传统高硼铁基合金中硼化物一般位于晶界位置,沿晶界呈网状或鱼骨状分布,具有尖锐边角,破坏了基体连续性,大大降低材料的力学性能.本文采用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)和X射线衍射(XRD)研究了碳含量对高硼奥氏体钢组织的影响.采用热力学模拟试验机分析了碳含量对实验钢850℃高温力学性能的影响.结果表明,高硼奥氏体钢的碳含量较高(0.37％～0.42％,质量分数)时,可稳定得到形态圆整的硼化物,且硼化物在基体内呈粒状离散化均匀分布,无网状、鱼骨状沿晶界连结贯通的分布状态.粒状离散化硼化物为Fe1.1Cr0.9B0.9、Mn2B0.98、Cr2B的络合产物,硼化物中Cr、Mn的加入,以及基体C含量的提高,促进了硼化物形态圆整、分布粒状离散化.锻造工艺同样对硼化物的粒状离散分布起到直接促进作用.锻造的始锻温度达到1150℃是硼化物实现粒状离散分布的基本条件.
白口铸铁是一种不可替代的传统耐磨钢铁材料,在组织上以共晶碳化物为耐磨相,虽然硬度较高,但韧性偏低,限制了其寿命及应用工况.本文研究一类以硼化物为耐磨相的Fe-Cr-B新型白口铸铁,旨在获得优良的综合性能,来发展传统白口铸铁.该类白口铸铁在成分上具有低碳、高铬、高硼的特点;铸态条件下,基体为大部分板条状马氏体,耐磨相为比共晶碳化物显微硬度更高的共晶硼化物M2B;具有良好的淬透性,可像镍硬铸铁一样不经过热处理直接应用,且具有良好的综合性能.
差温轧制作为一种先进的轧制工艺,对提高特厚板的形性质量具有重要的促进作用.但是生产中工艺参数的制定与优化缺乏明确的理论指导,导致差温轧制技术的发展受到了严重的制约.为解决这一问题,本文从轧制力、缺陷压合、板形控制3个方面分别介绍了相关的建模方法及研究进展,深入分析了理论解析、有限元模拟以及神经网络在建模中的应用.现有研究表明,针对差温轧制生产的轧制力模型预测精度有待进一步提升.同时,差温轧制过程中缺陷压合与板形控制建模研究缺乏多参数耦合的定量描述,相关研究有待进一步深入.最后,随着生产过程中对精度要求的提高,基于人工智能技术的高精度建模和参数优化控制将成为轧钢未来重要的发展方向.
在超超临界机组用P92 钢管道现场安装过程中,为了满足硬度标准经常对接头部位进行多次回火处理,但当前关于多次热处理对P92 钢显微组织及其硬度的影响规律尚不清楚.为此,本文对P92 钢进行 1～4 次回火处理,借助OM、SEM、XRD、TEM及硬度计等分析其显微组织特征及硬度变化规律.结果表明,多次回火处理后P92 钢均主要由板条状回火马氏体、原奥氏体界面处的M23C6 相和马氏体内的MX相组成,其物相组成无明显差异.随回火次数增加,马氏体板条宽度逐渐增加,4 次热处理后提高约 52.2%;界面处的M23C6 析出相发生明显粗化,但析出相数量有所减少,主要粗化机制为Ostwald熟化;基体中Cr、Mo和W合金元素的固溶含量下降,导致回火马氏体的固溶强化作用减弱,P92钢的硬度呈现降低现象.
QT600-10 球墨铸铁主要用于差速器、凸轮轴等核心零部件,然而随着产品轻量化的快速发展,对QT600-10 屈强比提出了更高要求.Cu有助于提升QT600-10 的屈强比,但是在工厂生产条件下根据经验严格限定了Cu含量不超过 0.2%(质量分数),这极大地影响了Cu对铸态QT600-10 屈强比的调控作用.本文针对该经验参数的合理性开展研究,在稳定工厂生产条件下制备了具有不同Cu含量的铸态QT600-10 球墨铸铁,并采用多种表征和测试手段对其组织形貌、元素分布、硬度及拉伸性能等进行分析.结果表明,0.2%(质量分数)Cu含量上限并不具有合理性,Cu含量提升至 0.456%(质量分数)时对铸态 QT600-10 的显微组织不产生显著影响且不引发有害相变,同时提升了铸态QT600-10 的屈强比和硬度,并保持较高的伸长率.
随着人们环境保护理念的发展,传统砂型铸造的绿色化已经成为重要的研究方向之一,其中冷冻复合砂型铸造是典型的绿色铸造工艺.本文采用冷冻复合铸型铸造工艺进行了铝合金支架典型件的实验研究.采用铸造工艺数值模拟分析铸造工艺方案,并进行了冷冻复合铸型和传统树脂砂型铸造实验对比.铸件性能分析结果表明,冷冻复合砂型铝合金样件屈服强度提高了 12.4%,抗拉强度提高了 8.8%,伸长率提高了 11.1%,验证了冷冻复合铸型工艺的优越性.
航空发动机燃气涡轮叶片机械加工时,需根据叶片型面非规则的几何形状设计专用工装,存在加工基准转换频繁、叶片加工质量和生产效率低等问题.采用低熔点合金浇注的方法再造加工基准,并对其金属型铸造工艺进行了实验研究.结果表明,使用金属型铸造工艺生产燃气涡轮叶片加工基准,满足工件装夹的硬度要求,通过机械破碎的方式可实现工件与基准块之间的快速分离,该工艺缩短了产品制造周期,提高了生产效率.
利用三维造型软件UG对ZM5 合金铸件建立几何模型,在熔模铸造工艺下通过ProCAST软件对其在空冷、油冷和水冷条件下分别进行数值模拟,并在空冷条件下进行试验验证.结果表明,铸件温度分布梯度在水冷介质下分布最广,油冷介质下次之,在空冷介质下最小;在空冷介质下,铸件孤立液相区成椭球状;在油冷和水冷介质下,铸件孤立液相区成针锥状;试验结果与模拟保持一致,验证了模拟的可行性.该研究可为实际熔模铸造过程中镁合金选取不同冷却介质提供技术支持和工程指导.
在现代化装备制造业高速发展的同时,材料磨损所导致的资源消耗与经济损失日益显著.耐磨铸钢的研究与进步,不仅有助于提高生产效率、减少资源浪费和降低经济损失,更在推动科技进步和装备制造业发展方面发挥着积极作用.本文在 35Cr2Ni2Mo铸钢中添加Mg元素,为新型高性能耐磨铸钢的推广应用提供了研究基础.采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜观察了钢材的显微组织,利用显微硬度计和拉伸试验机分别测定了钢材的硬度和力学性能,利用摩擦磨损试验机测定了钢材的耐磨性能.结果表明,添加Mg元素后,铸钢的组织依旧为板条状回火索氏体,碳化物尺寸更加细小.非金属夹杂物中小尺寸夹杂比例更多.强度、硬度上升,塑性下降,耐磨性能更佳.
ZL205 合金由于其高强度和组织-性能热处理可调的优势,在航空航天领域具有重要应用.本文针对ZL205 合金铸造特性,设计出包含不同类型、不同尺寸工艺件的浇注系统,然后开展了重力条件下熔模精密铸造技术研究,在 200、500℃模壳预热温度、空冷和风冷条件下,对各工艺件成形能力及铸造缺陷进行分析.进一步研究了典型尺寸工艺件内的铸造组织特征,探讨了壁厚、冷速等因素对ZL205 合金显微组织的影响,为各类型ZL205 合金构件熔模精铸提供工艺指导.
目前,键合铜丝因其价格低廉、具有优良的材料性能等特点正逐渐替代键合金丝广泛应用于电子封装领域.本文对当前市场上应用的金丝、铜丝、银丝及铝丝性能特点进行了分析对比,探讨了以键合铜丝替代传统键合丝材料的优势;简要介绍了铜丝材制备和键合过程的研究进展,并对键合铜丝的封装失效形式进行了简要分析;综述了微合金化对键合铜丝服役性能的影响规律及机理;最后从市场需求及理论研究方面分析了键合铜丝市场的发展趋势.
在金属型铸造中,开模后的吹气冷却时间往往需要大量试制来确定.为降低生产成本,本文采用数值模拟法来代替传统试错法.针对金属型低压铸造的铝合金轮毂铸件,利用模拟软件ProCAST中的循环浇注功能,对其循环铸造过程进行数值模拟.通过设置不同吹气冷却时间,分析其达到平衡时间及周期、铸件和模具平衡温度场,来选择合理的冷却工艺方案.综合考虑生产效益、模具寿命及铸件质量,当开模冷却吹气时间为 50 s时为最佳方案.结果表明,利用该方法确定模具冷却工艺,可以为铸件的实际生产提供科学的理论指导.
为了掌握航空发动机进口支板表面的冰层生长机理和结冰规律,本文采用循环式低温风洞模拟高空结冰环境,并对 3 种不同复合材料支板-支板A(复合材料+金属包边)、支板B(复合材料+涂层)和支板C(蜂窝复合材料+涂层+气膜孔及沟槽)进行结冰试验.结果表明,支板表面的结冰宏观过程可分解为液态水滴撞击支板表面而发生的吸附、流动、冻结过程,这个过程受到液态水含量、平均水滴直径、来流速度、温度、持续时间的影响.在一定温度和持续时间下,积冰种类会随来流速度的增大和平均水直径减小,逐渐由明冰向霜冰转变.结冰量和脱落周期随气量和来流速度的增大而减小,但气量达到一定程度后不会再影响积冰的脱落尺寸.综合比较,支板C在模拟的两种发动机典型状态慢车、中间推力下防冰效果最佳.试验结果为发动机进口支板防冰设计提供一定的参考,并为飞机防除冰甚至空气系统优化提供较为翔实的理论支持.
TC4 钛合金凭借其优异的性能在全球范围的各个领域内都有着较为广泛的应用.但随着海洋船舶、航空航天等技术发展,TC4 合金构件的尺寸越来越大,传统的铸锻制造技术和新型增材制造技术均难以满足TC4 大型构件近净尺寸、低成本和高效率的加工要求,因此将这两类制造技术各自优势结合起来的混合制造技术应运而生.同时,针对增材制造TC4 钛合金组织内部缺陷和性能的各向异性等问题,提出了在线轧制与增材制造相结合的混合制造技术.本文结合国内外资料,对比了TC4 钛合金混合制造技术的特点,总结了混合制造TC4 合金构件组织和性能特征及影响因素,并提出了该技术存在的问题和发展方向,为TC4 钛合金混合制造技术的研究和发展提供参考.
针对复杂内腔精密铸件用氧化钙陶瓷型芯,研究基于浆料挤出的陶瓷型芯 3D打印工艺.采用碳酸钙粉末与聚乙二醇溶液混制陶瓷浆料,通过自制挤出式 3D打印装置进行陶瓷坯体制备,再经过烧结工艺得到铸造用陶瓷型芯.以坯体表面粗糙度为衡量指标,基于响应面法以针头内径、层高/内径和打印速度进行三因素三水平Box-Behnken试验.采用逐步回归法拟合得到表面精度回归模型,通过方差分析得出最优工艺方案.结果表明,针头内径是影响陶瓷型芯坯体精度的主要因素.最优 3D打印工艺参数为针头内径 0.41 mm、层高与针头内径之比 0.75、打印速率29.87 mm/s,此时陶瓷型芯坯体表面粗糙度为 35.39 μm.
研究了具有双态组织的Ti-6Al-4V-0.55Fe(TC4F)合金在室温下低周疲劳及保载疲劳的组织特征和断裂机制,分析了合金在总应变幅为Δεt/2=1.20%,保载时间为 0.05、10、20 和 30 s的低周疲劳循环应力-应变响应行为,并研究了疲劳变形后合金的组织演变.发现相邻晶粒的晶体学取向差对 TC4F 合金疲劳裂纹萌生有重要影响.一方面,无论是 α/α 相界还是 α/β 相界,晶界两侧晶粒的晶体学取向差越大,越易萌生裂纹;另一方面,α 相内产生的孪晶导致孪晶界相邻晶粒较大的取向差,从而也可在α相内部萌生裂纹.随着疲劳保载时间的增加,导致α相中更多的柱面滑移系激活,位错滑移使相界面产生应力集中,进而使得疲劳寿命降低.最后讨论了不同保载时间下的疲劳裂纹扩展方式.
采用放电等离子烧结工艺,烧结压力为40MPa,烧结时间为10min,分别在900、950、1 000、1 050、1 100℃ 5个烧结温度制备了 CoCrFeNi高熵合金.通过表征样品的物相、微观组织、致密度、显微硬度和拉伸性能,研究了烧结温度对CoCeFeNi高熵合金的微观组织和力学性能的影响.结果表明,烧结态CoCrFeNi高熵合金均表现为单相FCC结构,合金的致密度随烧结温度的升高而逐渐升高,至1 050℃时接近完全致密.合金的力学性能随烧结温度的升高呈现先上升后下降的趋势.CoCrFeNi高熵合金的最佳烧结温度为1050℃,其抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为663、383 MPa 和 60.7％.
以实际低压铸造生产的A356铝合金大尺寸轮毂铸件为对象,对单浇道、双浇道和三浇道3种浇注工艺方案进行了充型和凝固模拟.根据模拟结果,分别对比了 3个工艺方案的缺陷分布情况、充型效率、晶粒半径大小以及卷气情况.结果表明,三浇道工艺不仅提高了轮毂质量,减少了缺陷,而且大大缩短了生产时间,是有潜力的新工艺.
本文针对某铸造厂可锻铸铁连接件生产效率较低的问题,设计开发出一箱两件铸造工艺.在原有一箱一件铸造工艺基础上,结合铸铁件铸造工艺设计方法,采用ProCAST数值模拟软件对连接件的初步铸造工艺模拟优化,并进行了生产试制.结合试生产中铸件暴露出的浇不足缺陷,通过模拟仿真获得的可视化结果,分析其成因并通过调整剩余压头高度、浇注温度、冒口位置等方式,最终确定了可锻铸铁连接件的铸造工艺,提高了该铸造厂连接件的产能,使铸件合格率达到90％以上.
随着集成电路技术的发展,半导体器件尺寸也逐渐趋于摩尔定律的极限.当前主流的非挥发性存储器件已经无法满足信息科技对于超高密度快速存储的需求.阻变存储器(RRAM)因其结构简单、工作速度快、可缩小性强且与CMOS工艺兼容等优点,被认为是下一代非易失性存储器的新星.氧化物基阻变存储器因其优异的器件性能和稳定性,在信息存储和类脑神经计算领域具有重要的应用价值.本文从阻变存储器存储机理、材料种类、器件结构和器件性能等方面系统地概述了氧化物基阻变存储器的研究进展,为氧化物基阻变存储器的发展提供新思路.
