究进展与应用

凝固组织是连接合金成分与性能的桥梁,准确认识和把握合金凝固微观组织的形成机理、主导因素与控制途径,对凝固组织与性能的优化具有重要意义。近年来凝固过程数值模拟取得了显著进展,元胞自动机(cellular automaton,CA)在合金凝固组织模拟研究方面展现出极大潜力。本文阐述了凝固组织计算中常见的形核模型与特点,对CA法枝晶生长模拟中的关键环节进行了分析和探讨,在此基础上,简要概括了铸造、定向凝固等相关领域凝固组织宏观-微观耦合模型的开发和应用现状,并对凝固组织模拟的发展趋势进行了展望。

连铸圆坯非均匀传热/凝固行为的无网格计算方法

基于移动最小二乘近似和变分原理,推导并建立了基于无网格Galerkin(EFG)法的连铸圆坯二维横截面传热/凝固计算模型。以实测结晶器热流为边界条件,模拟分析了圆坯的非均匀凝固行为,重点讨论了节点布置和支持域尺寸等影响无网格模型适用性和计算精度的关键问题。结果表明,建立的EFG模型在节点布置上十分灵活,提出的直角坐标系下的"同心圆"式节点布置方案,可以很好地处理圆坯曲线边界及坯壳凝固界面推进的问题。在支持域尺寸为平均节点间距的1.7倍时,均匀和随机2种节点布置方式下,模型都达到了较高的计算精度。研究结果证实了EFG模型应用于铸坯非均匀传热、凝固计算的可行性和正确性,在凝固界面追踪中体现出显著优势,为后续铸坯传热-力学行为耦合和裂纹预测的研究提供了基础。

H13钢表面激光熔覆Al_(0.8)CoCr_(0.23)FeNi_(x)W高熵合金涂层及其性能

以热作模具钢H13为基体,通过激光熔覆在其表面制备了Al_(0.8)CoCr_(0.23)FeNi_(x)W(x=0,0.25,0.5,0.75,1)高熵合金涂层,并研究Ni对组织结构及其热稳定性和耐磨性影响。结果发现Al_(0.8)CoCr_(0.23)FeNi_(x)W高熵合金组织结构随Ni元素的添加发生结构变化,Ni的添加促进μ-Fe7W6相生成,起到弥散强化作用,提高涂层的硬度及其耐磨性。在800℃保温后测试其涂层的稳定性,结果表明Al_(0.8)CoCr_(0.23)FeNi_(x)W高熵合金涂层均有较高的硬度和耐磨性,8 h保温后硬度(HV)仍高于500。

Cr、Y元素对Cu-Te合金组织与性能的影响

采用真空感应熔炼法制备了Cu-Cr-Te合金和Cu-Cr-Te-Y合金,研究了Cr元素及稀土Y元素对铸态Cu-Te合金组织与性能的影响。结果表明,Cu-Cr-Te合金组织由Cu基体、CuTe颗粒相和Cr单质构成,添加Y后,组织中出现TeY/TeY密集相。Cu-Cr-Te合金的抗拉强度及硬度随着Cr含量的增加呈上升趋势,电导率和伸长率下降。加入Y后,合金组织均匀致密,晶粒尺寸细化,晶界清晰。Cu-0.7Cr-0.5Te-0.3Y合金的抗拉强度为235 MPa,较Cu-Te合金提高了46.88%。

高性能铜合金研究现状及发展趋势

从铜合金材料的性能需求出发,系统阐述了高性能铜合金的发展历程、研究现状及未来发展方向。以铜合金服役性能为主线,介绍了铜合金强度、导电性、耐热性和耐磨性等影响因素、调控机理及相互作用机制。总结了高强高导铜合金、高耐热铜合金和高耐磨铜合金的制备方法和强化机理,为新型高性能铜合金的设计与制备提供参考。

结晶器弯月面液渣周期性流入行为与机理解析

把握弯月面处液体保护渣随结晶器振动的周期性流入机理与控制要素,是稳定和提高连铸坯表面质量的前提。考虑弯月面区域钢液-保护渣-空气三相的几何、接触和运动特性,建立了耦合钢液传热、坯壳凝固与液渣流动的数学模型,预测结果与实际测量以及相关报道吻合,模拟分析了液渣的周期性流动和流入行为。围绕影响保护渣流入和消耗的主要因素,重点研究了液渣流入的周期性行为,探讨了一个振动周期内液渣的流入量、流入速度与渣道宽度的变化特点。通过界定和解析弯月面附近不同区域液渣流入的贡献和规律特征,对主导液渣流入的影响因素和作用机制进行了分析。结果表明,在一个振动周期内,保护渣向渣道的流入过程分为2个阶段和2种过渡状态。在第一阶段,流入的液渣主要由靠近弯月面钢液顶部的区域提供;在第二阶段,流入的液渣基本由靠近渣圈的区域提供;处于过渡状态,2个区域液渣流入渣道的量是此消彼长的过程。在弯月面区域,水平方向速度是制约液渣流入渣道入口或远离渣道入口的主要因素,垂直方向速度是影响液渣流入区域与瞬态流入量的关键,并且瞬态流入量受矢量速度分量与渣道宽度共同的影响。在此模拟条件下,液渣在整个振动周期均流入,流入量峰值为正滑脱中期,流入量低谷在负滑脱中期至负滑脱结束之间。

基于温度时序特征层次聚类的连铸黏结漏钢预报方法开发

黏结漏钢的准确识别和预报对于连铸全流程的控制至关重要。黏结漏钢是连铸过程中最具危害的重大事故,如果不能及时、准确地对黏结漏钢进行提前预测和处置,由此带来的漏报、误报不仅严重损坏铸机设备,还将极大影响铸坯质量和生产顺行,带来巨大经济损失。为了捕捉和识别黏结漏钢时结晶器铜板的温度时序特征,将层次聚类(Hierarchical clustering)与动态时间弯曲(Dynamic time warping,DTW)计算方法相结合,构建并开发了一种基于机器学习的新型黏结漏钢预报方法。与现场服役的漏钢预报系统进行测试和对比,结果显示,建立的方法在保证真黏结100%报出率的同时,将误报次数降低了近60%,大幅提高了黏结漏钢预报准确率,避免了由错误报警引起的铸机降速或停机,对于促进连铸过程顺行、稳定和改善连铸坯质量具有积极意义。基于聚类的黏结漏钢预报方法展示出良好的应用潜力,为连铸过程异常监控提供了新思路。

稀土Er对A356合金组织与性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机研究了Er元素对A356合金组织与性能的影响,并分析了其变质机制。结果表明,Er元素可以改善与共晶Si的形貌,得到短杆状共晶Si。当Er含量为0.3%时合金的力学性能最好。经T6热处理后,合金抗拉强度提高了31.2%,伸长率提高了233%。

连铸坯实测反问题热弹黏塑性建模与分析

为了研究连铸板坯的传热和力学特征,通过建立考虑蠕变的铸坯热弹黏塑性全尺寸有限元数值模型,以实测温度和传热反问题获得的热流为依据,计算和探讨了结晶器内铸坯的传热、应力和应变行为。结果表明,弯月面下100~200 mm铸坯表面承受拉应力,宽面距角部40~90 mm的偏角部区域温度较高,坯壳厚度也较薄,距角部约400 mm处温度相对较低,收缩量及应力应变较大。窄面近角部区域的应力和应变总体上低于宽面,距角部越近,窄面铸坯表面的应变越高。偏角部区域坯壳厚度、应力、应变的非均匀性及存在的过大差异,是探讨近角部裂纹成因需要考虑的重要因素。

原位自生Fe3Al增强Cu基复合材料的组织和性能

通过XRD、OM、SEM、TEM和拉伸试验等手段,研究了不同Fe3Al含量和变形工艺对原位自生Fe3Al增强Cu基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,当Fe3Al含量增加时,复合材料晶粒明显细化;第二相以纳米尺度的Fe3Al为主,且均匀分布在Cu基体中;经过冷轧和退火处理后,晶粒进一步细化,同时强度得到提升。Fe和Al含量分别为10%的复合材料在经过90%冷轧变形和350℃×1h退火处理后,显微硬度(HV)和抗拉强度分别达到272和871MPa。