几种阴极铜微观组织及力学性能对比

为了获得高品质的阴极铜,对国内四家公司传统电解法生产的阴极铜进行了微观组织及力学性能对比研究。通过XRD、OM、SEM对阴极铜微观形貌、晶粒尺寸、晶面取向及断口形貌进行分析,通过万能试验机、冲击试验机、显微硬度仪对电解铜板的力学性能进行分析。结果表明：四家公司传统电解法生产的阴极铜表面均在(220)晶面表现出强择优取向,织构的均匀化对晶粒细化有一定的作用,同时晶粒尺寸与力学性能之间存在一定的联系,表现为晶粒尺寸越小,材料强度、硬度、韧性越高,但晶粒的细化影响了材料的塑性变形能力,延伸率降低。另外,四家公司阴极铜均呈现出典型韧性断裂所具有的特征,在拉伸过程中出现的异常断裂现象表明结瘤等缺陷的存在会对阴极铜的性能造成巨大的影响。     

铣削参数对A100合金钢表面组织及显微硬度的影响

采用扫描电镜和显微硬度仪分析了不同铣削加工工艺参数对A100合金钢表面组织和显微硬度的影响,并通过纳米压痕试验对硬度变化规律进行了验证.结果表明:靠近加工表面时A100合金钢的马氏体组织形状细小,而远离加工表面时马氏体组织形状较粗大,不同的切削参数对马氏体组织形状变化影响不同;通过极差分析得出了对显微硬度值影响大小的顺序为铣削深度＞进给量＞铣削宽度＞转速,由显微硬度曲线图得出靠近铣削加工表面时显微硬度约410 MPa,远离铣削加工表面时,显微硬度呈现下降的趋势,最终约为345 MPa,通过纳米压痕试验对显微硬度变化规律进行了验证并得到相同结论.     

硬质合金表面纳秒激光微织构工艺参数优化

为考察纳秒激光不同工艺参数对微织构硬质合金表面质量的影响,以正交试验法设计微织构硬质合金试验。采用残余应力仪、显微硬度仪对织构后的材料表面进行表征。实验表明,激光频率对残余压应力和显微硬度的影响最大;综合考虑各因素对材料的影响,主次影响顺序为频率、时间、光斑直径、激光能量;采用激光能量200 mJ,光斑直径0.5 mm,频率2 Hz,时间1 s的工艺参数可以获得更好的表面微织构效果。     

表面纳米化对304不锈钢渗碳层组织和性能的影响

利用表面机械研磨(SMAT)对304不锈钢进行表面自纳米化处理,并对其纳米化表面进行渗碳处理。利用光学显微镜、X-射线衍射仪、磨料磨损试验机和显微硬度仪对处理后的不锈钢表面组织和性能进行研究。结果表明:经SMAT处理并渗碳后,渗碳层晶粒细化,组织发生奥氏体向马氏体转变,显著提高了材料的力学性能;表面机械研磨处理后的材料的渗碳层厚度明显高于直接渗碳的粗晶材料的渗碳层厚度,渗碳层组织中主要碳化物为Cr7C3和Cr23C6,显微硬度也有明显提高;经过表面自纳米化和渗碳复合处理,材料的耐磨性得到较大提升。     

喷丸强化对18CrNiMo7-6渗碳齿轮表面性能的影响

采用气动式喷丸机对渗碳后的18CrNiMo7-6齿轮进行不同参数的喷丸强化,利用三维光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和X射线残余应力分析仪对齿轮根部三维表面形貌、表层微观组织、显微硬度和残余应力进行分析。使用高频疲劳试验机对不同喷丸参数强化的齿轮进行疲劳试验。结果表明:喷丸强化可提高齿根的表层硬度,降低材料表面的残余应力,细化表层组织。通过优化喷丸工艺参数,试样的弯曲疲劳寿命提高了8.39倍。     

Mg元素对强流脉冲电子束改性后Al-20Si合金表面微观组织及性能的影响

目的通过添加Mg元素改善Al-20Si合金的组织,提升其表面力学性能。方法运用场发射扫描电镜(FESEM)、显微硬度计及多功能材料表面性能试验仪等一系列检测手段,考察Mg元素对强流脉冲电子束改性Al-20Si合金表面效果的影响,及合金表面微观组织和表面力学性能的变化。结果 Mg元素能与硅相形成更细小的Mg_2Si相来细化初生硅相,同时可改善强流脉冲电子束处理后铝硅合金表面产生的微裂纹。材料表面经强流脉冲电子束改性后,所有的衍射峰发生了宽化及偏移。两组合金铝基体的显微硬度随着脉冲数的增加而逐渐递增,Al-20Si合金铝基体的显微硬度由745.5MPa增加到2170.7MPa,Al-20Si-5Mg合金的铝基体显微硬度由1061.3 MPa增加到2403.6 MPa,Mg元素的添加可提高Al-20Si合金的硬度。另外,通过往复摩擦试验发现,Mg元素及强流脉冲电子束都能提高材料的耐磨性。结论 Mg元素能改善强流脉冲电子束处理后Al-20Si合金表面的微观组织,添加Mg元素后,Al-20Si合金表面的力学性能得到提高。     

液氮下表面纳米化处理对纯铜力学性能的影响

通过改装表面机械研磨设备,在液氮下制备出纯铜表面纳米化样品。通过显微硬度仪、拉伸试验仪、光学显微镜对样品的硬度、拉伸强度、微观组织进行测试分析。结果表明,经过液氮表面纳米化处理的纯铜样品,表面形成了硬度及晶粒尺寸逐渐变化的梯度结构;经液氮表面机械研磨(LN-SAMT)处理后,材料屈服强度提高3倍,均匀伸长率略微降低;梯度层中存在大量孪晶;样品梯度层与粗晶基体的断口呈现两种不同形貌。     

纳米金刚石的加入对镁合金Ni-P镀层组织和性能的影响

目的提高镁合金化学镀层的力学性能。方法选择出一组优良镁合金化学镀Ni-P工艺参数,在Ni-P镀液中加入不同的纳米金刚石浓度。通过观察所得镀层的微观组织形貌,对比镀层形貌组织;通过对复合镀层进行热处理,分析镀层组织结构的变化;通过测定金刚石加入前后镀层的摩擦系数,检测了复合镀层的耐磨损性能;通过查看镀层腐蚀斑点数目,检测复合镀层的耐腐蚀性能。结果随着纳米金刚石浓度的增加,复合镀层的形貌越好,当纳米金刚石加入量达到6 g/L时,所得复合镀层的微观形貌均匀、致密。热处理使镀层结构由非晶态变为结晶态,显微硬度明显提高。金刚石的加入致使镀层的摩擦系数降低且稳定,相比化学镀Ni-P镀层,加入金刚石后的复合镀层的腐蚀斑点数较少。结论纳米金刚石的加入大大提高了镀层的力学性能。     

HVOF微粒撞击诱导镁合金表面纳米化工艺研究

研究了超音速火焰喷涂(HVOF, high velocity oxygen-fuel flame)微粒撞击诱导Mg-15Gd-3Y镁合金表面纳米化新工艺,分析了不同工艺参数对表层变形及纳米化的影响规律。发现撞击钢丸粒径大小、轰击距离和处理时间对表层组织和硬度分布具有重要影响。通过光学显微镜和透射电镜观察了表面自身纳米化处理后镁合金样品表层组织的形变特征和纳米化效果;利用显微硬度仪测试了样品从表面至基体的硬度分布;采用X射线衍射仪分析了纳米化处理前后样品表层的物相变化情况。检测结果显示,该工艺在镁合金材料表面成功实现了自身纳米化,表层晶粒细化至20 nm左右,显微硬度提高至2倍以上,处理后样品表层没有出现氧化     

钢铁表面高强韧涂层的研究进展

在钢铁材料表面制备硬质涂层,可明显改善其表面硬度低和耐磨性差而导致在摩擦工况下使用寿命低的问题.然而传统均质涂层在提高强度、硬度和耐磨性的同时,会大幅降低其韧性,即强度和韧性呈现"倒置关系".针对强度-韧性的"倒置关系",设计并开发出具有高强、高韧、高耐磨的涂层,对扩大钢铁材料的应用具有重大意义.从制备工艺、微观组织、力学性能以及强韧化机制等方面,综述了钢铁表面层状结构涂层、多尺度结构涂层、梯度结构涂层和纳米结构涂层等几种高强韧涂层的研究进展.在此基础上,指出钢铁表面高强韧涂层未来应向开发新型表面改性技术、设计与精确调控多元多尺度复合构型以及构建微观组织-力学性能数值模型的方向发展.进一步提出了钢铁表面多元多尺度结构涂层的可控制备技术原型,即通过新型表面改性技术与理论计算、仿真模拟的协同配合,实现钢铁表面多元多尺度结构涂层的进一步优化设计与精确调控,建立微观组织-力学性能之间的函数关系,准确揭示其强韧化机理,为突破强度-韧性"倒置关系"瓶颈,实现综合性能优异的钢铁基表面复合材料的制备提供新思路.     

选区激光熔化成形TC4钛合金力学性能及其工艺关联性EI北大核心CSCD

增材制造技术可实现复杂结构的无模具,快速、近净成形,高致密度。为保证零件的成形质量,建立金属增材制造技术工艺参数—微观结构—宏观力学性能的关联机制十分关键。采用选区激光熔化技术(SLM)制备四种不同工艺参数组合的Ti-6Al-4V合金(又称TC4),对比和讨论试件微观形貌。通过单轴拉伸试验从宏观角度研究准静态条件下材料本构行为,并确定流动应力和应变极限等关键力学性能参数,通过纳米压痕试验从微观角度研究0.01/s和0.10/s压痕应变率下材料荷载-位移曲线,并基于连续刚度法获取材料弹性模量和硬度。最后通过引入约束因子和位错密度,结合单轴拉伸和纳米压痕试验所得的力学性能,讨论SLM成形过程中激光能量输入密度对TC4材料宏观力学性能的影响规律。通过开展工艺参数与力学性能的相关性分析,从更具统计意义的角度阐明SLM工艺参数—微观结构—宏观力学性能的关联机制,进而更加有效地确定可用于调控SLM成形TC4材料宏观力学性能的工艺参数优化组合。研究结果可为提升TC4材料力学性能的SLM成形工艺参数提供指导。     

激光重熔参数对镍基纳米TiN复合电沉积镀层性能的影响

目的：在NiCr20 TiAl基体材料上进行镍基纳米TiN电沉积复合镀后再开展激光重熔工艺,研究激光重熔参数对镀层表面质量、结合力及硬度的影响。方法采用正交实验,研究不同激光重熔参数(扫描速率、搭接量、离焦量等)对重熔镀层的影响,采用显微硬度计、扫描电镜和划痕仪进行硬度、表面形貌和结合力检测,以得到较优工艺参数。结果通过控制重熔参数对镀层表面能量和表面形貌的影响,以降低表面性能差异,以得到了激光重熔较佳工艺参数为：电流115 A,脉宽为8 ms,频率为10 Hz,离焦量15 mm,扫描速度230 mm/min,使获得的镀层表面形貌比较平整,结合力提高到大于60 N,硬度值平均为632HV,并且硬度分布均匀。结论激光重熔工艺可消除纳米复合电沉积过程中产生的间隙,纳米复合镀层致密均匀,镀层与基体之间产生良好的冶金结合,镀层表面硬度分布均匀,力学性能趋近一致。     

激光重熔参数对镍基纳米TiN复合电沉积镀层性能的影响

目的在Ni Cr20Ti Al基体材料上进行镍基纳米Ti N电沉积复合镀后再开展激光重熔工艺,研究激光重熔参数对镀层表面质量、结合力及硬度的影响。方法采用正交实验,研究不同激光重熔参数(扫描速率、搭接量、离焦量等)对重熔镀层的影响,采用显微硬度计、扫描电镜和划痕仪进行硬度、表面形貌和结合力检测,以得到较优工艺参数。结果通过控制重熔参数对镀层表面能量和表面形貌的影响,以降低表面性能差异,以得到了激光重熔较佳工艺参数为:电流115 A,脉宽为8 ms,频率为10 Hz,离焦量15 mm,扫描速度230 mm/min,使获得的镀层表面形貌比较平整,结合力提高到大于60 N,硬度值平均为632HV,并且硬度分布均匀。结论激光重熔工艺可消除纳米复合电沉积过程中产生的间隙,纳米复合镀层致密均匀,镀层与基体之间产生良好的冶金结合,镀层表面硬度分布均匀,力学性能趋近一致。     

大功率机车车轮材料微观组织对性能的影响

国产大功率机车车轮的自主创新,需要对车轮材料的各项性能进行全面研究。针对大功率机车试制的3种新型车轮材料进行了微观组织、力学性能和摩擦磨损性能研究。通过光学显微镜和扫描电镜观察微观组织形貌,并对先共析铁素体量、珠光体层片间距和显微硬度进行了测试,研究了3种车轮材料的微观组织;通过力学性能试验,获得了车轮材料强度、硬度、塑性和韧性等性能数据;通过Optimol SRV摩擦磨损试验,测试了车轮材料的滑动摩擦磨损性能。通过对车轮材料微观组织、力学性能和摩擦磨损性能的分析比较,发现3种车轮材料的磨损机制有较大差异,而不同的滑动摩擦磨损性能主要由微观组织及其力学性能的差别所决定。     

不同扫描速度下电子束重熔处理253MA不锈钢的研究

为提高253MA钢的表面性能，对其进行电子束表面重熔处理，并使用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪及摩擦磨损仪对其微观组织、显微硬度和耐磨性能进行表征。结果表明：改性后不锈钢的表面形貌得到有效改善，其表面粗糙度下降。微观组织晶粒得到细化，亚晶和位错密度增加。当扫描速度增加时，改性试样的表面硬度和耐磨性随之提升。当扫描速度为600 mm/min时，253MA钢的表面硬度达到最大值243.3 HV,其耐磨性最好，是原始试样的1.7倍。     

激光熔覆层对轮轨滚动接触疲劳磨损性能的影响

在高速轮轨钢表面制备添加钇稳定纳米氧化锆的超声振动辅助的激光熔覆铁钴复合基涂层。通过扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪等分析了熔覆层的微观组织、物相组成和显微硬度;采用GPM-30轮轨接触疲劳实验机研究了添加钇稳定纳米氧化锆前后的激光熔覆层的滚动接触疲劳磨损性能。结果表明:通过激光熔覆可获得优质的熔覆层,添加了钇稳定纳米氧化锆的熔覆层的磨损状况得到改善。添加3.5%的钇稳定纳米氧化锆的强化效果最佳,与不添加任何合金粉末的熔覆层相比,磨损速率分别降低56.5%、61.6%。     

激光熔覆层对轮轨滚动接触疲劳磨损性能的影响

在高速轮轨钢表面制备添加钇稳定纳米氧化锆的超声振动辅助的激光熔覆铁钴复合基涂层。通过扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪等分析了熔覆层的微观组织、物相组成和显微硬度;采用GPM-30轮轨接触疲劳实验机研究了添加钇稳定纳米氧化锆前后的激光熔覆层的滚动接触疲劳磨损性能。结果表明:通过激光熔覆可获得优质的熔覆层,添加了钇稳定纳米氧化锆的熔覆层的磨损状况得到改善。添加3.5%的钇稳定纳米氧化锆的强化效果最佳,与不添加任何合金粉末的熔覆层相比,磨损速率分别降低56.5%、61.6%。     

马氏体组织对SFPB处理双相钢表面纳米结构及力学性能的影响

目的 通过对不同微观组织铁素体/马氏体双相钢进行表面纳米化处理,探究材料表面晶粒细化和塑性变形机理。方法 采用超音速微粒轰击（SFPB）技术对经临界区退火（IA）、中间淬火（IQ）和分级淬火（SQ）后的双相钢进行纳米化处理,采用SEM、OM和XRD研究试验钢表面SFPB前后的微观组织特征,采用显微硬度仪测试其表面硬度,采用拉伸实验测试其力学性能。结果 热处理后,IA、IQ和SQ试样马氏体组织分别呈岛状、纤维状和块状,IQ试样平均晶粒尺寸最小,但马氏体体积分数最大。SFPB工艺处理后,双相钢表面形成了一定厚度的梯度纳米晶层（GNS）,该晶层内的晶粒尺寸均达到纳米级别,且随距离表面深度的增大而增大。IA-GNS、IQ-GNS和SQ-GNS试样表面硬度分别为285.9、266.7、382.1HV,抗拉强度分别为771.30、820.02、663.81 MPa,延伸率分别为8.89%、14.70%、10.04%。IQ-GNS试样断口以韧窝为主,SQ-GNS和IA-GNS试样断口韧窝较少,有明显裂纹开口。结论 表面产生强烈塑性变形时,由于位错的分割作用,表面晶粒尺寸细化至纳米级,材料强度大幅提高,同时纳米级纤维状马氏体微观组织的存在使得IQ-GNS试样保持了较高的塑韧性。     

搅拌摩擦加工Al-Pb表面复合材料的微结构和织构

采用搅拌摩擦加工(FSP)方法制备Al-Pb表面复合材料,以提高其减摩抗磨性能,使用SEM、EBSD、纳米压痕仪和显微硬度计等分析其微观组织、织构和硬度分布。结果表明:使用FSP方法制备Al-Pb表面复合材料,Pb颗粒受到重力和搅拌作用,主要分布于盆状搅拌加工区的底部。塑性金属对流形成的洋葱环结构中,存在富Pb片层和形变铝基体片层。富Pb片层内的Pb颗粒,起到了良好的细化晶粒作用。形变铝基体片层分布有少量直径约100 nm的新生Pb粒。受到细晶强化作用影响,富Pb颗粒区的硬度显著高于形变铝基体。加工区底部的SZ-AS区形成强Cube再结晶织构;SZ-RS区形成Cube织构和少量Brass织构;CSZ区的Cube织构较少,{111}织构增强;上部的AS区形成强Goss织构,RS区织构相对随机。     

无镀层1500 MPa级热成形钢的激光拼焊性能

以无镀层B1500HS热成形钢激光焊缝为研究对象,采用金相显微镜、显微硬度仪和拉伸试验机对自熔焊和填丝焊两种焊接接头的力学性能、微观组织以及显微硬度进行了对比分析。研究发现:激光自熔焊未能得到性能优良的焊缝,焊后质量风险增加;激光填丝焊由于低碳钢焊丝填入过多而导致焊缝软化。通过工艺优化、严格控制焊丝填入量可得到性能优良的焊缝,并成功试制出拼焊B柱零件。