Effect of high temperature on the mechanical properties of hierarchical porous cenosphere/geopolymer composite foams

A hierarchical porous cenosphere/geopolymer composite foam (FHCs/KGP) was fabricated by the simultaneous incorporation of O₂ pore from hydrogen peroxide and cenosphere filler addition. Effects of both H₂O₂ content and high-temperature treatment on the microstructure, porosity and strength of porous FHCs/KGP foams were investigated systematically. The obtained FHCs/KGP foams showed typical amorphous structure and desirable porosity from 65 to 82%. The composites could crystallize in situ to FHCs/leucite foams above 1000℃. Compression strength of the FHCs/leucite foams showed a maximum value of 5 ± 0.3 MPa when treated at 1000°C. The improvement of mechanical properties for the composite foams was attributed to crack deflection, fractured microspheres and the good bond between the FHCs and matrix. This study could open opportunities to employ cellular foams as alternatives in structure and filtration applications.     

Effects of micro-sized mullite on cristobalite crystallization and properties of silica-based ceramic cores

Silica-based ceramic cores are extensively used in investment casting process, during which they must exhibit sufficient flexural strength and deformation resistance. In this study, micro-sized mullite was used as an additive to silica-based ceramic cores to optimize their high temperature properties. To investigate the effects of micro-sized mullite on cristobalite crystallization, mechanical and thermal properties of silica-based ceramic cores, ceramic cores with different amounts of micro-sized mullite were fabricated. The XRD results showed that additional micro-sized mullite diminished the crystallization of cristobalite at high temperatures, primarily caused by the mullite related compressive stresses on the surface regions of fused silica particles. Three-point bending tests and SEM results showed that micro-sized mullite had a more significant effect on the flexural strength of ceramic cores compared with conventional additives. Particularly, the fracture mechanism of silica-based ceramic cores had been changed from intergranular fracture into a mixed fracture consisting of both intergranular and transgranular fracture. The mechanical and thermal properties of ceramic cores were all reduced slightly as the mullite content exceed 4.6 wt%. Hence, to optimize the properties of silica-based ceramic cores, the micro-sized mullite content should not exceed 4.6 wt%.     

Low-Temperature Superplastic Deformation of Cold-Rolled Fe–5.6Mn–1.1Al–0.2C Steel

Metallurgical and Materials Transactions A - A cold-rolled low Al-added medium Mn steel was employed to investigate the low-temperature superplastic deformation at a relatively high initial strain...     

Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Extruded PM Ti–6Al–4V Alloy With Deformation Flowlines

Metallurgical and Materials Transactions A - Two heat treatments, namely 955°C/2h/AC (AC = air cooling) and 955°C/4h/FC (FC = furnace cooling), were carried out on...     

AlF3-(Li,Na)F-(Al2O3-Y2O3)熔盐体系物理化学性质研究

为进一步优化电解制备Al-Cu-Y合金的热、动力学条件,对AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系的密度、黏度及电导率变化规律进行研究。分别采用阿基米德法、连续变化电导池常数法和旋转法测定AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系在温度为900~1 000 ℃范围内,n((Li, Na)F): n(AlF₃)=2.5时的密度(ρ)、电导率(σ)、黏度(η)随温度和组分的变化规律,结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)体系中Al₂O₃和Y₂O₃的含量一定,密度-温度、黏度-温度和电导率-温度之间均呈线性关系。在温度为950 ℃条件下,熔盐体系的密度随Al₂O₃含量的增加而线性减小,随Y₂O₃含量的增加而线性增加; 电导率随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性减小; 体系的黏度则随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性增加。      

20CrMnTi连铸瞬态与平均冷速条件下凝固原位观察

 宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理。传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝固过程中冷却速率的变化。为此,以国内某钢厂20CrMnTi 160 mm×160 mm小方坯为研究对象,首先通过二维切片凝固传热计算,确定内弧表面下方20、40、60 mm位置处糊状区的热历程、瞬态与平均冷却速率,进而设计HT-CSLM试验升温与降温方案。然后,开展这些位置处糊状区瞬态与平均冷却速率条件下HT-CSLM试验,研究揭示不同冷却条件下20CrMnTi的凝固过程、δ晶粒生长动力学和包晶相变机制。最后,通过电子探针分析(EPMA),考察冷却条件对凝固组织尺寸的影响规律。结果表明,由于凝固潜热的补偿,内弧皮下20、40、60 mm位置处初始凝固阶段冷却速率较小,凝固中后期逐渐增大,且越深入方坯内部越显著。这些位置处的平均冷却速率分别为102.81、44.63和34.93 ℃/min。δ晶粒率先从钢液中析出,其平均生长速率随着冷却速率的提升而增大。在瞬态冷却速率条件下,随着凝固的进行,瞬时生长速率呈增大的趋势,但是在平均冷却速率条件下瞬时生长速率则略微降低。这是因为在瞬态冷却速率条件下,糊状区冷却速率由慢至快,不断补偿了凝固潜热,同时初始形核数量少,生长空间大,溶质过冷度的影响相对较弱。当熔体温度降低至包晶相变临界温度时,δ晶粒快速转变为γ晶粒,即发生块状转变,导致固相率迅速增加,且伴随有部分γ晶粒快速聚合。整体上讲,包晶相变临界温度随着冷却速率的增大而降低,但是也受溶质初始含量的影响。此后,剩余液相向γ相转变,直至完全凝固。晶粒半径随着冷却速率的提升而减小,且在平均冷却速率条件下比瞬态冷却速率条件更小,这取决于初始凝固阶段的形核数量。     

粗轧过程中轧制力和宽展的预测与分析

 板带轧制数学模型是实现自动控制的基础,高精度的数学模型是提升产品质量和市场竞争力的重要保障。在热连轧粗轧过程控制中,轧制力和宽展是关键参数,其模型精度不仅会影响粗轧轧制规程的设定,而且会影响最终热连轧带钢产品凸度。以矩形板坯热连轧粗轧过程为研究对象,针对轧制变形区建立了三维运动许可加权速度场,在此基础上充分考虑自然宽展效应,基于刚塑性材料的第一变分原理,采用可变上限积分法对塑性变形、剪切功率和摩擦功率进行积分获得变形区总功率泛函。利用Matlab优化工具箱对总功率泛函进行最小化,得到了轧制力、宽度分布的理论解。最后利用理论模型计算数据回归得到了板坯宽展及速度场中的加权系数模型。将基于所提出模型的轧制力和宽展预测值与现场实测值及部分有关学者所建立模型的预测值进行了对比,结果验证了所建立模型的准确性。研究得到的宽展模型和速度场加权系数表达式可以方便、灵活、快速地应用到粗轧现场中,为更高质量热连轧带钢产品的生产奠定了坚实基础。     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

高铝高炉渣系的熔化特性

 为了掌握高Al₂O₃条件下(w(Al₂O₃)为15%以上)高炉渣系的熔化特性,利用差式扫描量热仪分析了不同w(MgO)/w(Al₂O₃)、碱度(R)以及w(Al₂O₃)对高铝高炉渣的熔化温度及熔化热的影响。试验结果表明,炉渣熔化开始温度为1 248～1 291 ℃、熔化结束温度为1 432～1 485 ℃、熔化热为137～211 J/g;当w(Al₂O₃)=15%、高w(MgO)/w(Al₂O₃)时,发生了共晶逆反应,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐降低,但由于高炉炉渣的液相线温度基本未变,所以炉渣熔化结束温度基本未发生改变;w(Al₂O₃)为20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)的增加,炉渣中易生成熔点较高的镁铝尖晶石,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐增大,与此同时,炉渣液相线温度逐渐降低,导致炉渣熔化结束温度逐渐降低;随着碱度R的增加,高炉炉渣中生成了具有高熔点的化合物、炉渣的液相线温度升高,使得高炉炉渣的熔化开始温度逐渐增加、炉渣熔化结束温度逐渐升高;随着w(Al₂O₃)的增加,发生了共晶逆反应,故炉渣的熔化开始温度逐渐降低,而随着w(Al₂O₃)的增加,炉渣中键能较大的Al—O键增多,需要在更高温度下才能实现炉渣的最终熔化,即熔化结束温度逐渐增加;随着w(MgO)/w(Al₂O₃)、R以及w(Al₂O₃)的增加,炉渣熔化热逐渐增多。分析认为,随着R的增加,炉渣中有高熔点化合物的生成,熔化热增加;随着炉渣中w(Al₂O₃)的增加,炉渣中Al—O键增多,解聚破坏熔渣结构消耗的热量增多;而随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,高熔点化合物的生成或熔化开始温度降低,造成熔化热增加。     

Ce对440C不锈轴承钢夹杂物演变的影响

为探究稀土Ce对440C不锈轴承钢中夹杂物的改性作用,利用实验室MoSi₂电阻炉对440C不锈轴承钢进行稀土Ce处理,采用OM、SEM等系统分析了Ce的添加对440C不锈轴承钢脱氧及夹杂物演变的影响。结果表明,随着Ce加入量的增加,其收得率逐渐升高。Ce的加入使钢中TO质量分数由0.002 5%降低至0.001 2%。未加入Ce的钢中夹杂物主要为Al₂O₃、MnS以及镁铝尖晶石;加入质量分数为0.011 5%的Ce后,夹杂物被改性为以Ce-Al-O为主的夹杂物;当Ce的添加量达到0.036 4%时,夹杂物被完全改性为Ce-O-S夹杂物。适量的Ce可以降低夹杂物尺寸及面积比例,但过量加入会使夹杂物尺寸变大。在本试验条件下,当Ce质量分数为0.011 5%时,钢中夹杂物细小弥散效果最明显。以上结论可为Ce在高碳铬不锈轴承钢中的应用提供参考。