脉冲电流-激光愈合钛合金深层裂纹愈合处理对力学性能的影响机理研究

分别借鉴脉冲电流与激光各自的优势对钛合金中的深层裂纹进行复合处理,研究脉冲电流-激光愈合处理对力学性能的影响机理。微观硬度检测结果显示,经过脉冲电流处理后,愈合区与基体间硬度差异明显,愈合区具有较高的硬度值;经过激光重熔处理后,由脉冲电流处理形成的愈合区内硬度有所下降,且在重熔区-热影响区-基体内硬度呈现出逐渐递减的趋势。力学性能测试结果显示,对脉冲电流处理试样,拉伸性能降低,疲劳性能提升,且性能曲线均呈现二次断裂特性,这是由于愈合区的塑性较低,且处于应力集中区域,在加载过程中造成愈合区提前断裂或失效。对脉冲电流与激光复合处理试样,拉伸与疲劳性能提升明显。脉冲电流的绕流效应、焦耳热效应及激光的重熔作用是实现裂纹愈合效果的主要原因。     

激光重熔等离子喷涂复合润滑涂层的组织与性能研究

探索选取不同的激光重熔工艺,对NiCr合金基复合涂层以及ZrO2基复合涂层进行激光重熔处理,对重熔处理前后涂层的硬度、减摩性、耐磨性进行测试对比分析,并通过扫描电镜观察熔覆带形貌,对熔覆层的形成机理,偏聚区的形成作初步探讨。     

工艺参数对H13热作模具钢激光重熔-火焰喷涂复合涂层性能的影响

研究了工艺参数对激光重熔-火焰喷涂复合涂层后H13热作模具钢的高温耐磨损性能、高温力学性能、抗高温氧化性能和热疲劳性能的影响规律。结果表明,单一增大激光功率或喷枪移送速度,激光重熔-火焰喷涂H13热作模具钢的高温耐磨损性能、高温力学性能、抗高温氧化性能和热疲劳性能均先提高后降低。与未经喷涂处理的H13钢相比,激光重熔-火焰喷涂复合涂层H13钢在500℃下的磨损体积减小91%、抗拉强度增加151%、屈服强度增加182%、500℃高温氧化72h后的单位面积质量增重减小90%、热疲劳裂纹级别从11级变为2级。     

钛合金叶片线切割腔道后酸洗去除重熔层研究

航空发动机钛合金叶片进行电火花线切割加工腔道时,腔道内表面会产生重熔层。氢氟酸(HF)的强腐蚀性和硝酸(HNO_3)能减少钛合金吸氢,因此,为了去除钛合金叶片腔道内表面产生的重熔层,采用不同浓度比的HF和HNO_3配方进行化学酸洗去除研究。在钛合金叶片进行酸洗前,通过工艺试验确定化学酸洗溶液配方,通过超声波清洗去除油污。在酸洗过程中,通过搅拌酸洗液和上下振动钛合金叶片而增加腔道中酸洗液流动,使腔道内表面重熔层能够均匀去除。结果显示,钛合金叶片化学酸洗后基体氢增量满足标准要求,金相显微图显示重熔层被去除,且酸洗后钛合金基体无过腐蚀和裂纹。形成了一种适用于钛合金叶片在电火花线切割油道/气道后内表面产生的重熔层的去除方法。     

表面复合强化处理后Ti17钛合金的显微组织和耐磨性能

分别以硅青铜和YG-8合金为电极进行瞬态电能表面强化结合离子束增强沉积硅青铜对Ti17钛合金进行表面复合强化,研究了电极材料对其组织和耐磨性能的影响。结果表明:Ti17钛合金表面复合强化层由瞬态电能强化层和铜沉积层组成,铜沉积层组织致密,无气孔、微裂纹等缺陷,与瞬态电能强化层结合良好;以硅青铜为电极强化处理后的钛合金表面复合强化层厚约6μm,强化层及界面处无微孔、裂纹等缺陷,表面硬度为517 HV,耐磨性能较未强化的提高了20倍;以YG-8合金为电极处理后的钛合金表面复合强化层厚约15μm,在其瞬态电能强化层中存在少量的微孔和微裂纹,表面硬度为537HV,耐磨性能较未强化的提高了30倍;复合强化后Ti17钛合金的摩擦因数比未强化的略有下降。     

以铌+铜为复合中间层扩散焊接钛合金/不锈钢接头的组织与性能

以铌片+铜片为复合中间层材料,在Gleeble-1500型热力模拟试验机上对TC4钛合金和15-5PH不锈钢进行真空扩散焊,测试了接头的抗拉强度,观察了接头界面区和拉伸断口形貌并进行了微区成分分析。结果表明:铌+铜复合中间层可以有效阻碍钛合金和不锈钢之间钛、铁、铬元素的相互扩散;不锈钢/铜、铜/铌、铌/钛合金这3个界面通过原子扩散形成良好的连接,在铜/铌界面处局部生成的少量细小的铌铁金属间化合物对接头抗拉强度的影响不大,最高抗拉强度达到540MPa;拉伸断裂时裂纹穿过铜层、铌层和金属间化合物扩展。     

碳纳米管可实现飞机结构表面裂纹自愈合

位于纽约圣特洛伊的伦斯勒理工学院的研究人员已验证了一种能使复合材料结构表面裂纹自愈合的修理技术。基体内埋入纵横交错的导线,在结构表面上形成X-Y格栅,其上覆以碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。通过导线的电脉冲以及碳纳米管能探测出导致格栅断裂的微小裂纹。一旦确定了裂纹区域,通过碳纳米管来传递一种更强的脉冲电流,由它加热的愈合剂混入环氧基体,然后流入裂纹以阻止裂纹扩展。加热愈合剂使之流动的热量来自于纳米管具有的传导高强短脉冲电流的能力。伦斯勒理工学院的研究人员宣称,该愈合过程可使结构表面初始强度的70%得以恢复。伦斯勒理工学院副教授Nikhil Koratkar·称:“我们这项技术的真正新颖之处在于将碳纳米管既用于裂纹探测也用于裂纹修理,这些裂纹会影响飞机或其他树脂基复合材料结构的完整性。”虽然商业化的愈合剂已能密封并恢复复合材料因纳米或微米级裂纹引起的大部分强度损失,但要鉴别裂纹源及其位置还是一个问题。伦斯勒理工学院的研究团队也在开发可自动扫描结构裂纹、分层及其他缺陷的软件,并采用可控制的高强脉冲电流来进行实时修理。碳纳米管可实现飞机结构表面裂纹自愈合     

激光重熔纳米SiC对Fe基Ni/WC喷涂涂层表面摩擦学性能影响

探究激光重熔纳米Si C对Fe基Ni/WC金属陶瓷涂层摩擦学性能的影响。利用火焰喷涂设备在45#钢基体表面制备Fe基Ni/WC金属陶瓷涂层,并对涂层进行未添加和添加纳米Si C的激光重熔处理。利用EDS、XRD、SEM等测试手段分别测定涂层微区组织成分、物相结构和显微组织;利用摩擦磨损试验机在常温干摩擦条件下测试涂层摩擦磨损性能。结果表明:激光重熔处理基本消除涂层内部缺陷,而Si C纳米粒子的加入使重熔层晶粒尺寸进一步细化,提高了重熔层塑性变形的能力;火焰喷涂试样、无纳米粒子激光重熔和有纳米粒子激光重熔试样的平均摩擦因数分别为0.77、0.59和0.54;无纳米粒子激光重熔和有纳米粒子激光重熔试样的磨损率分别是重熔前的35.2%和22.2%;重熔前后磨损形式由黏着磨损向磨粒磨损过渡,且添加纳米的涂层磨损程度最小;添加纳米粒子的激光重熔试样的硬质相颗粒镶嵌在软质基体中,起到强韧结合的作用,使得重熔层表面耐磨性的进一步提高。     

裂纹止裂愈合技术发展现状及展望

裂纹是机械产品的主要失效形式之一,阻止宏观裂纹扩展或使微观裂纹愈合,不但可以确保机械产品的安全运行,还能够延长其使用寿命。综述了裂纹止裂愈合技术的国内外研究和发展现状及介绍了脉冲电流技术在材料制备加工中的应用,着重介绍了利用高强度脉冲电流瞬态能量输入进行裂纹止裂愈合的一种新途径。结合再制造产品的特点,提出脉冲电流裂纹止裂愈合在带有裂纹的零部件的再制造过程中的应用。依据近四十年来,裂纹止裂愈合研究方向的文献发表情况,以再制造为背景,提出裂纹止裂愈合技术的发展趋势和发展策略建议。     

具有圆弧裂纹载流薄板的温度效应分析

给出含有圆弧裂纹的载流薄板在通入强大脉冲电流瞬间，裂纹尖端处温度场分布的复变函数解。该解是在首先求解通电瞬间，裂纹尖端处所形成的点热源功率的情况下得到的。它为进一步求解裂纹尖端处的应力场奠定了基础。文中给出的算例表明，适当控制通入的电流强度，可以达到有效控制裂尖熔化区尺寸以及形成焊口的目的。     

铸铁表面钨极氩弧硬化

以HT200为试验材料,用钨极氩弧对其表面进行了局部重熔硬化,得出了相关工艺参数对重熔处理后表层性能的影响,同时与铸铁表面激光硬化进行了对比。结果表明：铸铁表面氩弧硬化是有效提高其耐磨性,发挥自身潜力,降低成本的一项新工艺。     

在役45钢构件半埋藏裂纹的电磁热止裂

应用自制的ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45钢拉伸试样进行了拉伸载荷作用下的脉冲放电电磁热止裂;对止裂前后的拉伸试样通过微机控制电子万能试验机进行了三点弯曲试验,并对止裂前后裂尖附近的显微组织进行了对比分析.结果表明:电磁热止裂后,裂纹尖端瞬时熔化、钝化,达到了裂纹止裂的目的;在裂纹尖端附近的组织出现了细化,电磁热止裂后试样所能承受的最大弯曲力和抗弯强度分别较止裂前提高了约23%和25%.     

激光切割CVD金刚石厚膜的工艺研究

本文利用Nd:YAG激光器对0.4mm厚的CVD金刚石膜进行切割,用扫描电子显微镜(SEM)研究了激光脉冲能量、脉冲宽度和脉冲频率等工艺参数对金刚石厚膜切割的影响。研究结果表明,在脉冲电流高于200A和减小脉冲电流至150A、脉冲宽度为2ms时能一次性切透金刚石厚膜但切割断面存在许多微裂纹和缺陷。增大脉冲频率有利于提高切割断面的平整度;采用二次切割比一次切割可得到更为平整的切割断面,断面粗糙度Ra可达到1μm。     

奥氏体不锈钢脉冲电流止裂处的晶间腐蚀性能及其评价方法

采用草酸电解浸蚀试验和恒电位极化试验研究了敏化处理前后304不锈钢脉冲电流止裂处的晶间腐蚀性能,得到适合评价裂纹止裂处晶间腐蚀性能的方法。结果表明:经脉冲电流止裂后,止裂处的凝固区、细晶区、形变马氏体区晶界处均未析出碳化物,而经恒电位极化后,晶界处的钝化膜完整,未发生晶间腐蚀;经草酸电解后,敏化试样止裂处不同区域的晶界处均发生了腐蚀,说明草酸电解法不能区分脉冲止裂后不同微区晶间腐蚀性能的差异;经恒电位极化后,敏化试样止裂处凝固区和细晶区晶界处的钝化膜稳定性较好,具有一定的耐晶间腐蚀能力,形变马氏体区发生了严重的晶间腐蚀;恒电位极化法是评价奥氏体不锈钢脉冲电流止裂处晶间腐蚀性能的一种有效方法。     

Wear behaviour of laser-treated plasma-sprayed ZrO2 coatings

The effect of laser remelting on the wear behaviour of plasma-sprayed ZrO₂ ceramic coatings was studied. The results showed that the porosity and roughness of the coatings were reduced significantly after laser treatment, and the bonding strength was apparently increased by the remelting process. However, there were extensive network cracks, as well as a few large bubbles, in the laser-treated coatings. Unlubricated pin-on-disc wear tests revealed that, when compared with as-sprayed ceramic coatings, the wear resistance was improved significantly after laser treatment. The wear resistance of laser-treated specimens increased with increasing laser power, and the minimum weight loss of the coating specimen occurred at a specific travel speed in laser processing. The main wear mechanism of the as-sprayed coatings was spallation of the coating, whereas the wear of laser-remelted specimens was dominated by ploughing and gouging (scratching).     

工艺参数对激光合金化层裂纹的影响

主要介绍了在30CrMnSi表面进行Ni-25粉末的激光合金化试验。在保持频率和脉宽不变的情况下,通过改变激光的电流大小和扫描速度,进行不同工艺条件下的单道合金化试验。试验表明,激光工艺对合金化层裂纹敏感性有明显影响。通过分析得出,当激光电流为170A,扫描速度为1.3mm/s时,能够得到较好的合金化层,合金化层没有裂纹。     

带有空间双裂纹的金属拉伸试件脉冲放电止裂与力学性能

为解决电磁热裂纹止裂技术应用的学性能.应用热-电耦合的分析方法模拟研究带有预制双裂纹的标准合金钢拉伸试件脉冲放电止裂瞬时的温度场,并为实施止裂试验提供了工艺参数;应用ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了空间双裂纹的止裂试验,放电后两个裂纹尖端附近均熔化形成焊口,裂尖的曲率半径在放电瞬间增大了几个数量级,可达到止裂的目的;借助微机控制电子万能试验机对止裂后的合金钢试件进行拉伸试验,并对止裂后裂尖处金相组织进行分析,研究断口的形态.研究结果表明:在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应可以实现空间裂纹止裂,并有效地提高试件的力学性能.     

含半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电时应力场分析

对纯弯曲载荷作用下含半圆形埋藏裂纹的金属构件在脉冲放电瞬间的应力场进行了理论分析,运用热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论,推导出应力场分布理论公式。由公式可知,在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,压应力场能有效地抑制裂纹的扩展。对脉冲放电前后的含半圆形埋藏裂纹构件进行了超声波检测实验,利用超声波对比法测得脉冲放电后构件裂尖应力值,该应力值有所增大。     

激光重熔扫描速度对Co基合金堆焊层组织及耐磨性的影响

采用表面堆焊方法在Q345钢基体上堆焊Co基合金层，对其进行表面激光重熔。研究两种不同激光重熔扫描速度对堆焊层组织及耐磨性的影响。结果表明，堆焊层经表面激光重熔后组织明显细化，随着激光扫描速度的提高，重熔堆焊层组织不仅更加细化、均匀致密，而且硬度更高、耐磨性更好。     

脉冲电流对ZA-27合金凝固组织的影响

研究了脉冲电流对ZA-27合金凝固组织的影响。结果表明，在金属液凝固过程中对其施加脉冲电流，能够使合金的凝固组织得到改善，晶粒得到细化，枝晶间距减小。其主要原因是脉冲电流产生的脉冲压力对晶核的形成和长大产生了影响。