灰铸铁激光表面热处理中的碳的扩散

采用激光表面热处理的方法，对灰铸铁中石墨相中碳的扩散行为进行了研究，结果表明：灰铸铁基体中条状石墨相中的碳的扩散导致周围组织发生了不同的转变，从而使过渡区／熔化区界线曲折．同时，由于采用了黑化处理，黑化剂中碳向表层组织的扩散会导致最外层硬度相对有所降低．     

铸铁石墨形态对强度的影响新探

影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形态、大小及分布。铸铁的研究主要是围绕如何改变石墨的数量、大小、形状和分布这一核心问题进行的。灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁中石墨都是自液体铁水在结晶过程中获得的。笔者主要围绕着灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁展开一系列实验,如抗拉压强度、灰铸铁的退火过程及一些对比实验。通过电子显微镜观察石墨形态,并对石墨形态对强度的影响进行了研究。     

高碳当量灰铸铁的变质研究

采用微分热分析法、液淬法及电镜能谱分析法观察研究了阻碍石墨化变质剂对高碳当量灰铸铁一次结晶过程及凝固组织的影响机理，并结合生产实际研究了它对机械性能的影响规律．试验结果分析表明：阻碍石墨化变质剂对高碳当量（ＣＥ＝３．９％～４．２％）灰铸铁具有强烈地增大共晶过冷的作用，初生奥氏体枝晶数量及细小石墨含量随变质剂加入量的增加而增加，高碳当量灰铸铁通过阻碍石墨化变质其机械性能显著提高．     

石墨个数对高强度灰铸铁切削加工性能的影响机制

通过分析切削加工过程中高强度灰铸铁的石墨变形规律,揭示出石墨对高强度灰铸铁切削加工性能的影响机制：在切削加工过程中,由于剪切力的作用,高强度灰铸铁组织中的石墨将发生规律性的变形,产生了趋向沿剪切面方向的排列;相同体积分数的石墨,尺寸越细小,数量越多,越能减轻切削加工过程中的抗力,从而提高高强度灰铸铁的切削加工性能。     

石墨漂浮的炉前快速鉴定

采用金相观察法研究了球墨铸铁炉前快速金相球墨大小不均与石墨漂浮的关系．结果表明：当炉前快速金相中不出现球墨大小不均时，铸件上不出现石墨漂浮；当炉前快速金相中出现球墨大小不均时，铸件上是否出现石墨漂浮还与球墨大小不均程度和铸件壁厚有关．铸件中出现石墨漂浮时，炉前快速金相中一定出现球墨大小不均，且石墨漂浮越严重，中球墨大小不均程度也越严重，可以用炉前快速金相判断石墨漂浮缺陷．     

显微浓度偏析及铁素体形态对高强度球铁综合性能的影响

目前生产中使用的球墨铸铁,其碳当量大半为共晶或过共晶成分。在凝固过程中,首先析出球状石墨,并在和液相保持直接接触下,长大到相当尺寸,其周围液态铁水中产生一环绕石墨球的贫碳区,此区在共晶凝固过程中生成奥氏体外壳。球墨的奥氏体外壳一旦形成,碳自液态铁水中向球墨的扩散受奥氏体外壳的阻碍而明显减缓,因此结晶过程的继续,要靠更大过冷度条件下形成新的石墨晶核来进行。所以在正个凝固过程中,先后形成的石墨球总数很多,其共晶团数为灰铸铁的一百至二百倍。     

灰铸铁制动鼓的热循环开裂分析及表面改性

针对重型卡车在连续刹车时频繁地冷热循环容易造成制动鼓失效开裂的问题,提出一种提高灰铸铁制动鼓抗热开裂性能的表面改性方法——搅拌摩擦焊。实验以灰铸铁(HT250)制动鼓为研究对象,采用循环淬火处理模拟制动鼓的服役工况,淬火处理时的温度为900℃,冷却方式为水冷。利用维氏硬度测试仪测量淬火前后试样的硬度变化,结合扫描电镜、能谱仪和金相显微镜表征试样的微观组织和裂纹形貌。实验结果表明：频繁的冷热循环是导致制动鼓开裂失效的主要原因,经历20次循环淬火处理后,裂纹开始在石墨与珠光体界面处萌生,且主要沿着石墨长度方向扩展,裂纹周边生成了氧化铁新生相;此外,循环淬火处理后灰铸铁的维氏硬度有所提高,但硬度分散性增大;经历相同循环淬火次数后,表面改性试样比原始试样的裂纹数量更少,且裂纹长度更短,这主要是因为表面改性后灰铸铁表面的石墨组织长宽比减小,且珠光体片层间距减小,提高了裂纹萌生和扩展的阻力,从而导致灰铸铁制动鼓的抗热开裂性能提升。     

氮对灰铸铁强化效果的研究

通过研究尿素在高温下分解的氮溶解到灰铸铁中，改变铸铁石墨形态，强化基体组织，提高强度性能，试验结果表明，灰铸铁中溶解的氮量为０．０１８３％时，抗拉强度达到４００Ｎｍｍ＾２，硬度达到ＨＢ２６０。     

燃料电池气体扩散层石墨化程度对其热管理的影响:建模和实验

碳纸作为燃料电池的气体扩散层,其导热系数在燃料电池的传热管理中起着重要的作用.本文研究了石墨化程度对碳纸的平面导热系数和面内导热系数的影响.采用SEM、XRD、Raman等手段研究了热处理温度(1800、2000、2200、2400、2500°C)与石墨化度的关系.考虑碳纤维与基体碳导热系数的差异,提出了不同石墨化程度...     

12Cr1MoV/304不锈钢焊接接头高温时效碳迁移现象

针对高温环境下异种钢焊接接头在服役过程中出现碳迁移,进而导致脱碳层在服役中失效的问题,采用电弧堆焊方法研究了12Cr1Mo V低合金耐热钢和304不锈钢焊接接头在不同时效时间下的碳迁移问题.研究表明,经高温时效后,焊态区域的组织并未受到影响;在过热粗晶区形成的碳过饱和的上贝氏体和粒状贝氏体组织则发生退化,转变成回火索氏体组织.形成的脱碳层组织以铁素体为主,里面夹杂少量的颗粒状渗碳体,特别是在增碳层出现大量的碳化物,形成类似于马氏体的复杂的不规则组织.经菲克定律推导出的扩散方程计算后,证明碳扩散的理论曲线与实际曲线较为接近,可用于研究碳扩散的迁移机制.     

亚共析钢激光相变硬化显微组织的研究

研究了正火态基体和调质态基体的45钢激光淬火后的组织及其形成过程,指出由于激光相变硬化过程的高速性和极端的不平衡性,导至碳的局部区域扩散是造成正火态基体45钢激光淬火后,出现屈氏体多样化分层组织的根本原因。通过研究表明,45钢采用调质态基体进行激光淬火时,可使整个激光相变硬化层获得全马氏体组织。     

Experimental investigation and numerical simulation on interfacial carbon diffusion of diamond tool and ferrous metals

We numerically simulated and experimentally studied the interfacial carbon diffusion between diamond tool and workpiece materials. A diffusion model with respect to carbon atoms of diamond tool penetrating into chips and machined surface was established. The numerical simulation results of the diffusion process reveal that the distribution laws of carbon atoms concentration have a close relationship with the diffusion distance, the diffusion time, and the original carbon concentration of the work material. In addition, diamond face cutting tests of die steels with different carbon content are conducted at different depth of cuts and feed rates to verify the previous simulation results. The micro-morphology of the chips is detected by scanning electron microscopy. Energy dispersive X-ray analysis was proposed to investigate the change in carbon content of the chips surface. The experimental results of this work are of benefit to a better understanding on the diffusion wear mechanism in single crystal diamond cutting of ferrous metals. Moreover, the experimental results show that the diffusion wear of diamond could be reduced markedly by applying ultrasonic vibration to the cutting tool compared with conventional turning.     

Preparation of hydrophobic surface on titanium by micro-rolling and laser diffusion carbonitriding

The application of rolling for fabricating grate on titanium stripe has been explored in this paper. Then the mechanically robust Ti(C,N) diffusion layer was synthetized directly on the grates by laser carbonitriding in the mixture gas of nitrogen and methane. The results shows that the carbonitriding process is accelerated by temperature enhancement with decreasing scanning speed. The Ti(C,N) diffusion layer is kept at 2 μm in thickness, when the scanning speed is smaller than 4 mm/s. The contact angle increases from 20° to 143.6° by designing an appropriate grate size and surface roughness. Meanwhile, the relationship between hydrophobicity, hardness performance and scanning speed is also discussed. The hardness of diffusion layer increases with decreasing laser scanning speed, and is up to 11.2 GPa. The surface structure and hydrophobic state are maintained after three cycles of sandpaper abrasion, which has improved the robustness of surface grate.     

激光功率参数对GCr15钢组织和抗磨性能的影响

为研究不同激光功率参数对激光硬化后的最终显微组织、硬度和耐磨性的影响,应用宽带扫描技术进行了GCr15轴承钢激光强化处理试验,用光学显微镜和扫描电镜、x射线衍射仪等现代测试手段对GCr15轴承钢试样的显微组织和形貌尺寸特征进行了分析,磨损试验在MM200磨损试验机上进行.结果表明,激光参数变化所产生的显微组织变化造成了表面硬度值和磨损率的较大差异.激光功率大时,激光硬化层表面未溶碳化物量减少,使得表面马氏体中碳的质量分数增加,表面硬度增高.在干摩擦磨损过程中,激光改性层表面发生摩擦诱发马氏体相变.在干摩擦和油润滑两种条件下,激光功率越大,激光硬化层的抗磨损性越好.     

钢在离子渗金属过程中的碳迁移研究

为探讨钢在双辉离子渗金属过程中碳迁移的基本规律,在不同工艺条件下进行了离子渗金属试验研究．结果表明:渗入碳化物形成元素时,在渗层前沿形成脱碳层;双辉离子渗金属中的强脱碳现象是表面溅射和渗入碳化物形成元素共同作用的结果;脱碳层深度随阴极电压的增加、加热温度的提高和保温时间的延长而加深;脱碳层具有等轴晶和柱状晶2种显微组织形态．     

飞秒激光切割CFRP质量实验及模拟研究

为了探究飞秒激光切割碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的主要影响因素,采用控制变量法探究了不同能量密度和光斑重叠率对热影响区宽度、表面粗糙度及切缝锥度的影响规律,基于双温方程,采用时间差分法模拟了飞秒激光与碳纤维相互作用时电子-晶格的温度场演变过程。实验结果显示:在脉冲频率不变条件下,提高激光功率可使切缝热影响区宽度增加,粗糙度及切缝锥度加大,切割质量下降;在固定激光功率并单一提升脉冲频率条件下,切割质量随脉冲频率增加而降低并趋于饱和。模拟结果显示:能量密度越大,电子和晶格的平衡温度越高,达到热平衡所用的时间越长,热效应越明显。分析指出光斑重叠率和脉冲能量密度是影响加工质量的两个重要因素,激光功率及脉冲频率的改变可改变脉冲能量密度和光斑重叠率,间接影响加工质量。     

储粮中CO2气体的扩散特性及霉菌活动监测研究

将一定量高水分粮食作为模拟霉变点,按照试验的需要埋设在模拟储藏粮堆内,研究霉菌生长产生CO2气体在粮堆中的扩散特性,探索利用气体扩散规律监测储粮霉菌活动的可能性.结果表明:CO2气体可在粮堆中快速扩散,高温能进一步提高扩散速率,30℃比15℃试验组扩散400 mm的速率高58％;霉变发生部位的CO2气体浓度显著高于相隔一定距离检测点的CO2浓度(P＜0.05),但两点间不同浓度CO2气体的扩散比值没有显著差异(P＞0.05);在敞口储藏状态下,粮堆表面CO2气体散失量较大,检测靠近粮堆表层的CO2气体浓度难以准确反映粮堆的霉菌活动状况.CO2气体在粮堆水平方向的扩散具有向底部沉降的特性,可重点在粮堆的中、下层设置气体检测点,以便灵敏、可靠地监测储粮霉菌的危害.     

高速钢激光淬火碳化物尺寸及溶解机理

本文利用光学显微镜，扫描及透射电子显微镜等分析仪器，对１８Ｃｒ４Ｖ钢激光淬火碳化物的尺寸进行了测定，对碳原子的扩散及碳化物的溶解机制进行了探讨。     

钛丝与铸铁原位合成TiC颗粒扩散行为研究

采用铸造和热处理相结合的工艺,使钛丝与灰铸铁原位合成TiC颗粒增强铁基复合材料,并对TiC颗粒合成过程中的扩散问题进行研究.结果表明:复合材料相组成为TiC颗粒和毩Fe;在持续高温下碳原子不断向钛丝内部扩散,而钛原子几乎不向铁基体中扩散;反应进行的速度主要取决于C原子的扩散速度.