Ti-6Al-4V合金激光选区熔化材料的射线检测

针对厚度为10mm的Ti-6Al-4V合金激光选区熔化材料内部缺陷分别进行了常规射线照相检测和微焦点CT试验。结果表明,对于厚度10mm的Ti-6Al-4V合金激光选区熔化试样,射线照相技术可以识别尺寸(直径×长度)为?0.5mm×0.5mm的人工缺陷,气孔类缺陷检测灵敏度可达0.4mm,满足壁厚不大于10mm产品的质量检测要求。微焦点CT技术识别出试样内部最小缺陷尺寸约为33μm,经统计,90%以上内部缺陷尺寸在200μm以下,尺寸33μm以上缺陷孔隙率约为0.005 61%。射线照相检测技术主要用于相关产品的质量检测;微焦点CT技术具有更高的检测灵敏度,可用于不同尺寸缺陷的识别与表征。     

比压和双细化剂对挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金组织的影响

采用挤压铸造工艺制备了高速机车用Al-Zn-Mg-Cu合金传动空心轴,研究了比压和Al-5Ti-1B+Al-10RE双细化剂对挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金传动空心轴微观组织的影响。结果表明,随着比压的不断增大,挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金空心轴试样中初生α-Al晶粒的形状不断变得圆整,晶粒尺寸不断变小;当比压达到160MPa时,初生α-Al晶粒中粗大的树枝晶基本消失,试样组织为非枝晶组织,试样的平均晶粒直径为25μm,平均等效圆度为0.73;随着双细化剂中Al-5Ti-1B加入量的减少、Al-10RE加入量的增加,试样的平均晶粒直径显著减小,而试样的平均等效圆度变化不大,基本上在0.65～0.75之间;当添加1%的Al-5Ti-1B+3%的Al-10RE时,试样的平均晶粒直径为21μm,平均等效圆度为0.70。     

小管路焊缝内部缺陷的三维X射线成像

基于X射线显微CT技术,对小直径管路焊缝试样内部缺陷和内表面质量进行了三维观察,发现了5个近球形气孔缺陷. 通过三维可视化显示了气孔缺陷的空间位置分布,并量化分析了气孔缺陷的位置、体积、直径、球度等三维特征参数,量化结果表明其中3个气孔为超标缺陷,其余2个气孔为允许存在的缺陷. 引入了三维剖切技术,在内表面发现了一个非超标的表面凹坑. 在三维重构模型的基础上,通过壁厚分析云图表征了焊缝区厚度分布的均匀性. 研究表明,该技术能高精度地对小管路焊缝内部缺陷进行定位、定量和定性分析.     

锂离子电池外壳光纤激光焊气孔的分析

采用准连续光纤激光焊对锂离子电池外壳进行密封焊接,使用v|tome|x s 240检测焊缝内气孔的等效直径、球度及体积率,对气孔的等效直径和球度进行统计分析与正态分布拟合,还研究了工艺参量对气孔的体积率及形貌的影响。结果表明:锂离子电池外壳焊接为激光传导焊,主要产生冶金型气孔,冶金型气孔中既有近似球形的小气孔,又有由2个以上的小气孔合并贯穿而形成的不规则的大气孔;铝壳焊缝中气孔尺寸集中在250~550μm之间,球度在0.6~0.7之间;随着激光功率的降低和焊接速度的增加,气孔的体积率呈下降趋势,但气孔形貌即球度未发生明显改变;当激光功率为450 W,焊接速度为1500 mm/min时,气孔体积率最小为1.1%。     

基于同步辐射X射线成像的选区激光熔化Ti-6Al-4V合金缺陷致疲劳行为

基于自主研制的原位疲劳试验机和高分辨同步辐射X射线三维成像技术,采用Feret直径和极值统计方法定量表征选区激光熔化Ti-6Al-4V合金的缺陷特征尺寸、数量、位置及形貌,原位观测疲劳裂纹的萌生与扩展行为,通过辨识疲劳断口源区的缺陷特征,开展缺陷诱导的疲劳损伤评价研究,从而建立缺陷特征与疲劳寿命之间的关系。分析表明,缺陷主要为未熔合和气孔,等效直径小于50μm的频率为90%,球度分布于0.4～0.65之间;在不考虑表面粗糙度的情况下,疲劳裂纹优先在试样表面或近表面缺陷处萌生,呈现出典型的半椭圆形貌;同时缺陷特征尺寸越大,疲劳寿命越低。研究结果为增材高性能部件的疲劳性能及寿命评估提供了重要的理论参考。     

A6N01-T5铝合金焊接接头的组织与疲劳性能

为了确定A6N01-T5铝合金挤压型材MIG焊接接头发生疲劳断裂的原因,本文采用高频疲劳试验机对A6N01-T5铝合金MIG焊接试样进行低周疲劳拉伸试验,研究了A6N01-T5铝合金焊接接头低周疲劳行为、疲劳裂纹表面和断口表面以及缺陷对疲劳性能的影响。结果表明:在热影响区存在一个明显的软化区,该软化区在疲劳拉伸实验中变形较严重;A6N01铝合金焊接试样的疲劳裂纹源萌生于气孔及夹杂等缺陷产生应力集中处;焊缝近表面的气孔及内部的夹杂是裂纹快速扩展的诱因。     

C/C复合材料显微电子计算机断层扫描成像特征

采用显微电子计算机断层扫描检测(CT)对C/C复合材料进行三维成像,通过断层图像观察试样内部的孔隙、裂纹和夹杂等微结构缺陷。结合阈值分割法等分别实现了孔隙、裂纹和夹杂的三维分割与提取,并进行了定位、定量分析。通过统计分析得到区域存在15 261个孔隙、25个夹杂。孔隙平均直径为04.1mm,732.5%的孔隙直径小于04.1mm,大部分的孔隙呈球形或近球形结构,体积孔隙率为75.6%。通过显微CT的高分辨率重建了C/C复合材料的结构特征,对内部微结构进行了特征提取与统计量化分析。     

铝合金熔焊微气孔的三维同步辐射X射线成像

基于同步辐射X射线成像技术,对激光复合焊7020-T651铝合金接头内部的微气孔进行了研究,对气孔的体积、圆整度、扁平度及气孔形心至自由表面的距离等三维特征参数进行了统计分析与拟合.结果表明,铝合金熔焊微气孔主要为近球形的冶金型气孔,圆整度在0.65以上,以焊缝中心近似呈现对称分布,且焊缝上部气孔尺寸较大,热影响区和下部气孔密集且尺寸较小.等效直径在20 mm范围内的气孔,在接头上部和下部的频率分别高达65%和85%,并且100 mm以上的大尺寸气孔较少见.此外,由于熔池的下塌倾向和快速凝固,残留于枝晶网络间液相导致焊缝下部形成垂直于焊缝且层叠分布的形状复杂的热裂纹,少部分气孔之间以及气孔和热裂纹之间存在着连通现象,从而使得下部微气孔的圆整度平均值变小.此外,焊接速率越大,整个接头内部气孔体积分数越小,但对气孔形貌和位置的分布影响并不明显.     

ZM6镁合金铸件夹杂物表征及其对拉伸力学性能的影响

夹杂是影响ZM6镁合金铸件力学性能的重要因素。通过拉伸试验测试含有夹杂缺陷ZM6镁合金的力学性能,对试样断口宏观形貌和微观形貌进行观察,测量夹杂物尺寸,定量研究夹杂物的等效直径对抗拉强度和伸长率的影响,建立抗拉强度和伸长率分别与夹杂物等效直径之间的函数关系,并采用ANSYS软件建立含有不同夹杂物尺寸的ZM6镁合金有限模型。结果表明：ZM6合金中的夹杂物主要为氧化镁;等效直径能够很好的表征夹杂物尺寸,随着夹杂物等效直径的增大,抗拉强度和伸长率会随之降低;有限元模拟表明夹杂物和基体界面位置存在明显应力集中,且位于基体较薄界面位置,可较准确预测含不同尺寸夹杂物的合金拉伸性能,拉伸应力应变曲线偏差5%之内,抗拉强度预测误差小于10%。     

凝胶球化-固相反应-烧结工艺制备Li_4SiO_4陶瓷微球

采用凝胶球化-固相反应烧结工艺制备Li4SiO4陶瓷小球。以SiO2和Li2CO3为原料与粘结剂混合制备浆料,通过滴定装置滴入硅油中凝胶成球。成型坯体小球经固相反应烧结获得Li4SiO4陶瓷小球。结果表明,制备陶瓷小球直径分布于1.2~1.4 mm之间,平均直径为1.3 mm,球形度优于1.04。通过SEM对烧结陶瓷小球微观形貌观察,其晶粒尺寸在3~5μm,且在小球表面及内部均匀分布大小为1~2μm的微孔,小球压碎载荷平均值为39.89 N。     

选区激光熔化成形316L表面质量及工艺试验研究

目的提高选区激光熔化成形316L不锈钢的成形表面质量,达到高质高效成形效果。方法采用380W功率的激光进行SLM成形,对比160μm大层厚和1000 mm/s以上高速率两种工艺组合,对表面及截面缺陷形成机理进行试验研究,检测其表面形貌、致密度、微观组织、力学性能等,探索316L高质高效打印成形的工艺方法。结果选区激光熔化成形316L不锈钢主要有球化、搭接、熔池间未熔合的表面缺陷,截面具有气孔、球化、熔池间未熔合的缺陷。曝光时间对于大层厚成形截面质量影响最大,增加曝光时间会提高成形致密度;而较小的曝光时间和点距以及线间距更有利于高速率成形。在1000 mm/s高速率试验条件下,即曝光时间、点距、线间距分别为30μs、30μm、90μm时,试件致密度达到99.99%。结论高速率成形的截面质量通过工艺优化组合可达到高致密度,且通过表面重熔工艺改善表面效果明显,整体性能最优。大层厚参数打印成形虽可达到高致密度,但在表面质量方面与高速率成形参数存在较大差距。综合比较,高速率成形在保证较好表面质量的前提下可以达到高致密度。     

超声场对连续铸造7A09铝合金微观缺陷的影响

利用超声变幅杆在7A09铝合金连续铸造过程中进行超声处理,通过Olympus dsx500光学显微镜来观察施加超声处理和不施加超声处理的铝合金表面中缺陷的变化,由此来研究超声铸造对铝合金中微观缺陷的影响。结果表明,相对于未施加超声处理的铸锭,施加超声后铸锭的氧化夹杂缺陷减少,可观察到表面气孔、缩孔缺陷数量上有所增加(从2 912增大为3 436),但是平均尺寸由10.0μm降为7.4μm、缺陷平均面积由0.40mm~2降为0.36mm~2。最后,对超声作用下氧化夹杂、双层膜、晶粒尺寸等对铝合金铸锭中微观缺陷的影响以及相关的作用机理进行了讨论。     

基于大应变下CT80连续管疲劳寿命研究

对国产CT80钢级连续油管在34.47 MPa内压和大应变下进行弯曲疲劳试验,研究了不同全管体热处理温度、表面缺陷等因素对疲劳寿命的影响。结果表明,在760～820℃,可以获得由针状铁素体、等轴铁素体、多边形铁素体与9.3%～9.5%M/A岛组成的混合组织,此时连续油管具有优异的低周疲劳性能;同时研究表明,焊缝中夹杂物、气孔及管体表面缺陷是影响连续油管疲劳寿命的主要因素,而无缺陷管材的疲劳失效断口一般位于试样的拉伸或压缩面上。     

压射速度对流变压铸AM60镁合金缺陷形成的影响

采用自行研发的自孕育制浆技术制备AM60半固态浆料,利用冷室压铸机对浆料进行流变压铸成形试验,研究压射速度对铸件缺陷形成的影响。结果表明,当压射速度小于0.5m/s时,铸件充型不足;增大至2.0m/s后,铸件充型完整,但充型末端易出现冷隔缺陷;压射速度大于7.0m/s导致铸件出现严重飞边。显微组织分析表明,压射速度增大,铸件内微气孔增多且尺寸增大,铸件边缘液相偏析程度减小,同时内部夹杂增多,夹杂物尺寸较大;当压射速度小于1.0m/s时,初生相形貌发生粗化,液相中二次枝晶增多。因此,高压射速度能在一定程度上提高流变压铸件显微组织的均匀性,但同时使铸件气孔、夹杂缺陷增多,不利于提高半固态压铸件的力学性能。     

ZM6铸造镁合金氩弧焊补焊特性与接头组织及性能

大尺寸、复杂结构的ZM6镁合金铸件极易出现裂纹、疏松、气孔和夹杂等铸造缺陷，开发高质量补焊修复技术将有助于推动其更广泛的应用。利用钨极氩弧焊（TIG）补焊技术，针对不同尺寸的圆形坡口，采用优化的焊前预热措施、焊接工艺参数和焊后热处理工艺，对ZM6铸造镁合金TIG补焊焊缝成形、接头组织特征和力学性能进行分析。研究结果表明，针对直径10～40 mm的坡口，采用焊前200℃预热1 h和160 A焊接电流，可以获得无裂纹、无气孔、无未熔合缺陷的补焊接头。补焊接头焊缝区晶粒细化，晶粒尺寸为30～40μm；热影响区宽度较窄，但晶粒发生长大，团簇状析出相明显减少，因此热影响区硬度最低。随着坡口尺寸增大，焊缝区和热影响区的硬度均发生下降，试样拉伸强度降低。拉伸试样主要断裂于热影响区，平均抗拉强度和延伸率达母材的93.7%和95.1%。     

基于摩擦挤压增材制造的单道多层6061铝合金组织特征与力学性能

成功实现了6061铝合金摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing, FEAM)工艺,对单道1层、2层及9层增材试样组织特征、界面连接机制及力学性能进行了分析讨论。结果表明:在主轴转速600r/min和移动速度300mm/min下可获得完全致密无内部缺陷的每层厚度和宽度分别约为4和32mm的6061单道1层、2层及9层增材试样。增材组织均匀完全由细小等轴晶组成,单道1层和单道9层平均晶粒尺寸分别为5.63±1.66μm和8.31±1.67μm,与填充棒料母材(24.21±5.3μm)比较晶粒明显细化。单道1层增材组织内部强化相β″几乎全部溶解而β′发生粗化,平均硬度为母材的64.7%。增材界面实现冶金连接且晶粒细化最显著,由于强化相β″及β′几乎全部溶解,其硬度降低为母材的56.9%,单道9层试样因多次热循环降低为母材的50.6%。单道9层增材试样具有优良的强韧匹配,沿增材层长度方向平均抗拉强度和断后伸长率分别为194.25MPa和34.6%,沿增材层垂直方向(Z方向)平均抗拉伸强度和断后伸长率分别为151.0 MPa和10.4...     

Ti/Al异种合金激光熔钎焊过程气孔形成机制

采用矩形光斑CO2激光为热源,以AlSi12作为填充焊丝进行钛/铝异种合金的激光熔钎焊试验,发现气孔是导致接头失效的一个主要因素。结果表明,钛/铝异种合金激光熔钎焊的气孔缺陷主要是由镁元素的气化所致。光束的偏移量及激光功率是影响气孔产生的主要因素。界面棒状的金属间化合物长度低于10μm时一般不产生气孔,而气孔的直径与焊缝内部的微观组织有关。     

超声场对大规格2219铝合金铸锭微观缺陷的影响

为了探究功率超声对ф1 250mm大规格2219铝合金铸锭微观缺陷的影响,对试样打磨抛光处理后进行扫描电镜能谱分析以及光学显微分析。结果表明,超声铸锭氧化夹杂含量显著减少(下降了21%),缺陷平均尺寸从10.606μm减小到8.096μm,下降了23.7%,但是超声铸锭微观缺陷数量有所增加(由2 452上升到3 786)。功率超声可以有效抑制大规格铝合金铸锭中大尺寸微观缺陷的出现。     

Sn微合金化大断面球铁的组织性能分析

为了改善大断面球墨铸铁的组织性能,通过向铁液中加入质量分数为0.05%的元素Sn,制备了尺寸为120mm×120 mm×180 mm的球墨铸铁试块。借助金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能拉力试验机和布氏硬度计,研究Sn微合金化大断面球墨铸铁的微观组织和力学性能,并对其拉伸断口进行了分析。结果表明,未加入Sn的球墨铸铁试样中心存在大量碎块状石墨,综合力学性能差;Sn微合金化大断面球墨铸铁试样中心的石墨球形态好、数量多、石墨球细小,其平均直径约为32μm,珠光体体积分数为90%,综合力学性能良好,其抗拉强度不低于850 MPa,伸长率不低于4%,硬度平均值约为283 HB。Sn微合金化大断面球墨铸铁试样以脆性断裂为主,具有少量塑性断裂的混合断裂模式。     

基于自转一阶非连续式微球双平盘研磨的运动学分析与实验研究

目的 分析不同研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距和固着磨料粒度对微球精度的影响,确定自转一阶非连续式双平面研磨方式在加工GCr15轴承钢球时的最优研磨参数,提高微球的形状精度和表面质量。方法 首先对自转一阶非连续式双平盘研磨方式微球进行运动学分析,引入滑动比衡量微球在不同摩擦因数区域的运动状态,建立自转一阶非连续式双平盘研磨方式下的微球轨迹仿真模型,利用MATLAB对研磨轨迹进行仿真,分析滑动比对研磨轨迹包络情况的影响。搭建自转一阶非连续式微球双平面研磨方式的实验平台,采用单因素实验分析主要研磨参数对微球精度的影响,得到考虑圆度和表面粗糙度的最优参数组合。结果 实验结果表明,在研磨压力为0.10 N、下研磨盘转速为20 r/min、保持架偏心距为90 mm、固着磨料粒度为3000目时,微球圆度由研磨前的1.14μm下降至0.25μm,表面粗糙度由0.129 1μm下降至0.0290μm。结论 在自转一阶非连续式微球双平盘研磨方式下,微球自转轴方位角发生突变,使研磨轨迹全覆盖在球坯表面。随着研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距的增大,微球圆度和表面粗糙度呈现先降低后升高的趋势。随着研磨...