Evaluation of mechanical properties of porous 6061 alloys fabricated by the powder compression and induction heating process

The purpose of this study is to evaluate the mechanical properties of 6061 Al foam products, which were fabricated by the powder compression and multistep induction heating method, and to build the database necessary for computer-aided modeling or foam components design. In this study, 6061 Al foams with various porosity fractions were fabricated according to the porosity fractions-final heating temperature curve. The relationships between porosity fraction and morphological properties (porosity diameter, number per unit area of porosities, and surface skin thickness) were investigated. Mechanical properties such as compressive strength, energy absorption capacity, and efficiency were investigated to evaluate the feasibility of foams as crash-energy-absorbing components. Furthermore, the effect of the surface skin thickness on the plateau stress and strain sensitivity of the 6061 Al foam with low porosities (pct) was studied.     

升温速率对放电等离子烧结铁粉致密化的影响

选用球型雾化铁粉为典型材料,在温度1 075℃、压力40 MPa、保温时间5 min和脉冲8:2的条件下,以不同升温速率(10,30,50,70和90 K/min)进行放电等离子烧结,对烧结体的致密度、微观组织以及致密化动力学等进行分析,研究升温速率对SPS铁粉致密化的影响。结果表明:粉末的SPS致密化过程与传统热压类似,烧结初期致密化速率较大;然后随温度升高,致密化速率加快;烧结后期致密度大幅提高,但由扩散蠕变控制的致密化过程受到晶粒长大的影响,最终致密度趋于稳定。由于保温时间较短,材料的致密度随升温速率提高而减小。提高升温速率能有效抑制样品与模具接触而发生的渗碳行为。     

大型筒节感应加热过程电磁-热耦合有限元仿真

基于ANSYS和ANSOFT Maxwell软件建立了大型筒节感应加热正火过程的电磁-热耦合模型.针对感应加热过程尖角效应问题,提出了3种解决方案:将矩形线圈改为工型线圈;筒节端部焊接热处理环;筒节端部焊接热处理环,同时在线圈端部添加导磁体.对不同方案的温度场和应力场进行了模拟,模拟研究结果表明,采用矩形线圈对筒节感应加热时,筒节端部会因尖角效应和端部磁力线过密而出现过热甚至过烧问题;采用工型线圈,能一定程度削弱尖角效应,但在加热结束时会导致筒节端部温度不足;焊接热处理环是除去尖角效应的有效办法,但并不能解决筒节端部温度过高的现象;在筒节端部焊接热处理环,同时在端部线圈处添加导磁体,不仅能去除尖角效应,且整体加热效果较好,热应力也在筒节材料能承受的范围之内.     

基于居里点效应的大型筒节感应加热工艺技术

 为提高大型筒节感应加热装置的保温和加热效果，首先设计了大型筒节感应加热电阻保温装置，然后考虑金属的居里点效应，对大型筒节感应加热工艺路线进行了优化，基于有限元法建立了大型筒节感应加热电磁-热-应力耦合数学模型，研究了大型筒节感应加热保温和电阻保温的效果、传统加热工艺和考虑居里点效应的感应加热工艺条件下的加热效果。结果表明，通过感应加热电阻保温装置和考虑居里点效应的感应加热路线的双重设计，缩短了大型筒节热处理高温保温时间，降低了大型筒节内外表面等效应力，改善了大型筒节热处理效果。     

板坯直轧感应加热的有限元模拟

针对板坯连铸直轧过程中的感应加热技术进行研究,综合运用纵向磁通和横向磁通2种感应加热方式解决板坯补热问题。以板坯空冷温度场结果为基础,建立板坯感应加热有限元模型。通过 VB对 ANSYS的二次开发调用,实现板坯和线圈相对运动过程中感应加热的三维有限元模拟。结果表明：经过纵向磁通感应加热后板坯边角温度仍然偏低;横向磁通感应补热能有效提高板坯边角温度,2种方法的结合使用对于板坯直轧的实现有一定的指导意义。     

板坯连铸直轧感应补热有限元分析与试验

 为减少连铸与热轧工序之间坯料再加热的能源消耗,连铸直轧技术蓬勃发展,其关键技术之一在于连铸与轧制工序之间的补热工艺。针对板坯连铸直轧实际生产中对补热工艺的要求,建立了纵向磁通和横向磁通感应补热有限元模型,分析了板坯的补热过程。结果表明,纵向磁通对板坯表面整体补热效果好,但无法解决板坯边角温度偏低的问题;横向磁通可有效地对板坯边角进行局部补热;选择合适的电流大小和板坯移动速度,可使板坯温度分布更均匀。同时,使用自制的感应补热样机做补热试验,对补热效果进行检验,所得的试验结果与模拟结果一致。分析结果对板坯连铸直轧在实际生产中的感应补热工艺具有指导意义。     

线圈结构对重载链轮感应加热过程的作用

 重载链轮是冶金工程领域基础传动件之一,对其进行表面强化处理是提高寿命的重要手段。对链轮采用仿轮廓外形的线圈进行电磁加热可获得近似的仿齿形加热层。但是在圆环效应和邻近效应的综合作用下,磁场强度的不均匀分布成为链轮温度不均匀的根本原因,控制磁力线在空间中的合理分布仍是获取高品质加热质量的关键因素。研究了重载链轮感应加热机制,建立了多坐标精准控制仿真模型,分析感应线圈结构参数对加热质量作用规律,发现调整线圈角度、齿根半径、齿顶距离可使齿廓最大温度差比完全仿形线圈最高下降1/3。     

微波加热与常规加热硅锰粉固相脱硅动力学比较

采用微波加热和常规加热对硅锰粉和巴西粉锰的脱硅反应进行了动力学行为研究,以巴西粉锰为脱硅剂,与硅锰粉中的硅发生氧化还原反应.微波加热和常规加热分别加热到不同温度并保温一定时间,测定产物中硅含量并计算固相脱硅反应的表观活化能.实验表明：单一和混合料均可在微波场中快速升温.随着温度的升高和保温时间的延长,两种加热方式脱硅率均随之提高,在相同实验条件下,微波加热的脱硅率和反应速率均高于常规加热,微波加热可以提高固相脱硅率;微波加热固相脱硅反应的限制性环节为扩散环节,其表观活化能为102.93 kJ·mol^-1,常规加热脱硅反应的表观活化能为180 kJ·mol^-1,说明微波加热能改善固相脱硅的动力学条件,提高固相脱硅反应速率,降低脱硅反应的活化能.     

高能量密度锂离子电池层状锰基正极材料研究进展

层状锰基材料Li[Li_x（MnM）_1-x]O₂（M=Ni,Co,Cr,…）以高比容量成为最具应用前景的正极体系之一,近年来成为研究热点而倍受关注,尤其借助原位测试分析等先进表征手段,对Li[Li_x（MnM）_1-x]O₂的结构及其高容量获取机理的研究取得显著进展.本文概括介绍了高能量密度层状正极材料的结构与充放电机理,重点针对其目前依然存在的问题,详细归纳了Li[Li_x（MnM）_1-x]O₂正极材料充放电循环过程中电压衰减机理、界面/表面特征以及性能改善的研究新进展,而且对高能量密度层状正极材料的未来研究方向也进行了探讨.     

机械热化学法制备的Mo-Cu复合粉末及其性能

钼酸铵热解氧化物与铜粉经过球磨混合后,在H2气氛下进行共还原,制得Mo-30Cu复合粉末,利用X射线衍射、SEM等测试分析手段对复合粉末进行表征,研究粉末的压制行为和烧结性能,并研究烧结温度对Mo-Cu合金的致密度、热导率和电导率的影响。结果表明:采用机械-热化学法可以制备出颗粒均匀的Mo-Cu复合粉末,该粉末具有良好的压制性;随烧结温度的升高,Mo-Cu合金的致密度、热导率和电导率提高,经1 280℃烧结后,合金的致密度可达99%以上,显微组织分布均匀,合金的热导率最高达到196.5(W.m-1.K-1),电导率达50.5 IACS。     

氢化-脱氢法制备锆粉及其性能表征

以海绵锆为原料,采用氢化-脱氢法制备一种高纯、粒度可控、分布集中的锆粉。研究脱氢温度、球磨时间、球料比对粉末粒度、纯度的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度测试仪、元素含量测试等手段对锆粉表面形貌、粒度及氧、氮、氢含量进行表征。结果表明:采用氢化-脱氢法制备的锆粉为不规则形状,呈现机械破碎的特性;海绵锆在700℃渗氢1 h,氢的质量分数达1.98%,渗氢完全;最佳脱氢温度580℃,脱氢时间1 h,氢含量降至0.002 2%,脱氢完全且无大面积结块;最佳球料比8:1,球磨时间60 min,制备的锆粉中位径D50=18.36μm;脱氢前后O元素的质量分数分别为0.17%、0.45%,制备过程中粉末氧含量均得到了有效控制,符合低氧制备锆粉的要求。     

溶胶-凝胶法制备超细Mo-Cu粉末及性能表征

以七钼酸铵和硝酸铜为原料通过溶胶-凝胶法制备Cu含量(质量分数)为20%的超细Mo-Cu复合粉末,再在1050～1200℃下烧结粉末压坯制得Mo-Cu复合材料;通过热重分析(DTA-TG)、X-ray衍射分析(XRD)和透射电镜(TEM)等分别对干凝胶煅烧前后的粉体以及还原后所得Mo-Cu复合粉末进行表征,通过扫描电镜观察Mo-Cu烧结体的显微组织,并对其密度、物理和力学性能进行测定,探索制备高致密、高性能Mo-Cu复合材料新工艺.结果表明:通过溶胶-凝胶法可以制得平均粒度为150nm、组成均匀的Mo-Cu超细粉末,该粉末具有良好的烧结性能,其成形压坯在1200℃下于H2气氛中烧结90 min后,相对密度可达99.78%,烧结体的抗弯强度和维氏硬度分别为988 MPa和HV 227,电导率和导热系数分别为42.56%IACS和157 W/(m·K),室温至450℃的热膨胀系数在6.7×10-6～7.6×10-6K-1之间.     

Mathematical modeling of induction heating of discard substitution block for billet hot extrusion process

A magnetic and temperature field-coupled mathematical model is proposed to calculate the induction heating process of a discard substitution block for billet hot extrusion process. The mathematical model is validated by comparing simulation results with temperature measurements recorded during physical modeling. Based on systematical analysis of calculation results,a quantitative sawtooth induction power curve was proposed to realize the aim of achieving the best distributed temperature field in the block within the shortest induction time.     

射频等离子体球化处理氢化钕铁硼粉末

利用氩气射频等离子体球化处理形状不规则的氢化钕铁硼粉末。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X线衍射仪、激光粒度分析仪对射频等离子体处理前后粉末颗粒的形貌、元素分布、物相、粒度分布进行测试和分析。结果表明:不规则形状的氢化钕铁硼粉末的脱氢分解和球化过程可在等离子体中一步完成,得到球形度高、分散性好、球化率接近100%的球形粉末。球形粉末较氢化钕铁硼原料粉末,粒度分布明显变窄,平均粒度稍有减小。球形粉末的相组成主要为Nd_2Fe_(17)(B)和α-Fe。元素分布测试表明,经射频等离子体处理获得的球形粉末有轻微的元素偏析。随载气流量增加,粉末的球化率降低。结合FLUENT数值模拟分析得出载气流量的变化对等离子体炬的温度场有很大影响。     

大规格粉末轧制多孔钛板的制备及拉伸性能

为满足工业生产对板状过滤元件的需求,本文开展大规模粉末轧制多孔钛板的制备,通过1 100℃真空烧结制得了组织均匀、不同厚度、宽度为420 mm的多孔钛板,并对烧结钛板的拉伸性能进行研究。实验结果表明,制备的多孔钛板孔隙度33.0%,密度2.90 g/cm3,最大孔径19.0μm,透气度150.0 m3/m2·k Pa·h,抗拉强度60.0 MPa;随钛板厚度增加,孔隙度上升,密度降低,最大孔径增大,透气度降低,抗拉强度减小;利用数字图像相关技术并结合孔结构参数,对烧结多孔钛板的拉伸数据及断口形貌进行分析与表征,并证实其断裂方式为脆性断裂。     

连铸坯感应加热过程数值模拟的研究

连铸坯直轧是先进的制钢工艺,特别是其先进的电磁感应工艺与传统的火焰加热相比,可以有效地降低能耗、减少污染、提高生产效率,是当今冶金技术的重要发展方向。本文应用感应加热理论,建立了连铸坯料温度分布的预测模型,对感应加热过程进行了数值模拟。该技术对揭示铸坯感应加热过程的规律、优化工艺参数、推动技术进步具有重要的应用价值。     

板坯电磁感应加热的有限元分析

针对采用电磁感应方法对板坯进行补偿加热的情况,从理论上分析了工作频率的确定原则以及矩形截面板坯电流透入深度与工作频率的关系。利用有限元法分析了不同工作频率下的板坯电磁加热过程,结果表明随着工作频率降低,集肤效应显著性减弱。工作频率和板坯形状尺寸对感应加热过程有重要影响,工作频率较低时,温度最大点位于距对称轴一定距离的层面,该层面偏向表层,随着工作频率增加,温度最大值向板坯边角部移动。矩形板坯感应加热过程较为复杂,应该根据不同工艺要求选择合适的工作频率。计算了试验板坯的感应加热温度,并将计算结果和实测值进行了比较分析,结果吻合良好。     

高强度球扁钢感应加热有限元模拟与工艺优化

基于实际生产工况参数,利用ABAQUS有限元分析软件,对高强度球扁钢的感应加热过程进行二维模拟,模拟结果与实测结果基本一致。探究了线圈电流密度对球扁钢截面温度分布的影响,提出了球扁钢感应加热工艺参数优化方案。模拟结果的推荐工艺参数为：预热电流密度为7.0×106 A/m3,加热电流密度为8.5×106 A/m3。对优化工艺参数前后的高强度球扁钢进行显微组织和力学性能比较,结果表明,优化感应加热工艺参数后的高强度球扁钢具有更好的截面均匀性。