The reutilization of granite sludge generated in granite cutting and processing possesses economic and ecological benefits. In this study, high-strength glazed glass-ceramics were prepared entirely from granite powder using dense sintering and instantaneous glaze firing. The densification and glaze formation are clarified in terms of phase evolution to study their effects on the flexural strength and surface glossiness of the glass-ceramics. The milling process promotes particle refinement and the removal of colored minerals, thus increasing the powder whiteness and sinterability. After dense sintering at 1100 degrees C, instantaneous glaze firing at high temperatures decreases the flexural strength while greatly increases the surface glossiness of the glass-ceramics due to the dissolution of quartz and feldspars in the liquid phase. After the acid-leached powder was densely sintered and fired with a rapid heating of 50 degrees C/min to 1300 degrees C, the pinhole-free glazed glass-ceramic has a flexural strength of 112.5 MPa and a surface glossiness of 54.7 GU (glossiness unit), meeting the quality requirements of the bright glazed tiles in the market. The stepwise sintering process provides a simple processing route for recycling granite sludge into decorative construction tiles and high-temperature glazes, promising the scalable and value-added utilization of granite sludge.
The effects of Sc and/or excess Mg on the microstructure characteristics, tensile properties, and fracture behavior of a hypoeutectic Al-10Mg2Si alloy were systematically studied. The results showed that adding 0.25
利用放电等离子烧结(Spark plasma sintering,简称SPS)技术并配合机械加工的方式制备了 3种相对摩擦工作面石墨取向为0°、45°和90°的铜基粉末冶金摩擦材料.采用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了 3种材料的制动摩擦磨损性能,并对其试验后的摩擦表面三维形貌特征、近摩擦面区域特征、磨屑特征和摩擦表面物相进行分析,研究了石墨排列取向对不同制动条件下铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:与石墨取向为0°比,石墨取向为45°和90°均摩擦系数均呈现先上升后下降的趋势;在相同的制动条件下,石墨取向为45°的平均摩擦系数与石墨取向为0°的材料相差不大,但磨损率较低,特别是0.8 MPa、250 km/h条件下石墨取向为90°的材料的磨损率仅为石墨取向为0°的材料的31.8％.提高制动初速度均能够促进3种材料摩擦表面形成氧化膜,对于石墨取向为0°的材料,表面形成以Fe3O4为主的氧化膜,而对于石墨取向为90°的材料,则形成以Fe2O3为主的氧化膜.
采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和室温拉伸测试等研究了 Nb、V、Ti微合金化元素对20MnSi钢显微组织和力学性能的影响.结果表明:Nb、V、Ti微合金化及其所形成的第二相粒子可以阻碍试验钢的晶界迁移、细化晶粒尺寸,经热轧-空冷后晶粒明显细化,晶粒尺寸可达12级,综合力学性能明显优于20MnSi穿水钢筋,并达到新国标中400 MPa级钢筋所要求的性能指标.根据理论模型计算,晶界强化、固溶强化和位错强化增量分别约占屈服强度的54％、22％和17％,而由于微合金化元素含量较低且所形成的第二相粒子体积分数较低,析出强化增量在试验钢屈服强度中的占比仅约7％,表明Nb、V、Ti微合金化设计而导致的晶粒细化对试验钢力学性能提升所产生的贡献十分显著.
采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)及有限元分析(FEA)等研究了轧制工艺对Fe-0.2C-1.45Mn-Nb-V-Ti钢板厚方向的组织和力学性能均匀性的影响.结果表明:在压缩比受限的条件下,利用奥氏体晶界促进形核的机制(即边界诱导相变机制,BIT机制)可以达到细化晶粒的目的,试验钢的平均晶粒尺寸均小于10 μm;结合温度与累计应变的反向分布特点和轧制工艺的优化,轧制63 mm厚的试样表面和中心晶粒尺寸偏差小于2μm,有效改善了晶粒尺寸沿板厚方向的偏差.在本文的轧制工艺下,提高了厚板沿厚度方向的组织均匀性,获得了优异的力学性能.
Effect of Mg and Si addition on aging precipitation behavior and microstructure of AlCuMnZr alloy was studied by microhardness tester and transmission electron microscopy. The results show that the Mg and Si addition can significantly improve the aging hardness of the alloy and ensure good thermal stability. The peak hardness of the Al5.5Cu0.25Mg0.3Mn0.2Zr0.15Si alloy can reach 156.3 HV0.2 after solution treatment at 540 ℃ for 7 h and aging at 175 ℃ for 24 h. The addition of Mg refines the size of the θ′ phase in the AlCuMnZr alloy and increases the number density of the θ′ phase, makes its distribution more disperse and uniform. However, after the addition of Si, due to the precipitation of σ phase and Q phase and the segregation of Si around the θ′ phase, the size and the coarsening speed of the θ′ phase precipitates are reduced. However, after a long time of thermal exposure at 225 ℃, due to the disappearance of Si segregation, part of the θ′ phases will be coarsened and the thermal stability of the alloy will be reduced.
传统熔盐法制备的原位自生TiB2颗粒增强铝基复合材料存在严重TiB2 颗粒团聚和夹杂缺陷.本文提出了一种新型氟盐雾化法制备工艺,通过高纯氩气雾化用于制备TiB2 的K2TiF6 和KBF4,再将雾化后的混合氟盐用氩气注入合金液,以促进氟盐与铝合金熔体反应的完整性和充分性,从而显著改善了上述问题.微观组织观察和力学性能测试结果表明:与传统熔盐法制备的5TiB2/Al-4.5Cu(质量分数,％)复合材料相比,氟盐雾化法能够明显细化α-Al 晶粒,抑制TiB2 颗粒团聚,从而显著提高5TiB2/Al-4.5Cu-0.5Mg复合材料的力学性能,α-Al 的平均晶粒尺寸从197.82 μm 减小到95.67 μm,减小了52％,维氏硬度由97 HV0.1增加到145 HV0.1,提高了49.5％,室温抗拉强度由398 MPa提高到481 MPa,提高了21％,尤其是断裂伸长率由2.7％增加为6.5％,提高了143％,证明该法在提高5TiB2/A1-4.5Cu复合材料强度和可靠性的同时,能够大幅改善其韧性.
采用真空熔炼方法制备了Cu-0.42Cr、Cu-0.50Cr-0.06Ti 和Cu-0.52Cr-0.40Ti 合金,并对合金进行了"热轧—固溶—时效"处理.研究了在450、550和650℃下时效不同时间对不同Ti含量的Cu-Cr-Ti合金导电率的影响,并分析了合金在时效过程中析出相的析出动力学.结果表明:Cu-0.42Cr合金导电率在时效2h后趋于平稳,加入Ti 元素后,合金则在时效8h后导电率趋于平稳,表明析出相在此时已完全析出;Ti元素对合金导电率的影响较大,在450 ℃时效8h 后,Cu-0.42Cr合金的导电率为97％IACS,而Cu-0.50Cr-0.06Ti 和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金分别为80.2％IACS 和34.1％IACS.根据马基申-富列明格规律和Avrami经验方程计算得到Cu-0.42Cr、Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金在不同时效温度的析出动力学方程和导电率方程,并通过透射电镜(TEM)统计在完全析出时的析出相体积分数,与通过析出动力学方程计算出的析出相体积分数进行了对比,计算值与统计值相符合.
以Mo、Ni、B粉末为原料,采用真空热压烧结制备了两种不同化学计量配比的无粘结相Mo-Ni-B金属陶瓷,分析了其微观组织、力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:制备的两种无粘结相金属陶瓷分别为Mo3 NiB3 和Mo2 NiB2,其中Mo3NiB3 的硬度和压缩强度较高,分别为3264.2 HV0.3 和3213.2 MPa,而Mo2 NiB2 的弯曲强度和断裂韧性略高,分别为326.88 MPa 和9.359 MPa·m1/2.此外,两种无粘结相金属陶瓷的磨损量和体积磨损率都随着硬度的升高而降低,这表明较高的硬度有助于提高其耐磨性能.无粘结相Mo-Ni-B金属陶瓷的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损.
选用ERNiCrCoMo-1 为焊丝,利用钨极氩弧焊(GTAW)对Sanicro25/G115 异种钢进行焊接.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验等研究了焊接接头的微观组织及力学性能.结果表明:焊缝、Sanicro25 钢及其热影响区的微观组织均为奥氏体+析出相;G115 钢及其热影响区组织为回火马氏体,G115 钢母材仍保持规则的马氏体板条形态,板条平均宽度约为466 nm;G115 钢侧细晶热影响区(FGHAZ)马氏体板条特征消失,形成位错密度较低的亚晶,M23C6 相、MX 相分别沿亚晶界、晶内分布;G115 钢侧焊缝及熔合线附近未形成δ-铁素体.焊缝显微硬度为246 HV0.1,紧邻焊缝G115 钢侧粗晶热影响区(CGHAZ)的硬度最高,FGHAZ的硬度最低;母材经历焊接热循环及焊后热处理,Sanicro25 钢的硬度由230 HV0.1 增至246 HV0.1,G115 钢由263 HV0.1 降至250 HV0.1.接头呈韧性断裂,室温强度、650 ℃高温屈服强度均高于母材标准下限值,断裂位置位于G115 钢侧细晶热影响区.
研究了Fe-Mn-Cr-Ni 中熵合金在选区激光熔化(SLM)制备中的微裂纹形成机理,并通过优化单道、块体成形试验中激光功率(P)和扫描速度(v),以激光能量密度为评估参数,调控微裂纹形成从而提升成形质量.结果表明:微裂纹可分为微孔聚集性裂纹和热裂纹两类,其中微孔聚集性裂纹与孔隙引发的应力集中有关,热裂纹是由于Mn 元素偏析及热应力所引起的.通过减少孔隙形成和控制能量输入可抑制微裂纹形成.随着线能量密度(EL)的增加,单道表面形貌先变优后变差,熔池尺寸逐渐增大,熔池模式由传导向过渡再向匙孔模式转变.当EL为0.29～0.40 J/mm 时,单道整体形态和熔池尺寸可满足致密块体成形要求.较高体能量密度(Ev)下微孔聚集性裂纹和热裂纹均会存在,较低Ev 下以微孔聚集性裂纹为主,提高Ev 有助于优化块体表面质量,而块体试样的相对密度随Ev的增加先上升后下降.在优化的Ev=65.10 J/mm3(P=175 W,v=640 mm/s)下,块体试样的内部微裂纹得到有效抑制,表面质量优异,相对密度可达99.71％.
换热系数的精确计算对提高淬火过程数值模拟精度具有十分重要的意义.为此,本文编写了换热系数计算程序,以42CrMo钢为例,对该程序进行了校核,并据此研究了测温位置对换热系数计算结果的影响,分别计算了空冷及水冷过程的换热系数并通过测量不同直径试样的冷却曲线进行了验证.结果表明:测点位置越接近表面,换热系数计算值精度越高;对于空冷过程,当温度高于487 K时,辐射换热大于对流换热,当温度低于487 K时以对流换热为主;水冷的换热系数与工件表面温度有关,在表面温度为473 K左右时数值达到最大;在本研究的直径范围内(30～280 mm),根据某一直径试样计算得到的换热系数适用于其他直径的工件.
近年来,集成计算材料工程(ICME)已成为设计新材料和制造工艺最强大的材料基因组工程(MGE)方法之一.采用基于位错密度的晶体塑性相场损伤模型定性和定量分析了Al2Y相对镁基体局部应力、应变、位错密度、滑移系统以及损伤行为的影响.结果表明:镁合金在塑性变形过程中,损伤驱动力与晶粒基面滑移的施密特因子(SF)呈非常明显的线性关系,SF＜3的晶粒,损伤驱动力较大,SF＞3的晶粒,损伤驱动力较小.镁基体中损伤的起源和传播还取决于Al2 Y相的大小和位置.位于晶界处的Al2Y相会引起较大的应力集中,导致损伤驱动力以倾斜的角度(约45°)传播;较小的和位于晶内的Al2Y相的损伤驱动力较小,在变形过程中起到强化镁基体的作用.
以TC11 钛合金为研究对象,研究了双级退火工艺和单重普通退火工艺对其微观组织及室温准静态和动态力学性能的影响.结果表明:TC11 钛合金经过合理的优化双重退火工艺可以得到比普通退火处理较优的室温准静态和动态力学性能.当退火温度高于再结晶温度时,初生αp相含量减少,细小弥散分布的次生α s相增多,可以提高合金的冲击韧性.随着双重退火工艺第一次退火温度的升高,合金的室温强度先降低后升高,伸长率先升高后降低,断面收缩率呈线性升高,在退火温度为970 ℃时获得最佳的准静态力学性能,强塑积为18.30 GPa％;随着普通退火温度的升高,合金强度先增加后略微降低,在退火温度为950 ℃时,具有最佳的准静态力学性能,强塑积为17.37 GPa％;在3500 s-1 应变速率下,双重退火处理试样在第一次退火温度为950 ℃时获得较大的平均流变应力和冲击吸收能量,性能显著优于普通退火处理试样.
采用"冷等静压+无压烧结"工艺制备了不同Y 含量的Ti-22Al-(25-x)Nb-xY(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0 at％)合金,研究了Y 元素含量对合金微观组织、压缩力学性能和烧结过程的影响.结果表明:未添加Y 的合金的组织为等轴α 2 相和B2+0 的魏氏组织;Y 元素会抑制Ti 与Al 之间的反应,并生成Y2O3 相;Y 元素的加入会抑制晶界α2 相的形成,并使等轴α 2 相的尺寸细化,且数量也减少;随着Y 元素含量的增加,合金的强度先降低后升高,塑性先升高后降低.Y 添加量为1.5 at％时合金的塑性最佳,α 2 相的含量和形貌是影响合金性能的主要因素.未添加Y 的合金烧结过程中经历的相变为Ti+Al→TiAl3→TiAl→ Ti3Al,而添加Y 的合金烧结过程还存在Ti+YAl3→TiAl3+Y 和4Y+3O2→2Y2O3 的反应.
从热力学计算入手,分析了Al-Cu-Li系合金中温度与各物相之间的联系.基于有限元方法,分别模拟了2050合金在半连续铸造中的温度场演变和冷速,以及具有轧制织构的T34态2050合金的应力应变关系,确定了2050合金的预变形区间为7％～9％.并将上述计算结果集成至应力时效态2050合金的实际制备过程.利用室温拉伸、透射电镜表征了应力时效后2050合金的力学性能和析出相演变.结果表明,2050合金在9％的预拉伸和200 ℃x7 h的应力时效条件下能获得较好的强塑性匹配,屈服强度达到600 MPa以上,伸长率大于8％.
7000系铝合金具有良好的热加工性、耐腐蚀性和韧性,可通过热处理进行强化,属于高强度铝合金,广泛应用于飞机和汽车结构件中.超高强铝合金在高温塑性加工成形的过程中,动态回复与动态再结晶受到应变速率、变形温度以及变形程度等工艺参数的影响.本文总结了近年来7000系铝合金热成形的研究成果,重点总结应变速率和变形温度对其流变应力的影响,及热变形后微观组织的演变机理,并对7000系铝合金加工技术的发展趋势进行了展望.
运用ANSYS动力学模块建立单弹坑、双弹坑交叠模型和三弹坑互交模型,分析材料表面在弹丸作用下的动态塑变过程和弹坑形变与应力场分布规律.鉴于实际弹坑无法直接测试,实验基于相似原则,放大弹丸和坑型尺度,通过X射线衍射(XRD)表面应力测试获得弹坑应力分布,将结果归一化处理后与喷丸仿真下弹坑应力分布规律进行对比.结果表明:相似性实验结果与仿真结果具有较好的一致性;单弹坑内呈压应力分布,应力大小与形变量直接相关,从坑沿到凹陷最深处,应力强度逐渐增大;1/4d(d为弹丸直径)偏置模型中,弹丸依次撞击靶材,弹坑重叠区域应力分布表现为新的塑性变形导致原有的弹坑受挤压而产生变形,进而使得原有弹坑的应力松弛了68.2％,因此整体上喷丸后弹坑应力分布状况随着重叠区和凹陷区呈现波纹状起伏.研究认为,弹丸重叠撞击起到均化材料表面应力的作用.
首先对Al-Zn-Mg-Cu 合金分别进行了二级固溶处理(450 ℃×30 min+470 ℃×60 min)和三级固溶处理(450 ℃ × 30 min+470 ℃×60 min+485 ℃×30 min),随后对其进行了120 ℃时效24 h 的处理.采用光学显微镜、扫描电镜、X 射线衍射仪、透射电镜等研究了不同工艺固溶处理对Al-Zn-Mg-Cu 合金微观组织和性能的影响,并对固溶时效态合金的拉伸性能和晶间腐蚀性能进行了测试.结果表明:与二级固溶工艺相比,经过三级固溶工艺处理后,Al-Zn-Mg-Cu 合金中高温残留相Al2CuMg得到有效消除,合金时效态样品晶间腐蚀24 h 后最大侵蚀深度由250.78 μm 降至124.22 μm,同时合金的拉伸性能得到提升,抗拉强度由601 MPa提升至653 MPa,屈服强度由546 MPa提升至596 MPa,断后伸长率由10.3％提升至14.5％.这主要是由于Al2CuMg 残留相在固溶过程中的消除提高了淬火态Cu、Mg 溶质原子的过饱和度,增加了晶内析出相的体积分数,即晶内析出相与位错相互作用的剪切强化效果得以提升.同时拉伸过程中可能发生在Al2 CuMg 粗大相附近的应力集中也被减弱,合金的塑性得到改善.此外,Al2CuMg残留相的消除提高了合金在时效过程中晶界析出相中的Cu 含量,提高了其晶间腐蚀性能.
