铸铁材料的复合型断裂实验研究

通过3点弯曲和4点弯曲实验方法,对含有裂纹的铸铁材料进行复合型断裂实验研究,测试铸铁材料的应力强度因子、断裂方向角,将实验结果与理论值进行分析、比较,找出两者之间的异同点,得到一些对工程设计及应用具有实际意义的结论.     

基于ANSYS的镁合金铸轧辊冷却研究

利用ANSYS有限元软件,对铸轧辊建立二维模型来模拟铸轧辊在镁合金铸轧过程中的温度场分布.通过分析不同冷却水温度及冷却水速下铸轧辊温度场的分布情况,得出在镁合金铸轧过程中,提高冷却水速可以降低铸轧辊的温度场,但随着冷却水速的提高,这种能力逐渐减弱;而冷却水温度对铸轧辊温度场影响不大.     

双螺旋流变压铸AZ91D镁合金的研究

液态压铸是镁合金最主要的成形方式,但液态压铸件存在气孔等缺陷,限制了镁合金的进一步推广使用。介绍了采用双螺旋流变制浆技术,对镁合金AZ91D进行了流变压铸研究。首先,将镁合金AZ91D熔体浇入到双螺旋流变制浆机中,然后根据不同工艺参数制备流变镁合金浆料,待制浆结束后,将半固态浆料转移到压铸机内,制得半固态压铸件。采用Micro-Image Analysis&Process(MIAP)软件分析了双螺旋流变制浆工艺参数(搅拌温度、搅拌时间和转速)对镁合金AZ91D的初生相晶粒大小的影响,并研究了镁合金压铸成形性。结果表明:随着搅拌温度的降低,晶粒尺寸变化不是很大;随着搅拌时间延长,镁合金晶粒尺寸逐渐增大;随着搅拌速度的增加,镁合金平均晶粒尺寸减少。镁合金流变压铸件中的初生α相由搅拌中形成的球状晶及压铸过程中二次凝固形成的更为细小的球状晶组成。对比了普通压铸件与流变压铸件热处理后的力学性能,流变压铸件的力学性能得到大幅提高,其原因归结为铸态组织的细小和均匀化。     

铸态镁合金Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr热裂缺陷研究

通过自制的T字形模具研究了不同配比的Zn对Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr(x=1.5,2.5,3.5 and 4.5(%,质量分数))系合金热裂敏感性的影响。通过对T型试样热节处宏观热裂纹的观察以及石蜡渗透法测定的裂纹的体积来表征其热裂倾向性大小。此外采用扫描电镜(SEM)进行合金的组织形貌微观分析和裂纹自由断口表面观察,并利用X射线衍射(XRD)及投射电镜(TEM)等实验手段对其进行物相分析,确定其低熔点相主要组成,进而研究对热裂缺陷的影响。整个熔炼浇注过程利用A/D数模转换器对凝固过程进行了温度-应力采集。结果表明,MgxZn-0.5Y-0.5Zr合金的主要相组成为α-Mg,W相(Mg_3Zn_3Y_2)及I相(Mg_3Zn_6Y),随着Zn含量从1.5%增加到4.5%,低熔点析出相含量明显增多,提高了枝晶间残余液相的补缩能力,有效的防止了裂纹的萌生和扩展,当Zn含量较低时,液膜理论和凝固收缩补偿理论是诠释热裂纹萌生的主要理论基础。随着Zn含量的增加,残余液相的充分补偿,桥接理论是热裂形成的主要机理。此系合金热裂敏感性由大到小顺序为Mg-1.5Zn-0.5Y-0.5Zr,Mg-2.5Zn-0.5Y-0.5Zr,Mg-3.5Zn-0.5Y-0.5Zr,Mg-4.5Zn-0.5Y-0.5Zr。     

铸机分节辊断裂原因及分析

针对目前铸机分节辊轴颈频繁断裂的问题，通过化学成分、表面硬度测定、低倍、高倍金相以及铸机分节辊的设计图等分析断裂形成原因，并建议通过采取一些措施，减少铸机分节辊轴颈的断裂。     

AZ31B镁合金焊接接头断裂形式分析

镁合金具有轻质高韧低密度的特点,可以代替传统的铝合金和钢材原料,而被广泛应用于航空航天、汽车及电子领域。而合金材料的焊接质量直接影响金属构件的使用性能。因此本文采用拉剪力实验研究了AZ31B镁合金焊接接头在外力作用下的断裂形式,对断口显微结构、熔核最大拉应力及熔核尺寸进行了分析。结果表明,撕裂式断裂具有韧性断裂的典型显微形貌,而整核式断裂则是韧性断裂和脆性断裂混合的结果 ;熔核最大拉应力会对断裂形式产生影响,当拉应力极值大于母材抗拉强度时,接头发生整核断裂,反之断口断裂形式为撕裂式断裂;5.9mm为撕裂式断裂和整核式断裂的临界熔核尺寸。     

宽1500 mm的镁合金双辊连铸铸嘴结构的研究

铸嘴结构是形成镁合金熔体流场的决定因素,其出口处流体速度分布的均匀与否直接影响铸坯质量的优劣。以宽度1500 mm的镁合金水平双辊连铸铸嘴结构为研究对象,对不同型式铸嘴结构内镁合金熔体的流场进行数值模拟计算,分析铸嘴长度、侧壁形状、尾迹区长度对铸嘴出口处流体速度分布均匀性的影响。结果表明：长度越长,铸嘴出口处流体速度分布越均匀;采用渐扩式侧壁的铸嘴结构能获得更均匀的流体速度分布;尾迹区越长,流体速度分布越均匀。     

AZ31B镁合金准静态拉伸断裂准则

使用万能材料试验机,通过板材的无缺口拉伸试件和缺口拉伸试件,研究了AZ31B镁合金在室温下的准静态拉伸力学性能。结合数值模拟分析了各试件拉伸过程,解释了缺口处的断裂失效原理,获得了应力三轴度与断裂应变的关系,拟合得到了AZ31B镁合金准静态拉伸断裂准则。     

铒对铸态AZ91D镁合金腐蚀的影响

通过在镁合金AZ91D熔炼过程中添加0.2%、0.4%和0.6%铒,研究了不同铒含量对铸态镁合金AZ91D在4%Na Cl溶液中腐蚀的影响。Tafel极化曲线表明,0.2%和0.6%Er能加速镁合金的腐蚀,在添加0.4%Er后,镁合金的自腐蚀电流密度小于空白试样的自腐蚀电流密度;交流阻抗谱反映出0.4%Er对镁合金的点蚀起到明显的抑制作用,而0.2%Er和0.6%Er却降低了反应过程中的电化学阻力;浸泡失重法也体现出添加0.4%Er对镁合金的缓蚀作用,0.2%Er加速了腐蚀,而0.6%Er随着反应时间的延长,腐蚀速率明显降低,5天后反应速率低于空白样腐蚀速率;通过扫描电镜观察各试样腐蚀1天后的表面形貌发现,AZ91D+0.4%Er能有效抑制点蚀。     

铸态齿轮钢16MnCr5高温区形变断裂机理的研究

通过在Ｇｌｅｅｂｌｅ—１５００热模拟试验机上进行热拉伸试验,研究了１６ＭｎＣｒ５齿轮钢在高温下形变断裂的行为与机制。结果如下：在奥氏体低温区（７５０～１０００℃）,由于晶界滑移而损害了塑性;在奥氏体高温区（１０５０～１３００℃）,动态再结晶的发生使得塑性显著改善;１３５０℃以上温度晶界发生过熔导致沿晶脆性断裂;７００℃时在奥氏体晶界处形成形变诱导铁素体膜,导致沿晶塑性断裂     

铸态AZ31镁合金的超塑性性能及流变应力

研究连铸镁合金AZ31单向拉伸行为.结果表明在300～450℃,应变速率ε低于1.0×10-3 s-1的情况下,镁合金ZA31开始表现出超塑性.在400℃,应变速率ε为4.25×10-4 s-1时,延伸率达到了200%,应变速率敏感性指数m为0.41.用光学显微镜观察了变形前后的拉伸式样的微观组织,表明试样的初始晶粒尺寸约为20μm,在变形之后颈缩区域的晶粒长大现象不是很明显,晶粒沿着变形方向有所伸长,但晶粒形状基本保持为等轴状.     

Er对AZ91镁合金铸态组织和耐蚀性能的影响

利用真空电磁感应熔炼炉制备AZ91-XEr(X=0,0.58%,1.14%,1.81%)镁合金,采用静态失重法测试实验合金腐蚀行为,运用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对腐蚀前后实验合金进行表征,研究Er对实验合金显微组织及耐蚀性能的影响。结果表明,添加Er后合金组织得到细化,合金物相主要由α-Mg、β(Mg17Al12)和Al2Er相组成。随着Er含量增加,β相由粗大的不连续网状变为细小的块状,且Al2Er相数量、尺寸增加。Er可以提高AZ91镁合金的耐蚀性能,当Er含量为1.81%时,实验合金耐蚀性最好。     

镁合金微弧氧化研究

本文介绍以硅酸盐溶液为氧化液对AZ31镁合金进行的微弧氧化实验。讨论了氧化膜的性能，并采用正交试验的方法分析了主要成膜物质对膜性能的影响。     

Pb对AZ91镁合金铸态显微组织及力学性能的影响

采用扫描电镜观察、电子探针分析及拉伸性能测试等方法研究了Pb的添加对AZ91合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Pb能够细化AZ91镁合金中的d—Mg和β-Mgl7Al12的晶粒,抑制二次B的析出,且Pb可改善β-Mgl7Al12相形态和分布。Pb通过细晶强化增加了合金强度和硬度,使合金的断裂机制从脆性解理断裂转变为准解理断裂。     

镁合金微弧氧化研究

在两种体系中研究了镁合金的微弧氧化.对比实验表明,磷酸盐体系中钕对氧化膜外观、厚度和耐蚀性有较大改善,提高钕盐浓度效果更佳;硅酸盐体系中,用稀土盐溶液浸泡试样后,制得的试样表面颜色较白,膜层分布更均匀,起弧容易.两种体系中用稀土转化膜取代镁合金表面的自然氧化膜进行微弧氧化处理,获得的陶瓷层分布更加均匀,表面更光滑致密,耐蚀性显著加强.     

稀土Nd对AZ 31镁合金铸态组织和力学性能的影响

利用气氛电阻炉制备了AZ 31-xNd合金(x=0.05%,0.1%,0.2%,0.4%,0.6%),采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱分析仪(EDS)对不同Nd含量的实验合金进行了显微组织观察和分析,结果发现,Nd在AZ 31-xNd合金中形成了Al_3Nd和Mg_(12)Nd相,这些含Nd相导致AZ 31镁合金在凝固过程中的晶粒细化,从而提高了AZ 31镁合金的铸态室温力学性能,随着Nd含量的增加,合金的铸态室温抗拉强度极限和延伸率均先升高后降低.     

半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程的数值模拟

以半固态AZ91D镁合金浆料的流变性能的实验研究为基础,通过曲线拟合的方法建立半固态AZ91D镁合金的表观粘度的触变模型.根据此触变模型开发了半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程中的表观粘度计算程序,并嵌入在Castsoft软件中,实现了半固态AZ91D镁合金触变压铸过程的流场和温度场的模拟计算.模拟结果表明：充填速度和浆料温度对半固态AZ91D镁合金浆料的充填过程有显著影响,最佳充填速度的范围为2～5m·s^-1,半固态浆料的最佳温度范围为570～580℃.     

缺口断裂实验研究和断裂判据

本文在考察影响冷轧辊破损的力学因素中选用了缺口和裂纹两种试样进行断裂韧性测试。结果发现对于冷轧辊材料(高硬度,ε_F≈0)其K_1C ≤ 2/3 K_ρc(ρ=0.06毫米),即K_1C和K_ρc值差别较大。故本文认为有的文献提出对于低韧性材料(ε_F≈0)可用细切口试样代替裂纹态试样测定K_1C值不是普遍可行的。这一事实在工程实际中是重要的。在实验分析中,本文主要参考了Tetel man.A.S和Yokobori.T的分析工作,采用了弹塑性宏观力学的方法,近似分析缺口试样弹塑性应力场,建立有关断裂判据,所得结果较好解释实验现象,并可作为K_ρc计算的估值公式,亦可供分析缺口断裂问题参考。     

镁合金表面防腐蚀处理研究

综述了近年来镁合金表面防腐蚀处理的方法，主要有化学转化膜、阳极氧化、金属涂层、有机涂层、有机镀膜、气相沉积、快速凝固等，并对镁合金表面处理的发展方向进行了探讨。