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增材式径向搅拌摩擦修复工艺研究

增材式径向搅拌摩擦修复工艺研究

作者：吴宝生沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

径向增材搅拌摩擦修复技术(Radial-additive friction stir repairing,R-AFSR)是本文提出的一种用于超差孔修复的新工艺。本文以AZ31镁合金为研究对象,利用R-AFSR对超差孔进行修复。通过在常规和静止轴肩辅助工艺条件下,对R-AFSR的表面... 详细信息

径向增材搅拌摩擦修复技术(Radial-additive friction stir repairing,R-AFSR)是本文提出的一种用于超差孔修复的新工艺。本文以AZ31镁合金为研究对象,利用R-AFSR对超差孔进行修复。通过在常规和静止轴肩辅助工艺条件下,对R-AFSR的表面成形、材料流动、横截面形貌、显微组织以及力学性能进行研究。试验结果表明:常规和静止轴肩辅助工艺下R-AFSR成功地将超差孔进行修复。超差孔修复表面成形良好,填充材料(Filling material,FM)与母材(Base material,BM)之间上表面的界面间隙消失,修复表面光滑平整、无缺陷。修复区横截面形貌都分为四个区域,分别为搅拌区(Stir zone,SZ)、热机影响区(Thermo-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(Heat affected zone,HAZ)和母材(Base material,BM)。在常规R-AFSR超差孔修复过程中,在1400 rpm参数下,获得的修复孔拉伸强度最大达到183MPa,相当于标准孔拉伸强度的93.8%。标准孔的压剪强度和压缩率分别为78MPa和35%。在1400 rpm参数下获得的压剪强度和压缩率最高分别为58.4MPa和26.1%,相当于标准孔的75%和74.6%。显微硬度在靠近修复孔边缘的地方最大,其值为85.4HV。在1400 rpm参数下,断口形貌含有的韧窝较多,深度较深,属于典型的韧性断裂方式。在静止轴肩辅助工艺R-AFSR超差孔修复过程中,在转速1400 rpm参数下得到的拉伸强度为190MPa,其相当于标准孔的97.4%。在静止轴肩辅助工艺下超差孔修复的拉伸性能均在标准孔的90%以上。在静止轴肩辅助工艺1400 rpm参数下获得的压剪强度和压缩率最高分别为64.5MPa和28.9%,相当于标准孔的82.7%和82.6%。四种不同转速下拉伸断裂方式均为韧性断裂。

关键词：径向增材搅拌摩擦修复超差孔 AZ31镁合金显微组织力学性能

VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)高熵合金中间层真空扩散连接TC4钛合金和T2铜

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焊接学报 2024年第9期45卷 1-13页

作者：吴宝生李鹏马月婷董红刚大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

根据伪二元合金设计策略和共晶高熵合金设计理念,设计并制备了VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)共晶高熵合金中间层用于真空扩散连接TC4钛合金和T2铜,研究了不同连接温度对TC4/T2扩散连接接头微观组织和力学性能的影响规律.结果表明,所... 详细信息

根据伪二元合金设计策略和共晶高熵合金设计理念,设计并制备了VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)共晶高熵合金中间层用于真空扩散连接TC4钛合金和T2铜,研究了不同连接温度对TC4/T2扩散连接接头微观组织和力学性能的影响规律.结果表明,所有接头界面结合良好无缺陷产生,在TC4侧的连接界面附近发生了部分相变,由α-Ti向β-Ti进行转变,并且形成了部分魏氏体组织.Ti_(2)(Co,Ni),Ti_(2)(V,Cr,Al),Ti(V,Cr,Co)和(V,Cr)(Al,Ni,Co)相形成在TC4/VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)界面上,而VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)/T2界面上形成了(V,Cr)(Al,Ni,Co)和(V,Cr)(Cu,Ni,Co)_(3)相.界面上形成高熵微观组织结构起到高熵固溶强化作用,扩散层Ⅰ和Ⅱ对应的生长激活能分别为229 kJ/mol和191 kJ/mol,接头抗剪强度在880℃时达到最大为194 MPa,接头主要沿着BCC基体相和B2相交替位置断裂,断口表面出现河流花样特征,属于一种典型的解理断裂模式.

关键词： TC4钛合金/T2铜异种金属真空扩散连接 VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)中间层微观组织抗剪强度

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氨厂用水的静电除垢处理

工业水处理 1991年第1期11卷 33-35页

作者：吴宝生孙振国项成林上海吴泾化工总厂

在氨冷冻装置1200m^3/h循环冷却水系统中,装设高压静电除垢器,经八年的生产运行证明,脱垢、防垢及缓蚀效果俱佳,并可节约运行费用129万余元,节约药剂开支21万余元。

关键词：水处理氨冷冻装置静电除垢处理

液相分离对T2紫铜/316L不锈钢接头组织及性能的影响

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焊接学报 2021年第11期42卷 14-21,89,I0001,I0002页

作者：朱元皓董红刚吴宝生郭柏征李鹏大连理工大学大连116024

采用钨极氩弧焊填充纯铜焊丝进行T2紫铜/316L不锈钢异种金属焊接工艺试验,分析了接头微观组织的形成机制.结果表明,使用纯铜焊丝时,铁-铜液相分离对铜/钢焊缝组织的形成起主导作用.以铜为基体的焊缝中分布着大量由铁-铜初次液相分离形... 详细信息

采用钨极氩弧焊填充纯铜焊丝进行T2紫铜/316L不锈钢异种金属焊接工艺试验,分析了接头微观组织的形成机制.结果表明,使用纯铜焊丝时,铁-铜液相分离对铜/钢焊缝组织的形成起主导作用.以铜为基体的焊缝中分布着大量由铁-铜初次液相分离形成的富铁球,在其内部还分布有标志着铁-铜二次液相分离的富铜相.富铁球内的析出相在表面能梯度和密度差的作用下,向富铁球中心呈球状聚集.由于成分和所处区域的冷却速率不同,富铁球呈现不同的形貌.基于熔池边界凝固理论,分析了接头铜/钢界面未混溶区宏观偏析机制.填丝焊时,熔池边缘形成非等温边界.纯铜焊丝制备接头铜/钢界面处液态钢母材的温度高于熔池主体,导致岛状和半未混溶区的形成.接头的铜侧存在由粗大晶粒和正常尺寸晶粒组成的软化区,拉伸试样均断裂于此,抗拉强度达到铜母材的81.7%.

关键词：铜/钢异种金属钨极氩弧焊微观组织力学性能液相分离

焊丝对T2紫铜/316L不锈钢GTAW接头组织及性能的影响

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焊接学报 2021年第6期42卷 13-21,I0001,I0002页

作者：朱元皓吴宝生郭柏征李鹏董红刚大连理工大学大连116024

采用钨极氩弧焊,分别填充纯铜焊丝和307Si焊丝对T2紫铜/316L不锈钢异种金属进行对接焊,探究焊丝对铜/不锈钢异种金属接头微观组织、力学性能和耐蚀性的影响.结果表明,铁-铜液相分离对焊缝组织的形成起主导作用,但由于过冷度不同,填充两... 详细信息

采用钨极氩弧焊,分别填充纯铜焊丝和307Si焊丝对T2紫铜/316L不锈钢异种金属进行对接焊,探究焊丝对铜/不锈钢异种金属接头微观组织、力学性能和耐蚀性的影响.结果表明,铁-铜液相分离对焊缝组织的形成起主导作用,但由于过冷度不同,填充两种焊丝制备焊缝的液相分离程度不同:铜焊丝制备焊缝中生成了初次液相分离富铁球,其内部又发生二次液相分离现象,生成富铜相;307Si焊丝制备焊缝中生成了初次液相分离富铜相,但富铜相并未呈现二次液相分离特征.两种焊丝制备接头在拉伸试验中均断裂于铜侧热影响区,抗拉强度均超过铜母材强度的80%.拉伸断口分布着韧窝和延伸区,呈现典型的韧性断裂特征.腐蚀及电化学试验结果表明,与307Si焊丝制备接头相比,铜焊丝制备接头的腐蚀深度差更大,腐蚀电流密度更高,耐蚀性更差.

关键词：铜/钢异种金属钨极氩弧焊微观组织力学性能耐蚀性

Zr-Cu-Ni非晶钎料真空钎焊TiAl合金/316L不锈钢接头的界面组织与剪切性能

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材料工程 2022年第5期50卷 52-61页

作者：杨跃森董红刚吴宝生李鹏杨江马月婷大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024

采用自主设计制备的Zr-42.9Cu-21.4Ni非晶钎料对TiAl合金和316L不锈钢进行真空钎焊,研究钎焊温度和钎焊时间对TiAl合金/316L不锈钢异种金属接头微观组织和剪切性能的影响。结果表明:钎缝界面可以划分为6个不同的反应层。1040℃/10 min... 详细信息

采用自主设计制备的Zr-42.9Cu-21.4Ni非晶钎料对TiAl合金和316L不锈钢进行真空钎焊,研究钎焊温度和钎焊时间对TiAl合金/316L不锈钢异种金属接头微观组织和剪切性能的影响。结果表明:钎缝界面可以划分为6个不同的反应层。1040℃/10 min下制备的钎焊接头从TiAl合金到316L不锈钢侧界面组织依次为γ(TiAl)+AlCuTi/α_(2)(Ti_(3)Al)+AlCuTi/AlCu+ZrCuNi+FeZr/Cu_(8)Zr_(3)+ZrCuNi+TiFe+Fe_(2)Zr/FeZr+Fe_(2)Zr+TiFe_(2)+ZrCu/α-(Fe,Cr)。随着钎焊温度的升高,接头的抗剪强度先升高后降低。当钎焊温度为1040℃和钎焊时间25 min时,接头抗剪强度达到最大值162 MPa。断口分析表明,接头在FeZr+Fe_(2)Zr+TiFe_(2)+ZrCu界面处萌生,沿着Cu_(8)Zr_(3)+ZrCuNi+TiFe+Fe_(2)Zr和α-(Fe,Cr)扩展,呈解理断裂。

关键词： TiAl合金 316L不锈钢真空钎焊 Zr-Cu基非晶钎料界面组织抗剪强度

Al-Mg合金搅拌摩擦焊接头的组织演变及腐蚀性能

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焊接学报 2024年第10期45卷 8-18页

作者：刘金浩李家辰张亮亮吴宝生李鹏董红刚大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

文中基于电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)和动电位极化等方法,探索了Al-Mg系合金AA5083-H112搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头的微观组织、腐蚀性能和力学性能,揭示了Al-Mg系合金搅拌摩擦焊接头微观... 详细信息

文中基于电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)和动电位极化等方法,探索了Al-Mg系合金AA5083-H112搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头的微观组织、腐蚀性能和力学性能,揭示了Al-Mg系合金搅拌摩擦焊接头微观组织的演变机理,明确了微观组织对其腐蚀性能和力学性能的影响规律.结果表明,5083-H112铝合金搅拌摩擦焊接头从母材区(base metal zone,BMZ)到焊核区(nugget zone,NZ)的组织演变规律符合连续动态再结晶机制.800 r/min下接头从BMZ到NZ的平均晶粒尺寸先增大后减小,大角度晶界(high angle grain boundaries,HAGBs)占比先减小后增加.随转速的升高,NZ的平均晶粒尺寸逐渐增大,HAGBs占比受焊接热输入及焊后冷却时间的影响先减小后增大.同转速下接头不同区域和不同转速下接头NZ的腐蚀倾向均呈现出与HAGBs占比正相关的规律,腐蚀部位主要在晶界,腐蚀形貌呈现出晶间腐蚀和剥落腐蚀的特征.接头各区域的硬度与微观组织相符,但对转速的变化不敏感.在600 r/min和1000 r/min转速范围内接头抗拉强度达母材的97%以上,同时断后伸长率与母材接近.

关键词： Al-Mg合金搅拌摩擦焊组织演变腐蚀性能力学性能

FGH98粉末高温合金瞬时液相扩散焊接头组织和性能

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焊接学报 2023年第11期44卷 96-103,I0008页

作者：谭欣宇李鹏马月婷黄立兵吴宝生董红刚大连理工大学大连116024

采用Ni-Cr-Mo-B中间层对FGH98高温合金进行瞬时液相扩散焊,研究保温时间对接头显微组织、力学性能和断裂行为的影响.结果表明:非等温凝固区中的共晶相为富Ni硼化物γ-Ni固溶体,等温凝固区主要有γ-Ni固溶体,扩散影响区中含有多种形貌的... 详细信息

采用Ni-Cr-Mo-B中间层对FGH98高温合金进行瞬时液相扩散焊,研究保温时间对接头显微组织、力学性能和断裂行为的影响.结果表明:非等温凝固区中的共晶相为富Ni硼化物γ-Ni固溶体,等温凝固区主要有γ-Ni固溶体,扩散影响区中含有多种形貌的硼化物.随着保温时间的延长,非等温凝固区的共晶相逐渐减少并消失,扩散影响区的宽度增加,接头的剪切强度也逐渐增加.增加保温时间,硼元素扩散距离增加,导致扩散影响区中硼化物析出相密度降低.保温时间为120 min时接头完全等温凝固,剪切强度达到724 MPa,接头断裂出现在扩散影响区中,断裂模式为韧性断裂.

关键词： FGH98高温合金瞬时液相扩散焊显微组织剪切强度等温凝固

AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金与304不锈钢扩散焊接头强化新策略

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第7期33卷 2121-2135页

作者：李鹏孙浩田李超吴宝生杨江姜瑀董红刚大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

为探索共晶高熵合金潜在的工程应用,研究AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金与304不锈钢扩散焊接头的界面组织和力学性能。扩散区由固溶体区和Fe2Al5金属间化合物区组成。不锈钢与高熵合金、高熵合金中两相之间均存在元素扩散速率差异,近高... 详细信息

为探索共晶高熵合金潜在的工程应用,研究AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金与304不锈钢扩散焊接头的界面组织和力学性能。扩散区由固溶体区和Fe2Al5金属间化合物区组成。不锈钢与高熵合金、高熵合金中两相之间均存在元素扩散速率差异,近高熵合金侧形成由FCC相和γ-Fe相组成的固溶体区,提高接头的剪切强度。另外,接头剪切强度先增加后减少,在980℃,60 min和30 MPa工艺参数下接头最高剪切强度为355 MPa。扩散区形成的互锁结构和局部固溶体结构协同提高接头的剪切强度。

关键词：扩散连接 AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金强化机理 304不锈钢剪切强度