基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1491.6℃.建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.

UDS-III型金刚石压机结构的有限元分析

UDS-III型金刚石压机是国产金刚石合成装备———铰链式六面顶压机中最新机型。其高温高压工作状态对压机结构提出了严格的设计要求。借助有限元分析方法,模拟压机的实际工作状态,获得了压机铰链梁各零件的应力和变形值。对其强度性能进行了较为完善的理论分析。其分析结果对于改良、完善现有设计及发展新的大吨位压机提供了理论参考。

表面掺杂增强金刚石/铜复合材料界面结合的计算研究

采用基于密度泛函理论的材料模拟程序CASTEP模块,研究B、N、Si掺杂对金刚石表面结构的影响。结果表明,B、N、Si的掺杂可以改变金刚石表面的电子状态,其中硼原子会与碳原子形成强的键合作用,而硅和氮原子则形成弱的键合作用。并以B、N、Si封端金刚石作为增强体,分析掺杂金刚石对金刚石/铜复合材料的影响,结果表明,对金刚石进行表面掺氮和掺硅可以提高金刚石/铜界面的结合强度,其中掺氮的效果最好。电子态密度表明,掺杂金刚石表面第一层原子在费米能级附近的电子状态分布对电子-声子耦合有利。

c'BN超高压颗粒破碎规律及其对PcBN烧结特性影响

以立方氮化硼与碳/氮化物陶瓷微粉为初始颗粒,分别设计了常温超高压挤压与高温高压烧结实验,利用激光粒度分析仪、SEM、XRD等进行表征。研究表明,超高压挤压1min即完成了颗粒破碎与86.47%以上的致密化过程,颗粒破碎机制为脆性断裂与晶内裂纹,破碎后极易团聚且流动性较差;cBN颗粒破碎率与晶粒尺寸正相关;cBN与陶瓷微粉均具有超高压与高温高压的两次颗粒致密化过程。颗粒破碎形成的活性表面与细颗粒有助于烧结致密化,但颗粒破碎引起的裂纹等“内伤”亦会对烧结体性能产生负面影响。

大腔体六面顶金刚石压机铰链梁锻造模具结构多参数优化

针对大腔体六面顶金刚石压机关键部件铰链梁的锻造过程进行了研究。为提高铰链梁锻造模具的使用寿命,利用Deform-3D软件对终锻过程进行了模拟,并对模具结构参数进行了优化。首先以模具应力为优化目标,选取模具边角及圆角处的7个结构参数为设计变量。通过Plackett-Burman Design筛选出对模具应力影响较显著的变量,将其作为最终优化变量进行研究。利用Box-Behnken Design抽样并建立了响应面回归模型,在拟合模型有效的前提下,通过引入动态惯性权重及学习因子改进粒子群算法,利用其寻优得到最优模具结构参数,并通过有限元仿真验证了结果的可靠性。结果表明,通过对模具结构的多参数优化,模具应力减少了25%,模具使用寿命得到显著提高。

水雾化Fe-Cu-Ni预合金粉末在串珠中的应用

金刚石串珠制备中,单质粉末配方易出现烧结温度不稳定、元素偏析、显微组织不均匀、强度硬度低等问题,胎体粉末的预合金化能有效改善此类问题。将胎体配方中的主要成分Fe、Cu、Ni采用水雾化技术制备成预合金粉。结果发现预合金粉在烧结过程中更稳定,同时各元素在烧结过程中未出现偏析现象,提高了烧结体的致密度、硬度及强度。并形成了韧性与脆性相结合的显微结构,在提高串珠锋利度的同时又增加了其耐磨度,进而提高了串珠的整体性能,延长了串珠的使用寿命。

中国超硬材料合成装备技术发展路径综述

随着自动化技术、液压技术、机械设计制造工艺水平的发展和普及,国内超硬材料合成装备技术发展迅速。文章主要介绍了超硬材料的主要合成装备技术的发展情况,以及各自的特点和应用范围,特别肯定了无缸锻造压机和MPCVD装备的发展。文章指出:六面顶压机仍然是国内的主流合成设备,CVD沉积炉在现阶段可作为补充设备。HPHT装备技术日渐成熟,CVD相关技术装备已有产业化,但仍有很多方面处在研发阶段,成长潜力值得期待。

高温高压下叶蜡石和白云石的结构研究

叶蜡石和白云石是金刚石高温高压合成工艺中重要的辅助原材料,直接影响着高压合成过程中的设备安全及产品质量。同时,高温高压环境必然会对叶蜡石和白云石的结构性能产生重要影响。采用X射线衍射和热重分析研究了叶蜡石模具和白云石套管在高温高压使用前后的成分和结构变化。结果表明:经高温高压使用后,叶蜡石模具,包括其边角处、外侧、中部和内侧均未产生相变,与使用前具有相似的结构和热稳定性。而白云石则发生明显改变,高温高压下套管外侧的白云石会部分分解,生成CaCO3和MgCO3,而套管内侧白云石则相对稳定。但是由于高温扩散作用,石墨会扩散并在白云石套管内侧形成聚集。因此,该结果表明,高温高压使用后的叶蜡石存在再次循环使用的可能性。

基于单元分解的结构断裂扩展有限元法

研究并提出了一种基于单元分解的扩展有限元方法,并将其用于求解结构断裂问题。首先,将不含加强节点的四边形单元剖分为四个三角形子域,通过加权平均获得单元中心处局部应变值;其次,基于三角形子域局部应变进一步构造单元刚度矩阵稳定项。最后,将该单元分解法应用到扩展有限元法的分析中。与传统扩展有限元方法相比,该方法可有效减少积分点数量、避免复杂等参变换且能保证裂纹尖端应力强度因子的求解精度。

熔盐法合成Ti和TiC镀覆层对金刚石热稳定性的影响

金刚石表面金属化处理是提高金刚石制品性能的重要技术手段之一,镀覆层质量对金刚石及其制品的热稳定性和耐磨性都具有重要影响。采用高温熔盐法在金刚石表面成功镀覆Ti和TiC层,利用XRD、SEM对镀覆层的组成和形貌进行表征,并对镀覆后金刚石颗粒的热稳定性进行研究。结果表明:镀覆后金刚石由黄色变为灰黑色,其光学透过率大大降低。在800~900℃镀覆时,金刚石表面会形成Ti和TiC复合镀层,但800℃时的镀层比较稀疏,甚至出现漏镀现象,而在900℃时得到的镀层比较均匀致密;在1100℃镀覆时,镀覆层为TiC,镀覆层较厚而且出现分层、开裂现象。由于镀覆层的保护作用,金刚石的氧化温度增加,失重率大大降低。尤其是在900℃时镀覆后,金刚石的失重率由原料的91.3%降至镀覆后的9.3%,热稳定性显著提升。因此,熔盐法合成Ti镀覆层的最佳温度为900℃。

新型旋挖截割部件设计与试验分析

为增强截齿装配的可靠性和便利性,基于现有截割部件装配体系,设计出一种新型截割部件结构,即通过螺栓将齿座与夹板固定后焊接在旋挖机筒壁上。为研究该结构可行性,通过理论计算对螺栓连接进行校核后,对三个不同形式的截割部件开展现场试验和有限元分析,对比研究了试件失效情形、应力集中部位、螺栓应力峰值。结果证明:试件失效情形为螺栓变形;有限元分析进一步论证了破坏原因是截割力对螺栓的剪切作用,后续应针对结构的抗剪切能力进行优化改进。

多种倾角类比SLM成形TC4复杂曲面构件性能

为探究SLM成形TC4钛合金高性能复杂曲面构件,选择激光束垂直基板扫描,成形与Y轴成0°、30°、45°、60°四个典型倾角结构作类比分析,探讨倾斜角度对SLM成形件表面形貌、内部组织及力学性能的影响。为提高SLM成形复杂构件的综合性能,对45°倾斜角试样进行固溶处理和完全退火处理分析,讨论热处理对45°倾斜角试样的拉伸性能及断口形貌的影响。结果表明:不同倾角的TC4试样表面存在球化、沟壑、沟脊和未溶粉末粘连等缺陷,且倾斜角度越大,表面沟壑和沟脊缺陷越明显;而试样倾角变化对其内部组织和显微硬度影响较小。经950℃固溶处理后的试样,α相溶解,强度明显下降;固溶处理试样断口形貌韧窝面积大且深,试样塑性增加,与强度分布特征相符。由此可推测,SLM成形复杂曲面构件的表面缺陷较多,但内部组织性能相对均衡,且固溶处理能够减少内部缺陷,提高构件综合性能。

WC对感应钎涂金刚石涂层组织及性能的影响

在镍基钎料中加入WC微粉,采用钎涂的方法在Q235钢上制备金刚石涂层,研究WC微粉对金刚石涂层组织及耐磨性的影响,并通过扫描电镜、能谱分析、显微硬度和磨损失重测试表征金刚石钎焊涂层的组织和耐磨性能。结果表明:在钎涂过程中,金刚石、WC微粉与镍基钎料合金发生冶金结合,WC颗粒在镍基基体中具有弥散强化与细晶强化作用,添加质量分数为10%WC的钎料合金的洛氏硬度与未添加WC时的比较提高了7.5%;且在相同的磨损实验条件下,未添加WC微粉的钎涂金刚石涂层质量损失为0.196 g,而添加WC微粉后的涂层质量损失为0.148 g,后者的耐磨性能提高了24.5%。

钎焊技术在金刚石工具中的应用

简要介绍了金刚石工具、工具分类及其制造过程中用到的钎焊技术,分析了金刚石颗粒与基体的连接原理与形式,就金刚石工具行业国内外发展状况评述了钎焊技术的相应发展,阐述了预合金粉末的扩散钎焊现象及有益作用,探讨了钎焊材料、钎焊工艺和钎焊设备的协同规律,提出了金刚石工具行业钎焊技术的发展方向,为国内金刚石工具和焊接行业发展研究提供参考。

基于VB的钢筋切断机飞轮转动惯量计算模型

钢筋切断机工作过程中,由于切割瞬间工作阻力较大,使电机的运动状态变化较大.电机在工作过程中的速度降是衡量钢筋切断机设计质量的重要指标之一,相关国家标准对其作了严格规定.飞轮转动惯量的选择及形状设计对于改善切断机的工作状态十分重要.本文建立了钢筋切断机飞轮转动惯量设计的通用计算模型,并采用VB程序编制了飞轮设计的总程序.

基于VB的钢筋切断机通用动力学计算模型

针对典型钢筋切断机的结构建立了钢筋切断过程中的通用动力学计算模型,并采用VB程序编制了执行机构的运动分析程序、各构件转动惯量的计算程序以及电机真实运动分析的总程序.依据上述计算模型和程序对GQ40型钢筋切断机进行实际计算,当切断直径为40 mm的45#圆钢时,电机的速度降幅为12.7%,与实测结果13.1%相吻合,表明所建立的计算模型和编制的相关程序是正确的.

不同TiN含量整体式PCBN复合材料微观组织及性能研究

在高温高压烧结条件下以TiN为主要结合剂,加入一定量的Al,研究TiN含量对整体聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料微观组织与力学性能的影响。分别对烧结样品进行物相组成分析、微观结构观测以及体积密度和硬度测试。结果表明:CBN与结合剂TiN、Al反应生成TiB2、AlN,TiN与Al发生反应生成Al3Ti,TiN与反应生成物AlN、TiB2、Al3Ti等构成黏结相均匀分布于CBN晶界周围,牢固地将CBN晶粒黏结在一起,有效地提高了整体PCBN复合材料的结合强度。低含量TiN对整体PCBN的致密度和硬度均有一定程度的提升,在TiN、Al、CBN的质量分数分别为10%、10%、80%时,整体PCBN复合材料的力学性能达到最佳。

钢筋弯曲机传动方案的比较与选择

通过对钢筋弯曲机"带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动"和"带—三级齿轮传动"的传动效率及传动精度的分析比较,认为:手动操作的弯曲机,宜采用"带—三级齿轮传动"结构,以利提高其传动效率;而全自动或半自动操作的弯曲机,宜采用"带—两级齿轮—蜗轮蜗杆传动"结构,以利提高传动精度.基于此,对现有传动方案提出了一种改进思路:对以传递动力为主的传动系统,可优先考虑将蜗杆传动布置在高速级;对传动精度要求较高的系统,才考虑将蜗杆布置在低速级.

人造大单晶金刚石的合成技术进展及主要应用

随着宝石级金刚石合成技术的不断进步,最好的人造金刚石其品级已经超过了天然金刚石。文章简单介绍了大单晶金刚石高温高压合成技术和CVD合成技术近年来的进展,大单晶金刚石的主要应用以及市场前景。