Preparation of Plasma Cladding Gradient Wear-Resistant Layer and Study on Its Impact Fatigue Properties

Plasma cladding technology is used to prepare plasma cladding gradient wear-resistant specimens, and the performance of these specimens is analyzed and compared with those of single cladding specimens. The results indicate that plasma cladding gradient wear-resistant layers implement the gradient changes in microstructure and hardness from the surface of the outer cladding layer to the fusion line and that the outer and inner cladding layers are well combined, the inner cladding layer can improve rapid decreases in hardness of single wear-resistant samples from the cladding layer to the matrix, changes in hardness from the outer to inner cladding layer are buffered, and the inner cladding layer performs important functions in the transition between the outer cladding layer and substrate. The highest hardness of the outer layer, which reaches 735 HV_0.1, is approximately 3.9 times that of the matrix. The impact fatigue resistance performance of the plasma gradient cladding specimens is superior to that of single cladding specimens, and fatigue cracks begin to form only after 1 × 10⁵ cyclical impacts.     

铜包铝气压连铸成形工艺

在自制的铜包铝气压连铸成形设备上,成功地连铸出内径为8mm,铜层厚度为2mm的小尺寸铜包铝双金属连铸复合棒坯。复合棒坯连续稳定,表面质量良好。经扫描电镜观察和剪切强度测试,发现铜包覆层厚度均匀,内部铜铝界面形成具有一定厚度的扩散边界,内外层金属实现了有效结合。经过后续拉拔加工,成功制备出外径为0.95mm的铜包铝复合线材,经测试,其退火后的抗拉强度,伸长率和电阻率分别为208.43MPa,13.44%,2.454×10-6Ω·cm。     

Si对625合金激光熔覆层高温氧化特性的影响

利用循环氧化法,研究了不同Si含量（0%,1%,3%,质量分数）的625合金熔覆层在700、800、900 ℃下氧化144 h后的高温氧化行为。用XRD分析了氧化物相。通过SEM/EDS研究了氧化物表面和截面的形貌、元素组成和氧化膜的厚度。结果表明,不同温度下试样的氧化动力学都保持抛物线规律,随着温度的升高,氧化增重逐渐增加。通过观察,在900 ℃时,0% Si含量的625合金熔覆层出现了氧化膜大面积剥落的情况,3% Si含量的合金熔覆层氧化膜保持完整。在700 ℃时,随着Si含量增加,氧化膜表面的氧化颗粒尺寸减小且更加致密,同时促进了Cr₂O₃氧化物的生成。在700 ℃下,0 % Si含量的试样出现了大片的内氧化区域;1% Si含量的试样基体部分出现了2处条状的含Ni,Cr,Mo的氧化物相区;而3% Si含量的试样氧化后由于生成了富Si的内氧化层,这阻止了内氧化的发生。外层Cr₂O₃氧化膜和内层SiO₂的联合作用既阻止了O阴离子的渗入也抑制了Fe等金属离子的扩散,提高了合金熔覆层的抗氧化性。     

3D激光熔覆陶瓷-金属复合涂层温度场的有限元仿真与计算

通过建立移动激光高斯热源作用下三维熔覆温度场的计算机数值分析模型，在分析过程中引入了复合材料热物性参数的计算方法，考虑了相变潜热和辐射对流散热等因素，用ANSYS中的ADPL语言编制了相应的计算机程序，具有较高的计算精度。在不同的工艺参数条件下，用该模型对激光熔覆陶瓷一金属复合涂层温度场进行了分析计算，得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度等值线分布和温度梯度分布，预测了熔池的轮廓、热影响区的形状、交界面的结合情况等，为研究激光熔覆陶瓷．金属复合材料涂层的覆层成型和凝固机制、根据熔覆层的材料设计要求选择激光熔覆工艺参数等提供了依据。     

厚度比对不锈钢覆铝板成形性能的影响

用４层对称轧制复合法制备了１．５ｍｍ厚,不同厚比ηｓ的ＳＵＳ３０４／ＡＡ３００３层压复合板。研究了厚度比ηｓ对ＳＵＳ３０４／ＡＡ３００３层压复合板成形性能的影响。结果认为,随着厚度比ηｓ的增加,ＳＵＳ３０４／ＡＡ３００９层压复合板的应变硬化指数ｎ有增大的趋势,而塑尖变比Ｒ值急剧增加,表明在成形过程中承受拉力或和时,抵抗变薄或变厚的能力增强。以ＳＵＳ３０４作内层材料所作极限拉深了Ｌ．Ｄ．Ｒ值为２．１     

厚壁离心管坯温度场和热应力场的数值模拟及其轴向裂纹分析

运用有限元分析软件ANSYS8．0／Multiphysics对材质为21CrMo10钢的离心管坯。在不同工艺参数下的温度场和热应力场进行了分析。结合生产实际得出：厚壁离心管坯出现轴向裂纹的原因在于管模内壁涂层太薄、管坯横截面的温度梯度〉10℃／mm;随着管模内壁涂层厚度的减薄,钢液浇注温度的升高,厚壁管坯内壁的热应力有增大的趋势。据此进一步优化和确定了在特定情况下浇注合格管坯的工艺参数。     

The effect of oxygen on transitional Marangoni flow in laser spot welding

Owing to its significant influence in heat and mass transfer, liquid metal flow during stationary laser welding has been studied for different concentrations of oxygen in the surrounding environment. Two predominant types of surface flow motion are observed: an inward flow, corresponding to a positive surface tension temperature gradient, and an outward flow, corresponding to a negative gradient. Time-dependent changes in oxygen concentration at the surface are observed to flip the surface tension temperature gradient from negative to positive under appropriate shielding conditions. The oxygen concentration affects not only the flow motion, but also the laser absorption coefficient, which increases with increasing environmental oxygen concentration. It is shown here that the evolution of dissolved oxygen in the weld pool as a function of temperature can have a profound influence on the fluid flow and hence on energy transport.     

316L不锈钢激光快速成形的微观组织模拟

针对316L不锈钢激光快速成形(LRF)薄壁试样的凝固组织形态分布,从凝固理论出发,建立了激光快速成形柱状晶/等轴晶转变(CET)及一次枝距λ_1与有限元温度场耦合数值模型,模拟了成形高度为2.8 mm的LRF薄壁试样凝固组织形态及分布。结果表明:316L不锈钢LRF组织由致密、均匀、外延生长的细长柱状晶组成,一般不发生CET转变,组织中λ_1在6.5—17μm范围内,且随熔覆高度的增加而逐渐增大,模拟结果与实验符合很好。在此基础上,对成形高度为40 mm薄壁件的凝固组织形态及分布进行了预测。     

成分和热处理对核级不锈钢堆焊材料氧化行为的影响

利用SEM,XRD和XPS等手段研究了二种核级不锈钢堆焊材料在350 ℃/22 MPa高温高压水中的氧化行为. 结果表明,随着腐蚀周期的增加,不锈钢堆焊材料表面氧化物颗粒数量逐渐增多,氧化物颗粒尺寸逐渐增大,氧化膜厚度逐渐增加;不锈钢堆焊材料表面氧化膜为外层富铁内层富铬的双层结构,氧化膜组成成分主要为Fe-Cr氧化物;Cr元素含量的增加会降低材料表面氧化物颗粒的数量和氧化膜厚度, 而焊后热处理(PWHT)增加了材料表面氧化物颗粒的数量和氧化膜厚度.     

锆合金表面Cr涂层在高温压缩下的界面开裂行为EI北大核心CSCD

在事故条件下核反应堆的核心部件镀Cr锆合金包壳管容易受到挤压发生变形,导致Cr涂层产生裂纹影响涂层的保护性能,因此研究镀Cr锆合金在高温压缩下的裂纹扩展行为十分有必要。采用环向压缩试验研究不同厚度Cr涂层锆合金在不同温度下的开裂行为,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计等测试设备研究不同压缩试验温度下的镀Cr锆合金包壳管表截面裂纹微观形貌,并统计表截面裂纹密度及截面裂纹最大宽度。分析包壳材料的载荷-位移曲线和裂纹扩展行为,评价温度和涂层厚度对镀Cr锆合金包壳管力学性能的影响。研究结果表明:镀Cr锆合金包壳管在高温工况下,抗压强度会下降,断裂韧性增加;当涂层厚度增加时,表截面裂纹密度减少,裂纹张开尺寸增大;裂纹首先在表面产生,然后逐渐向基体扩展,并随着变形量的增加逐渐向基体扩展,最终在膜基结合处停止;试样变形量从10%压缩到50%时,截面裂纹的新增主要来自表面主裂纹分叉,且在压缩过程中Cr涂层并不会剥落,Cr涂层与锆基体结合性能良好。研究不同厚度锆合金Cr涂层包壳管在高温压缩下的膜基界面裂纹的扩展行为,可为锆合金包壳管的涂层制备提供数据支持。     

锻模型腔表面热负荷分析

根据锻模型腔热负荷来源，通过非稳态传热理论，分析研究了模具工作表面层的温度分布与传递规律，给出了型腔表面温度分布梯度和热流密度公式，并给出了锻模型腔表面的温度负荷峰值的计算公式。同时分析了温度波在模具中的传递规律，热影响区范围与影响机理，为进一步开展锻模温度场与热应力场的研究提供了基础。     

激光熔覆甲胺泵进排液阀零件密封面

采用激光熔覆技术对尿素生产线的甲胺泵进排液阀零件密封面进行强化。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置于基材为Ｃｒ１８Ｎｉ１２Ｍｏ２Ｔｉ不锈钢的阀体阀盖零件密封面上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行单道扫描,得到的激光熔层表面光整,厚度为２ｍｍ,基体无变形。激光熔覆层消除了气孔,裂纹,夹杂物等缺陷,其组织致密,晶粒度细小,硬度和强韧性更高。熔层与基体实现了冶金结合。     

H90/钢反向凝固复合层的厚度变化规律

以08Al钢作为母带，H90黄铜作为复合材料，系统地研究了反向凝固复合工艺浸渍复合时间、铜液的温度以及钢带的预热温度和厚度对黄铜复合层厚度变化的影响规律。研究结果表明：随浸渍复合时间的增加，复合层的厚度变化经历了凝固生长、平衡相持和回熔3个阶段；铜液温度以及钢带预热温度和厚度变化不改变复合层厚度的变化规律，但对各阶段的持续时间和复合层的厚度有影响；钢带越厚以及铜液的温度和钢带的预热温度越低，复合层的厚度越厚。     

送粉式激光熔覆温度场有限元分析

采用有限元方法建立了送粉式激光熔覆过程温度场分析的数学模型，模拟了熔覆过程温度场的分布情况，模拟结果与试验结果基本吻合，表明可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制激光熔覆工艺参数。模拟结果发现，激光熔覆过程表现为急热急冷的特征；温度梯度较大，最大温度梯度出现在熔池附近和熔覆层与基体交界的边界处。     

激光熔覆-激光氮化复合法制取TiNi-TiN梯度材料

将激光熔覆与激光表面氮化技术相结合制取TiNi-TiN梯度材料。采用先进的六孔同轴送粉喷嘴系统,分别将纯Ti、Ni粉末按一定比例送入激光熔化区,在粉末熔化过程中发生Ti、Ni间高温合成反应,原位合成一定厚度的TiNi金属间化合物熔覆层,然后将原位合成的熔覆层在富氮气氛中进行激光氮化处理,表面形成一层金黄色的TiN。利用光学显微镜和扫描电镜观察了熔覆层组织,并测量了熔覆层及氮化层的厚度。对不同工艺参数获得的熔覆层用X射线衍射仪进行了物相鉴定,并对氮化试样的熔覆层进行了显微硬度分布测试,得出了较好的制取TiNi-TiN梯度材料的工艺参数为:激光功率600 W,扫描速度0.5 m/min,钛送粉量2.5 g/min;镍送粉量3.2 g/min。     

CVD金刚石膜散热性能的实验及仿真分析

本文基于化学气相沉积(CVD)金刚石膜的超高热导率,设计并搭建了一套实验系统,分析其对于小空间高热流密度电子元件的散热效果。通过测量加热器及材料表面的温度值可知,相同工况下,金刚石膜温度梯度小,温度分布均匀性好,表面最大温差仅为铜的一半且加热面温度相比于铜更低。实验结果说明CVD金刚石膜的散热性能明显优于传统散热材料铜。实验验证了经过Ti-Ni-Au金属化处理的CVD金刚石薄膜具有可焊性。在实验基础上,利用Flotherm软件对系统进行仿真建模,进一步探讨了材料厚度、热导率及接触热阻对加热面温度和最大热流密度的影响。     

铜-铝-铜复合板导电特性的模拟

利用有限元分析软件ANSYS,模拟计算了铜-铝-铜复合板参数对内部涡流电流的影响。模拟结果表明,在铜铝复合板整体厚度一定的前提下,存在适宜的厚度比;铜-铝-铜复合板的导电效率随复合板宽度的增加而提高;同时,铜铝复合板的外形对复合板的内部涡流也有很大的影响,圆边的双面复合板优于直边,且优于同尺寸四边覆铜的直边板。     

非晶制带冷却辊热流与温度场数值模拟

冷却辊温度是影响非晶带材质量的关键因素, 为此应用流体动力学软件FLUENT模拟了冷却辊外壁面沿圆周方向的热流分布,以此为边界条件,采用有限元分析法对冷却辊进行了稳态温度场分析,获得了冷却辊内外壁温度场分布,讨论了冷却辊辊厚和冷却水通道高度对冷却辊温度场的影响规律。结果表明：减小冷却辊厚度可降低冷却辊外表面温度,提高内表面温度;减小冷却水通道高度可以降低冷却辊内外表面温度。通过综合分析,得到冷却辊内外表面温度在一定范围内的最优化设计方案,为非晶带材冷却辊的设计及优化提供理论支持。     

气压顶出充芯连铸制备双金属复合材料试验研究

采用自制设备,运用气压顶出充芯连铸法,制备出外径为12 mm,内径为8 mm的铅包锡双金属复合棒坯.对复合棒坯的外观、断面和界面进行了分析,结果表明,复合棒坯连续稳定,表面质量良好,包覆层厚度均匀,界面实现了冶金结合.     

激光熔覆修复齿轮轴工艺研究

采用激光熔覆工艺对某船用减速齿轮箱齿轮轴的磨损齿面进行尺寸修复.为制定合理的修复方案,建立了齿轮轴齿面激光熔覆温度场模型,通过计算分析,结合样块试验,确定了修复过程中的激光熔覆主要工艺参数;选用单向送粉双向扫描的熔覆方法,解决了熔覆层开裂的问题;针对计算结果中出现的齿面进出端和齿顶热集中效应和热冲击效应引起的过烧现象,提出了搭接熔覆和包覆熔覆的熔覆工艺,较好地消除了过烧现象.最终在磨损轮齿上得到了厚度达0.7mm质量稳定的优质熔覆层,完成了磨损轮齿的尺寸修复.该激光熔覆工艺可为类似的修复问题提供借鉴和指导.