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激光选区熔化制备316L不锈钢力学性能研究

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金属加工(热加工) 2024年

作者：裴智奥张宁陶俊杰葛进国盐城工学院机械工程学院徐州工程学院机电工程学院桂林电子科技大学机电工程学院

为了探究选区激光熔化制备316L不锈钢的力学性能，本研究通过SLM、热轧以及热轧后固溶处理制造出三种316L不锈钢试样，观察试样微观组织并采用拉伸、三点弯曲和冲击试验对其力学性能进行研究和对比分析。结果表明，SLM样品的拉伸强度和... 详细信息

为了探究选区激光熔化制备316L不锈钢的力学性能，本研究通过SLM、热轧以及热轧后固溶处理制造出三种316L不锈钢试样，观察试样微观组织并采用拉伸、三点弯曲和冲击试验对其力学性能进行研究和对比分析。结果表明，SLM样品的拉伸强度和弯曲强度与传统成形的同质材料相比优势明显，但塑性和韧性较差，一方面由于SLM成形过程中快速熔化和快速冷却导致晶粒十分细小且排布致密以及熔合界面处的变形阻力，导致材料的强度显著提高。另一方面认为是成形过程中形成了非平衡的微观组织结构，样品内部不同部位收缩及膨胀变形趋势不一致，内部残余应力不可避免，导致塑性偏低，伸长率下降。因热加工硬化的影响以及升温使晶粒发生回复、再结晶和长大，使内应力减小，导致热轧态力学性能略高于固溶态。拉伸及冲击试验断口形貌显示，SLM样品呈现出脆性断裂特征，而热轧态和固溶态两者均表现出明显的韧性断裂特征且固溶态韧窝相对较少但尺寸较大，具有更好的塑性。

关键词： 316L不锈钢选区激光熔化力学性能固溶处理

电弧熔丝增材制造2Cr13合金组织与性能各向异性行为

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金属学报 2023年第1期59卷 157-168页

作者：葛进国卢照何思亮孙妍殷硕桂林电子科技大学机电工程学院桂林541010 Trinity College Dublin The University of DublinDublin D02PN40Ireland 桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林541010 大连船舶重工集团有限公司设计研究院大连116005 扬州大学机械工程学院扬州225127

采用电弧熔丝增材制造(WAAM)技术进行多层单道结构2Cr13构件制备,揭示不同层间停留温度(110~550℃)下2Cr13电弧沉积件组织、性能各向异性演变规律,以实现关键工艺参数调控下力学性能主动控制。结果表明,550℃沉积件内针状马氏体因重熔... 详细信息

采用电弧熔丝增材制造(WAAM)技术进行多层单道结构2Cr13构件制备,揭示不同层间停留温度(110~550℃)下2Cr13电弧沉积件组织、性能各向异性演变规律,以实现关键工艺参数调控下力学性能主动控制。结果表明,550℃沉积件内针状马氏体因重熔碎晶呈细长外延状生长并具有略强织构取向,且于马氏体间隙处零散分布着很少量细小不规则逆变奥氏体。550℃沉积件因细晶强化获得了较高强度与硬度,但拉伸性能具有明显各向异性。110~180℃沉积件各区域间板条状马氏体虽大致沿沉积方向生长但无明显织构取向,马氏体晶粒因层间停留温度降低导致冷凝速率增加而略呈细化趋势。110~180℃沉积件因具有相近板条状马氏体组织,其力学性能较相近且呈各向同性。

关键词：电弧熔丝增材制造 2Cr13合金显微组织力学性能各向异性

窄间隙焊接Cu/Sn-0.7Cu-xNi/Cu界面形态与力学性能的研究

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窄间隙焊接Cu/Sn-0.7Cu-xNi/Cu界面形态与力学性能的研究

作者：葛进国中国矿业大学

学位级别：硕士

Sn-0.7Cu钎料凭借其原料来源丰富、杂质敏感度低、生产成本低廉等优点,广泛应用于现代光子和电子封装领域,但与传统的共晶或近共晶Sn-Pb钎料相比,仍存在较多不足,如流动性差、熔点高、热时效稳、定性差等。为进一步优化Sn-0.7Cu钎料显... 详细信息

Sn-0.7Cu钎料凭借其原料来源丰富、杂质敏感度低、生产成本低廉等优点,广泛应用于现代光子和电子封装领域,但与传统的共晶或近共晶Sn-Pb钎料相比,仍存在较多不足,如流动性差、熔点高、热时效稳、定性差等。为进一步优化Sn-0.7Cu钎料显微组织、提高服役可靠性,可采用以下两种途径进行改性:其一是加入微量元素进行合金化,如Ni、Ge、Nd、Zn等;另一种有效途径就是添加微纳米尺寸增强颗粒,如陶瓷颗粒、氧化物颗粒、纳米管等。本课题采用机械混合法制备Ni含量分别为0.025 wt.%、0.05 wt.%、0.1 wt.%、0.2wt.%、0.4 wt.%的Sn-0.7Cu-xNi复合钎料。系统研究了Ni含量对Cu/Sn-0.7Cu-xNi/Cu焊点凝固行为、基体组织、界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMC)层、工艺性能(铺展性能)及力学性能(显微硬度、拉伸性能及断口形貌)的影响规律,得出了Ni的最佳添加量为0.05 wt.%。然后对Cu/Sn-0.7Cu/Cu及Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu两种焊点进行热时效处理,研究时效过程中界面形态与力学性能的演变规律。最后,构建了基体钎料中H型IMC颗粒及焊点界面IMC层的生长动力学方程。研究了Cu/Sn-0.7Cu-(0-0.4)Ni/Cu焊点基体组织、界面IMC层和性能的影响规律。Sn-0.7Cu-(0.025-0.2)Ni钎料中各相凝固析出行为与Sn-0.7Cu相似,无明显变化;0.4 wt.%Ni颗粒的添加不仅改变了各相的析出行为,还产生了新相Ni3Sn4。适量Ni颗粒的加入可使钎料基体获得弥散分布的细小点状(Cu、Ni)6Sn5 IMC颗粒,当Ni含量从0.1 wt.%增加至0.4 wt.%时,点状IMC数量不断减少,取而代之的是呈粗大棒状的IMC颗粒。Cu/Sn-0.7Cu-(0-0.05)Ni/Cu焊点中IMC层呈致密平整扇状,且厚度较薄。当Ni添加量为0.05 wt.%Ni时,钎料铺展性能最好,光亮度最佳,表面呈银白色金属光泽;在弥散强化和细晶强化的双重作用下,获得了最大显微硬度数值,为15.32 Hv;钎料基体中弥散分布的点状IMC颗粒作为第二相质点,阻碍了位错的萌生与扩展,使Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu焊点获得最佳抗拉性能,拉伸断口表面存在大量韧窝,为韧性断裂。Ni颗粒最佳添加量为0.05 wt.%。研究了时效温度对Cu/Sn-0.7Cu/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu焊点中组织和力学性能的影响。热时效后钎料基体中IMC形态主要有H型、E型、U型、棒型、点型、杆型及块型;时效温度对H型(Cu、Ni)6Sn5 IMC形貌无显著影响,但尺寸随时效温度提高而不断增加。在时效过程中,Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu焊点中界面IMC层直接由焊后扇贝状转为层状结构,未出现Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点在6040℃时效温度下凹凸不平的锯齿状形貌,且Kirkendall孔洞和微裂纹数量及尺寸均较少,获得了较佳界面形貌;相比于Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点,Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu在同一时效温度下的界面层厚度较薄,表现出较好的热时效增长稳定性。随时效温度增加,两种焊点中钎料基体显微硬度均呈下降趋势,经60℃时效后,显微硬度下降比较显著,进一步增加温度,显微硬度略有降低。两种焊点抗拉强度和延伸长度均随时效温度增加而呈下降趋势;且均随时效温度的增加由塑形断裂转为脆性断裂,断裂位置也由钎料基体转移至solder/IMC层结合界面处,但同一时效温度下,Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu表现出较好的韧性行为。研究了等温时效中Cu/Sn-0.7Cu/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu焊点组织和力学性能的演变规律。随时效时间增加,基体中H型形貌未发生显著变化,但尺寸不断长大,呈先缓慢生长再快速长大趋势。两种焊点中界面IMC层厚度均出现不断增大现象,但Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu焊点层厚度增长比较缓慢,这是因为适量Ni颗粒的添加可阻缓焊点中Sn和Cu原子扩散,抑制热时效中界面IMC层过快长大行为,并有效阻碍了孔洞和裂纹的萌生与扩展;Cu/Sn-0.7Cu/Cu界面IMC层首先由焊后较薄扇贝状转变为针状并部分刺入基体内部,最后转为较平整层状,而Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu直接由焊后扇贝状转为能量最低的紧密层状,表现出较好的热时效稳定性。焊点力学性能随时效时间增加而不断恶化,但同一时效时间下,Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu获得了较好的抗拉性能,延伸长度的下降趋势也得到有效抑制;断裂机制由焊后及短时间时效(0-200h)的韧性断裂转为400h

关键词： Sn-0.7Cu-x Ni 窄间隙时效处理界面形态力学性能生长动力学

不同层间停留时间下电弧增材制造2Cr13薄壁件热力学行为

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焊接学报 2019年第12期40卷 47-52,I0003页

作者：韩文涛林健雷永平葛进国北京工业大学

在电弧增材制造过程中,沉积件内部的热-力演变对成形件质量具有重要影响.文中通过电弧增材制造三维有限元模型的建立,对层间停留时间分别为30,120,210,300 s的2Cr13沉积件温度场和应力场进行了模拟,模拟结果与测量结果基本一致.结果表明... 详细信息

在电弧增材制造过程中,沉积件内部的热-力演变对成形件质量具有重要影响.文中通过电弧增材制造三维有限元模型的建立,对层间停留时间分别为30,120,210,300 s的2Cr13沉积件温度场和应力场进行了模拟,模拟结果与测量结果基本一致.结果表明,层间停留时间为30 s时构件的纵向残余应力分布显著差异于其它构件.层间停留时间大于210 s时,再延长层间停留时间起不到明显降低应力的效果.电弧增材制造单道25层2Cr13薄壁件的层间停留时间在120~210 s之间较为合适.

关键词：电弧增材制造层间停留时间有限元模拟

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采煤机截齿钎焊水溶性铜钎剂的性能研究

热加工工艺 2013年第21期42卷 194-196页

作者：张宁葛进国强颖怀杨莉牛欢欢徐州工程学院机电学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室江苏徐州221018 中国矿业大学材料学院江苏徐州221116

以42CrMo钢为采煤机截齿齿体、YG15硬质合金为截齿齿头,HL105铜焊片为钎料,通过采用自制水溶性铜钎焊焊剂,对截齿进行感应钎焊。通过研究截齿钎焊后钎缝显微组织和力学性能,发现使用自制钎剂钎焊的截齿焊缝,其抗弯强度达到了优等水平。... 详细信息

以42CrMo钢为采煤机截齿齿体、YG15硬质合金为截齿齿头,HL105铜焊片为钎料,通过采用自制水溶性铜钎焊焊剂,对截齿进行感应钎焊。通过研究截齿钎焊后钎缝显微组织和力学性能,发现使用自制钎剂钎焊的截齿焊缝,其抗弯强度达到了优等水平。且钎剂与水的比例为4:6时,钎缝质量要优于用脱水硼砂和稀释比为5:5的铜钎剂的钎缝。采用研制的水溶性铜钎剂钎焊的截齿,寿命比普通国产截齿有较大提高,具有广阔的市场前景。

关键词：采煤机截齿感应钎焊铜钎剂

ZL205A合金T5热处理后的微观组织与力学性能

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金属热处理 2019年第8期44卷 7-14页

作者：马铁军葛进国常雷雷永平金头男北京工业大学材料科学与工程学院

采用扫描电镜、X射线显微镜对铸态、固溶态以及时效态下ZL205A铝合金显微组织、θ(Al2Cu)相、孔洞及力学性能进行了研究。结果表明:3种状态下ZL205A合金均由块状α(Al)固溶体和晶界处θ析出相组成,并伴有不规则孔洞形成。随时效时间延长... 详细信息

采用扫描电镜、X射线显微镜对铸态、固溶态以及时效态下ZL205A铝合金显微组织、θ(Al2Cu)相、孔洞及力学性能进行了研究。结果表明:3种状态下ZL205A合金均由块状α(Al)固溶体和晶界处θ析出相组成,并伴有不规则孔洞形成。随时效时间延长,α(Al)晶粒尺寸表现出先减小后增大趋势;θ相无显著变化,但数量明显少于铸态;孔洞数量先降低后增加;最终导致拉伸强度和显微硬度先增加而后略有降低趋势。当时效时间为8 h时,α(Al)固溶体晶粒最为细小,此时θ相呈点状和短棒状弥散分布,且孔洞率最低,在细晶强化和弥散强化作用下,亦获得了较佳硬度和拉伸强度。

关键词： ZL205A合金热处理微观组织力学性能

不同焊接工艺下304不锈钢焊接接头组织及力学性能的研究

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热加工工艺 2016年第3期45卷 242-244页

作者：刘海祥杨莉葛进国常熟理工学院机械工程学院江苏常熟215500 苏州大学机电工程学院江苏苏州215000

分别采用手工电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW)对304不锈钢进行焊接,采用光学显微镜、显微硬度计、万能试验机对焊接接头的组织及力学性能进行了观察分析及测试。结果表明:两种焊接工艺焊接接头的组织均为奥氏体,SMAW焊缝区为粗大树枝晶,... 详细信息

分别采用手工电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW)对304不锈钢进行焊接,采用光学显微镜、显微硬度计、万能试验机对焊接接头的组织及力学性能进行了观察分析及测试。结果表明:两种焊接工艺焊接接头的组织均为奥氏体,SMAW焊缝区为粗大树枝晶,而GTAW的焊缝区为细小的树枝晶,焊缝与母材熔合良好;GTAW接头的显微硬度均高于SMAW,接头从焊缝区到热影响区到母材硬度均呈先上升后下降的趋势,SMAW和GTAW焊缝区的硬度分别为175 HV和205 HV;SMAW和GTAW接头的抗拉强度分别为623.6 MPa和690.7 MPa,断裂位置均为母材,弯曲试验合格,接头塑性良好;GTAW接头组织和性能优于SMAW。

关键词：焊接工艺 304不锈钢组织力学性能

时效时间对Sn-0.7Cu-xNi钎焊接头界面IMC生长行为和拉伸性能的影响

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热加工工艺 2017年第23期46卷 58-61页

作者：刘海祥杨莉葛进国苏州大学机电工程学院江苏苏州215000 常熟理工学院机械工程学院江苏常熟215500

研究了不同时效时间下Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Ni钎焊接头界面IMC的生长行为和拉伸性能的演变规律。结果表明,Cu/Sn-0.7Cu/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu接头的界面IMC层厚度均随时效时间的增加而增加,适量添加Ni颗粒可以有效抑制该层的长... 详细信息

研究了不同时效时间下Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Ni钎焊接头界面IMC的生长行为和拉伸性能的演变规律。结果表明,Cu/Sn-0.7Cu/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu接头的界面IMC层厚度均随时效时间的增加而增加,适量添加Ni颗粒可以有效抑制该层的长大趋势;两种接头的抗拉强度均随时效时间的增加呈下降趋势,断裂形式由焊后的韧性断裂转变为脆性断裂;对这两种接头进行对比发现,适量的Ni颗粒可以使钎焊接头在获得较高抗拉强度的同时仍保持较好的塑形性能。

关键词： Sn-0.7Cu-xNi钎料时效时间界面IMC层拉伸性能

电迁移对纳米石墨颗粒增强复合钎料接头组织的影响

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热加工工艺 2015年第3期44卷 76-79页

作者：景延峰杨莉戴军葛进国中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州221116 常熟理工学院机械工程学院江苏常熟215500

研究了SnBi钎料和SnBi+Graphite复合钎料的电迁移性能。选取石墨含量为0.07wt%的SnBi复合钎料制成微型对接接头,选用5和10A两种电流水平及48、96和192 h三个时间水平,测试了Sn Bi钎料和SnBi+Graphite复合钎料的电迁移性能,借助于超景深... 详细信息

研究了SnBi钎料和SnBi+Graphite复合钎料的电迁移性能。选取石墨含量为0.07wt%的SnBi复合钎料制成微型对接接头,选用5和10A两种电流水平及48、96和192 h三个时间水平,测试了Sn Bi钎料和SnBi+Graphite复合钎料的电迁移性能,借助于超景深显微镜对电迁移后试样的组织进行了观察,利用显微硬度对其力学性能进行了表征。实验结果表明:SnBi钎料在5A电流冲击下,晶粒首先在焦耳热的作用下粗化,随后在"电子风"的冲击下逐渐细化,从而硬度表现出先下降后上升的趋势;SnBi钎料在10A电流冲击下,由于电流较大,晶粒在"电子风"的冲击下逐渐细化,从而硬度表现出上升趋势;SnBi+Graphite复合钎料在5和10A电流的作用下组织和力学性能变化均不明显,主要是由于纳米石墨的加入提高了复合钎料的抗电迁移性能。

关键词：复合钎料纳米石墨电迁移力学性能