检索结果-南通市图书馆

作者：侯鑫北京交通大学

学位级别：硕士

先进航空发动机在设计及制造的过程中对减重的要求越来越高,通过减少拼接、组装等措施,不仅可以较好地满足航空发动机减重的要求,并且能显著提高航空发动机的稳定性与可靠性,同时,还可以减少各种零部件设计、开模等成本支出,但是减少拼... 详细信息

先进航空发动机在设计及制造的过程中对减重的要求越来越高,通过减少拼接、组装等措施,不仅可以较好地满足航空发动机减重的要求,并且能显著提高航空发动机的稳定性与可靠性,同时,还可以减少各种零部件设计、开模等成本支出,但是减少拼接与组装会带来因零件形状过于复杂而难以采用传统机加工方法进行制造的困难。选区激光熔化(Selective Laser Melting,简称SLM)快速成形技术以其独有的不需要模具直接成形精密复杂零部件的优势,被广泛应用于航空航天领域中各类具有复杂形状的关键零部件的成形制造。本文采用激光选区熔化快速成形技术成形了IN738LC镍基高温合金,系统研究了SLM工艺参数和后续热处理对SLM成形IN738LC合金显微组织及高温力学性能的影响规律。通过对比分析不同激光功率和不同激光束扫描速度试验条件下沉积态和热处理态IN738LC合金的显微硬度,探索出了IN738LC合金SLM成形最佳工艺参数;通过设计合适的固溶处理+中间处理+时效处理的复合热处理制度,降低了SLM成形IN738LC合金力学性能在不同方向上的差异。分别设计了扫描速度范围为700～1500 mm/s、激光功率范围为140～260W、扫描间距100μm、铺粉层厚30μm、基板预热温度180℃、光斑直径60μm的SLM成形工艺参数,对比分析了不同工艺参数下SLM成形IN738LC合金的显微组织,发现高激光功率高扫描速度试验条件下,SLM成形IN738LC合金的晶粒更加细小,且晶粒取向较弱。对沉积态的IN738LC合金进行不同温度和不同保温时间的固溶处理,发现高激光功率高扫描速度试验条件下,SLM成形IN738LC合金的显微硬度明显高于低激光功率低扫描速度条件下所成形的IN738LC合金,并且随着固溶处理的温度和保温时间的增加,显微硬度由407.33HV降至365.83HV。综合来看,激光功率为260W、扫描速度为1300mm/s、扫描间距100μm、铺粉层厚30μm、基板预热温度180℃、光斑直径60μm的SLM工艺参数为最佳。系统研究了不同的热处理制度对SLM成形IN738LC合金的显微组织及高温拉伸力学性能的影响。SLM成形IN738LC合金经1230℃保温时间2h然后随炉冷却的固溶处理后,晶粒接近等轴形态,平均粒径151μm,晶粒取向较弱。SLM成形IN738LC合金在上述固溶处理的基础上,进行了1120℃保温时间2h然后随炉冷却的中间热处理,发现其显微组织中出现了与γ-Ni基体具有高共格度的γ′-Ni(Al,Ti)相。在以上固溶+中间热处理的基础上,对SLM成形IN738LC合金进行了900℃保温时间24h随后空冷的时效热处理,发现其纵向样品在1000℃和1100℃下的抗拉强度和断面收缩率分别达到了385MPa、153MPa和13%、15%。综合对比得出,SLM成形IN738LC合金最佳的热处理制度为:1230℃×2h(炉冷)+1120℃×2h(炉冷)+900℃×24h(空冷)。

关键词：选区激光熔化 IN738LC 工艺参数热处理力学性能

TiAl合金激光熔覆耐磨自润滑复合材料涂层组织与性能研究

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TiAl合金激光熔覆耐磨自润滑复合材料涂层组织与性能研究

作者：穆俊世北京交通大学

学位级别：硕士

γ-TiAl合金具有密度低、比强度和比刚度高、高温蠕变及高温疲劳性能好等突出优点，被看作是未来航空航天等领域中最有前途的新型轻质高温结构候选材料之一。随着TiAl合金室温脆性及高温抗氧化性能的逐步改善，耐磨性能不足成为其投入... 详细信息

γ-TiAl合金具有密度低、比强度和比刚度高、高温蠕变及高温疲劳性能好等突出优点，被看作是未来航空航天等领域中最有前途的新型轻质高温结构候选材料之一。随着TiAl合金室温脆性及高温抗氧化性能的逐步改善，耐磨性能不足成为其投入实际应用、特别是作为摩擦运动副零部件应用的主要障碍;此外上述摩擦运动副零部件由于在高温环境下工作时无法实现外加润滑，要求其必须具有良好的高温自涧滑性能。采用先进的表面工程手段在TiAl合金表面制备具有优良耐磨自润滑性能的复合材料涂层，是解决上述问题的有效方法之一。本文采用激光熔覆技术在Ti-44．5Al-0．9Cr-1．1V-2．2Nb合金表面上，分别以NiCr-CrC和NiCr-CrC+40％(wt．％)CaF混合粉末为原料，制备出了以γ-NiCrAlTi镍基固溶体为基体，分别以CrC、TiC等硬质耐磨相为增强相，厚度达0．4～0．6mm、组织致密均匀、与TiAl基体间为完全冶金结合的复合材料涂层，但由于热分解以及烧蚀等原因，涂层中CaF自润滑相非常少，自润滑效果不明显;为了使自润滑相CaF与基体合金以及其它预涂合金具有良好的润湿性，防止自润滑相CaF在高能量激光辐照下发生热分解和蒸发，对自润滑相CaF进行Ni-P化学镀粉末包覆(以下全文统一简称为包覆)，然后以NiCr-CrC+40％(wt．％)CaF(包覆)混合合金粉末为原料，对TiAl合金基材进行激光熔覆处理，结果表明，所获激光熔覆耐磨自润滑复合材料涂层，其显微组织由初生块状CrC以及γ／CrC共晶、大量树枝状TiC和一定量球状CaF组成，该涂层中各相分布均匀，涂层硬度大幅度提高，平均显微硬度约是原始基材平均显微硬度的2．5倍。上述三种激光熔覆耐磨复合材料涂层相对于原始基材均具有较好的室温滑动磨损耐磨性，但预涂NiCr-CrC+40％(wt．％)CaF(包覆)合金粉末激光熔覆涂层在干滑动磨损条件下磨损失重是最少的，耐磨性大幅度提高，其平均摩擦系数显著降低。通过化学镀包覆的方法，使得CaF的自润滑性能得到有效发挥，大大提高了涂层的耐磨性能，同时也证明了自润滑相CaF室温磨损条件下也同样能产生显著的自润滑作用。

关键词： TiAl合金激光熔覆复合材料涂层耐磨性自润滑

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十字轴离子注入改性层的制备及性能研究

十字轴离子注入改性层的制备及性能研究

作者：任立民北京交通大学

学位级别：硕士

十字轴是用来连接火箭箭体与发动机的传力组件,可以保证火箭在空中顺利地进行姿态控制(俯仰,偏航等),所以其对火箭的正常运行有重要影响。但十字轴在高速重载的服役环境下进行工作,有着轴向载荷大、径向载荷变向的受力特点,这些严苛条... 详细信息

十字轴是用来连接火箭箭体与发动机的传力组件,可以保证火箭在空中顺利地进行姿态控制(俯仰,偏航等),所以其对火箭的正常运行有重要影响。但十字轴在高速重载的服役环境下进行工作,有着轴向载荷大、径向载荷变向的受力特点,这些严苛条件对十字轴的性能提出了很高的要求。基于这种背景,本文采用离子注入技术在300M钢(十字轴用材)表面制备改性层,并设计三种注入工艺:注N、注Ti和注N+Ti,每种注入工艺下设置三种不同的注入剂量,以分析不同注入工艺对基体的强化程度,以及同一种注入工艺下不同注入剂量对基体性能的影响。通过SRIM2008对N、Ti离子注入300M钢的过程进行了模拟,确定了每种注入工艺下的注入剂量和注入能量,两离子注入的最大深度分别为190 nm和50 nm,而且在基体内部均呈现一种高斯分布,并会造成大量的晶格损伤;利用OM、SEM、XRD、EDS等测试手段对改性层的表面形貌及组织成分进行了分析,结果表明,300M钢基体主要是含(Fe,Ni)相的马氏体组织,注N试样表面有CrN、FeN新相生成,起固溶强化作用,注Ti试样表面生成了Ti O,有减磨效果,注N+Ti试样表面不仅存在氮化物和Ti的氧化物,而且形成了第二强化相Ti N;而且离子注入对试样表面的缺陷有修复作用,经离子注入的300M钢表面划痕减少且变浅,尤其以注入N+Ti时更为显著,并且随着注入剂量的增大,效果越明显。利用显微维氏硬度计和纳米压痕仪对基体以及改性层的力学性能进行了测试,测试结果表明,同一种注入工艺下,随着注入剂量的增加,力学性能也逐渐提升,且以双元素注入N+Ti工艺提升最为明显,当N、Ti剂量分别为2×10 ions/cm、1×10 ions/cm时,显微硬度提高了41.2%,纳米硬度和弹性模量相对于基体分别提高了79.26%和34.73%。通过往复式摩擦磨损实验发现,改性层的保持时间随着注入剂量的增大而延长,而且注入试样均比基体的磨损量小,且在同一种注入工艺下,注入剂量越大,磨损量越小,在双元素N+Ti注入工艺下,当N注入剂量为2×10 ions/cm,Ti注入剂量为1×10 ions/cm时效果最明显,磨损量比基体降低了87%。;基体初始以黏着磨损为主,后逐渐过渡为以3体磨粒磨损为主,注N试样低摩擦系数阶段为轻微磨粒磨损和黏着磨损,改性层破坏后磨损加剧,摩擦系数上升,注Ti试样与注N试样的磨损机理类似,但表面的氧化钛层,使得改性层保持时间比注N试样长,注N+Ti试样同时具备了注N试样的高硬度和注Ti试样的氧化钛润滑层,其耐磨性能最好。

关键词：离子注入 SRIM 300M钢摩擦磨损改性层

激光合成原位颗粒增强金属间化合物基复合涂层组织及形成机制研究

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激光合成原位颗粒增强金属间化合物基复合涂层组织及形成机制研究

作者：蒲飞北京交通大学

学位级别：硕士

本文利用激光表面合金化技术,以Al+TiC混合粉末为原料,分别在20#钢、电解镍、Ti-6A1-4V钛合金基材表面制备了TiC增强金属间化合物基复合涂层,分析了涂层的显微组织结构,研究了TiC的溶解及析出规律,模拟了熔池温度场分布及稀释率,测试了... 详细信息

本文利用激光表面合金化技术,以Al+TiC混合粉末为原料,分别在20#钢、电解镍、Ti-6A1-4V钛合金基材表面制备了TiC增强金属间化合物基复合涂层,分析了涂层的显微组织结构,研究了TiC的溶解及析出规律,模拟了熔池温度场分布及稀释率,测试了涂层的显微硬度和纳米硬度,讨论了涂层的显微组织形成机制。研究结果表明：在20#钢表面制备的TiC/Fe3Al复合涂层,温度在2300K以上时,TiC在Fe-Al合金熔池中发生溶解,然后原位析出。激光功率分别为1.25kW和1.50kW时,熔池稀释率模拟计算结果分别为62.50%、72.22%,实测结果分别为64.41%、79.31%,模拟计算结果与实际情况吻合较好。涂层显微硬度值分别为415.74HV0.2、441HV0.2,相对基材分别提高了2.7及2.6倍。涂层中大尺寸未溶解TiC颗粒的纳米硬度为30.219Gpa,小尺寸原位析出的TiC颗粒的纳米硬度为19.755Gpa,小尺寸TiC颗粒的纳米硬度受基体影响较大。在电解镍表面制备的TiC/Ni3Al涂层,温度在2700K以上时,TiC在Ni-Al合金熔体中发生溶解,然后原位析出。激光功率分别为1.25kW和1.75kW时,熔池稀释率模拟计算结果分别为61.54%、73.91%,实测结果分别为66.67%、78.30%,模拟计算结果与实际情况吻合较好。涂层显微硬度值分别为479.9HV0.2、456.6HV0.2,相对基材分别提高了4.72及4.49倍。在Ti-6Al-4V合金表面制备的TiC/TiAl涂层,TiC在Ti-Al合金熔体中未发生溶解和析出。激光功率分别为1.25kW和1.50kW时,熔池稀释率模拟计算结果分别为46.4%、57.7%,实测结果分别为43.5%、54.5%,模拟结果与实际情况吻合较好。由于涂层中存在大量未溶TiC颗粒,涂层的显微硬度分布不均匀。原位颗粒增强复合涂层的形成机制为：在激光束流辐照下,Al+TiC混合粉末在基材表面熔化形成熔池,Al与基材发生合金化形成金属间化合物,作为复合涂层的基体相,TiC在合金熔池中原位析出,作为复合涂层的增强相。

关键词：激光表面合金化复合涂层 TiC 显微组织形成机制

等离子熔化沉积Cr3Si增强高温合金基耐磨复合材料组织及性能研究

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等离子熔化沉积Cr3Si增强高温合金基耐磨复合材料组织及性能研究

作者：张政北京交通大学

学位级别：硕士

高铁接触线铜合金杆坯冷挤压模具长期工作于高接触应力高温强磨损的恶劣工况下,使用寿命短,导致接触线成品率低,质量不稳定。为此,本文利用同轴送粉等离子熔化沉积技术制备了以变形高温合金Inconel 718为基体相、以高温耐磨性能优异的... 详细信息

高铁接触线铜合金杆坯冷挤压模具长期工作于高接触应力高温强磨损的恶劣工况下,使用寿命短,导致接触线成品率低,质量不稳定。为此,本文利用同轴送粉等离子熔化沉积技术制备了以变形高温合金Inconel 718为基体相、以高温耐磨性能优异的过渡族金属硅化物Cr3Si为增强相的高温合金基耐磨复合材料,以期满足连续冷挤压模具材料的工况要求。参考 Cr-Si 二元相图,设计了 Inconel 718-67.2Cr-12.8Si(wt.%)、Inconel 718-58.8Cr-11.2Si(wt.%)、Inconel 718-50.4Cr-9.6Si(wt.%)和 Inconel 718-42Cr-8Si(wt.%)四种合金粉末。以四种合金粉末及纯Inconel 718粉末为原料,采用优化的工艺参数制备了等离子熔化沉积Cr3Si增强高温合金基耐磨复合材料和Inconel 718对比试样。利用XRD、OM、SEM、EDS等材料分析方法分析了等离子熔化沉积Inconel 718和复合材料的物相组成及显微组织结构。结果表明:Inconel 718试样主要由γ"-Ni3Nb和γ-(Ni,Fe)固溶体组成;复合材料主要由Cr3Si、Cr13Ni5Si2和γ-Ni基固溶体组成。复合材料显微组织细小致密,Cr3Si增强相均匀分布在γ-Ni基固溶体基体中。组织中Cr3Si初生相的体积分数随粉末中Inconel 718含量的增加而减少。利用显微硬度计测量了复合材料的硬度,结果显示复合材料硬度较高,硬度值随着Cr3Si增强相体积分数的增加而上升。利用销-盘式常温磨损试验机测试了复合材料的常温干滑动摩擦磨损性能,复合材料在常温干滑动磨损条件下表现出优异的耐磨性。复合材料中Cr3Si体积分数对耐磨性有显著影响,Cr3Si体积分数越高,复合材料的耐磨性越好,磨损过程中摩擦系数越小。利用球-盘式高温磨损试验机测试了复合材料高温干滑动摩擦磨损性能。在高温干滑动磨损条件下,Inconel 718试样发生了严重的粘着磨损,出现了表面材料大面积脱落的现象,高温耐磨性较差。Cr3Si具有较高的高温硬度、优异的抗高温氧化性以及共价键与金属键并存的独特化学结合键性质,使复合材料具备了抵抗磨粒磨损、粘着磨损的能力,复合材料表现出良好的高温摩擦磨损性能。在常温和高温磨损过程中,Cr3Si增强相充分发挥了抗磨骨干作用。复合材料中Cr3Si增强相体积分数过高会导致韧性下降,故增强相含量不宜过高。以Inconel 718-50.4Cr-9.6Si(wt.%)合金粉末为原料制备的复合材料具有良好的综合性能,可应用于高温强磨损的工况下。

关键词：等离子熔化沉积 Cr3Si 高温合金基复合材料高温耐磨性