钛合金板材火焰加热淬火强化试验研究

为提高钛合金板材的表面硬度,对其进行了火焰加热淬火表面强化处理,采用数值模拟的方法研究了火焰加热的温度场以及沿壁厚方向上的温度变化特点,分析了金相组织和硬度.试验结果表明:采用火焰加热淬火表面强化工艺可以获得晶粒细小、硬度高于基体硬度的强化层,火焰强度越高,表面硬化效果越好,表面最高硬度达456HV;在火焰线扫描速度保持一定的条件下,火焰喷射强度影响的主要是合金表面硬度值,对其淬透层厚度影响不大.     

高锰钢爆炸硬化硬度与抗拉强度随深度的变化规律

采用4.5 mm和3 mm厚的成型炸药对高锰钢进行爆炸硬化试验,并测试了不同深度下高锰钢试件的硬度和抗拉强度。结果表明,在两种爆炸加载条件下,高锰钢试件表面硬度的增加量相同,但是3 mm厚炸药爆炸三次后高锰钢试件的硬化深度大于4.5 mm厚炸药爆炸两次后高锰钢试件的硬化深度,在相同深度处,3 mm厚炸药爆炸三次高锰钢试件的硬度大于4.5 mm厚炸药爆炸两次后高锰钢试件的硬度;爆炸硬化抗拉强度均随深度的增加而降低,且在相同深度处,3 mm厚炸药爆炸三次后高锰钢试件的抗拉强度大于4.5 mm厚炸药爆炸两次后高锰钢试件的抗拉强度。     

45钢电子束处理表面相变硬化的横截面硬度分布

对45钢电子束表面相变硬化处理区横截面组织和硬度分布的特征进行了研究,并结合数值模拟结果对电子束相变硬化区硬度分布特征的形成机理进行了分析。结果表明:硬化区横截面硬度整体分布与马氏体组织分布一致,硬度最大值不在束流扫描中心,且比束流中心硬度高80 HV0.1;完全相变硬化区内:马氏体晶粒大小呈远离束流中心而越细的特点,并形成细晶区高硬度带的分布;表面位错强化和细晶强化的叠加,使得硬度最高值在远离束流中心的完全相变硬化区内与不完全相变硬化区交界线附近。不完全相变硬化区,马氏体组织快速减少,硬度梯度大。     

激光冲击处理对304不锈钢力学性能的影响

选用不同涂层对304不锈钢板材激光冲击处理,研究了自主研制的硅酸乙脂涂层与几种常用吸收涂层对304不锈钢的硬度和表面残余应力等冲击力学性能的影响.结果表明,在激光冲击过程中,黑漆涂层、铝箔涂层和硅酸乙脂黑漆涂层都能有效提高激光冲击试样的表面硬度,激光连续冲击后,在304不锈钢试件表面能形成1mm厚的硬化层,其表面硬度最大到240HV;随着激光功率密度的增强,其表面硬度逐渐增强;其表面残余应力也随着激光功率密度的增加而逐渐增大.     

AZ31镁合金板材连续挤压-剪切成形的数值模拟及实验研究

为了提高AZ31镁合金板材的力学性能,结合普通挤压成形与大塑性剪切成形的特点提出了挤压-剪切新型复合变形方式。采用DEFORM-3D软件对板材的挤压-剪切过程进行数值模拟,探索塑性变形机理,研究成形过程中温度场、速度场以及成形载荷的演变规律。结果表明：成形过程中较大温升主要集中在剪切区域,最大温升约为6℃;随着温度的升高,成形载荷逐渐降低,金属的流动速度加快,且内部流速明显大于外部;经过挤压-剪切成形后板材的晶粒得到明显细化,并且随着挤压温度的升高,晶粒逐渐长大;挤压-剪切成形使得板材表面硬度明显升高,挤压温度为330℃、370℃和410℃时,板材的硬度分别为77 HV、75 HV、72 HV。挤压-剪切工艺是一种新型的板材成形工艺,细化了板材的晶粒尺寸,提高了板材的力学性能。     

基于SPH法的爆炸焊接边界效应二维数值模拟

为了揭示造成爆炸焊接边界效应的机理,文中借助LS-DYNA软件,采用无网格的SPH法分别对复板厚度为2 mm、基板厚度为16 mm的Q235/Q235、TA2/Q235、304不锈钢/Q235复合板进行爆炸焊接边界效应的二维数值模拟. 观察不同组模拟过程中的复板飞行姿态,复板撕裂均发生在与基板碰撞之前. 当基板保持一致,炸药分别为乳化炸药与膨化铵油混合炸药,复板为TA2时均比复板为Q235钢以及304不锈钢的撕裂尺寸更大;当基板、复板均为Q235钢,乳化炸药条件下比膨化铵油混合炸药条件下复板的撕裂尺寸更大. 结果表明,在复板、炸药变化的情况下,爆炸焊接的边界效应依旧存在,只是产生的边界效应的严重程度有所不同;复板极限抗拉强度越低或炸药爆轰速度越高,边界效应现象越严重.     

离子渗氮对304L不锈钢组织及高温耐磨性能的影响

以焚烧炉用热电偶304L不锈钢套管为研究对象,开展了不同温度的离子渗氮试验研究。采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计等分析了304L不锈钢离子渗氮前后的微观结构与力学性能,并研究了其在400 ℃的耐磨损性能。结果表明,304L不锈钢离子渗氮后,可形成硬度1300 HV以上的表面硬化层。随着渗氮温度的提高,表面硬度有所提升,同时硬化层厚度显著增加。离子渗氮可提高304L不锈钢的磨损性能及耐高温氧化性能。     

炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、 30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%, 58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%, 65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.     

钛/铝爆炸焊界面形成机制数值模拟与试验验证

以爆炸焊制备钛/铝复合板为例,利用数值模拟再现爆炸焊瞬态成形过程,并通过试验分析爆炸焊界面特征。结果表明,由于射流的侵彻作用,沿爆轰波传播方向,钛/铝复合板结合界面由平直结合向波形结合转变。起爆点处压力较小,出现边界效应。爆炸焊撞击区极高的碰撞压力,是促使界面产生塑性变及晶粒细化的原因。高速冲击导致爆炸焊界面缺陷增多,这为原子的扩散提供了通道,从而使钛、铝在界面产生互扩散,实现冶金结合。数值模拟结果与试验结果相吻合,揭示了钛/铝爆炸焊界面的形成机制。     

不锈钢/普碳钢双面爆炸复合的数值模拟

为了提高能量的利用率,使用双面爆炸焊接装置可以一次性得到两块复合板. 借助LS-DYNA软件与光滑粒子流体动力学,采用SPH-FEM耦合算法,选取厚度为3 mm的304不锈钢、16 mm的Q235钢和乳化炸药,对不锈钢/普碳钢的双面爆炸焊接试验做了三维数值模拟,计算并建立了爆炸焊接窗口. 对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析,并将模拟得到的结果与试验结果进行了比较. 模拟结果表明,7 mm药厚下复合质量较好,而10 mm药厚下可能会由于碰撞能量过大导致焊接失效,模拟与试验结果一致性较好. 引入了Gurney公式对试验结果进行预测,计算结果显示:Gurney公式的预测结果与试验结果吻合较好,表明了SPH-FEM耦合算法与Gurney公式用于不锈钢/普碳钢双面爆炸焊接的有效性.     

The Study of Plasma Nitriding of AISI304 Stainless Steel

This paper presents results on the plasma nitriding of AISI 304 stainless steel at different temperatures in NH3gas. The working pressure was 100～200 Pa and the discharge voltage was 700～800V. The phase of nltrided layer formed on the surface was confirmed by X-ray diffraction. The hardness of the samples was measured by using a Vickers microhardness tester with the load of 50g. After nitriding at about 400℃ for two hours a nitrided layer consisting of single γN phase with thickness of 51.tm was obtained. Microhardness measurements showed significant increase in the hardness from 240 HV (for untreated samples) up to 950 HV (for nltrided samples at temperature of 420℃). The phase composition, the thickness, the microstructure and the surface topography of the nltrided layer as well as its properties depend essentially on the process parameters.     

AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-气体渗碳工艺优化

目的将低温离子-气体乙炔渗碳应用于AISI 316L奥氏体不锈钢表面硬化处理,同时探讨其硬化处理的最优工艺参数及优化效果。方法采用离子轰击去除不锈钢表面钝化膜并活化其表面,再进行低温气体乙炔渗碳,实验过程使用脉冲式供气循环处理方式。进行温度梯度实验,寻找渗碳处理的临界温度。并采用正交试验法设计3因素3水平共9组实验,分析气体比例、离子轰击时间、保温压强3个因素对渗碳层硬度和厚度产生的影响,以期得到不锈钢低温离子-气体乙炔渗碳优化工艺。通过对经过最优化工艺处理过后的不锈钢硬化层组织、成分、厚度、硬度、耐磨性、耐蚀性能的研究分析,验证此工艺对AISI 316L奥氏体不锈钢硬化处理的适用性。结果处理温度为540℃时渗碳层有碳的铬化物析出;离子轰击时间对渗碳层硬度影响最大,保温压强对硬化层厚度影响最明显。在硬化处理温度为520℃,V(H2)∶V(C2H2)=1∶1,渗碳压强为-0.02 MPa,离子轰击时间为20 min时,316L奥氏体不锈钢离子-气体乙炔渗碳效果最优。经优化工艺处理后不锈钢硬化层厚度达到30μm左右,表面硬度达到838HV0.05,耐蚀性和耐磨性能等都显著提高。结论低温离子-气体乙炔渗碳硬化处理适用于AISI 316L奥氏体不锈钢,其处理最合适温度为520℃。经优化工艺处理后的不锈钢具有较高的硬度、厚度,良好的硬度梯度,高耐蚀性能及高耐磨性能。     

Study on numerical simulation of TA1-304 stainless steel explosive welding

In order to guide the explosive welding experiment of titanium-stainless steel, Three-dimensional numerical simulation of explosive welding, which select TA1 as flyer plate and 304 stainless steel as base plate, is carried out by using the LS-DYNA software and SPH-FEM coupling algorithm in the present study. The explosive welding window is calculated and established. It is found that the numerical simulation results are in good agreement with the experimental results. The displacement, velocity and pressure-time curves of characteristic elements show that the quality of explosive welding composites is superior. It is proved that SPH-FEM coupling algorithm is effective for explosive welding of TA1/304 stainless steel and can effectively guide the selection of explosive welding parameters.     

AISI304奥氏体不锈钢低温离子渗碳工艺优化研究

用正交实验法研究了AISI304奥氏体不锈钢低温离子渗碳工艺。结果表明,优化后的奥氏体不锈钢低温离子渗碳工艺参数为渗碳温度500℃、C3H8：H2=1：30、氩气流量20ml／min、渗碳时间6h。用优化工艺参数处理的奥氏体不锈钢表面可获得单一的Sc相组织,硬度高达780HV0．05。     

不锈钢表面含Cu功能梯度复合改性层的制备及抗菌性能

为提高奥氏体不锈钢(ASS)的耐磨性及赋予其抗菌性能,应用改进的活性屏离子渗氮(ASPN)技术,将纯铜冲孔板置于不锈钢冲孔板上面作为活性屏的顶盖,对316奥氏体不锈钢在低温下(430℃)进行表面渗氮处理,在其表面形成由含Cu抗菌沉积层和S相(氮在奥氏体中的过饱和固溶体γ_N)硬质支撑层组成的功能梯度复合改性层。用扫描电镜(SEM)及其所附能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)表征复合改性层的组织形貌、成分及相结构。用显微硬度计和往复摩擦磨损试验机测试了基体和复合改性层的显微硬度和摩擦磨损性能,用金黄色葡萄球菌进行体外抗菌试验评价复合改性层的抗菌性能。结果表明,在偏压达到250 V后,形成了连续分布的硬质S相扩散层和含Cu沉积层组成的复合改性层。改性层表面最高硬度可达928 HV0.05,与Si₃N₄小球对磨时比磨损率较基体降低约57.76%,显著提高了不锈钢的耐磨性。抗菌试验表明,复合改性层与金黄色葡萄球菌接触24 h后,对金黄色葡萄球菌抗菌率提高到98.5%。改进的活性屏离子渗氮技术制备的功能梯度复合改性层可以有效提高...     

铅合金熔滴冲击45钢冷基板与45钢表面熔池的对比试验

针对特殊装备领域传统钢/铅粘接结构中存在的粘接层易老化脱落、长期稳定性差的问题，提出一种熔滴沉积复合TIG焊(gas tungsten arc welding)电弧增材制造新工艺，用于制造钢/铅双金属结构。文中比较性地研究了铅合金熔滴冲击铺展45钢冷基板与45钢表面熔池后的凝固形貌，通过引入无量纲数研究了熔滴冲击速度、温度对熔滴铺展凝固形貌的影响规律，利用OM，LSCM，SEM，EDS，XRD以及显微硬度测试等方法与手段，分析了熔滴沉积复合TIG电弧增材制造钢/铅双金属试样的界面微观组织结构与显微硬度。结果表明，铅合金堆积层铺展因子随熔滴冲击速度的增加呈明显非线性增加；界面层金属间化合物主要为FeSb2和FeSn2，其厚度随电弧热输入的增加而增加；钢/铅界面处的显微硬度明显高于铅合金堆积层和45钢母材；界面层中心左侧的硬度值达到最大值，为785.3 HV，45钢一侧平均硬度为343.7 HV，铅合金一侧平均硬度为24.3 HV。     

渗碳对AISI 316不锈钢表面性能影响的研究

用低温渗碳技术对AISI 316不锈钢进行表面硬化处理,利用光学显微镜、显微硬度计、XRD以及电化学测试技术研究了渗碳对不锈钢表面显微组织和性能的影响。结果表明,通过渗碳处理可以在AISI 316不锈钢表面获得单相碳过饱和固溶体,不仅表面硬度得到显著提高,而且表面耐蚀性能也有所改善。