RH精炼炉用耐材技术研究进展

简述了RH精炼炉的分类和冶炼工艺,总结了RH精炼炉用耐火材料的主要种类及其损毁机理,详细论述了RH精炼炉用高档镁铬砖、镁尖晶石砖、低碳MgO-C砖、尖晶石-C砖、含ZrO_(2)/Y_(2)O_(3)的MgO砖、MgAlON结合MgO质耐火材料,以及不定形耐材技术的研究新进展概况,并指出我国RH精炼炉用耐材技术取得的显著进步,但与国外新技术相比仍存在一定差距,未来仍有较大的发展空间。

1561铝合金厚板力学性能不均匀性研究

以国产1561铝合金40 mm厚板材为研究对象,通过厚板拉伸、圆棒拉伸、布氏硬度、SEM等研究了不同批次40 mm厚1561板材的力学性能及微观组织。结果表明:当板材心部附近出现明显的析出带时,材料的塑性和强度明显下降,拉伸断口出现裂纹分层。

激光钎涂金刚石的涂层形成行为及其机理分析

利用激光热源进行金刚石钎涂研究,并借助高速摄像对金刚石涂层成形行为及其机理进行分析.结果表明,在没有金刚石的情况下,钎料粉末的熔合铺展过程可分为粉末熔化、液态钎料聚合、粉末吸附熔合、润湿铺展和涂层凝固成形5个阶段,表面张力最小的位置处于熔池中心,而表面张力最大的位置处于熔池边缘,熔池中存在表面张力梯度,是熔池流动的主要驱动力;涂层中加入金刚石,涂层成形经历比未加入金刚石多出一个阶段,即金刚石迁移至涂层表层阶段,位于钎料润湿铺展阶段之后,钎涂过程中,金刚石趋向于沿着熔体表面边缘上浮,这主要是由于金刚石与液态钎料之间的界面张力远大于与固态基体界面张力,还有Stokes力、重力、浮力、Basset力等综合作用所致;钎涂过程中,金刚石透射激光的高效低损伤热作用特性会有效避免金刚石在钎涂过程中的过热损伤,这是金刚石激光钎涂层的最大潜在优势.

基于数值模拟的通海阀铜合金铸件工艺优化

针对某船舶通海阀在铸造过程中易产生缩孔、缩松等缺陷问题,以Cu-7Ni-7Al-4Fe-2Mn合金通海阀铸件为研究对象,使用三维制图软件UG构建了铸件3D模型,并结合通海阀铸件的结构特性,设计了底注式浇注系统。利用数值模拟软件模拟了铸件的砂型铸造过程,分析了可能出现缩孔、缩松缺陷的位置,优化了通海阀铸件的浇注系统。研究了浇注温度、浇注时间、铸型预热温度等参数对铸件缩孔、缩松率的影响规律,结合正交试验方法优化出匹配的铸造工艺参数。研究结果表明,工艺参数对通海阀铸件缩孔率的影响程度从大到小依次是浇注时间、铸型预热温度、浇注温度。优化后的工艺参数分别为浇注温度1 200℃,浇注时间30 s,铸型预热温度35℃。通过在铸造缺陷较多的部位增大冒口尺寸,有效减少了缩孔、缩松铸造缺陷的产生。

超高速激光熔覆技术及其耐磨蚀涂层材料研究进展

超高速激光熔覆技术是一种新型的表面涂层制备技术,可用于制备具有冶金结合的致密金属防护涂层。与传统熔覆工艺相比,超高速激光熔覆的加工效率高、涂层稀释率低,且涂层内部晶粒组织明显细化,可表现出更加优异的防护性能,在工业生产中具有广阔的应用前景。介绍了超高速激光熔覆技术的原理与加工特点,分析了国内外超高速激光熔覆设备的发展现状,综述了超高速激光熔覆涂层材料的研究进展,讨论了当前超高速激光熔覆涂层发展的主要问题,并展望了超高速激光熔覆技术及其涂层材料的发展趋势。

三维碳纤维基复合材料及其在海水溶解氧电池中的应用性能

以三维碳纤维刷为基体通过一步水热还原法制备了石墨烯/铂复合电极(Pt-G/CFB),分析结果表明碳纤维丝束上均匀生长和包覆了大量Pt纳米微粒和石墨烯,Pt晶粒尺寸约3.1 nm;复合电极具有较大比表面积和丰富的介孔结构。Pt-G催化剂在氧还原反应(ORR)中表现出良好的催化性能和稳定性。将复合电极与Al合金阳极组成海水溶解氧电池进行放电测试,电池在低温、贫氧及小电流密度条件下放电性能良好,最大功率密度达到197 mW/L。

外加能场辅助搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊作为先进固相连接技术,广泛应用于航空航天等领域,轻质高强材料及异种材料连接对常规搅拌摩擦焊的发展提出了新的挑战.近年来,外加能场辅助搅拌摩擦焊技术的兴起有效地解决了异种材料连接中塑化程度不匹配和界面金属间化合物导致接头脆化的问题.同时,这一技术也为解决高熔点材料流变应力大、塑性变形能力差以及焊具磨损严重、焊接效率低等问题提供了新的思路.文中综述了外加能场辅助搅拌摩擦焊的研究现状,包括感应加热、激光加热、电流加热、电弧加热和超声辅助等,从过程产热、材料流动、组织性能调控和耦合作用机制等方面分析了热能和机械能对接头微观组织和性能的影响规律,同时对未来的研究方向进行展望.

Ti6321合金激光-MIG复合焊接接头组织和力学性能分析

对6 mm厚的Ti6321钛合金板开展激光-MIG复合焊接试验,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明,焊缝区金相组织主要为粗大的β柱状晶和细小的针状α’相形成的网篮组织;热影响区金相组织分布不均匀,近焊缝区组织主要由针状马氏体α’相和等轴α相组成,而近母材区组织主要由等轴α相、针状马氏体α’相和少量残余β相组成。拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,抗拉强度均值为935 MPa。焊缝和热影响区的硬度明显高于母材,最高硬度值出现在熔合线附近。

制备工艺对Cu-15Ni-8Sn合金晶粒特征和力学性能的影响

对比了Cu-15Ni-8Sn合金铸态、均匀化退火态(850℃×8 h)、锻造态、固溶态(840℃×1 h)和时效态(400℃×6 h)的硬度、强度和伸长率变化规律,分析了不同工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明:铸态合金的组织为发达的树枝晶;经均匀化退火后,枝晶组织消失,层片状组织完全溶于铜基体;均匀化退火态合金经锻造后,晶粒尺寸明显减小,平均晶粒尺寸从58.78μm减小到4.22μm,抗拉强度由395.39 MPa提高到659.50 MPa,细晶强化为主要强化机制;固溶态合金由于溶质原子的充分固溶,伸长率大幅提升到46.7%;进一步经时效处理后,抗拉强度提高到802.50 MPa。

热传导模式对电弧增材制造800 MPa级船用高强钢组织与性能的影响

为了研究热传导模式对800 MPa级船用高强钢增材构件组织与性能的影响,采用电弧增材制造技术在不同工艺下沉积了800 MPa级船用高强钢构件,并对其进行微观组织表征和力学性能测试.沿高度方向沉积时,构件底部主要为针状铁素体和马氏体组织,中部和顶部为块状和针状铁素体+粒状贝氏体组织,水平和竖直方向的屈服强度分别为708 MPa和652MPa,抗拉强度分别为895 MPa和831 MPa,-60℃冲击吸收能量分别为66 J和86 J;沿横向沉积时,构件的显微组织为细小的针状铁素体和板条状马氏体,屈服强度和抗拉强度分别达到929 MPa和1 020 MPa,-60℃冲击吸收能量为92 J,结果表明,800 MPa级船用高强钢增材构件的力学性能对热传导模式的敏感性较高,优化热传导模式可以明显提升其综合力学性能.

扫描间距对选区激光熔化316L不锈钢组织及硬度的影响

在激光功率180 W、扫描速率800 mm/s、层厚0.03 mm、旋转角度45°参数下,改变激光扫描间距进行选区熔化成形,研究了扫描间距的改变对选区激光熔化成形316L不锈钢试样表面形貌、微观缺陷、显微组织与硬度的影响。结果表明:随着扫描间距的增大,试样表面质量逐渐变差,试样中的孔洞、熔合不良等微观缺陷的数量与尺寸发生改变。当扫描间距为0.09 mm时,SLM成形316L不锈钢试样中的微观缺陷最少。随着扫描间距的增大,试样中晶粒形貌由柱状晶向等轴晶转变。晶粒的显微亚结构分为柱状亚结构和胞状亚结构两种类型。胞状亚结构基本上位于几个熔池的交界处。扫描间距对试样的硬度影响较小,硬度值在210~220 HV。

添加La对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti-6Al-4V-1.5Mn-xLa(x=1、1.5、2和2.5,mass%)合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等研究了合金经固溶时效处理后的微观组织和性能。结果表明:添加稀土元素La后,Ti-6Al-4V-1.5Mn合金的组织出现了明显的细化现象,组织中存在弥散分布的稀土氧化物La_(2)O_(3),对基体起到弥散强化的作用。随稀土元素La含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增加后降低,当La元素含量为2%时,合金的抗拉强度和伸长率最佳,拉伸断口为准解理断裂。

Ti6321合金TIG焊接接头组织与动态力学性能研究

采用钨极氩弧焊(TIG)焊接双态组织的Ti6321合金,对未焊接母材、近热影响区母材、热影响区和焊缝区进行显微硬度及静动态力学性能测试,并对焊接接头动态压缩前后的组织结构进行观察。结果表明:Ti6321合金经TIG焊接后,热影响区组织为等轴初生α相与β相+针状马氏体α'相构成的近双态组织;焊缝区为大块α相与针状马氏体α'相构成的网篮组织,且晶粒较为粗大。在显微硬度与静动态抗压强度方面,焊接接头热影响区最高,母材与近热影响区母材次之,焊缝区最低。母材、近热影响区母材和热影响区冲击吸收功相近,焊缝区低于前三者。热影响区因形成致密细小的针状马氏体α'相,其硬度与动态抗压强度较高,变形协调能力弱,塑性较低。焊缝区粗大的晶粒使动态塑性与动态强度都较低。在2100~2900 s^(-1)动态压缩应变率范围内,母材、热影响区与焊缝区随着应变率增大,发生了明显的塑性变形。母材与热影响区中的等轴α相由压缩前分布均匀的椭球状转变为方向不一的长条状,转变程度随着应变率的增大而增大。

高性能道床系统钢轨辐射声功率数值计算分析

高性能减振道床主要由钢轨、减振扣件、预应力道床板、道床隔振垫等组成,通过采用高性能减振扣件和道床隔振垫两级隔振措施,具有良好的减振降噪效果;减振扣件中含有谐振质量,在其设计频率处具有一定吸振效果。普通轨道的钢轨通过普通扣件直接固定于轨道基础结构上,仅有一级隔振。通过研究高道床系统钢轨辐射声数值计算得到:由于高性能减振道床轨道的钢轨扣件小于普通轨道的钢轨扣件刚度,则在50 Hz以下频段,高性能减振道床轨道的钢轨辐射声功率比普通轨道高约20 d B,在90~300 Hz频段,高性能减振道床轨道的钢轨辐射声功率比普通轨道高约2~5 dB,在300~1000 Hz频段,高性能减振道床轨道的钢轨辐射声功率比普通轨道低约1~2 dB,在10~5000Hz频段高性能减振道床轨道的钢轨总辐射声功率级的不计权和A计权结果比普通轨道低约0.7和0.5 dB(A)。

海水环境中Ti6321焊接接头点蚀萌生与生长模型

针对钛合金焊接接头在海水中长期服役可能面临的点蚀风险,通过电化学测试、预制点蚀凹坑试样的弯曲加载浸泡试验,结合累积概率、分布函数等统计学分析方法研究了Ti6321焊接接头在海水环境中的点蚀萌生和生长行为,利用极值统计法建立了点蚀生长动力学模型。结果表明:点蚀萌生时间包括点蚀萌生的驱动电位达到阈值的时间和亚稳态点蚀产生并向稳态点蚀转变的诱导时间,根据点蚀萌生时间的试验和理论推算结果保守估计,在静态海水自然腐蚀条件下,Ti6321焊接接头难以自发产生稳态点蚀;90%R_(e)弯曲加载条件下Ti6321焊接接头在海水中的最大点蚀深度符合Gumbel分布。本研究为钛合金在海水环境中点蚀萌生和生长提供了一种基于电化学、统计分析的快速试验和预测方法。

电弧增材制造传热传质数值模拟技术综述

电弧增材制造过程涉及丝材的送入和熔化,熔融金属向熔池的过渡,熔池中液态金属的对流、凝固和成形。缺陷的形成与电弧增材制造过程中发生的复杂多物理场现象密切相关。因此,需要借助高保真数值模拟技术来深入理解这些物理现象,并将其作为优化工艺条件、制造高质量产品的理论依据。本文综述了电弧增材制造传热传质数值模拟涉及的关键技术,并对未来研究方向进行了展望:首先,介绍了几种典型的热源模型,鉴于电弧增材制造过程中熔池的形成与演变是多种驱动力共同作用的结果,分析了浮力、电磁力、表面张力、电弧压力、电弧剪应力模型对流体流动和熔池表面变形的影响;然后,总结了三种金属过渡模型,包括速度入口填充液态金属、指定位置添加球状质量源项以及直接建立固态金属焊丝;最后,介绍了常用的气液界面跟踪方法。

600℃循环热处理对TA31和TC4ELI钛合金显微结构及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)和室温拉伸、冲击实验,研究了600℃循环热处理对TA31、TC4ELI钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,经过6次循环热处理后,TA31和TC4ELI的屈服强度、抗拉强度均略微增加;冲击韧性则明显下降,且TA31变化幅度更大。循环次数增加到11次后,二者强度稍有降低,冲击韧性并未进一步恶化。伸长率在循环热处理前后无明显变化。热处理过程中无α2相析出对于循环热处理的TA31和TC4ELI钛合金,亚稳定β相的分解及细针状α相的长大是TA31和TC4ELI性能变化的主要原因。

轻巧⁃承力⁃功能一体化超结构:概念、设计及应用

高端装备在极端环境下的适应性和机动性是国防安全的核心保障,具有重要战略意义.提高主承载结构的轻量化水平与功能性,是推动高端装备升级换代的关键环节.高端装备在多场耦合极端环境下工作,对主承载构件的轻量化和多功能性提出了严苛要求.现有装备的承力结构与功能(减振降噪、抗弹防爆、冲击吸能、散热隔热、吸波等)分离,造成结构和重量冗余,性能难以提升.因此,亟需开发轻巧-承力-功能一体化超结构,推进高端装备的升级换代.该文首次提出轻巧-承力-功能一体化超结构的概念并给出了明确的定义,然后结合实际工程应用需求对多种超结构的设计方案开展综述,最后对超结构未来的发展方向进行了展望.

水性聚氨酯海洋防污涂层构建及控释机理研究

针对海洋防污涂料的环保要求,通过调控聚己内酯及聚四亚甲基醚二醇的用量,合成一系列可降解水性聚氨酯。水性聚氨酯薄膜吸水率及降解率随着聚己内酯链段用量增加而增加,其降解速率随温度增加而增加。水性聚氨酯海洋防污涂层的DCOIT释放速率与其降解速率正相关,可以通过调控WPU-PCLX的降解速率,从而控制WPU-PCLX海洋防污涂层的DCOIT释放速率。

冷却速率对钴铬钼合金微观组织及力学性能的影响

钴铬钼合金具有较好的生物相容性及耐磨性,是骨关节植入物用最广泛的金属材料。研究了1 150℃保温2 h后空冷、风冷、水冷、气淬不同冷却速度的热处理工艺对钴铬钼合金材料组织与性能的影响。结果显示:随着冷却速度的提升,钴铬钼合金中的碳化物强化相更为细小、更为弥散地分布于基体中,材料强度及塑性均得到较大幅度提升。在真空条件下1 150℃保温2 h,氩气冷却冷速在150℃/min条件下,材料抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达889 MPa、585 MPa、13%。