钛/不锈钢电致塑性轧制复合工艺及组织性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aa5518505
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钛金属质轻、高强、耐蚀,是优异的轻型材料,但作为一种稀有金属,价格较高。不锈钢具有高的强度、良好的塑性,但是不锈钢在氯离子存在的环境中,腐蚀很快。钛/不锈钢复合板很大限度地减少了对贵重金属钛的消耗,同时展现了出色的综合性能,因而广泛应用于化工、电力、石油、海洋、航空航天等重要领域,受到国内外学者的广泛关注。传统热轧法制备钛/钢复合板时轧制温度高、压下率大,结合界面易形成Fe-Ti系以及TiC等多种脆性化合物,严重影响了复合板结合性能。通过添加中间层在一定程度上可以抑制Fe-Ti系以及TiC脆性化合物的形成,但是会形成新的化合物且大幅增加了生产成本。针对上述问题,本文提出了脉冲电流辅助钛/钢轧制复合的方法,利用脉冲电流的电致塑性效应在较低温度和较小压下率下实现钛/不锈钢复合板的制备。为了实现轧制过程中电流的稳定施加,使用Solidworks三维软件进行了电流施加装置的设计,并通过COMSOL Multiphysics对所设计的装置进行有限元仿真分析,结果表明采用上下通电的方式能够保证在轧制区内拥有较高且较均匀的电流密度。为了研究脉冲电流对金属材料塑性变形的影响机理,对脉冲电流轧制试验进行启发性机理探索,使用COMSOL Multiphysics有限元分析软件对304不锈钢与TA1纯钛进行有限元仿真并进行脉冲电流辅助拉伸试验。结果表明,在脉冲电流作用下304不锈钢与TA1纯钛的抗拉强度与断裂延伸率均随着电流密度的上升而逐渐降低,这是因为拉伸过程脉冲电流作用时间较长所致。在脉冲电流辅助下选用含有多种合金元素的钛合金TC4与304不锈钢制备了TC4/304复合板,使用Instron 5969试验机进行拉伸剪切试验,对复合板结合性能进行测试。采用配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对不同工艺制备的钛/钢复合板的界面微观组织结构和元素分布进行了分析,并运用X射线衍射仪(XRD)对结合界面的物相进行了测定。结果表明:在750℃下,19.5%时TC4/304复合板就能结合且获得较高的剪切强度,且结合强度并不随着压下率的增加而增加,压下率达到58%时界面由于柯肯达尔效应产生孔洞导致结合强度急剧下降。而在58%压下量,650℃时就能实现良好的结合,且随着温度升高到850℃,界面形成大量脆性化合物削弱了结合强度。在750℃下,选用工业纯钛TA1与304不锈钢进行脉冲电流辅助轧制试验,结果表明TA1/304复合板与TC4/304复合板存在相似的规律,24.4%压下率时复合板界面就能够实现结合,而54.4%压下率时界面Fe Ti和Ti Ni化合物以及由于Kirkendall效应产生孔洞导致结合强度急剧下降。进一步在41.6%压下率下进行了不同电流密度的轧制实验,结果表明电流密度为1.15A/mm2时复合板剪切强度最大,达到356MPa。
其他文献
随社会发展和老龄化进程,人们对心血管疾病给予较大关注。治疗心脏血管疾病最有效方式是血管支架植入,而以镁合金为基底的可降解医用生物支架发展前景光明。镁合金在室温下塑性变形能力很差,严重限制了其应用,而在高温成形血管支架会导致其晶粒粗大,不满足服役要求。因此提出细化晶粒后低温成形镁合金血管支架薄壁管的方法。利用预孪晶和等通道挤压剪切变形(ECAP)来对纯镁原材料进行细化处理,成功挤压出了壁厚为0.40
近年来发展高强韧镁合金成为新能源和航空航天等领域为了减重的迫切需求,但稀土元素的昂贵和稀缺限制了高强韧稀土镁合金大规模应用于工业生产,大量研究表明碱土元素也能提高镁合金的力学性能,因此研究碱土元素对镁合金的微观组织和力学性能的影响机制,以及镁合金不同变形工艺的变形机制和强化机理,对发展高强韧、低成本的镁合金至关重要。本文在Mg-Zn-Al系合金中加入碱土元素Ca,起到了细化晶粒、强化镁基体的作用以
目前,我国钢铁产量世界第一,但从钢铁产品结构上来看,与发达国家相比还存在一定的差距。在不断追求高强度高塑性的背景下,采用淬火配分工艺(Q&P)来提高钢的强度和塑性技术快速发展,但大多数学者将重点集中于向钢中添加合金元素来改变性能,对于如何将低成本钢与现有工业化生产相结合涉及较少。本文从实际生产出发,将钢铁企业的热轧工序与淬火配分工艺相结合,旨在获得综合性能优异、价格低廉和能源消耗低的淬火配分钢。在
钛具有良好的抗腐蚀性能,常被用作电化学阳极的基体材料,但钛的电阻率较大,难以满足电极材料对导电性的要求。针对这一问题,本课题将铜的优良导电性与钛的抗腐蚀性相结合,采用新型波纹辊轧制法制备了Ti/Cu/Ti复合板,这种“三明治”式的波纹状复合板不仅能够满足腐蚀环境下电极材料对导电性、抗腐蚀性的要求,同时还具备良好的力学性能。本文对波纹辊轧制法和传统平辊轧制法进行对比,分别研究了二者对Ti/Cu/Ti
与传统的稀释固溶体合金相比,高熵合金通常具有更多的亚稳状态,因而可以获得更广泛的可调控的力学性能。高熵合金具有优异的高温和低温性能、超强的焊接性能、超高的疲劳与断裂性能、良好的抗氢脆性能等优势。这些优异的性能使高熵合金极具成为下一代结构材料的潜力。为了促进高/中熵合金在极端条件下的应用,有必要研究其在低温、高应变率以及二者耦合下的力学行为和微结构演化。然而,涉及到高/中熵合金在低温高应变率下拉伸力
滚插加工是一种全新的齿轮加工方法,与传统的齿轮加工方法相比,其在加工精度、加工效率、使用寿命、绿色环保等方面具有明显的优势,并且能够有效解决传统齿轮加工方法无法加工非贯通、无退刀槽内螺旋圆柱齿轮的问题。目前,滚插加工在加工原理、齿面形成过程、滚插刀设计、滚插机设计等方面取得了一定的研究成果,但是滚插刀的设计理论仍然不够成熟,无法大范围的推广与应用。因此,本文对滚插刀切削刃的设计计算、误差分析及切削
振动抛磨是一种广泛应用的精加工工艺。滚抛磨块对零件产生的碰撞、滚压、微量磨削可以综合改善零件表面完整性、均匀性,通过整体颗粒群和局部颗粒的碰撞冲击适应零件表面形状,能加工诸如叶片类三维空间曲面形状的复杂零件。在振动抛磨中,滚抛磨块的运动方式以及不同滚抛磨块床层的流化程度直接影响着加工质量。本文针对两机叶片类三维空间曲面形状的复杂零件加工均匀一致性差等问题,基于离散元法使用EDEM对水平振动抛磨工艺
磨料流加工是利用改性高分子材料在稳定粘弹态下和磨粒混合成为半固体的流体磨料被挤压通过待加工表面达到抛光、去毛刺和倒角等目的,是光整加工技术中的新兴工艺。该工艺对窄缝、微孔、异形孔腔的抛光极具优势。由于磨料流加工技术的诸多优点,关于磨料流技术的研究不断增多,但是由于影响磨料流加工效果的因素很多,如磨粒粒度、磨料粘度、加工温度、工件材料硬度等,使得对其加工机理的研究非常困难,取得的进展有限。本文在应用
科技水平的进步使得仪器设备对材料的要求越来越苛刻,因此材料向着多功能、多结构化的方向发展成为了必然趋势。镁合金作为21世纪的绿色工程材料,其质轻、高强的特性在各界领域受到了广泛关注,但其易蚀、塑性差的缺点严重制约了镁合金的应用范围,因此如果将加工变形能力以及耐蚀性好的铝合金与其进行轧制复合,制备出集二者优势于一体的复合板,这将会极大拓宽镁、铝合金的使用范围。本文主要针对复合板的制备以及其抗冲击性展
304不锈钢、316不锈钢等材料因其具有高韧性、高强度和优良的耐腐蚀性能而广泛应用于制造业与机械加工行业。但是,在加工此类材料的过程中切削温度较高,刀具磨损严重,刀具使用寿命较低,而且304不锈钢、316不锈钢在切削过程中生成的切屑极易堆挤在车刀前刀面上,甚至缠绕在工件或刀具上,对操作人员和机床的安全造成一定的威胁,对于生产效率的影响极为严重。为了更好地控制切削过程中产生的冗长切屑,本研究吸收、借