基于Ag-Cu-Ti钎料的超高频感应连续钎焊金刚石界面结构及残余应力

采用Ag-Cu-Ti合金钎料,在不同的超高频感应连续钎焊工艺条件下实现了金刚石磨粒与大尺寸钢基体的连接。借助扫描电镜(SEM)对钎焊后的金刚石界面微观结构进行观察,采用Raman光谱对钎焊后金刚石的残余应力状态进行了测试分析。结果显示,超高频感应连续钎焊金刚石表面Ti C晶体的生成处于非平衡态的过程。随着扫描速度的变化,Ti C晶体呈现球状和岛状,偏离了理想的正八面体形态。钎料层内部出现富Cu枝晶组织,而在45#钢基体表层形成了马氏体组织。钎焊后的金刚石磨粒顶部受到残余压应力,最大值为500 MPa,磨粒底部受到残余拉应力,最大值为150 MPa,这种分布趋势与传统真空炉中钎焊方法获得的残余应力分布刚好相反。     

薄壁齿轮淬火变形有限元分析与改进

本文以45钢薄壁齿轮为研究对象,采用有限元方法研究了薄壁齿轮在吊装和平放两种装炉方式下的淬火冷却过程,分析了其温度场、应力场及相应的变形规律。结果表明:薄壁齿轮在吊装850℃淬火时,齿顶在100 s下降到25℃,残余应力为150.6 MPa,变形量为0.054 mm;齿根在104 s下降到25℃,残余应力为227.31 MPa,变形量为0.058 mm;节圆内部在104 s下降到25℃,残余应力为178.77 MPa,变形量为0.056 mm。薄壁齿轮在平放850℃淬火时,齿顶在86 s下降到25℃,残余应力为178.82 MPa,变形量为0.066 mm;齿根在90 s下降到25℃,残余应力为255.56 MPa,变形量为0.069 mm;节圆内部在90 s下降到25℃,残余应力为191.73 MPa,变形量为0.068mm。淬火变形是由热应力和组织应力导致的。装炉方式会影响薄壁齿轮的淬火变形,吊装变形量相对平放较小。     

激光淬火工艺参数对Cr12MoV钢组织与性能的影响

研究了激光淬火对Cr12MoV钢组织及性能的影响规律,分析了不同激光功率(1050、1200、1350 W)及扫描速度(3、4、5 mm/s)对表面激光淬火层的显微组织、硬度及残余压力的影响。结果表明,经激光淬火后Cr12MoV钢的表面硬度提升明显,表面残余应力由拉应力转变为压应力。当激光功率为1200 W,扫描速度4 mm/s时,材料表面宏观形貌平整,微观组织晶粒细化,表面硬度最大(653.68 HV),残余压应力达到-259.29 MPa。     

无模拉拔成形连续柱状晶BFe10-1-1合金管材的残余应力

在拉拔温度850℃、拉拔速度0.7mm/s、进料速度0.5mm/s的条件下,对连续柱状晶组织BFe10-1-1合金管材进行无模拉拔成形,采用X射线法测定管材的残余应力,采用TEM进行微观组织分析,探讨了残余应力产生的机理。结果表明,沿着拉拔方向,无模拉拔合金管材的变形区外表面残余应力分布呈先升高后降低的趋势;已变形区残余应力值较为均匀;各点残余应力均为压应力,最大值为135MPa。无模拉拔成形过程中,连续柱状晶组织BFe10-1-1合金管材的晶界变得曲折,晶界周围出现不同密度的位错塞积,变形区沿拉拔方向的位错密度呈先增大再减小的趋势,这一趋势是导致产生不同程度残余应力的根本原因。     

扫描速度对SUS304不锈钢激光熔覆铁基合金层组织和性能的影响

采用激光分别以40 mm/min、60 mm/min、80 mm/min和100 mm/min的扫描速度在SUS304不锈钢板表面单道次熔覆了Fe60铁基合金层。采用金相分析、显微硬度和残余应力测定等方法研究了熔覆层的宏观形貌、微观组织和性能。研究结果表明:熔覆层主要由枝状晶和柱状晶组成;随着扫描速度的增大,熔覆层组织细化,硬度提高,残余应力低。以100 mm/min的扫描速度熔覆的涂层表面质量最佳,与基体金属呈冶金结合。     

钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊数值模拟

采用ANSYS有限元软件,建立了钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊有限元模型,并采用熔池边界准则验证了其准确性,在此基础上计算了工件的应力与变形. 结果表明,工件上的纵向峰值拉应力出现在焊缝底部热源后方的钢母材一侧,随着焊接过程的持续进行,其数值不断增大,焊接结束瞬间(13 s)达到最大值203 MPa;工件上的应力场呈不对称分布,热源附近区域存在较大应力梯度;工件最大变形量为0.882 mm.     

SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟及组织性能分析

通过有限元模拟与试验测试,研究了打印参数对选区激光熔化(SLM)工艺成形AlSi10Mg合金残余应力的影响。结果表明,打印过程存在3个峰值温度;随着基板温度、激光功率、扫描速度和扫描间距的增加,成形件残余应力先减小后增大。当激光功率为450 W、扫描速度为1 100mm/s、扫描间距为70μm、基板温度为200℃时,打印件具有最小的残余应力,成形件抗拉强度为480MPa、屈服强度为310MPa、伸长率为6%。成形件组织中存在粗晶区、细晶区和热影响区3种区域,Si相呈网状结构分布。     

基于正态分布的GCr15轴承钢强化研磨残余应力场数值模拟

目的 探索强化研磨不同工艺参数下定点喷射对GCr15轴承钢残余应力场的影响规律。方法 采用图像处理技术分析了不同工艺参数下强化研磨定点喷射表面覆盖率的分布特征。采用二维正态分布函数描述强化研磨定点喷射下钢珠的分布特征,运用Python/Opencv确定了在不同工艺参数下有限元模型所需的钢珠数量,基于Abaqus/Python构建出强化研磨正态分布有限元模型。运用所建立的正态分布模型分析不同喷射速度、钢珠直径及覆盖率对残余应力场的影响。结果 当喷射速度从45 m/s增加到70 m/s时,表面残余压应力从-683.5 MPa增加到-902.4 MPa,最大残余压应力从-981.6 MPa增加到-1330.6 MPa,残余压力层厚度从89μm增加到151μm,最大残余压应力深度从30μm移动到70μm。当钢珠直径从0.4 mm增加到1.0 mm时,表面残余压应力先增大后减小,最大残余压应力从-1063.5MPa增加到-1240.7MPa,最大残余压应力深度从30μm增加到60μm,残余压应力层厚度从103μm增加到147μm,其中钢珠直径从0.8 mm增加到1.0mm,最大残余压应力保持不变...     

硼酸镁晶须增强镁基复合材料挤压过程数值模拟

对不同挤压工艺下Mg2B2O5w/AZ63B棒材的热挤压过程进行了有限元模拟,分析了热挤压过程中挤压温度(250、300、350℃)、挤压速度(1、4mm/s)和挤压比(6.25、14.00、20.25)对Mg2B2O5w/AZ63B复合材料挤压过程中等效应力的影响。模拟结果表明,温度对等效应力的影响最为显著,当挤压温度由250℃升至350℃时,合金的最大等效应力由185MPa降低到138MPa;当温度与挤压比恒定时,挤压速度从1mm/s增大到4mm/s时,最大等效应力值从184MPa降低到167 MPa;随着挤压比的增大,坯料在挤压筒内的等效应力逐渐增大,挤压坯料在挤压模具锥角处受到强烈的挤压变形和剪切变形,晶粒得到细化,使得等效应力的分布更加均匀。     

金刚石颗粒-金属粉末的CO2激光烧结机理研究

采用高功率横流CO2激光光束、60%Cu-15%Sn-10%Ni-15%Ti（质量分数）合金钎料和保护氩气在45^#钢板表面钎焊金刚石颗粒。研究了钎料厚度、激光功率、激光扫描速度、离焦量对钎焊层的影响,分析了钎焊层的微观组织结构,讨论了其冶金结合机理。结果表明：在激光功率850W、扫描速度9mm/s、光斑直径3mm、负离焦、激光钎焊粉料的厚度为0.5mm时,可获得金刚石颗粒、钎料合金、金属基体三者具有最佳结合性能的钎焊层;金刚石表面可能生成了TiC层,钎焊样品没有明显的缺陷,钎焊层、金刚石和钢板有较高的结合强度。     

SLM成形Al-Mg-Li-Cu合金残余应力及组织性能

通过阿基米德排水法以及试验测试综合分析选区激光熔融成形Al-Mg-Li-Cu合金的致密度、微观形貌和硬度等组织性能特征，探究了打印参数对合金残余应力的影响。结果表明，当粉末层厚(T)、激光功率(P)、舱口间距(H)逐渐增加时，残余应力逐渐减小。当T、P、H一定时，残余应力随扫描速率的增加先减小后增大。在最佳打印参数如下：P为240 W、V为140 mm/s、H为100μm、T为50μm时，成形件的残余应力最小，为56.53 MPa,且致密度高，硬度(HV)为114。     

预拉伸变形量对7055铝合金厚板表面残余应力的影响

为了系统性地研究预拉伸变形量对淬火残余应力的消减规律,采用基于cosα法的μ-X360s型X射线残余应力分析仪,表征7055铝合金厚板经不同预拉伸变形量(0%、0.5%、1.2%、1.5%、2.5%、3.3%、3.9%)的表面残余应力水平,并通过基于sin2Ψ法的X射线衍射法和钻孔法验证测试结果。结果表明:7055铝合金厚板经过固溶淬火处理后,残余应力水平较高,轧向分应力略小于横向分应力,在厚板边缘区域残余应力水平波动较大,波动区域大约在距边部27mm的位置。当预拉伸变形量为1.5%时,轧向分应力的明显减小,继续增大拉伸量,残余应力稳定在60~70 MPa;而当预拉伸变形量大约为1.5%时,横向分应力由压应力状态转变为拉应力状态;经超过2.5%的预拉伸变形后,残余应力稳定在20~30 MPa。     

等温锻造对机械筋板用AZ80合金性能的影响

采用不同的变形温度和变形速率进行了机械筋板用AZ80合金等温锻造,并进行了显微组织和力学性能的测试与分析。结果表明:随锻造温度从330℃增大到430℃、变形速率从1 mm/s增大到5 mm/s,合金的组织均先细化后粗化,强度均先提高后下降。合适的锻造温度(380℃)和变形速率(3 mm/s)有利于提高合金的力学性能。当锻造温度380℃时,合金的抗拉强度和屈服强度均最大,与330℃锻造相比分别增大24、36 MPa,较430℃锻造时分别增大18、25 MPa。当变形速率3 mm/s时,合金的抗拉强度和屈服强度均最大,与1 mm/s变形速率锻造相比分别增大33、42 MPa,与5 mm/s变形速率锻造相比分别增大15、21 MPa。     

TiAI／42CrMo感应钎焊接头力学性能及断裂特征

在Ar气保护条件下，采用Ag—Cu—Ni-Li钎料实现了TiAl基合金与42CrMo钢的感应钎焊。结果表明，在界面上有Ti3Al，AlCuTi，AlCu2 Ti，Ag基固溶体、Ag—Cu共晶组织以及TiC等反应相生成。钎焊温度1000℃、保温30s，接头界面组织主要为Al—Cu—Ti的三元金属间化合物，拉伸测试中断裂发生在金属间化合物的内部；当钎焊温度890℃，保温时间30s时，接头室温抗拉强度、高温（400℃）抗拉强度分别达到309MPa，286MPa，拉伸测试中裂纹源于焊缝中金属间化合物粒子与Ag基体固溶体相界处，扩展到两侧母材界面的脆性相处发生断裂。     

扫描速度对球墨铸铁表面等离子束硬化组织和性能的影响

对不同扫描速度下球墨铸铁表面等离子束处理的组织和性能进行了分析研究.结果表明,在保持工作电流为60 A,工作电压为30 V的条件下,扫描速度从10 mm/s增加到50 mm/s,球墨铸铁表面发生了熔凝硬化;扫描速度增大,熔凝层和硬化层的深度、宽度减小,硬化层的最高硬度值增大,熔凝硬化区石墨相消失,其室温组织为细小的变态莱氏体+残余奥氏体,相变淬火区组织为针状马氏体+变态莱氏体+包围球状石墨的变态莱氏体、马氏体双壳组织;双壳组织硬度达到917.8 HV0.1,对提高耐磨性有利.     

钎焊间隙对钎焊接头残余应力的影响

在等静压石墨/BNi-2/304不锈钢套管式真空钎焊试验的基础上，使用有限元分析软件对钎焊接头在不同钎焊间隙下残余应力的大小和分布进行模拟，结合试验对模拟结果进行分析说明，判断接头薄弱区。结果表明，对于等静压石墨管和不锈钢管钎焊接头，304不锈钢侧和BNi-2钎料层中的残余应力对接头强度的影响不大；随着钎焊间隙增加，径向残余应力减小，接头强度提升，但钎焊间隙过大时会使接头拉断，影响母材连接；通过模拟分析发现，当钎焊间隙为50μm左右时，母材连接不充分；当钎焊间隙为150μm左右时，获得良好接头；当钎焊间隙为250μm左右时，受304侧与石墨侧的径向残余应力共同作用下，接头产生环形裂纹；当钎焊间隙为350μm左右时，沿轴线方向距接头顶部约900μm、沿径向方向距钎料约600～1 000μm处的等静压石墨为接头薄弱区，并产生环状裂纹衍生至接头端面。     

矿山机械齿轮的激光热处理工艺研究

对矿山机械用20CrNi2Mo钢齿轮进行了不同的工艺参数的激光热处理,并进行了齿轮试样的硬度、变形量、残余压应力和耐磨损性能的测试与分析。结果表明,随激光功率从2.3 kW增加到3.1 kW或扫描速度从90 mm/min增加到150 mm/min,齿面平均硬度、轮齿中部最大硬化层深度、齿面和齿根的平均残余压应力均先增加后减小,磨损体积先减小后增大。激光功率优选为2.7 kW,扫描速度优选为120 mm/min。     

单层钎焊立方氮化硼砂轮工作面磨粒包埋深度的确定

以Ag-Cu-Ti合金为钎料在真空炉中实现了CBN磨粒与45钢基体的钎焊连接，运用红外光谱仪测试了钎焊磨粒内部的残余应力，分析了最大残余拉应力对磨粒强度的影响，据此优选了钎焊CBN砂轮工作面上磨粒的包埋深度。结果表明：当包埋深度不同时，尽管钎焊磨粒内部的残余应力分布差异较大，但最大残余拉应力始终位于磨粒与钎料顶层截面的边缘位置，并且最大残余拉应力与包埋深度不存在线性关系；为提高钎焊CBN磨粒强度和确保砂轮容屑空间，磨粒包埋深度应控制在其自身高度的30％-40％之间。     

7075-T651铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力研究

采用对接形式对7075-T651铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,并采用盲孔法对其接头的残余应力分布规律进行了研究。结果表明,应力曲线为"M"型,焊核区最小,在邻近轴肩处最大。在焊接速度200 mm/min下,焊核的纵向残余应力为压应力。根据不同焊接速度下残余应力分布,发现随着焊接速度的提高,纵向残余应力增大,最大值从136MPa(200 mm/min)增大到275 MPa(300 mm/min)。另外,后退侧的残余应力比前进侧的大,随着焊接速度的减小,残余应力在前进侧与后退侧的差值减小。接头不同位置的微观组织分析表明,前进侧和后退侧不同的微观形貌也反应了残余应力的不对称性分布。     

扫描速度对激光熔覆薄板高速钢变形与组织的影响

目的 探究激光熔覆薄板W6Mo5Cr4V2高速钢刀具材料过程中扫描速度对刀具基材热影响程度、基材热积累翘曲变形和微观组织、熔覆层物相组成的影响规律,找出适合于薄板高速钢刀具材料的扫描速度参数选择范围。方法 采用单一控制变量的实验,制备出一组单道熔覆样件,分析不同扫描速度对基材热影响形貌、基材翘曲变形、显微组织及硬度的影响特性。结果 热影响区随着扫描速度的提高而不断减小,沿着熔覆方向,其热量累积程度逐渐加大,热影响区面积沿着熔覆方向往两侧扩散。扫描速度为2 mm/s时,基材底面的变形量为0.077 mm,且变形从中心向边缘扩展,以熔覆道对应中心部位最为凸出;当扫描速度为3 mm/s以上时,变形量减少到0.03 mm以内;当扫描速度为4 mm/s时,熔覆层与基材左右结合边界的最大裂纹宽度降低为0.013 mm,且裂纹长度明显减少。不同的扫描速度只影响熔覆层的组织细化程度和最高硬度区间,对熔覆层强化机理和组织成分没有较大的影响。结论 在熔覆薄板高速钢刀具材料时,较快的扫描速度可以减少基材表面的热影响程度,较慢的扫描速度容易引起基材的“鞍型”翘曲变形。当选用3 mm/s以上的扫描速度时,基材的翘曲变形量可以有效的控制在0.03 mm以内,且提高扫描速度可以在一定程度上有效降低结合边界裂纹尺寸。