《铸造技术路线图》摘录:铸造金属基复合材料

1概述金属基复合材料(Metal Matrix Composites,简称MMCs)是以金属及其合金为基体,加入一定体积分数的纤维、晶须或颗粒等增强相经人工复合而成的材料,不仅具有现代科技对材料要求的强韧性、导电性、导热性、耐高温性、耐磨性和不吸潮等优良性能,而且在比强度、比刚度、比模量及高温性能等方面超过其基体金属或合金,同时具有可设计性和一定的二次加工性,是一种在工程技术领域和日常生活中都具有广阔应用前景的高性能材料,到目前为止,已经在汽车、电子、先进武器、机器人、核反应堆、航空、航天等领域得到应用。     

退火温度对HA/Ti-24Nb-4Zr复合材料组织与性能的影响

利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了HA/Ti-24Nb-4Zr生物复合材料,研究了不同退火温度对复合材料显微组织和力学性能(抗压强度、屈服强度、屈强比、压缩弹性模量)的影响。结果表明,烧结态复合材料主要由β-Ti相、少量初生α-Ti相及HA相组成;随着退火温度的升高,复合材料基体中β-Ti相含量增多且晶粒逐渐长大,针状次生α-Ti相在晶界处和晶内不断析出,HA相结构和含量变化不大;与烧结态相比,不同退火温度处理后的复合材料强度和弹性模量先略微上升后下降,而塑韧性呈不断提高趋势;复合材料在850 ℃退火处理后,抗压强度、屈服强度、屈强比和压缩弹性模量值分别为1507 MPa、1270 MPa、0.84和42 GPa,塑韧性得到明显改善,作为生物医用植入材料具有潜在的应用前景。     

触变挤压铜合金的力学性能

采用触变挤压工艺成形ZCuSn10P1铜合金轴套零件。通过单向拉伸试验和硬度试验测试了触变挤压铜合金的抗拉强度、延伸率、布氏硬度和显微硬度。利用扫描电镜观测了断口形貌并分析了断裂方式,研究了成形压力对触变挤压铜合金力学性能的影响。结果表明,抗拉强度随成形压力增加而先增加后降低;延伸率随成形压力增加而不断减小;成形压力与抗拉强度和延伸率的函数关系分别近似为抛物线和幂指数。触变挤压铜合金拉伸断裂方式为沿晶断裂和韧性断裂的混合型断裂。布氏硬度随成形压力增加而先增加后降低。相同工艺条件下,液相显微硬度值最高,固/液界面次之,固相最低;固相、固/液界面和液相的显微硬度均随成形压力增加而先增加后降低。触变挤压铜合金综合力学性能要高于常规铸造,较佳工艺参数为成形压力250 MPa、挤压速率15 mm/s,其抗拉强度、延伸率和布氏硬度分别为387 MPa、2.8%、1280 MPa。     

激光熔覆高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层的原位反应机制及其微结构特征

通过激光熔覆增技术在BT3-1钛合金表面制备了高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。根据差热(DTA)和热重(TG)曲线,探讨了氩气和氮气保护下Ti、Al、Nb三种元素混合粉末之间的激光原位合成反应机制。借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了复合涂层的物相结构和微观形貌。结果表明：复合涂层主要由单质Nb、金属间化合物γ-TiAl、α₂-Ti₃Al和Ti₃Al₂等物相组成,Nb只有部分发生了原位反应。N₂能够降低Ti-Al二元反应之间的反应温度,提高反应速率,对Ti-Al二元反应起催化作用。复合涂层中没出现通常激光熔覆所具有的外延生长柱状晶组织,而是形成了细小的等轴晶组织。     

激光原位合成TiN/Ti_3Al基复合涂层

利用Ti与AlN之间的高温化学反应,在TC4钛合金表面激光原位合成了TiN/Ti3Al基金属间化合物复合涂层.借助XRD和SEM分析了涂层的物相组成和显微组织.结果表明,涂层主要由TiN和Ti3Al组成.当Ti与AlN摩尔比为4:2时,涂层中TiN含量随激光功率密度的增大而减小;Ti与AIN摩尔比为4:1时,TiN含量随激光功率密度的增大而增大.TiN增强相点阵常数的精确计算显示,涂层中TiN相出现晶格畸变现象,结合EDS分析表明,TiN固溶的Al含量随功率密度的增加而减小.SEM分析表明,TiN增强体的生长形态随着激光功率密度的增大由棒状逐渐向颗粒状转变.当Ti与AlN的摩尔比为4:1,激光功率密度为15.28 kW·s·cm~(-2)时,涂层表面的宏观形貌较好,微观组织无气孔和裂纹,试样截面显微硬度自基体至涂层表面变化平缓,涂层平均显微硬度达到844 HV_(0.2),约为基体合金的3.4倍.     

合金灰铸铁成分对切削刀具磨损的影响

利用正交试验法研究了合金灰铸铁中碳、铜、铬、锡含量变化对切削刀具(硬质合金)磨损的影响。结果表明,C、Cu、Cr、Sn等元素对刀具磨损影响大小的顺序是:C>Cu=Cr>Sn。其中,随着C含量升高,刀具磨损降低,但超过3.0%后变化不大;Cu和Cr含量增加都使刀具磨损明显上升,而Sn对刀具磨损的影响很小。获得了使刀具磨损最低的各元素的含量:C为3.00%,Cu为0.30%,Cr为0.20%,Sn为0.055%。阐明了C含量对刀具磨损影响的原因。     

高能球磨法制备SiC/Al复合粉末的工艺研究

采用高能球磨技术制备SiC和Al的复合粉末,研究了球磨时间、过程控制剂(PCA)、球料比以及SiC与Al混粉质量比对复合粉末粒度和包覆效果的影响。结果表明,复合粉末平均粒径的大小与PCA、混粉比、球磨时间和球料比有关,其影响程度依次为:PCA>混粉比>时间>球料比;复合粉末的粒径大小随着球磨时间、PCA和球料比的增加而显著减小,而随着混粉质量比的增加呈现先减后增的趋势。混粉质量比为3:7的复合粉末平均粒径达到最小值;球磨时间为9h、PCA添加量为1.5%、球料比为12:1和Al与SiC混粉质量比为3:7时,能制备出颗粒细小、包覆效果好的优质复合粉末。     

热处理工艺对5Cr5Mo2V钢组织与性能的影响

利用洛氏硬度计及场发射扫描电镜等研究了奥氏体化温度和回火温度对热锻模具用钢5Cr5Mo2V组织和性能的影响。结果表明:试验钢经过不同温度的淬火和回火处理后,组织均为回火马氏体+残留奥氏体+碳化物。当5Cr5Mo2V钢在920~1030 ℃淬火时,随淬火温度升高硬度值增加并于1030 ℃达到最大值62.53 HRC,之后硬度值趋于稳定,且在1030 ℃淬火时晶粒较为细小,超过1030 ℃淬火晶粒开始粗化;试验钢在480~550 ℃回火时,硬度值随回火温度升高逐渐增加,并于550 ℃出现二次硬化峰值,但在此温度下试验钢的冲击性能为最低,此后随回火温度升高冲击性能逐渐增加,当回火温度为600 ℃时,试验钢在维持较高硬度(49 HRC)的同时,冲击吸收能量可达21 J,故5Cr5Mo2V钢的最佳热处理工艺为:1030 ℃淬火30 min后油冷,随后在600 ℃回火(2 h)2次空冷。     

电渣重熔连续定向凝固M2高速钢铸态组织的研究

研究了传统电渣重熔工艺(ESR)和电渣重熔连续定向凝固技术(ESR-CDS)所得到的M2高速钢铸态显微组织。结果表明:采用ESR工艺得到铸态组织边部为树枝晶且部分出现了三次枝晶,心部为粗大的等轴晶,晶粒之间有网状碳化物,铸锭的偏析较为严重,经深腐蚀凝固组织基体与碳化物过渡区较为疏松、粗糙,部分基体内部出现了细小的裂纹。而采用ESR-CDS工艺得到铸态组织边部和心部都以较为细小的树枝晶为主,组织中存在比较多的"不连续的复合规则型"的碳化物,组织较为均匀,经深腐蚀,碳化物与基体过渡区圆滑。