ECAPT工艺下纯铝粉末-包套变形行为的数值模拟与实验

采用体积可压缩刚粘塑性热力耦合有限元法,对纯铝粉末-包套ECAPT变形行为进行数值模拟,并实验分析其在ECAPT过程中显微组织和力学性能的演变规律。结果表明:ECAPT工艺对纯铝粉末材料具有强烈的致密和细化效果;变形坯料在模具转角和螺旋通道两处所受剪切变形程度最大,挤压载荷增幅最为明显;ECAPT工艺在提高材料应变累积量的同时可显著改善其变形分布的均匀性。模拟分析与实验结果具有较好的一致性,纯铝粉末坯料经1道次ECAPT变形后实现有效固结,显微组织显著细化,力学性能大幅度提高。     

纯铝粉末多孔材料等通道转角挤压数值模拟及实验

采用体积可压缩刚粘塑性有限元法,对纯铝粉末多孔烧结材料的等通道转角挤压过程进行数值模拟,获得了挤压过程试件内部变形场、静水应力场及相对密度场的分布。研究结果表明,等通道转角挤压对粉末多孔材料具有强烈的致密效果。分析认为,挤压过程所提供的高静水压力状态和大剪切变形,是孔隙得以有效焊合的关键。对纯铝粉末烧结材料进行的实验结果表明,试样经过一次挤压后,主要变形区组织剪切变形特征明显,内部的孔隙基本闭合,组织明显细化,材料的力学性能显著提高。     

大塑性变形法制备SiC_p/Al复合材料的实验研究

采用等径角挤压(ECAP)和等径角挤扭(ECAPT)两种大塑性变形工艺在250℃条件下成功将35vol%SiC颗粒与纯Al混合粉制成SiCp/Al复合材料。通过对显微组织的定性分析和采用样方法的定量计算,获得了不同变形工艺、试样内部不同位置以及不同变形阶段对SiC颗粒分布的影响。结果表明:剪切应变量和基体流动性对SiC颗粒的均匀分布有着至关重要的影响。单道次ECAPT变形后,SiC颗粒分布比单道次ECAP变形时更均匀,基本与2道次ECAP效果相当。随着ECAPT变形过程的深入,SiC颗粒的分布越来越均匀,其中以挤压阶段到ECAP阶段,SiC颗粒分布均匀程度的改善最为明显。     

纯铝粉末多孔烧结材料等通道转角挤压致密化行为研究

对纯铝粉末烧结材料进行等通道转角挤压实验,结果表明:经一次挤压后主要变形区组织剪切变形特征明显,内部的孔隙基本闭合,组织明显细化;多道次挤压后,不同挤压路径得到材料组织形态及孔隙闭合效果不同.研究认为,单道次ECAE过程中的孔隙闭合效果取决于试样所处的应力状态,即剪应力和球应力张馈的良好匹配是材料获得良好的致密效果的关键.多道次挤压由于变形量的累积和不同的剪切特征不断改变基体及孔隙的形状,使材料进一步致密.     

纯铝颗粒等径角挤扭中的细化和固结(英文)

采用等径角挤扭新工艺(ECAPT)在200°C条件下实现纯铝粉末颗粒的固结。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)深入研究粉末细化和固结行为,并对变形后试样的密度、硬度和室温压缩性能等进行测试。结果表明:等径角挤扭工艺是实现在相对较低的温度下粉末固结的有效方法。在200°C下经4道次变形后,成功将纯Al颗粒固结为致密的块体材料,固结后的材料具有较细的晶粒结构和良好的力学性能。深入分析了晶粒细化和固结机理。等径角挤扭工艺是具有良好前景的以粉末为原材料制备高性能块体材料的工艺。     

螺旋通道长度对纯铝粉末多孔材料等径角挤扭变形的影响

针对等径角挤压和挤扭两种工艺的不足,在充分发挥各自优势的基础上,提出了一种新型的大塑性变形工艺——等径角挤扭(Equal Channel Angular Pressing and Torsion,ECAPT)。采用DEFORM-3D软件对纯铝粉末多孔材料等径角挤扭成形过程进行单道次三维有限元模拟,重点分析螺旋通道长度对变形试样挤压载荷、等效应变、致密行为等场量变化规律的影响。结果表明,相比于传统的ECAP变形,ECAPT工艺螺旋通道的存在,可大大增加变形试样内部的静水压力;合理的螺旋通道长度,可有效提高变形试样的累积应变量和应变分布均匀性,显著改善变形试样的整体致密效果。文章在综合考虑最优数值模拟结果的基础上,自行设计了螺旋通道长度为30mm的ECAPT模具,并进行了相关实验验证,证明了所建立有限元模型的可靠性。     

等通道球形转角膨胀挤压工业纯铝的组织与性能

采用新型等通道球形转角膨胀挤压(equal channel angular expansion extrusion with spherical cavity,ECAEE-SC)工艺,对工业纯铝进行室温1道次挤压变形。借助光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)研究变形过程中工业纯铝显微组织的变化规律,并进行了硬度测试和拉伸试验。结果表明:ECAEE-SC工艺具有复合成形效果和较高的挤压效率,坯料成功实现了单道次连续变形。工业纯铝经1道次ECAEE-SC变形后,在机械剪切、应变累积和静水压力的共同作用下,晶粒显著破碎和细化,内部形成了大量细小、均匀的等轴亚晶,平均晶粒尺寸约为4.6mm;材料表现出优良的综合力学性能,HV显微硬度由未变形时的366 MPa增加至702 MPa,增幅为91.8%,且分布趋于均匀;抗拉强度高达183.8 MPa,而伸长率降低至12.7%,拉伸断口表现出明显的韧性断裂特征。     

等通道转角挤扭工艺对SiC_p-Al复合材料SiC颗粒分布的影响(英文)

采用等通道转角挤扭工艺(ECAPT)将体积浓度为35%的SiC颗粒与65%的纯铝混合粉末直接制备SiCp-Al复合材料。基于金相组织观察和样方法分析,研究在同一试样不同的位置和不同的变形阶段的SiC颗粒分布,并与多道次等通道转角挤压工艺(ECAP)下SiC颗粒的分布进行比较。实验结果表明:剪应变对SiC颗粒的分布有重要的影响。在ECAPT过程中,SiC颗粒分布的均匀性从压实阶段到转角阶段得到很大的改善;单道次ECAPT工艺对SiC颗粒分布均匀性的改善效果相当于两道次ECAP,可以获得相对均匀的颗粒分布。     

镦-剪-挤耦合作用下工业纯铝变形行为及组织性能

提出一种集镦粗、剪切和挤压变形于一体的膨胀不等通道转角挤压法(expansion non-equal channel angular extrusion,Exp-NECAE),基于理论分析,采用数值模拟与实验验证相结合的方法,研究多效应耦合作用下工业纯铝剧烈塑性变形行为,探讨分析变形材料对微观组织和力学性能的演变规律。结果表明,Exp-NECAE工艺具有高效率复合成形特点,坯料的变形过程连续、稳定、协调,可分为转角区变形、过渡区变形和完全挤出变形3个不同阶段;变形时材料内部处于理想的三向压应力状态,变形均匀性良好,单道次累积应变量高达2.56,接近理论计算值。1道次Exp-NECAE变形后,在镦-剪-挤耦合简单剪切应变诱导下,工业纯铝晶粒破碎和细化十分明显,材料内部形成了以细小等轴晶为主的混晶组织,平均晶粒尺寸约为2.73μm。同时,材料力学性能提升显著,平均显微硬度(HV)为558 MPa,抗拉强度为161.2 MPa,伸长率为13.9%。断口形貌中存在大量小而深的韧窝,且分布较为均匀,表现出了良好的韧性断裂的特征。     

纯铝等径角挤扭新工艺变形

等径角挤扭(ECAPT)是结合等径角挤压(ECAP)和挤扭(TE)两种典型的大塑性变形(SPD)工艺而产生的一种新型细晶材料制备技术。利用刚塑性有限元技术对纯铝1100ECAPT工艺变形特征进行模拟研究,获得了等效应变和等效应力的大小及分布规律,分析了挤压载荷随变形时间的变化规律及其对试样变形的影响。结果显示,在模具拐角和螺旋通道处,等效应变得到有效积累,最终呈层状分布,且相对较为均匀,应变分布均匀性也得到一定改善,等效应力在上述两处区域达到最大。采用纯铝进行室温3道次ECAPT实验,测量试样显微组织和力学性能的变化。结果表明,实验结果与模拟结果具有较好的一致性;晶粒得到了明显细化,屈服强度、抗拉强度与显微硬度等力学性能得到明显提高,但试样塑性略有降低。     

纳米粒子的特性,研究方法及研究现状

综述了纳米粒子的特性及研究现状,纳米粒子在三维方向均处于纳米尺度,个有表面效应和体积效应。作者对纳米粒子的研究分析手段进行了介绍。     

纳米微粒在镍/微米/纳米组合电镀中的作用

通过比较分析不同纳米微粒浓度的镍／微米／纳米组合电镀的镀层性能，研究纳米微粒的引入对微粒沉积量、镀层硬度的影响。     

锆合金第二相研究述评(Ⅰ):Zircaloys合金

回顾了国内外近几十年来关于Zircaloys合金中第二相粒子本征特征(晶体结构、成分、形状、亚结构等)的相关研究工作。Zircaloys合金中的Zr-Fe-Ni粒子只有一种,即C16(BCT,Al2Cu)型Zr2(Fe,Ni)Zintl相。而Zr-Fe-Cr粒子主要有两种:一种是C14(HCP,MgZn2)型Zr(Fe,Cr)2Laves相,另一种是C15(FCC,MgCu2)型Zr(Fe,Cr)2Laves相,这些Laves相内部均可见层错结构。归纳总结出形成温度决定论、n(Fe)/n(Cr)决定论、价电子/原子比决定论3种理论,用于解释Zr(Fe,Cr)2粒子形成稳定结构的原因。常规加工工艺下,在Zircaloys合金成分范围内,Sn完全固溶于α-Zr基体,不会参与形成析出相,Fe、Cr、Ni一般也不会单独与Zr形成Zr-Fe、Zr-Cr、Zr-Ni粒子。     

Experimental investigations into forces during magnetorheological fluid based finishing process

Magnetorheological fluid based finishing process is a fine finishing process that has been applied to a large variety of brittle materials, ranging from optical glasses to hard crystals. Under the influence of a magnetic field, the carbonyl iron particles (CIPs) and non-magnetic polishing abrasive particles remove material from the surface being polished. Knowledge of forces acting is important to understand the mechanism of material removal. A dynamometer and virtual instrumentation are used to on-line record the normal force and tangential force acting on the workpiece through the magnetorheological (MR) fluid. A full factorial design of experiments is used to plan the experiments and ANOVA to correlate the forces and process parameters. The selected process parameters (volume concentration of CIPs and abrasives, working gap, and wheel rotation) are varied over a range to measure forces during experimentation. The maximum contribution is made by a working gap on the forces developed on the workpiece surface followed by CIP concentration while the least contribution is noticed by the wheel speed.     

Sphericizing metal powders by mechanical means

A dry mechanical surface treatment was described, in which irregularly shaped metal powders were impacted and sphericized by using,high speed airflow impact method particles composite system（PCS）. The optimum technological parameters for the metal powders processed were determined according to the treatment effect under different conditions. The results show that the irregularly shaped metal powders are impacted into dense spherical particles, the bulk density and tap density of the metal powders increase noticeably. The combination property of metal powders is improved greatly.     

颗粒增强锌基复合材料研究现状与展望

颗粒增强锌基复合材料是当前研究较多、比较成熟、应用较广泛的金属基复合材料。综述了颗粒增强锌基复合材料的制备方法、界面微观结构、力学性能及摩擦磨损性能等的研究现状,分析了存在的技术难题,提出了今后的研究重点和发展方向。指出,喷射沉积快速凝固技术是继承传统铸造与粉末冶金发展起来的一种新型快速凝固技术,它将金属熔体的雾化和雾化液滴的沉积两个过程合为一体,直接由液态金属制备具有快速凝固组织特征的大块金属实体,是一种很有潜力的纳米颗粒增强锌基复合材料制备技术。     

添加纳米氧化物颗粒对TC4合金磨损行为的影响

采用摩擦磨损试验机对TC4合金/GCr15钢进行滑动磨损试验,在摩擦界面人工添加纳米氧化物颗粒研究了氧化物种类和颗粒尺寸对TC4合金磨损行为的影响;采用XRD、SEM、EDS等方法表征了TC4合金的磨损特征并探讨了磨损机制。结果表明:氧化物颗粒的种类和尺寸对于TC4合金的磨损行为具有显著影响。TiO_2颗粒急剧促进TC4合金磨损,而Fe_2O_3显著降低磨损;Fe_2O_3粒径越小,TC4合金的磨损失重越小且几乎不随载荷变化而波动。摩擦界面添加TiO_2时,磨损机制与未添加氧化物颗粒的相似,以磨粒磨损和粘着磨损等严重磨损机制为主;当添加Fe_2O_3时,磨损机制由严重向轻微磨损转变。     

特粗WC颗粒的制备方法研究

在研究当前国内外制备超粗WC粉末各种方法的基础上,提出了一种制备特粗WC颗粒的方法。使用由国产高纯单晶W颗粒破碎得到的Fsss>50μm的W颗粒进行高温碳化来制取特粗WC颗粒。采用扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)等分析测试手段,研究了W颗粒和WC颗粒的形貌、粒度,以及所制备WC的含碳量。结果表明,最终得到的WC颗粒大小分布均匀,化合碳含量高,游离碳含量很低,最大Fsss粒度可达到70μm以上。     

陶瓷粒子在铝合金熔体中的分散行为研究

研究了陶瓷粒子的尺寸、添加量、表面预处理、合金熔体的固相率及微量合金元素对陶瓷粒子在铝合金熔体中混合分散行为的影响,用电子能谱化学分析仪(ESCA)分析了陶瓷粒子表面化学组成,用四极质量分析仪(QMA)分析了陶瓷粒子表面吸附的气体。在此基础上,提出了妨碍陶瓷粒子在铝合金熔体中均匀分散的主要原因是陶瓷粒子表面吸附的气体的观点。