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[硕士论文] 郝晓杰
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:激光增材制造作为一种非常具有发展前景的技术,受到极大关注并正在快速发展。增材制造过程中的控形控性研究是一个重要的研究难题,在控形控性研究中温度场是一个非常重要的研究内容。本文以选区激光熔化316L不锈钢温度场为研究对象,利用DFLUX子程序编辑编译移动双椭球热源,结合USDFLD子程序实现材料属性转变,并采用model change功能实现粉末层叠加,同时考虑了材料的热物性参数以及相变潜热的影响,分析选区激光熔化过程中温度场的变化规律。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法,建立了选区激光熔化温度场的数值模型,主要研究内容及结论如下:
  (1)进行了选区激光熔化316L实验,获得了相应的试件,并进行SEM观察,获取了特定工艺条件下的熔池结构;与ABAQUS模拟结果进行对比,验证了模拟的正确性,确定了热源参数分别为a=b=90μm,c=20μm,η=0.35。
  (2)对特定工艺条件下的选区激光熔化温度场进行了分析,随着扫描轨道增加,轨道中点的峰值温度、熔池存在时间、升温速率和熔池结构不断增加,降温速率逐渐减小;当扫描第2层时,其扫描轨道中点温度、熔池存在时间、升温速率、熔池结构均高于第1层,而降温速率低于第1层。
  (3)研究了不同工艺条件对选区激光熔化温度场的影响规律,包括激光功率、扫描速度、扫描间距以及铺粉厚度,研究发现激光功率和扫描速度的影响作用较大,扫描间距和铺粉厚度影响相对很小。
[博士论文] 陆子川
材料科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着航空航天、装甲防护、高速运输等高新技术领域对材料轻量化的不断需求,Ti-Al系金属间化合物由于兼具低密度、高比强度、高比模量等优点越来越受到人们的关注,具有广阔的应用前景。在Ti-Al系金属间化合物中,Al3Ti合金由于具有最低的密度(3.36g/cm3)、最高的弹性模量(216GPa)、较高的熔点(1360℃)以及优异的高温抗氧化能力等优点,是最具潜力的轻质高强材料。但是,由于其稳定的四方D022型晶体结构,在室温下滑移系严重缺失,展现出了很强的室温脆性特征,严重限制了其工程应用。因此,为改善Al3Ti合金的室温脆性问题,提升其室温塑性变形能力并研究强韧化作用机理,本论文基于金属基复合材料的设计思想,首先使用金属箔冶金真空热压烧结技术制备了塑性Al相强韧化Al3Ti合金的复合材料Al/Al3Ti。此外,为进一步同时提升Al3Ti合金的室温压缩和室温拉伸塑性变形能力,并研究NiTi纤维对Al3Ti合金的强韧化效果和作用机理,使用金属箔冶金真空热压烧结技术制备了连续形状记忆合金NiTi纤维强韧化(Continuous Shape Memory Alloy NiTi Fiber Reinforced,简称为CSMAR)Al3Ti合金的复合材料CSMAR/Al3Ti。在塑性Al相强韧化和连续NiTi纤维强韧化的基础上,对已制备的两种复合材料进行了多种后处理研究,并最终提出了多种Al3Ti合金的强韧化思路。通过对材料进行系统的微结构表征和力学性能测试,综合评价了多种强韧化方法的作用效果,并系统地研究了各自的强韧化作用机理,为进一步推动Al3Ti合金在轻量化结构材料领域的应用以及其它体系脆性金属间化合物的强韧化研究提供了一定的科学参考价值。
  在Al/Al3Ti复合材料中,由于合适体积分数塑性Al相的引入(6.4vol%),6.4%Al/Al3Ti复合材料可将Al3Ti合金单一的本征脆性断裂模式演变为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂模式,压缩失效样品出现了明显的45°剪切断裂特征。力学测试结果表明,6.4%Al/Al3Ti复合材料可有效提升Al3Ti合金的室温压缩塑性变形能力,应力-应变曲线体现出了明显的塑性变形行为,但是由于Al3Ti合金较强的本征脆性特征,塑性Al相的加入并未明显改善其室温拉伸塑性变形能力。热处理研究表明,由于合适的Al3Ti晶粒尺寸以及α-Al2O3相的析出强化作用,750℃、空冷热处理后样品的压缩应力-应变曲线体现出了更为显著的屈服行为以及屈服后较长的塑性变形阶段,具有十分明显的塑性变形特征,表明热处理可进一步提升Al3Ti合金的室温塑性变形能力。
  高能脉冲电流处理(Electropulsing Treatment,简称为EPT)独有的热效应和非热效应的同步耦合作用机制可有效促进Al/Al3Ti复合材料中Al3Ti基体内部原子扩散、提升位错移动能力并产生大量可移动位错,从而优化Al3Ti基体的显微组织、增强Al3Ti晶粒的<100>和<112>晶体取向、提升其孪生变形能力。与未处理的Al/Al3Ti复合材料相比,450Hz高能脉冲电流处理后样品的压缩应力-应变曲线体现出了更为明显的塑性变形行为,整体应变量得到显著提升,并且在同样处理条件下,高能脉冲电流处理样品的塑性变形能力明显优于传统热处理样品。因此,在塑性Al相强韧化的基础上,EPT的电致塑性效应可进一步提升Al3Ti合金的室温塑性变形能力。
  CSMAR/Al3Ti复合材料包括NiTi纤维、Al3Ti层、共晶区、界面反应层和少量Al相。共晶区由金属间化合物Al3Ni和Al3Ti构成,其中Al3Ni相为随机取向分布,而Al3Ti相体现出了显著的<001>晶体取向特征并具有明显的纤维织构。由于CSMAR/Al3Ti复合材料中的晶粒尺寸从共晶区向界面反应层逐步减小的梯度分布特征,拉伸过程中的裂纹扩展可以被逐步钝化、偏转,使Al3Ti合金的室温拉伸性能得以显著提升。
  TEM实验结果表明,CSMAR/Al3Ti复合材料中的界面反应层是一层由多种Ti-Al系和Ni-Al系金属间化合物组成的多相混杂结构,并且界面反应层中相的种类从靠近界面一侧到靠近共晶区一侧逐渐减少。TEM和HRTEM实验结果表明,在NiTi纤维和界面反应层之间存在一层由Ti原子和Ni原子通过原子置换效应而新形成的并具有一定程度晶格畸变和刃位错结构的连续Ti2Ni层。此外,CSMAR/Al3Ti复合材料各微观界面理想的冶金结合以及独特的界面多相金属间化合物混杂结构特征可引起变形过程中的应力传输、降低局部应力集中、提升局部变形能力。力学性能测试结果表明,CSMAR/Al3Ti复合材料的这种界面微结构特点有助于同时提升Al3Ti合金的室温压缩和室温拉伸塑性变形能力。
  退火处理研究表明,Al3Ti合金的多相金属间化合物混杂强韧化结构可由已制备的CSMAR/Al3Ti复合材料经固态扩散相变获得。由于其独特的相梯度分布以及多层结构特征,强度由共晶区一侧向界面处逐步递增,裂纹扩展从共晶区到新形成的金属间化合物层可以被逐步钝化、偏转,并且新形成的多相金属间化合物层可有效起到应力传输、降低局部应力集中的作用,有助于提升局部变形能力。力学性能测试结果表明,在连续NiTi纤维强韧化的基础上,多相金属间化合物混杂结构可进一步提升Al3Ti合金的室温塑性变形能力。
[硕士论文] 刘质彬
材料加工工程 广西大学 2018(学位年度)
摘要:镍基高温合金是高温合金中应用最广泛的合金材料。随着航空航天等领域的发展,对发动机推力及涡轮入口温度等参数提出了更高的标准,使所用的高温合金应具有更好的综合性能。因此需要更深入对高温合金进行研究,优化合金成分、改进生产工艺、提高合金高温性能。本文比较系统的研究了合金成分和预氧化温度对Ni-8Al系列合金高温抗氧化性能的影响,为镍基高温合金的实际应用提供一定的理论依据。
  本文采用粉末冶金方法制备不同Mo含量的Ni-8Al-xMo(x=0,5%,10%and15%)合金以及不同Mo、Y2O3含量的Ni-8Al-xMo-yY2O3(x=5%,10%and15%,y=0.2%,0.5%and0.8%)合金,研究不同成分合金在1000℃下氧化100h的高温抗氧化性能。选取Ni-8Al-5Mo-(0.5、0.8)Y2O3和Ni-8Al-10Mo-(0.5、0.8)Y2O3四种合金分别在450℃、650℃、850℃、1000℃预氧化处理1h后,再与未经预处理的合金在1000℃下循环氧化10h,对比其高温抗氧化性能,结果表明:
  1.合金氧化最初期氧化规律呈直线型;进一步氧化时,合金氧化规律处于一种过渡段;随着氧化的继续进行,氧化膜开始变厚,合金氧化速度逐渐变小,氧化规律呈现抛物线趋势。
  2.Ni-8Al-xMo(x=0,5%,10%and15%)合金中高温抗氧化性能最好的是Ni-8Al-5Mo合金,其氧化增重约为0.65(mg/cm2),并且氧化膜最平整、完好,与基体的结合也最紧密;高温抗氧化性能最差的是Ni-8Al合金,其氧化增重约为1.84(mg/cm2);4种不同Mo含量合金基体主要由Ni3Al相组成,氧化膜主要由Al2O3和部分NiO相组成;合金中Mo含量达到10%以上时,容易析出TCP相,大量TCP相的生成对高温合金的高温性能有不利的影响。但综合来说,Mo的添加提高了Ni-8Al合金的高温抗氧化性能。
  3.Ni-8Al-xMo-yY2O3(x=5%,10%and15%,y=0.2%,0.5%and0.8%)合金在1000℃下氧化100h后,Ni-8Al-10Mo-0.2Y2O3合金的氧化增重最小,大约为2.38(mg/cm2);Ni-8Al-15Mo-0.8Y2O3合金氧化增重最明显,大约为38.59(mg/cm2)。合金中基体相主要为Ni3Al相和部分Ni相,氧化物主要由NiO、Al2O3组成;Ni-8Al-10Mo-0.2Y2O3表面生成了相对较平整、连续和致密Al2O3膜,具有最佳的高温抗氧化性。
  4.Ni-8Al-xMo-yY2O3(x=5%,10%and15%,y=0.2%,0.5%and0.8%)合金高温抗氧化性能均随着Y2O3添加量的增加而变差,这主要是因为Y2O3未在合金中均匀的弥散分布,富含Y的相偏聚,甚至有些与镍相互作用形成低熔点共晶体,使合金脆化,性能降低;同时,Mo的氧化产物具有高挥发性,在1000℃高温下氧化时,氧化物基本全部挥发,会造成合金表面材料粉化,大大削弱了Y2O3对氧化膜的改善作用。
  5.1000℃预氧化处理对Ni-8Al-10Mo-0.5Y2O3合金的改善效果最明显,其经1000℃预氧化处理1h再经1000℃循环氧化10h后的增重量约为(1.33mg/cm2)为未预氧化处理增重11.97(mg/cm2)的1/9。
  6.Ni-8Al-5Mo-(0.5、0.8)Y2O3和Ni-8Al-10Mo-(0.5、0.8)Y2O3合金表面生成的氧化物主要是Al2O3、NiO相和少量的MoO2、NiAl2O4相组成;合金表面的氧化膜均具有双层结构,即内层氧化物主要是Al2O3,外层则有疏松的大颗粒的镍氧化物或镍铝氧化物粘附在内层氧化物上。
[硕士论文] 谭乐
材料科学与工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:本文采用有机铝化学还原法对石墨烯进行表面镀铝,并采用真空球磨法制备镀铝石墨烯/铝基复合粉末,随后采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形镀铝石墨烯/铝基复合材料。研究了石墨烯表面化学镀铝反应机理及热力学、优化了真空球磨镀铝石墨烯/铝基复合粉末工艺、分析了SLM成形镀铝石墨烯/铝基复合材料组织性能。获得的研究结果如下:
  (1)获得了石墨烯表面化学镀铝过程中组织演化规律及工艺参数对石墨烯表面化学镀铝的影响规律。在石墨烯表面化学镀铝过程中,随反应的进行,烷基铝分解形成的Al在石墨烯表面非均匀形核,并以叠层生长及三维晶体生长机制长大,在石墨烯表面形成叠层状及柱状铝粒子。随着反应温度的增加,三乙基铝的热分解反应加剧,使镀层中铝粒子含量增加,且趋于均匀分布;加入还原剂NaH后,NaH与二乙基溴化铝反应,促进了二乙基氢化铝的生成,使镀层中铝粒子含量明显增多,且分布较为均匀。反应时间1.5h,反应温度100℃,加NaH为还原剂,获得石墨烯表面铝粒子分布较为均匀的镀铝石墨烯粉末。
  (2)获得了石墨烯表面化学镀铝反应热力学性能。在298.15K时,倍半物制备反应的ΔH为-160.77kcal/mol,ΔG为-139.83kcal/mol,ΔS为-70.2cal/mol·K,属于放热反应。三乙基铝制备反应的ΔH为10.64kcal/mol,ΔG为19.87kcal/mol,ΔS为-30.9cal/mol·K,属于吸热反应。三乙基铝分解反应的ΔH为-20.21kcal/mol,ΔG为-54.822kcal/mol,ΔS为116.08cal/mol·K,属于放热反应。二乙基溴化铝分解反应的ΔH为-15kcal/mol,ΔG为-47.36kcal/mol,ΔS为108.54cal/mol·K,属于放热反应,与实验现象相符。
  (3)获得了球磨工艺对镀铝石墨烯分散性的影响规律。随球料比的增加,球磨介质数量增多,对粉末的冲击及剪切作用加强,镀铝石墨烯分散性提高;但当球料比过大时,球磨介质占据的有效空间增加,不利于粉末的分散。随球磨转速的增加,粉末受到的冲击及剪切力增加,镀铝石墨烯分散性逐渐增强,同时铝合金粉末出现变形。随球磨时间的增加,镀铝石墨烯逐渐分散均匀,当球磨时间过长时,铝合金变形量增加。球料比为8∶1,球磨转速为230rmp,球磨时间为2h时,获得镀铝石墨烯分散较好的混合粉末。
  (4)获得了激光功率对复合材料成形质量的影响规律,得到了复合材料的组织性能。随着激光功率的增大,复合材料的成形质量逐渐变好,但当功率增大到一定值时,表面出现显著缺陷。在激光功率为300W时,获得成形质量较好,内部缺陷较少的复合材料。复合材料内部主要为Al、Si、石墨烯。石墨烯在复合材料内分布较为均匀,且与Al基体间存在良好的界面结合,提高了复合材料的力学性能。复合材料的显微硬度为169Hv,比AlSi10Mg材料高出40.8%。
[硕士论文] 张广
机械工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:激光沉积成形技术是以粉末与激光同步的方式,通过激光熔化金属粉末并快速凝固逐层沉积,依据模型数据一步完成制造金属零件的技术。其特色之处是能够直接成形,普遍应用到航空、航天等高端制造领域。钛合金作为制造航空、航天零件常用的金属材料,但其属于难加工材料,且制造的零件结构复杂,给传统的制造手段带来了挑战。激光沉积成形技术可以快速制造钛合金零件,并可修复受损的钛合金零件,具有广泛的应用前景。
  激光沉积成形过程温度呈现由中心向四周不均匀立体分布,会产生巨大残余应力,造成裂纹和变形等缺陷。因此,本文针对激光沉积过程中变形等缺陷问题,借助数值仿真的方法,分析沉积过程中的温度应力分布规律,并揭示变形机理;以薄壁结构钛合金零件为对象,进行激光沉积修复薄壁结构钛合金零件性能调控研究。
  针对激光沉积成形过程中温度实时监测困难的问题,采用ABAQUS有限元软件,综合考虑材料物理力学性能参数,建立单道激光沉积数值仿真模型。对单道激光沉积Ti-6Al-4V温度、应力数值模拟,并进行试验验证。
  借助数值仿真模型,分析激光功率等工艺参数与激光沉积过程瞬态温度和残余应力的映射关系。综合考虑稀释率和残余应力,获得了钛合金激光沉积的最佳工艺参数,为后续薄壁结构的激光沉积和修复提供了指导。
  采用激光沉积成形技术修复钛合金损伤薄壁结构零件。建立钛合金薄壁结构激光沉积修复数值仿真模型,揭示应力变化规律和变形机理,为钛合金薄壁结构激光沉积修复应力与变形调控提供理论指导。
  针对典型钛合金薄壁结构光沉积成形修复变形问题,采用预热处理和添加约束的策略进行应力变形调控,最终优选出最佳方法。
[硕士论文] 李仲杰
材料工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:长周期堆垛有序结构(Long Period Stacking Order,LPSO)因其高硬度、高弹性模量、高热稳定性以及与镁基体界面共格良好等特点近年来受到了科研界的广泛关注。但目前大部分对于LPSO相的研究为原位自生方法生成,且LPSO相仅能存在于Mg-TM-RE体系中,这极大地限制了LPSO相合金的应用。本文以纳米晶LPSO粉末(LPSOp)为增强相,分别以Mg与AZ91合金为基体,制备了纳米晶LPSOp增强镁基复合材料,在提升复合材料强度的同时也拓展了LPSO相应用领域。具体方法为:采用常规铸造法制备出铸态组织含100%LPSO相的Mg85Zn6Y9(at.%)中间合金,铣床初次破碎后在SPEX8000高能球磨机中球磨成纳米晶粉末,详细研究了球磨时间及退火工艺对LPSOp组织与性能的影响。选取低于200目的LPSOp分别采用超高压(SHP)与放电等离子体烧结(SPS)方法将其分别同Mg与AZ91基体复合制备镁基复合材料并系统的研究了LPSOp含量及热处理对复合材料微观组织结构与室温力学性能的影响。
  研究结果表明:可以利用高能球磨法将铸态Mg85Zn6Y9合金成功制备成纳米晶LPSOp,高能球磨可显著降低LPSOp的粒径,细化晶粒,提高硬度,其中LPSOp显微硬度提高主要归因于球磨过程中晶粒细化、LPSO相与纳米W相团簇的协同强化作用。此外,LPSOp块体试样的显微硬度对退火温度不敏感,表明LPSOp具有良好的热稳定性。通过SHP法制备的LPSOp/Mg复合材料,致密度极高,LPSOp的加入有利于提升复合材料的力学性能,经400℃×1h退火处理后使LPSOp中的LPSO相析出,复合材料的室温抗压强度、屈服强度均有不同程度的提高,其中添加了30wt%LPSOp的复合材料的屈服强度与抗压强度分别为225MPa与360MPa,比基体合金提升了150%。LPSOp/Mg复合材料主要强化机制归因于准连续网状增强、界面载荷传递、弥散强化、固溶强化与细晶强化等。对SPS法制备的LPSOp/AZ91复合材料,致密度可达97%以上,但随LPSOp含量提高,致密度有降低趋势,烧结态的复合材料屈服强度明显高于AZ91镁合金。经400℃×24h固溶处理后的LPSOp/AZ91复合材料在塑性提升的同时,屈服强度基本保持不变;20wt%LPSOp添加量可获得最佳性能,经固溶处理后的屈服强度与抗压强度分别从200MPa和430MPa转变为230MPa和400MPa。此外,LPSOp经固溶处理后仍维持在较高硬度水平,表明LPSOp具有较好的高温性能。LPSOp/AZ91复合材料的强化机制主要是载荷传递强化,细晶强化和Orowan强化机制等。
[硕士论文] 吴黎男
动力工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:钢铁行业的污染物有55%来自烧结工艺,烧结烟气成分复杂、烟气不稳定波动大、氧含量高(15%左右)。目前缺乏一种针对烧结烟气成熟有效的NOx治理手段。随着环境的恶化和排放标准的调高。烧结工艺急需一种有效的脱硝技术来治理烧结烟气中的NOx。
  本文通过实验室机理实验到小试试验再到工程中试试验研究了湿法吸收结合臭氧氧化脱硝技术在烧结烟气上的可行性。通过模拟烧结烟气中的NO、SO2和氧气的浓度特点进行了模拟烟气臭氧氧化NO与SO2的实验研究。实验中研究了不同温度、臭氧投加量、浓度等影响因素对臭氧氧化NO和SO2影响。通过综合比较自定义的臭氧利用率、高态NO氧化率、NO氧化率、SO2氧化率,来确定工程臭氧投加的温度区间、投加量和氧化反应时间。实验证明臭氧对NO的氧化产物主要为NO2。当臭氧投加量和NO的摩尔量相当温度为110℃时臭氧的利用率最高、NO的氧化率较高。此时二氧化硫的氧化率不足5%。工程应用中上述控制条件是比较适合的。臭氧氧化同样在300平烧结机上进行了中试,发现实际臭氧利用率可达90%,O3和NO的摩尔比为1时,NO的氧化率超过90%。
  其次本文针对烧结烟气的氧化量高等特点进行了具有针对性的湿法脱硝剂及添加剂的开发。通过实验室鼓泡实验台进行不同条件(温度、PH、浓度、传质、吸收剂种类)下探究了传统脱硝剂的有效成分和影响因素。以传统脱硝剂有效成分亚硫酸根为主体开发适用于高氧环境的添加剂。通过各种添加剂的比较选择乙醇作为NO2吸收过程中的阻氧剂和吸收增效剂。通过对新的吸收剂进行温度、浓度、PH等因素的探究确定乙醇对亚硫酸钠溶液吸收NO2的作用途径和最佳参数。研究表明:传统脱硝浆液在吸收NO2中气相成分对其吸收具有很大影响,烟气中SO2的加入有利于对NO2的吸收增效,但O2的加入显著抑制其吸收;氧气是亚硫酸钠溶液在吸收NO2过程中极为不利的因素,氧气的加入会极大增加溶液中亚硫酸根的消耗,使得溶液的吸收效率和吸收容量减小。乙醇的增效途径不是直接与NO2进行反应的直接作用,而是在NO2吸收过程中进行抑制亚硫酸根被氧气和NO2的过度氧化消耗,保持亚硫酸根的浓度,其增效作用为间接作用。离子(NO3-、NO2-、SO42-)富集对亚硫酸钠溶液吸收NO2具有极大的抑制作用,但增大乙醇的添加可以有效的抑制这种负面效应,亚硫酸钠结合乙醇添加氢氧化钠为一种适应烧结烟气特点的湿法吸收剂
  最后通过小试和中试试验测试了以亚硫酸钠作为主要成分的脱硝剂的抗氧能力和脱硝能力,发现其是一种有效的吸收剂。通过改变液气比、浓度、PH、臭氧投加量进行了吸收剂性能的测试为广泛的应用提供了指导。
[硕士论文] 黄红兵
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:电解铁粉具有纯度高、生产粒度小以及催化活性高等优点,在食品药品添加剂、催化剂、铁氧体制备以及高密度机械零件上得到了广泛应用。而国内电解铁粉工业化生产才刚刚起步,工艺尚不完全稳定,生产成本高,在很大程度上限制了电解铁粉的生产及应用。
  本文采用正交实验对电解制备铁片的最佳工艺进行了研究,结果表明:电解液Fe2+浓度50g·L-1,pH值为4,电解温度25℃,电流密度100A·m-2为最佳因素组合。在该工艺参数下,电沉积速率为0.565g·h-1,电流效率达到90.1%,电解铁全铁含量达到99.83%以上。
  本文以电解铁片为原料,制备电解铁粉,并对电解铁片及铁粉纯度、表征进行分析,结果表明:(1)最佳因素组合下电解得到的电解铁经热水清洗、冷水超声处理后能有效提高电解铁纯度至99.98%,电解铁中杂质元素以Al、O、S为主;(2)电解铁片中主要夹杂物为Cu、Al、Ca、Si、O等离子组成的复合化合物,铁氧化物以及氧化铝三种;(3)电解铁粉纯度可达到99.99%,且为高纯度α-Fe,没有其它杂质相。SEM观察下,铁粉形貌呈扁平状和棒状,内部呈疏松片层状。
  本文以某电解厂生产的电解铁粉为原料,研究了电解铁粉的压缩烧结性能,结果表明:(1)常压和温压下,混合料的压坯密度都在硬脂酸锌润滑剂加入量为0.2%时,压坯密度达到最高值,分别为7.35和7.50g·cm-3;(2)大粒径铁粉更有利于压制成型,实验大粒径A在600MPa下的压坯密度可达到7.515g·cm-3;(3)实验大粒径压坯由于孔隙太大,烧结过程中完全消除孔隙困难。因此,小粒径压坯更有利于烧结,其在1000℃下的烧结密度达到7.722g·cm-3。且烧结密度随保温时间增加增长缓慢,故应多采用提高烧结温度来缩短烧结时间,提高效率。
[硕士论文] 张乐
材料加工工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:石墨烯(graphene)是一种具有优良力学及热学性能的碳纳米材料,将其代替陶瓷增强相(碳化硅、氧化铝等)加入到铝基体中,微量添加即可获得显著增强的力学性能,同时也可能提高基体的热学性能。相对于陶瓷添加相,石墨烯的密度极低,能够进一步减小复合材料的密度。更重要的,石墨烯可以解决陶瓷相硬、脆的本征属性导致的铝合金难以加工的问题。基于当前对石墨烯铝基复合材料研究的实际情况,本文选择了先使用原位还原法来使石墨烯包覆于铝粉体颗粒的表面,再通过粉末冶金工艺成型,烧结得到的复合材料块体力学与热学性能均优于纯铝块体。
  论文中对使用的氧化石墨烯(GO)溶液浓度进行了调整,发现在0.2mg/ml时溶液的分散性与稳定性均比较好。pH为4.0的弱酸条件可以除去铝粉表面的薄氧化层,又不会对铝粉产生严重腐蚀。氧化层的去除使铝与GO水溶液充分接触,确保原位还原反应顺利进行,使还原后的还原氧化石墨烯(rGO)层片紧密包覆在铝粉体表面。
  在干燥工艺中发现,干燥前使用无水乙醇对反应后的复合粉体进行洗涤,可以有效抑制铝粉体在长达8小时的干燥过程中发生水解反应,生成副产物氢氧化铝,影响复合块体的纯度及最终的材料性能。论文选取未洗涤直接干燥的粉体做了对比实验,微米级铝粉的高表面能导致水解反应进行剧烈,表面生成大量氢氧化铝使粉体发生明显增重。
  经参数优化,复合材料块体烧结温度为600℃,保温时长为5小时,烧结过程中氩气作为保护气氛。最终得到了纯铝以及rGO质量分数分别为0.1%,0.2%,和0.3%的尺寸为φ40×5mm的饼状复合材料块体。
  论文对包覆粉体以及复合材料块体进行了形貌与结构表征。扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)下可观察到rGO紧密地包覆于铝颗粒表面,并可观察到还原后石墨烯有明显的晶格结构;拉曼(Raman)光谱分析可以看到GO经包覆过程后ID/IG值由0.84变为1.13,结构发生了明显还原;X射线衍射仪(XRD)的分析结果表明,该法烧结制备出的复合材料块体中未生成明显的氧化物与碳化物;阿基米德排无水乙醇法测得块体密度分别为1.132g/cm3,1.128g/cm3,1.125g/cm3和1.132g/cm3,这表明在该范围内,提高石墨烯的加入量,复合材料的密度逐渐减小。
  论文对复合材料块体的力学、热学性能进行了测试。实验发现,纯铝以及rGO添加量分别为0.1%,0.2%,和0.3%的块体材料压缩强度分别为207MPa,232MPa,249MPa和260MPa;显微硬度分别为43.1±2.5HV,49.2±2.5HV,50.7±1.2HV和52.2±1.9HV;20℃下的导热系数分别为143W/(m*K),154W/(m*K),159W/(m*K)和165W/(m*K);20℃下的比热容分别为0.905J/(g*K),0.921J/(g*K),0.928J/(g*K)和0.987J/(g*K);针对纯铝和rGO质量分数为0.3%的复合块体的DSC测试结果也证明了在熔点温度之下后者的比热容始终高于前者。
  除铝粉体外,论文还选取了铜和钛粉体进行原位还原包覆法的辅助验证,辅助实验证明了该法的适用性。需要注意的是,在铜的包覆实验中,要在GO水溶液中加入乙醇以改善铜粉与溶液的润湿性,使铜粉得以与溶液充分接触发生反应;在钛的包覆实验中,要先用氢氟酸与硝酸的混合酸液对钛粉进行酸洗去除表面氧化层,再进行包覆反应。鉴于酸液使用上的不安全性,对钛粉这类氧化层较难除去的金属粉,本实验还探索了利用电荷吸附的原理将GO包覆于粉体表面的方法,也收到了较好的效果。
[硕士论文] 郭勇
机械制造及其自动化 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业发展水平的不断提高,金属纳米粒子及其复合材料呈现出极其重要的应用价值。为了提高电爆炸法制备金属超细粉末的工作效率,文中对电爆炸法制备金属超细粉末的工作过程进行分析,发现影响加工效率主要的因素为:矫直后的金属丝到达爆炸腔后直线精度不够导致加工中断,为了使被加工的金属丝在到达爆炸腔后满足直线精度,需要对金属丝的矫直技术进行深入研究。
  通过分析材料力学理论与弹塑性应用理论,对矫直过程中金属丝与矫直设备的弹塑性弯曲做出基本假设,分析得出金属丝在矫直过程中的弹塑性弯曲变形与曲率、弯矩、挠度等参数的关系。结合辊式矫直原理与金属丝矫直工况的要求,对平行辊矫直理论进行归纳总结,确定了适合金属丝连续矫直的平行辊矫直装置的关键参数。通过ABAQUS有限元仿真软件,结合金属丝矫直工艺的特点,完成对金属丝矫直过程的有限元模拟,通过分析金属丝矫直后的残余应力、塑性变形、矫直力和矫直后直线度等参数,验证了矫直装置结构参数、工艺参数及矫直方案设计的合理性。为继续深入研究矫直相关工艺参数的合理设置、完善超细金属丝矫直理论提供参考。
  为了进一步验证矫直装置能为电爆炸法制备纳米粉末提供可靠的连续供丝方案,文中基于电爆炸法制备纳米粉末的工作原理,设计搭建包括金属丝牵引、金属丝矫直、金属丝裁剪等模块的模拟实验平台,并完成了拥有人机界面和PLC可编程控制器的控制系统设计。通过实验验证了该系统设计的准确性与合理性。研究成果对微细金属丝的矫直工作提供参考价值,为电爆炸法制备金属纳米粉末的工作提供合理的矫直方案与实验平台,满足金属丝连续矫直的精度要求,提高了电爆炸法制备金属纳米粉末的工作效率。
[硕士论文] 胡祥瑞
固体力学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:微波烧结是一种新型的粉末冶金工艺,其具有快速、高效和显著改善材料微观结构和宏观性能等优势,是快速制备高质量新材料和具有新材料性能的传统材料的重要技术手段。微波烧结是多物理场耦合的复杂作用过程,研究微波与材料间相互作用机理,对进一步揭示微波烧结原理、指导实际生产具有重要意义。本文采用相场法,分别对微波电磁场与材料耦合作用下粉末陶瓷和金属的微结构演化开展了数值模拟研究,并结合SR-CT在线实验进行了验证。本文的研究内容概括如下:
  1、改进了传统固相烧结相场模型,引入微波非热效应对物质扩散的作用,模拟了粉末陶瓷微波烧结微结构孔隙演化的过程,并基于在线实验验证了模型的可靠性。根据微波烧结的特点,结合陶瓷材料常规烧结过程的烧结机制,探索和发展了以离子电导扩散为主的微波烧结动力学机理,并利用相场动力学理论,将电磁-热-耦合作用引入相场动力学方程,建立了微结构演化的相场模型,并模拟了微波电场作用下离子晶体陶瓷烧结过程中孔隙的演化过程,结果表明在微波电场作用下物质从电场聚焦的区域向其它区域迁移,导致孔隙在演化过程中长轴倾向于向外电场垂直方向变化,孔隙方向发生偏转。
  2、在传统相场模型的基础上引入金属颗粒间安培驱动力,对粉末金属微波烧结微结构演化进行了分析与模拟。基于金属粉末压坯在微波电磁场中的涡流效应,分析了金属表面的安培驱动力,解释了微波促进金属粉末烧结的机理。将这一力引入相场动力学模型,建立了金属微波烧结微结构演化的相场模型,并模拟了条状孔隙的演化过程,模拟结果表明金属烧结体中存在的条状孔隙会孔隙沿短轴方向闭合,且电磁场强度越高,安培驱动力越强,孔隙闭合的速率越快。
  3、开展了微波烧结氧化铝陶瓷和粉末金属铝的SR-CT在线观测实验,将实验得到的结果与模拟所得结果对比和分析,验证了数值模型和模拟结果的可靠性和准确性。分析了氧化铝的SR-CT重建结果中样品烧结前后样品孔隙的分布特征,结果表明烧结后孔隙方向发生偏转,与分析和模拟结果一致。在金属铝微波烧结在线实验结果中发现孔隙随烧结时间逐渐闭合的现象,基于实验图像模拟了孔隙的演化过程,模拟结果与实验结果基本符合,验证了理论分析和模拟的合理性。
  本文通过理论分析、数值模拟和实验验证三个方面,研究了陶瓷和金属微波烧结微结构演化机制。理论分析为数值模拟提供理论依据,实验为理论和模拟提供验证,三方面间相互支持和验证,从而实现对烧结机理的深入认识和对实际烧结过程的预测,为深入探究多场耦合作用下材料微结构演化提供了理论依据与分析途径。
[硕士论文] 张磊
材料加工工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文采用机械合金化并辅以后续烧结工艺制备了Cu-(10,15,20)wt%Pb纳米相复合结构合金,并对Cu-Pb二元互不溶体系合金在机械合金化过程中过饱和固溶体的形成机制进行了热力学计算。并采用X射线、扫描电子显微镜和差示扫描量热仪等实验手段系统研究了机械合金化制备的Cu-(10,15,20)wt%Pb互不溶体系轴承合金的组织结构和摩擦学性能变化。
  论文首先综述了轴承合金的研究进展和Cu-Pb互不溶体系轴承合金的制备方法,着重介绍了机械合金化的原理和影响因素,并简述了Cu-Pb互不溶体系轴承合金的硬度和摩擦学性能。
  采用机械合金化方法在Cu-(10,15)wt%Pb合金中制备了Pb固溶到Cu中的单相纳米晶过饱和固溶体Cu(Pb)。采用机械合金化方法在Cu-20wt%Pb合金中制备了Pb和纳米晶过饱和固溶体Cu(Pb)共存的两相组织。
  热力学计算结果表明,Cu-Pb二元互不溶体系不具有形成过饱和固溶体的热力学驱动力。Cu-Pb合金经高能球磨形成过饱和固溶体的驱动力主要来源于动力学条件,即位错的存在和晶界能的增加促进了固溶度的扩展。
  对球磨后的Cu-(10,15,20)wt%Pb合金进行等温烧结处理后,获得了第二相Pb均匀弥散分布在Cu基体上的组织。随烧结温度的升高,MA制备的Cu-(10,15,20)wt%Pb合金的密度、致密度和显微硬度先升高后减小,在623K时,合金的密度、致密度和显微硬度出现最大值。随Pb含量的增加,块体Cu-Pb合金的密度、致密度和显微硬度也增大。
  随烧结温度的升高,Cu-(10,15,20)wt%Pb合金的磨损量先减小后增大。在623K时,Cu-(10,15,20)wt%Pb合金均表现出最佳抗磨损性能。随Pb含量的增加,Cu-(10,15,20)wt%Pb合金的磨损量逐步减小,耐磨损性逐步提高。与同成分的未经球磨样品相比,球磨后的样品表现出更高的抗承载力及抗磨性。
[硕士论文] 张钊
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:电渣重熔是一种二次精炼工艺,以其优异的产品质量及凝固方式,用于多种金属和合金的冶炼。随着工业的发展,对电渣钢品质要求也在不断提高。常用的CaF2-Al2O3以及CaF2-CaO-Al2O3渣系,电渣锭中夹杂物多以铝酸盐夹杂物为主,影响了钢的性能。CaF2-CaO-SiO2渣系能有效改善钢中夹杂物的性能,提高钢的品质,然而关于CaF2-CaO-SiO2三元渣系的研究较少。本论文通过工业实验、实验室重熔实验以及渣的恒温挥发实验,研究了CaF2-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2以及CaF2-Al2O3-CaO-SiO2渣系对钢中夹杂物演变的影响,以及各渣系的挥发情况。实验结论如下:
  (1)工业实验结果表明,70%CaF2-30%Al2O3渣系电渣重熔的脱氧及脱硫效果显著。T.O含量由电极中的121ppm,降低至电渣锭中的43.6ppm。硫含量从电极中的101ppm降低至16ppm,脱硫率达到了84.16%,其中气化脱硫率为79.2%。经过电渣重熔,夹杂物的数量、尺寸及分布均得到明显改善。随着T.O含量的降低,夹杂物数密度由重熔前的855个/mm2降低至257个/mm2,最大尺寸由8.38μm减小至4.24μm,夹杂物横截面积占观察面积的比值(Sa)显著减小。钢中夹杂物由电极中的Al2O3、MnS和(Al,Ti,Mn)O-MnS复合夹杂物,经重熔后转变为尺寸在1μm左右的Al2O3夹杂,以及以Al2O3为核心,外层附着MnS的复合型夹杂。
  (2)重熔实验分别采用了五组渣系分别为:T1,70%CaF2-30%Al2O3;T2,50%CaF2-30%CaO-20%SiO2;T3,50%CaF2-25%CaO-25%SiO2;T4,50%CaF2-20%CaO-30%SiO2;T5,55%CaF2-10%CaO-10%Al2O3-25%SiO2。原钢中T.O为23.3ppm,重熔后,T1~T5钢中T.O含量均得到降低,其中T1中T.O含量为17.1ppm,T2~T5中T.O含量由11.9ppm逐渐提高到16.8ppm。其中,T1中T.O含量最高,而在T2~T5中,随着渣中SiO2含量的增加,钢中的全氧含量随之增高。原钢中夹杂物数密度为293个/mm2,T1中夹杂物数密度为168个/mm2,T2~T5中夹杂物数密度由115个/mm2逐渐提高至165个/mm2。钢中夹杂物的最大平均尺寸也由原钢中的8.02μm,减少到T1~T5中的4.31μm、3.86μm、3.91μm、3.98μm、4.11μm。原钢中Sa为0.05%,重熔后减少到T1~T5中的0.021%、0.015%、0.017%、0.019%、0.020%。T2~T5中,随着CaO/SiO2比值的降低,钢中夹杂物的数量随之增加,夹杂物尺寸也逐渐变大。
  (3)原钢中夹杂物类型基本以单独的TiN、(Al,Mg)O、MnS以及复合的(Al,Mg,Ca)O-(Ca,Mn)S夹杂物为主,最大尺寸约为10μm左右。重熔后,钢中TiN、MnS夹杂基本得到去除,T1中夹杂物转变为MgO·Al2O3尖晶石类夹杂以及MgO·Al2O3-(Ca,Mn)S复合夹杂物;T2~T5中夹杂物类型为(Al,Mg,Ca,Mg)O-(Ca,Mn)S复合型夹杂物,夹杂物尺寸在1~3μm左右。原钢和T1中氧化物夹杂基本以高熔点的MgO·Al2O3尖晶石夹杂为主,T2~T4中氧化物夹杂为低熔点塑性夹杂物,T5中氧化物夹杂有25%的夹杂物为低熔点塑性夹杂物,其他氧化物夹杂为脆性夹杂物,因此CaF2-CaO-SiO2渣系可有效控制钢中夹杂物类型。
  (4)在1673K下恒温挥发30min,T1渣系的总失重率为2.23%,T2渣系的总失重率为1.30%,T3渣系的总失重率为1.86%,T4渣系的总失重率为2.28%,T5渣系的总失重率为2.20%。随着渣中SiO2含量的升高,CaF2-CaO-SiO2渣中SiO2的活度明显增高,CaF2、CaO活度随之降低,因此选用低SiO2活度的渣系,可有效减少渣的挥发失重。
[硕士论文] 汪瑞婷
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:电渣重熔是一种在初炼基础上进一步精炼提纯钢或合金的二次精炼方法。通过重熔工艺所得钢锭组织致密、成分均匀、纯净度较高。随着科学技术的进步和现实社会的快速发展,对钢的质量和性能的要求也逐渐提高。钢的性能主要取决于其化学成分和组织结构,而非金属夹杂物严重影响着钢基体的组织结构。因此重熔过程中夹杂物的运动行为进行研究对夹杂物的去除具有重大意义。基于国内外相关论述和研究,本文采用有限体积法建立了电渣重熔过程三维非稳态数学模型,在考虑电磁场、渣金两相流场、温度场和凝固组织的基础上,运用欧拉-拉格朗日方法,跟踪夹杂物在电渣重熔过程中的运动轨迹和去除情况,并且考虑了电磁压力对夹杂物运动的影响,计算了不同粒径的夹杂物在不同电流强度下的去除率。同时,对不同电流强度下的电极氧化情况进行了模拟,得出电极氧化生成FeO在熔渣中的分布情况以及FeO的生成速率。所得结论如下:
  (1)电极中的非金属夹杂物受到电磁力,浮力,重力,曳力,升力以及附加质量力,随熔渣运动,最终大部分的夹杂物分别在渣池与空气接触面和渣池与结晶器侧壁接触面被捕获,小部分夹杂物仍在渣中随熔渣运动,极少数夹杂物会穿过凝固界面,进入钢锭中。
  (2)直径大的夹杂物颗粒在重熔过程中的去除率大于直径小的夹杂物颗粒。在电流为1200A时,粒径1μm的夹杂物去除率为90.49%;粒径10μm的夹杂物去除率增加到99.28%;在电流为1500A时,粒径1μm的夹杂物去除率为91.40%;粒径10μm的夹杂物去除率增加到99.80%;在电流为1800A时,粒径1μm的夹杂物去除率为94.55%;粒径10μm的夹杂物去除率增加到99.99%。
  (3)当电流从1200A增加到1800A时,五种粒径的夹杂物的总去除率均有增加。渣池与空气接触面捕获颗粒比例随电流强度增大的趋势与总去除率相同,而悬浮在熔渣中夹杂物比例却随电流强度增加而减小,被渣与结晶器侧壁接触面捕获到的夹杂物比例受电流强度与夹杂物粒径的共同影响。
  (4)电极熔化时,电极表面的氧化皮FeO进入到渣池中后,随熔渣运动,向下运动至熔渣与金属界面处后改变方向,向上运动,与渣池中部的逆时针涡流相吻合。然后逐渐充满整个渣池区域,向上运动的FeO在渣池与结晶器侧壁处顺时针运动,沿结晶器侧壁向下运动,形成涡流,与渣池和结晶器侧壁处的顺时针涡流运动轨迹相同。由渣池沿金属与结晶器侧壁向下扩散到金属中的FeO,在接触到金属熔池底部后,又开始向上运动,这一运动规律与金属中的顺时针涡流相同。
  (5)重熔初期,渣池中心FeO浓度高于渣池与结晶器侧壁接触面浓度,随着FeO在渣中扩散,FeO浓度基本趋于一致,但由于冷却凝固作用,渣池中的FeO含量略高于金属中FeO的含量。电流强度从1500A增加至1800A与从1200A增加至1500A相比较,增加至1800A时,单位面积FeO增加速率较快。当电流强度相同时,单位面积FeO的增加量在早期增长速度较慢,到8min后速度迅速增大。电流强度为1800A时,单位面积FeO增长率最大。
  (6)最终渣池中FeO的质量是随着电流强度的增加而增加的,当电流强度从1200A增加至1800A时的,FeO的质量从23.56×10-2g增加至24.64×10-2g,增加了4.58%。
[硕士论文] 程阳
材料工程 郑州大学 2018(学位年度)
摘要:由于铌及铌合金粉末冶金制品具有高熔点、较高的高温强度和比强度、良好的室温加工性能、焊接性和耐蚀性、无放射性的特性,其需求量在不断增多,质量在不断提高,对铌粉的要求也越来越高,目前工业生产的铌粉在性能上难以满足其要求。在高质量铌粉制备领域,德国、日本等国一直处于世界领先水平,然而由于其设备价格昂贵,生产成本高,工艺流程长,并且核心技术保密,不适合国内企业采用。氢化脱氢法是一种生产成本低,工艺流程短且可生产粒度更小,分布更集中铌粉的方法,细颗粒的铌粉在一定程度上有利于粉末冶金制品的烧结致密化,但另一方面,由于铌和氧的亲和力较强,普通碳还原铌条氢化脱氢直接制备出的铌粉氧含量普遍偏高,夹杂氧在后续合金制备过程中难以脱除,将严重地影响粉末冶金制品的烧结致密化。本文采用电子束熔炼铌氢化脱氢工艺研究制备出细颗粒低氧铌粉。实验过程中,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪及氧氮氢分析仪等分析手段对粉末制备过程中的相组成、粒度、形貌及氢、氧含量进行表征。主要研究结果如下:
  1.电子束熔炼铌锭的氢化程度决定氢化制粉能否顺利进行。对氢化过程的氢化温度、压力和时间三个因素进行正交实验,通过极差分析法对数据进行了分析,结果表明氢化温度对氢化反应的影响最大,氢化压力次之,氢化时间的影响最小。温度对反应的发生和反应速率具有显著影响作用,随着氢化温度提高,氢化速度明显加快,但是增氧程度也随之增加;在一定的范围之内增大氢气压力,可加快氢化反应的进行,但到一定程度之后对氢化反应的促进作用变得很不明显;在满足氢化要求的氢化温度和压力条件下,随着氢化时间的延长,铌锭氢化程度不断提高,直至完全转化为NbH0.95,但氢化时间过长,氢化过程增氧严重。考虑三个参数对氢化反应的影响及安全性,优化出的氢化工艺参数为500℃、0.1MPa下氢化lh。采用该氢化工艺处理电子束熔炼铌锭并经过破碎处理得到D50为56.8μm,氧含量为0.095%的氢化铌粉末。
  2.球磨过程对氢化制粉最终产物的粉末性能有着重要的影响。在高纯氩气气氛保护下进行球磨可以有效保护氢化铌粉末不被氧化,减少增氧量。氢化铌的球磨过程可分为三个阶段:初期应力集中造成粉末的破碎和粒径的减小,中期粉末的破碎和焊合达到一个动态平衡状态,粉末的粒径基本维持在一个稳定的状态,后期粉末表面活性较大,主要发生焊合团聚。球磨过程中,随着球磨时间的延长和球料比的增大,粉末颗粒尺寸变小,比表面积增大,导致其表面吸附和结合氧的能力提高,最终导致氢化铌氧含量增高。综合考虑以上三个因素对氢化铌粉末粒度和氧含量的影响,优化出球磨工艺参数为氩气气氛、球料比10∶1下球磨10h。采用该球磨工艺处理氢化铌粉末得到D50为3.3μm,氧含量为0.129%的氢化铌粉末。
  3.脱氢过程也对氢化制粉最终产物的粉末性能有着重要的影响。研究表明,随着脱氢温度升高,脱氢反应速率加快,850℃以上即可进行脱氢反应,完全脱氢则需要2h。氢化铌粉末的脱氢反应是一个增氧过程,同时粉末颗粒因外延生长和凝并生长的作用而发生长大并逐步聚集成团状,造成粒度增大。采用该脱氢工艺处理氢化铌粉末得到D50为7.2μm,氧含量为0.146%的铌粉,其性能指标优于现有工业水平。
[硕士论文] 王珊珊
材料学 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:TiAl基合金具有密度小、比强度高、比刚度高等优良特性而备受关注,成为具有突出研究及应用价值的新一代轻质高温结构材料,在高超音速飞行器及热防护材料等方面应用前景广泛。然而其与生俱来的本征脆性及高温氧化等问题限制了它在大尺寸优异薄板等材料方面的应用。粉末冶金特别是预合金粉末技术可消除铸造缺陷,为制备薄板提供优异原材料,因此,获得高纯低氧球形气雾化粉末和制备高性能粉末冶金板材是进一步扩大TiAl基合金应用范围的关键。
  本文以气雾化工艺制备的Ti43.5A15Nb1V1Y预合金粉末为原料,采用真空热压烧结进行致密化。利用金相显微镜(OM)、激光粒度分析仪、配有BSE模式及EDS能谱仪的扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射仪等分析方法,对气雾化工艺制备的预合金粉末颗粒、真空热压烧结组织及高温变形组织进行表征分析,利用Gleeble-3500热物理模拟试验机在变形温度1050℃-1200℃、应变速率0.001s-1-0.5s-1及变形量50%的条件下对该合金进行等温热压缩模拟实验。
  研究结果表明,气雾化工艺制备的Ti43.5Al5Nb1V1Y预合金粉末颗粒细小,球形度较高,真空热压烧结的Ti43.5Al5Nb1V1Y合金组织致密,表面形貌平整无孔洞,微观组织细小均匀,内部形貌呈近γ组织特征,主要由γ相、α2相及YAl2相组成。
  流变应力变化与变形温度T及应变速率ε分别成反比例和正比例关系,流变应力曲线初期均呈现明显的加工硬化特征,相比于其他合金,该合金的动态再结晶曲线特征更明显。根据Arrhenms关系,计算材料常数α、β、n、A及Q值,构建真空热压烧结Ti43.5Al5Nb1V1Y合金的本构方程。真空热压烧结Ti43.5Al5Nb1V1Y合金的热变形激活能为320.861kJ/mol,构建的峰值应力本构关系模型实验值与计算值吻合良好。
  Ti43.5Al5Nb1V1Y合金塑性变形的主要软化机制是动态再结晶,变形主要取决于γ相,在所有变形条件下均出现明显的DRX,动态再结晶γ晶粒的尺寸与变形温度的变化成正比、与应变速率的变化成反比,Ti43.5Al5Nb1V1Y合金的失稳主要方式为开裂,基于Prasad失稳准则和DMM模型构建真应变为0.5时Ti43.5Al5Nb1V1Y合金的热加工图,温度1080℃-1200℃、应变速率0.0015s-1-0.04s-1是变形的理想区域。
[硕士论文] 才剑楠
材料加工工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文基于熔渗法将高熔点的钼粉(2623℃)及低熔点的铜(1083℃)复合而成兼具钼与铜优良特性的,具有较高强度、硬度、导电性等优点的Mo-15Cu功能合金,其为钼与铜成分互不相溶的“假合金”。采用了光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及背散射电子成像(BSE)来分析无压熔渗法对Mo-15Cu合金显微组织的影响。结果表明:无压熔渗中存在的粉体团聚会导致Mo骨架开裂,降低了合金的均匀性,同时烧结颈也没有完全形成,影响了液态Cu在不同区域的熔渗情况及分布,液态Cu在凝固时体积收缩,从毛细管中倒流聚集,使合金致密度下降。
  设计新型加压熔渗方案对常规熔渗法生产Mo-15Cu合金中存在的主要问题进行工艺优化,在与无压熔渗合金同等的温度及时间条件下进行熔渗烧结。采用OM及BSE来观察加压熔渗法对合金显微组织的改善。结果显示,以新型熔渗方案用1.4×104Pa的压力对合金进行加压熔渗时,合金表面及合金内部均无开裂现象的产生,而且加压熔渗对于无压熔渗中的缩孔及液态Cu回流倒吸现象有明显改善作用,不仅提高了液态Cu熔渗分布的均匀性,也提高了Mo-15Cu合金组织的均匀性。加压熔渗合金中,颗粒之间连结及产生烧结颈的情况优于无压熔渗,也使Mo-15Cu合金的致密化程度及均匀性有所提高,且加压熔渗过程中液态Cu的挥发量较无压熔渗约减小了1/2。
  通过对无压及加压熔渗Mo-15Cu合金的物理性能进行检测及对比,可知加压熔渗合金的硬度值比无压熔渗高约30%,密度值比无压熔渗高约10%,二者密度值均小于合金的理论密度值。并且随着Mo骨架的压力值增加,熔渗Mo-15Cu合金的硬度及密度变化均呈上升趋势。加压熔渗合金的电阻率约小于无压熔渗合金10%,且二者均大于合金的理论电阻率。综上所述,加压熔渗Mo-15Cu合金在熔渗行为、烧结行为及物理性能上较无压熔渗均有明显的改善。
[硕士论文] 李磊
材料加工工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:选区激光熔化成形(Selectwe Laser Melting,SLM)工艺是金属增利制造领域重要的成形工艺之一。SLM工艺可直接成形接近完全致密度的金属零件,并且生产制造周期短,在航空航天领域拥有巨大潜力,特别适用于难以用传统方式成形的材料,例如镍基高温合金。国外Inconel625镍基高温选区激光熔化技术还不甚成熟,国内研究较少。基于此,本课题以Inconel625高温合金粉末为研究材料,在Forward LM120设备上进行SLM成形工艺研究,为SLM法直接制备Inconel625合金工件提供工艺参考。
  论文首先通过SLM法制备不同工艺参数下的Inconel625块体,探究了激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉层厚等工艺参数对Inconel625高温合金成形性能的影响,包括成形的Inconel625块体的致密度、显微硬度等力学性能。然后进行了工艺参数的优化,获得了高致密度、高硬度的镍基高温合金试样。对优化后的四组参数,进行拉伸性能的测定,并对断口形貌进行分析。然后对SLM成形中出现的孔洞、裂纹、飞溅等缺陷的形成机理进行分析,并提出缺陷的防治措施。最后对SLM成形的Inconel625块体的微观形貌进行分析。
  研究表明,一定范围内,SLM成形Inconel625块体的致密度和硬度随扫描速度、铺粉层厚和扫描间距的降低而提高,随激光功率的升高而提高;最优参数下的抗拉强度和屈服强度均高于标准值,但断后伸长率较小,断口存在细小并较浅的韧窝;随着激光功率的增大,树枝晶数目逐步减少,胞状晶的数目增多且晶粒变得更细小;SLM成形试样中主要为树枝晶和胞状亚晶组织,亚晶粒的尺寸在0.5~1.5μm之间,并且胞状亚晶粒结构中,胞界处的Mo和Ni元素明显高于胞内。
[硕士论文] 李剑
材料加工工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:选区激光熔化技术基于微积分原理,根据轮廓数据利用高能量激光束将金属粉末逐层选择性地熔化,通过逐层铺粉、逐层熔化凝固堆积的方式,制造三维实体零件。该技术不受零件复杂性制约,具有制造周期短、材料利用率高、成品率高、可个性化定制等优点。由于选区激光熔化技术具有特殊性,对过程控制、材料特性、工艺可靠性、激光束稳定性等诸多方面均有较高要求,容易因成形工艺不当而影响制件质量。国内对Inconel718合金的研究成果较少。因此,本文对Inconel718合金选区激光熔化技术的工艺、组织及性能进行研究,为后期镍基高温合金的成形制造提供理论基础。
  本文通过选区激光熔化成形工艺实验,探究工艺参数对Inconel718合金相对致密度、微观形貌、力学性能及物相分布的影响规律。研究表明:扫描速度、激光功率是影响Inconel718合金成形性的主要因素,在工艺试验基础上获得此合金的最优化工艺参数:激光功率为315W、扫描速度为1050mm/s、扫描间距为0.09mm、铺粉层厚为0.04ram。在最佳工艺参数条件下,可获得较少孔隙、裂纹等缺陷且相对致密度最高达98.94%的成形件,拉伸强度和屈服强度均超过传统铸造工艺并接近于锻造退火工艺性能,延伸率是传统铸件的3倍。Inconel718合金内部组织成分均匀、致密,定向凝固的柱状晶组织均匀排列。散热特点导致了试样组织形貌的差异性;通过控制工艺参数在层积方向可以得到定向凝固的柱状晶组织;拉伸性能与沉积层间的热影响区有相关性;试样的硬度随着组织细化和致密化而有所提高。
  对选区激光熔化技术中存在的球化、裂纹、飞溅、孔隙等缺陷及形成机理进行了分析,通过优化工艺参数可以有效的抑制缺陷产生,选择与合金材料润湿性良好且膨胀系数高于合金材料的基板、烘干材料粉末以及提升材料抗热裂性能等方式均可以得到高致密度和高性能的成形件。
[硕士论文] 曾庆勤
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:铅是传统铜基轴承材料中常用来添加的减摩软质相,但是由于铅的毒害性使得铜基轴承材料的无铅化研究势在必行。本文以FeS作为自润滑相替代铅添加到铜基材料中,为解决FeS和铜基材料界面结合质量差以及易团聚问题,首先采用机械合金化高能球磨方法制备了FeS/Cu铜基合金粉末,然后采用粉末冶金的方法制备无铅FeS/Cu铜基轴承材料,并开展了不同粉末制备工艺下材料力学性能和摩擦学性能研究。
  研究表明,机械合金化能够有效提高烧结材料中FeS与铜基体的界面结合质量,同时提高了FeS分布的均匀程度。由于粉末形貌的变化和加工硬化,使得材料压制质量降低;FeS在材料中的弥散分布也割裂了基体的连续性,这两者使得材料的力学性能有所下降。将球磨后的粉末与适量未球磨的粉末混合能解决材料性能有所下降问题。随粉末球磨时间和材料中FeS含量的增加,材料的力学性能呈现下降的趋势。
  摩擦磨损过程中,FeS在材料摩擦副表面聚集形成润滑膜,并且一部分转移到对偶件形成转移膜,起到了较好的减摩作用。机械合金化制备的材料形成的润滑膜和转移膜更加完整,减摩抗粘着作用更好。适当延长球磨时间,FeS在基体材料中的分布更均匀弥散,减摩抗粘着效果也更好,摩擦副摩擦系数更小;但球磨时间过长,材料力学性能下降,耐磨性降低;FeS含量、试验条件都对FeS/Cu铜基轴承材料摩擦磨损性能有明显影响,本文条件下,FeS含量在4~6%,粉末球磨5h,载荷150N时,材料的摩擦磨损性能较好。
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