活性金属部分瞬间液相连接氮化硅陶瓷的研究

采用Ti/Cu/Ti多层中间层在1273 K温度下进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,考察了保温时间对连接强度的影响,并对连接界面进行了SEM,EPMA和XRD分析.结果表明,通过Cu-Ti二元扩散促使液相与氮化硅发生界面反应,形成Si3N4/TiN/Ti5Si3+Ti5Si4+TiSi2/TiSi2+Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层.保温时间影响接头反应层厚度,从而影响接头的连接强度根据活性金属部分瞬间液相连接陶瓷的界面行为,建立了活性金属部分瞬间液相连接陶瓷的理论模型.该模型较好地解释了Ti/Cu/Ti和Ti/Ni/Ti连接氮化硅陶瓷的异同点和连接工艺参数的选择.     

Si3N4/AgCu/TiAl钎焊接头界面结构及性能

采用AgCu非活性钎料实现了Si3N4陶瓷与TiAl基合金的钎焊,确定接头的典型界面组织结构为:TiAl/Ti3Al+Ti(s,s)/AlCuTi/Ag(s,s)+AlCu2Ti/Ti5Si3+TiN/Si3N4陶瓷。钎焊过程中,活性元素Ti从TiAl母材溶解到钎料中与Si3N4陶瓷发生反应润湿,实现了TiAl与Si3N4陶瓷的连接。随着钎焊温度的升高及保温时间的延长,靠近Si3N4陶瓷的TiN反应层厚度增加,Ag基固溶体中弥散分布的AlCu2Ti化合物聚集长大成块状,导致接头性能下降。当钎焊温度T=860℃,保温时间为5min时接头抗剪强度达到最大值124.6MPa。基于反应热力学及动力学计算TiN层反应激活能Q约为528.7kJ/mol,860℃时该层的成长系数KP=2.7×10-7m/s1/2。     

汽车壳体低压铸造工艺与模具设计

介绍了汽车壳体零件低压铸造工艺与模具设计.内容主要有低压铸造工艺参数的设计,包括升液压力与升液速度、充型压力和充型速度的计算、浇注温度的确定、结晶压力和保压时间的计算等;模具设计,包括模具结构与壁厚的确定、型腔尺寸的计算、型芯和抽芯的计算、模具的三维造型.     

Heat transfer characteristics of lost foam casting process of magnesium alloy

1 Introduction The growing demand for mass reduction in aerospace and automotive industries has greatly increased the magnesium application. Currently, casting is the main industrial forming method for magnesium alloys, but the lag of research and develop…     

Invar合金与Si_3N_4陶瓷钎焊接头界面组织和性能研究

采用Ag Cu Ti活性钎料对Invar合金和Si3N4陶瓷进行钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了钎焊工艺参数对接头界面结构和性能的影响。结果表明,钎焊过程中液态钎料中的活性元素Ti与Si3N4陶瓷发生反应,在陶瓷界面形成致密的Ti N和Ti5Si3反应层;同时,Invar合金向液态钎料中溶解,与活性元素Ti反应生成脆性的Fe2Ti和Ni3Ti化合物。钎焊温度和保温时间影响Si3N4陶瓷界面反应层的厚度以及接头中Fe2Ti和Ni3Ti脆性化合物的形成量和分布,这两方面共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为870℃,保温15 min时,接头的平均抗剪强度最大值达到92.8 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Si3N4陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

铸造工艺对钛合金Ti5Al2.5Sn ELI铸态组织及性能的影响

Ti5Al2.5Sn ELI钛合金是航空航天等领域重要的结构材料。本工作采用3种铸型同炉浇注的方法研究了铸造工艺对该合金铸态组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,该合金石墨型铸造试样表面粗糙,陶瓷型和金属型的则较光滑;石墨型试样宏观组织为大量等轴晶和少量柱状晶,金属型的为少量等轴晶和大量柱状晶,陶瓷型的为粗大柱状晶和等轴晶;不同工艺下显微组织均由不规则边界α集束组成,其内部为片状α相,石墨型的α片宽度最小,金属型的次之,陶瓷型的最大;该合金铸态抗拉强度715~731 MPa、伸长率8%~15%,石墨型的伸长率最高,金属型的次之,陶瓷型的最低,铸造工艺对该合金塑性影响强烈,但对强度的影响较小;铸型表面形貌、导热系数、α集束大小及α片厚度的不同是上述现象产生的主要原因。     

采用Cu-Ti钎料高温连接Si3N4陶瓷

采用Cu80Ti20钎料在1413~1493 K的温度,保温时间5~15 min的工艺条件下分别进行了Si₃N₄陶瓷的高温活性钎焊,在所选工艺条件下均成功得到了无明显缺陷和裂纹的钎焊接头,通过对接头组织和成分的分析,接头的组成为Si₃N₄陶瓷/TiN界面反应层/Cu-Ti化合物+Ti5Si3/TiN界面反应层/Si₃N₄陶瓷.在1413 K保温10min条件下,固溶体中的Ti元素扩散至钎缝与母材的界面并发生反应,形成了致密连续的厚度约为1 μm的反应层.获得了钎焊温度、保温时间、钎缝宽度及界面层厚度等对接头强度的影响规律,在试验中所采用的工艺参数条件下,接头抗剪强度达到了105 MPa.     

铝接触反应钎焊的成缝行为

接触反应钎焊（CRB）利用中间层材料与母材的冶金反应产生液相实现连接,因此可以弥补常规毛细钎焊工艺的某些不足,本文采用Si作为中间层介质进行了铝的接触反应钎焊,并得到良好的接头,在此基础上,采用经典扩散理论对接触反应钎焊过程中Si中间层的液化及钎缝液相层的形成过程进行了理论分析的计算。结果表明,中间层的液化是一个以秒为数量级来衡量的瞬时过程;随着中间层厚度的增厚,液化时间也逐渐增长;而钎焊温度对中间层的液化时间没有明显的影响。同时对钎缝液相层厚度与保温时间之间的定量关系计算结果表明,保温时间越长,中间层液相的厚度越大,并且温度越高,增长的趋势越大;钎焊温度越高,在同一时间下的中间层液相厚度也越大。     

可控气压下镁合金消失模铸造工艺参数的研究

研究了模样密度、涂层厚度、浇注温度、真空度等工艺参数对可控气压下镁合金消失模铸造时液态金属的充填形态和充型速度的影响,以及充型速度与充型形态之间的关系.结果表明:在可控气压下镁合金消失模铸造过程中,液态镁合金呈拱形平稳向前推进,并随着泡沫模样密度的降低、涂层厚度的减小、浇注温度和真空度的提高,充型速度提高.各因素对充型速度的影响效果由大到小的顺序是:泡沫模样密度→涂层厚度→浇注温度→真空度.通过分析实验数据,建立了可控气压下镁合金消失模铸造的充型速度的非线性数学模型.     

Strength and interfacial microstructure of Si3N4 joint brazed with amorphous Ti-Zr-Ni-Cu filler metal

In this paper, the vacuum brazing of Si3N4 ceramic was carried oat with Ti40Zr25Ni15Cu20 amorphous filler metal. The interfacial microstructure was investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) etc. According to the analysis, the interface reaction layer was made up of TiN abut on the ceramic and the Ti-Si, Zr-Si compounds. The influence of brazing temperature and holding time on the joint strength was also studied. The results shows that the joint strength first increased and then decreased with the increasing of halding time and brazing temperature. The joint strength was significantly affected by the thickness of the reaction layer. Under the same experimental conditions, the joint brazed with amorphous filler metal exhibits much higher strength compared with the one brazed with crystalline filler metal with the same composition. To achieve higher joint strength at relatively low temperature, it is favorable to use the amorphous filler metal than the crystalline filler metal.     

Interfacial Reactions between Cu-Zr filler metal and alumina and kinetics of reaction layer growth

The interfacial reactions and kinetics of the reaction layer growth in Cu-Zr/A1₂O₃ system were investigated and compared with those in Cu-Ti/Al₂O₃ system. Therrnodynamic analysis showed that the interfacial reaction can proceed until the activity of aluminum in the Cu-5 at.% Zr filler metal reaches about 0.27 at 1373 K. Growth of reaction layer, ZrO₂, was controlled by the diffusion of oxygen through ZrO₂ layer. The activation energy for ZrO₂ growth was 126 kJ/mol. Instead of using a complex redox reaction, a simple oxidation model between reactive metal and oxygen was found to adequately describe the reaction layers growth in ceramic/metal systems. The parabolic rate constant could be expressed in terms of oxygen vacancy concentration at the reactive metal/reactive metal oxide interface. The slower growth of TiO, in comparison with ZrO₂, can be rationalized using the parabolic rate constant. The lower diffusion coefficient of oxygen vacancy and a less negative free energy change of TiO formation have a dominant effect over the higher oxygen vacancy concentration at the Ti/TiO interface which resulted in slower TiO growth.     

基于正交试验的液态模锻Al-Sn-Cu轴套中Sn的宏观偏析

采用正交试验法分析了液态模锻Al-Sn-Cu轴套中Sn的宏观偏析规律。结果表明:液态模锻Al-Sn-Cu轴套不可避免的产生Sn的宏观偏析,铸件中同时存在着正偏析和逆偏析,正偏析出现在浇铸中心的近端,逆偏析主要存在于浇铸中心的远端;铸件凝固后期,低熔点液相被强制挤压至热节位置,形成粗晶区和细晶区相间的双峰组织,细晶区Sn的质量分数明显较高。液态模锻工艺参数对铸件宏观偏析产生较大影响,对Sn偏析影响由大到小依次是浇注温度、模具温度、保压时间及比压;本次实验条件下,当浇注温度为700℃,模具温度为240℃,比压为80 MPa,保压时间为5 s时,轴套铸件中Sn元素分布较均匀,Sn元素的宏观偏析得到减轻。     

α钛富氧层增厚动力学模型

为了实现在工业化生产中对α钛富氧层厚度预测和控制,通过实验研究α钛富氧层在高温空气环境中的形成及增厚过程,讨论热处理温度和时间的影响作用,建立高温(750~850℃)空气环境下关于温度、时间的富氧层增厚动力学模型。结果表明:当恒温热处理温度为750~850℃时,α钛富氧层厚度x与保温时间t0.5呈正比例关系,且升高热处理温度可显著提高富氧层增厚速度。在此温度范围内,氧原子的扩散激活能约为203473 J/mol,计算曲线与实验数据吻合性较好。结合文献中已有的扩散系数方程和实验测得的富氧层厚度数据,推导得到5个富氧层增厚动力学方程,其中3个方程的计算曲线与实验数据吻合性较好,可为实际生产中预估富氧层厚度提供理论支持。     

The analysis of variance on process parameters affecting the microstructures of semi-solid Al-Zn-Mg alloy billet by cooling plate method

The cooling plate method is a simple and effective technique for preparing thixoforming feedstock. In this study, a feedstock with rosette-type structure was prepared by the cooling plate method. To determine the major factors and to ensure reproducibility via the cooling plate method for thixoforming billets statistically, the analysis of variance (ANOVA) technique and the Taguchi method were employed. The ANOVA was used to define the effect of each parameter, including the pouring temperature, the cooling plate angle, the holding time after pouring and the mold temperature. Among the factors analyzed, the pouring temperature had the most significant effect, particularly on the grain size. In addition, the plate angle and holding time were varied to reduce the effect of pouring temperature. The optimum conditions to achieve the desired microstructure using this method involved the use of a low pouring temperature (superheat (ΔT) value of less than 20 °C) and holding of the temperature of the cooling plate below the liquidus temperature. It was also found that the morphology of the grains quickly became globular when the billet was reheated to the liquid/solid temperature.     

Al2O3/Ti生物相容连接接头微观组织及力学性能

文中对Al₂O₃陶瓷和金属Ti表面磁控溅射Mo和Ti金属层,以纯Au箔钎料,研究连接工艺及Ti金属化层厚度对连接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,焊缝主要由Au钎料和（Au,Mo） ss构成,（Au,Mo） ss中含有少量（Ti,Mo） ss和TixAuy金属间化合物.另外,在Al₂O₃/钎料界面处及焊缝中存在少量呈条状分布的TiO₂和Ti_xAl_y金属间化合物.连接工艺及Ti金属化层厚度主要影响各物相的数量及分布状态,通过影响焊缝中固溶体的分布均匀性及金属间化合物的数量而影响接头抗剪强度.当连接温度为1 080℃、保温时间为5 min、Ti金属化层厚度为0.2 μm时,接头的抗剪强度达到最大值138 MPa.     

负压消失模工艺中EPS热解产物的研究

消失模铸造工艺中ＥＰＳ热解过程及热解产物的组成一直是消失模工艺研究的热点之一。采用气相色谱法对负压消失模工艺型腔中ＥＰＳ热解产物样品进行了分析,并且考察了合金浇注温度、负压度以及涂层透气性对解产物组成的影响,试验结果表明,浇注温度对ＥＰＳ热解产物的组成以及ＥＰＳ在型腔中的发气量有着决定性的影响,从而影响金属液流动前沿的形态;随着负压度和涂层透气必珠增加,ＥＰＳ热解产物能够更快地排出型腔,在高温区停     

响应面分析法优化锆英粉陶瓷型真空干燥工艺

采用胶态浇注成型技术和真空干燥方法制备表面无裂纹的锆英粉陶瓷铸型.通过统计试验设计的方法对陶瓷型真空干燥进行优化.采用单因素试验,对影响真空干燥工艺的真空度、真空干燥温度、真空干燥时间3因素进行考察.利用Box-Behnken设计对此3个主要因素的最佳水平进行进一步研究.结果表明,在真空度、真空干燥温度和真空干燥时间分别为0.06 MPa、81 ℃和5 h时,陶瓷型铸型的干燥收缩率和强度分别为0.686%和6.39 MPa.     

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固的基础研究

通过实验和数值模拟研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点,测定了金属Ｓｎ在连铸中的温度场,初始凝固点和坯壳厚度,得到了电磁场影响它们的基本规律。在数学模型中考虑了高频电磁场对金属的传热凝固的以下影响;（１）对结晶器的感应加热;（２）对金属的加热;（３）电磁力推斥液力金属,减少金属与结晶器壁接触的影响。     

消失模铸造充型过程数值模拟

运用PROCAST软件对板形铸钢件的消失模充型过程进行了数值模拟。考察了阶梯式浇注系统的充型顺序以及底注式浇注系统的充型形态，另外研究了底注式浇注系统的浇注速度对缺陷形成的影响。模拟结果表明，消失模铸造中，金属液优先从阶梯式浇注系统的上层内浇道充型，充型前沿流动紊乱，铸件容易出现气孔或夹渣；对于底注式浇注系统，充型前沿的流动相对平稳，但过快的浇注速度同样会导致气孔或夹渣缺陷。     

表面毛化不锈钢与纯铝的真空扩散连接

采用冷金属过渡技术(CMT)对不锈钢表面进行毛化,在其表面制备高度为3 mm、分布密度为9个/cm2的毛刺,毛刺中心横向及纵向间距均为3 mm. 研究其与纯铝进行真空扩散连接接头的界面组织和性能,分析不同保温时间对接头组织和性能的变化规律. 结果表明,在扩散连接温度为600 ℃,保温时间为60 min,压力为3 MPa的工艺条件下,表面毛刺刺入铝母材内部,使得表面氧化膜有效去除,接头形成连续的Fe₂Al₅+FeAl₃界面反应层,相比不锈钢与纯铝的直接真空扩散连接,接头拉剪强度显著提高. 此外,在扩散连接温度一定时,随保温时间的增加,反应层厚度增加,接头拉剪强度呈现先增大后减小的变化趋势.