机械冲击对高硬激光熔覆层力学性能与微观组织的影响

为减少高硬合金激光熔覆层缺陷,提出了一种将机械冲击作用于激光熔覆过程的工艺方法,在45钢轴表面制备了Ni基、Fe基和Co基三种高硬合金熔覆层,对比分析了机械冲击对熔覆层力学性能和微观组织的影响。研究结果表明：加载机械冲击可改善熔覆层表面熔覆质量,抑制裂纹的萌生;机械冲击对不同材料的熔覆层力学性能影响不同,Ni65WC试样的可承受最大载荷提高了26.2%,但断裂总伸长量却减小了约37%,Fe90试样的可承受最大载荷提高了21.3%,而且断裂总伸长量亦增大约21%,Sti6+3%WC试样的可承受最大载荷提高了9.04%,其断裂总伸长量无明显变化;机械冲击使微观组织明显细化,显微硬度提高。     

激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究

激光冲击强化具有高压(GPa～TPa)、超快(几十纳秒)、超高应变率(107～108s-1,比爆炸成形高出100倍)的显著特点,广泛应用在金属构件的表面改性上,然而目前对于金属材料表层激光冲击细化晶粒的微观结构演变、性能结构关系尚缺乏系统的研究,尤其是对超高应变率下严重塑性变形导致的晶粒细化机制和微观强化机理,现在仍然缺乏统一的认识和深入的理解。本文针对激光冲击铝合金的宏观性能、微观结构演变以及塑性变形进行了若干基础研究,为激光冲击波技术的工业应用     

激光熔覆制备Fe基合金涂层的微观结构与力学性能*

采用激光熔覆在25Cr2Ni4MoV钢基材表面制备铁基合金涂层,研究激光熔覆涂层的微观组织、显微硬度、抗剪强度、摩擦磨损性能。结果表明：激光熔覆Fe基合金涂层与25Cr2Ni4MoV钢基材界面形成了良好的冶金结合;激光熔覆层为典型的树枝晶形貌,由浅灰色及深灰色2种不同物相相间组成;激光熔覆区的显微硬度显著高于基体区和熔合区,平均剪切强度达280.83 MPa;激光熔覆Fe基合金涂层的平均干摩擦因数、磨痕轮廓深度及平均磨损体积较25Cr2Ni4MoV钢基材分别下降了约25%、45%及50%;激光熔覆所制备的Fe基合金涂层的耐磨性能远高于25Cr2Ni4MoV钢基体,该型涂层对基体有着良好保护作用。     

时效处理对合金钢微观组织与力学性能的影响研究

研究时效处理对Fe-20Mn-8Al-1.1C奥氏体轻质合金钢热轧板材与固溶板材微观组织、力学性能的影响。时效处理过程中,奥氏体晶内析出kappa碳化物是材料屈服强度提高、加工硬化率降低的主要原因。相比热轧板材,固溶板材具有更强的加工硬化能力和时效硬化能力。当时效处理温度介于550～650℃时,奥氏体晶内发生调幅分解反应,生成弥散分布的细小kappa碳化物颗粒,固溶板材表现出良好的时效强化特征。随着时效处理时间的延长,奥氏体晶界附近发生共析反应,共析反应产物向晶内生长。同时,晶内kappa碳化物发生粗化。两者共同作用使材料发生过时效,材料的硬度显著降低。     

钛-钢爆炸复合板的微观组织结构及力学性能

采用合适的工艺参数将TA2和Q345进行爆炸复合,并对获得的爆炸复合板进行微观组织结构分析和抗拉强度、剪切强度、显微硬度等力学性能测试。结果表明,复合板的力学性能良好,能够满足实际工程需要;复合板金相组织分析显示,结合界面呈波状结合,爆炸焊接时,在结合界面处发生强烈塑性变形,距界面处越远塑性变形越小,显微硬度越低;对复合板靠近钛侧界面进行X射线衍射(XRD)分析,未发现有脆硬的金属间化合物相生成,保证了复合板界面具有较高的结合强度。     

超细晶粒硬质合金的力学性能与微观结构

对国内外用于航空铝合金高速铣削加工的10种硬质合金刀具进行了化学成分和力学性能的检测.采用X射线衍射法、X射线荧光法、扫描电子显微镜、金相显微镜和体视显微镜等手段,对比分析了硬质合金化学成分、显微结构及其缺陷对其力学性能的影响.结果显示,超细硬质合金具有比亚微米硬质合金具有更优越的力学性能.当超细硬质合金的Co含量为12wt％,WC晶粒度为0.3～0.5μm时,硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为1460 ×9.8 N/mm2,10 MPa·m1/2和4300 MPa,其综合力学性能最好.超细硬质合金对其结构缺陷相当敏感,晶粒分布不均匀、Co池和孔隙等结构缺陷形成了初始裂纹源,对材料的断裂韧性和抗弯强度产生不利影响.     

5R60铝合金焊接接头微观组织与力学性能研究

针对中国兵器工业集团第五二研究所开发的高性能5R60铝合金在应用中对熔焊的需求,使用五二所研发的?1.6mm高性能5R59铝合金焊丝,采用MIG焊接方法焊接13mm厚5R60铝合金板材,并对焊接接头显微组织、断口形貌、拉伸力学性能和显微硬度等内容进行研究。研究结果表明：焊缝区和靠近焊缝一侧的热影响区晶粒为均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸分别为9.6和18.4μm;焊缝组织中分布大量由Al、Sc、Zr、Ti元素组成的初生第二相,该相对提升促进焊缝组织晶粒细化、提升接头强度具有积极作用;显微硬度测试结果分析焊接接头热影响区宽度约为30mm;焊接接头最高抗拉强度和延伸率分别为367MPa和13%,平均抗拉强度和延伸率分别为358.3MPa和12.5%;焊缝区由于铸态组织缺陷成为性能最薄弱区域,平均显微硬度为90.5HV。     

CKE2500履带板微观组织和力学性能研究

系统研究了CKE2500履带板的成分、组织和力学性能。结果表明,材料为低碳钢,碳含量0.2%,硅含量0.42%,锰含量1.1%,铬含量0.76%,镍含量0.80%,钼含量0.55%;调质后,显微组织为回火索氏体,晶粒细小、均匀,材料抗拉强度为930 MPa,屈服强度为864 MPa,-40℃下冲击功为61.2J。分析认为,材料具有优良的力学性能与其合理的成分设计及热处理工艺是一致的。     

双送粉激光熔覆CoCrAlSiY/YSZ梯度涂层微观组织及热振性能

采用双送粉方式,利用激光熔覆技术在TC4基体上制备CoCrAlSiY/Y2O3-ZrO2(YSZ)梯度涂层.对CoCrAlSiY/YSZ梯度涂层的微观组织、元素分布、显微硬度及热振性能进行了分析与研究,结果表明:梯度涂层与基体结合紧密,各梯度亚层之间不存在明显的界面,梯度涂层无明显裂纹,形成了良好的冶金结合;随着YSZ...     

老化和冲击对GF/EVE复合材料微观结构和力学性能的影响

对玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料进行紫外老化处理和冲击试验,研究了紫外老化时间(0,20,30,40d)及冲击能量(12.5,25.0J)对复合材料表面形貌、元素分布、化学结构以及力学性能的影响。结果表明:随着紫外老化时间的延长,复合材料表面颜色加深,纤维与树脂基体脱黏;老化40d后,复合材料表面元素含量及树脂的化学结构发生改变,树脂基体发生光氧老化降解;冲击能量一定时,复合材料的最大承受载荷、抗拉强度及弯曲强度均随着紫外老化时间的延长而下降;在冲击能量为12.5J和25.0J时,老化40d后复合材料的最大承受载荷较老化前的分别下降了5.2%和19.5%。     

选区激光熔化梯度多孔支架力学性能和能量吸收研究

基于三周期极小曲面设计梯度 Ti6Al4V 多孔支架,并采用选区激光熔化打印成形,分析边缘孔隙率P_out、中心孔隙率P_in和平均孔隙率■对力学性能和能量吸收的影响。研究结果表明：相同■的梯度多孔支架弹性模量、抗压强度和单位体积的总吸收能量 W_V都随着 P_out的增大而减小,随着 P_in的增大而增大;不同 ■的梯度多孔支架弹性模量、抗压强度和 W_V随着 ■的增大而减小;P^-对其弹性模量、抗压强度和 W_V的影响大于 P_in、P_out的影响。打印成形的梯度多孔支架能够满足股骨和胫骨的弹性模量、抗压强度要求,建立的力学性能模型可为面向骨科医学多孔支架的应用提供参考。     

TiAlN涂层及微观组织结构研究

通过改变工艺参数,采用非平衡磁控溅射法在硬质合金基体上制备Ti Al N涂层来研究涂层微观结构的变化规律。经表面和断口形貌的扫描电镜结果显示,增加主因素偏压,涂层表面趋向光滑平整,结构趋向致密,表面的大颗粒数量明显减少。EDS能谱分析表明,涂层元素的含量受偏压和N2流量影响较大。XRD分析发现,膜层中有Ti Al N系和Ti N系的物相结构,Ti N/Ti Al N多层涂层主要从(111)晶面择优取向生长。     

激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)成形制备了不同工艺参数下Cu-Al-Ni-Ti铜基形状记忆合金试样。用排水法测试了块体试样的相对密度,对试样进行了显微组织分析和热分析,测试了拉伸试样在不同温度下的力学性能和测试试样的形状记忆性能,研究了激光能量密度对相对密度、显微组织和常温力学性能的影响规律。结果表明:块体试样的相对密度随激光能量密度的增大先增大再减小,试样的相对密度最大值达99.9%;当激光能量密度适中时(107J/mm3),熔化道连续且无明显缺陷,激光能量密度过低或者过高,试样会产生熔化道不连续或者球化等缺陷;拉伸试样的常温拉伸性能随激光能量密度的增大先增大再减小,常温下试样最大抗拉强度和延伸率分别为541MPa和7.63%。在300℃下试样的抗拉强度提升至最大为611MPa,延伸率提升至10.78%。试样的马氏体相变开始温度Ms约为83℃,结束温度Mf约为40℃,形变回复率接近90%。     

激光诱导空泡冲击强化动力学特性

为研究激光诱导空泡冲击强化的动力学特性,将激光聚焦于微孔上方和孔内形成空泡,通过不同激光焦点位置、不同激光能量和不同激光频率进行空泡实验,利用高速摄影仪拍摄,观测微孔入口和出口处空泡的脉动特征,对比分析激光空泡的尺寸、速度、压力等变化曲线。研究发现,孔口上方和孔内的激光空泡能将孔内液体迅速推出孔尾,在孔口下方形成环形空泡,激光焦点距离微孔越近、激光能量越大,孔口下方的环形空泡越大,产生的速度和水锤压力也越大。     

镁合金激光胶接焊接头微观及力学性能

采用激光胶接焊焊接镁舍金，利用现代测试手段分析接头的微观组织特征，并分别研究激光焊、胶接和激光胶接焊3种接头在相同工艺参数下的剪切力和抗剥离力，在较好的工艺参数下，激光胶接焊焊缝成形良好。在激光热源的作用下，焊缝区内胶层受热分解并以气体形式逸出焊缝，并未影响焊缝的组织熔舍；焊缝边缘附近胶层炭化裂解，存在胶层失效区，虽减小胶层的承载面积，但该区域很窄，对接头的实际承载能力影响不大。激光胶接焊接头剪切力最大，胶接接头次之，激光焊接接头剪切力最小；激光胶接焊接头的抗剥离力远大于胶接接头的抗剥离力。激光胶接焊有效提高接头的实际承载能力，因此具有很大的发展潜力。     

激光冲击MAG复合增材工艺与组织性能研究

为了研究激光冲击熔化极活性气体保护焊(Metal Active-Gas welding, MAG)复合增材工艺规律,通过构建复合热源模型,对比研究激光加入前后电弧及熔池的变化,并通过改变激光功率参数,分别分析其对增材成形件宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明,在激光的冲击作用下,电弧产生吸引和压缩现象,可提高电弧的稳定性和热源利用率、增加熔池内气体逃逸时间、细化成形件晶粒尺寸,以及提高成形件的力学性能。激光功率900 W为最佳工艺参数,此时增材成形件表面较为光滑、晶粒尺寸最小范围为5～16μm,平均显微硬度为(182.5±8.7)HV,抗拉强度为566 MPa,断后伸长率为10.35%,气孔率为0.74%。对比单电弧增材成形件,平均显微硬度、抗拉强度和断后伸长率分别提高了9.3%、13.4%、37.5%,气孔率减少了43.1%。     

激光选区熔化制备Ti-15Mo合金微观结构和力学性能的各向异性

采用激光选区熔化(SLM)技术在不同构建方向(与水平方向成0°,30°,45°,60°,90°)下制备Ti-15Mo合金,分析了其微观结构和力学性能的各向异性。结果表明：当构建方向由0°变为90°时,合金的织构取向变化为(001)→(101)→(111);0°和90°构建方向的合金中2°～10°小角度晶界的体积分数较低;0°,30°,45°,60°和90°构建方向的合金的平均晶粒尺寸分别为59.95,33.47,99.98,42.63,72.41μm,平均显微硬度分别为313.92,327.29,294.11,327.48,311.67 HV;0°,45°,60°,90°构建方向制备的合金的抗拉强度分别为866.35,898.78,1 055.97,913.7 MPa,屈服强度分别为716.40,767.98,1 027.45,808.83 MPa,断后伸长率分别为14.00%,18.97%,12.51%和14.29%。不同构建方向的SLM成形合金存在力学性能各向异性。     

VC析出相对Fe-Mn-Si-Al相变诱导塑性钢微观组织演变及力学性能的影响

Fe-Mn-Si-Al相变诱导塑性钢因具有较低屈服强度和良好低周疲劳性能,有潜力替代现有抗震用低屈服点钢制造钢阻尼器。对试验用钢进行准静态拉伸和低周疲劳试验,并借助多种组织表征方法研究试验用钢变形前后的微观组织演变,揭示VC析出相及奥氏体晶粒尺寸对其力学性能的影响规律及作用机理。结果表明:奥氏体晶粒粗化可以促进ε马氏体生成交叉状多变体,从而在准静态拉伸过程中,提高试验用钢断后伸长率;而在低周疲劳变形过程中,交叉状多变体削弱ε马氏体相变可逆性,使其疲劳寿命降低。VC析出相有助于提高试验用钢的屈服强度和抗拉强度,但其对ε马氏体生长具有抑制作用,使断后伸长率降低。在低周疲劳变形过程中,VC析出相钉扎ε马氏体/奥氏体两相界面,抑制ε马氏体逆相变,从而使试验用钢的循环加工硬化程度显著提高,低周疲劳寿命降低。     

多组分铜基合金粉末选区激光烧结的组织形成机制

对多组分铜基金属粉末(组分Cu、CuSn、CuP,质量比为55:35:10)进行了选区激光烧结试验,其中熔点较低的CuSn充当粘结金属,熔点较高的Cu充当结构金属,CuP则作为脱氧剂而改善润湿性。粉体激光烧结的主导成形机制为液相生成和颗粒重排。合理调控激光工艺参数(激光功率275～400 W,扫描速率0．03～0．06 m·s-1),以使粘结金属CuSn发生熔化,而结构金属Cu保持未熔状态。在保证粉末部分熔化的液相烧结机制的前提下,适当增加激光功率或减小扫描速率,有利于提高烧结致密度及组织均匀性。