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2024Sc铝合金及其短碳纤维增强复合材料组织及性能研究

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2024Sc铝合金及其短碳纤维增强复合材料组织及性能研究

作者：邓高生郑州大学

学位级别：硕士

本文以含钪2024合金为基础,采用熔配法制备2024Sc合金和2mm和3mm的2%wt.短碳纤维增强含钪2024铝基复合材料。利用金相显微镜、扫描电子显微镜技术分析了材料微观组织和断口形貌,采用EDS能谱分析技术进行了物相分析。材料的密度、致密性... 详细信息

本文以含钪2024合金为基础,采用熔配法制备2024Sc合金和2mm和3mm的2%wt.短碳纤维增强含钪2024铝基复合材料。利用金相显微镜、扫描电子显微镜技术分析了材料微观组织和断口形貌,采用EDS能谱分析技术进行了物相分析。材料的密度、致密性分别利用阿基米德原理、油浸试验进行了分析,并与理论密度进行了对比;采用拉伸试验、加载-卸载试验测量了三种材料在不同时效状态下的常规力学性能和微屈服性能,并采用开口圆环开口变化对比分析了材料的尺寸稳定性。研究发现:(1)2024Sc铝合金及其2mm和3mm短碳纤维增强复合材料铸态组织均由深灰色α-Al基体及α-Al基体晶界及碳纤维周围网状分布的白色的含Cu、Mg元素及少量Sc、Zr、Mn、O等元素的AlCuMg、AlCu、Al(Sc,Zr)组成。材料经挤压后,晶粒被拉长,白色第二相沿着晶粒呈不连续分布,碳纤维由铸态的无规则分布趋于平行于挤压方向分布。(2)含钪2024铝及其2mm/3mm短碳纤维增强复合材料铸态均具有较高的孔隙率、吸油率,经挤压后,密度、致密性提升,孔隙率分别降低了57.2%、50.6%、66.3%;碳纤维加入后,材料密度降低,孔隙率、吸油率增大,致密性下降,且相比于3mmCf增强含钪2024铝基复合材料,2mmCf增强含钪2024铝基复合材料孔隙率、吸油率更高,致密性较低。(3)对三种材料进行500℃/4h固溶、130℃/3h+200℃/(5h,10h,15h)时效处理研究发现:随着时效的进行,2024Sc铝合金及其2mm/3mm短碳纤维增强复合材料屈服强度、抗拉强度、弹性模量均先增大后减小,延伸率先减小后增大;相较于基体合金,碳纤维加入后,复合材料屈服强度、抗拉强度、延伸率均有所下降,弹性模量增大。但是,在拉伸过程中,碳纤维存在断裂、拔出等现象,导致材料提前失效断裂。相比于2mm短碳纤维增强2024Sc复合材料,3mm短碳纤维增强2024Sc铝合金具有更高的屈服强度、抗拉强度、弹性模量,分别达到了315MPa、465MPa、82.3GPa,分别较2mm短碳纤维增强2024Sc铝合金提高了5.9%,1.8%,3.3%。(4)含钪2024铝及其2mm/3mm短碳纤维增强复合材料微屈服强度随着时效时间的延长先增加后降低,在峰值时效时材料具有最高的微屈服强度,分别达到294.5MPa、256MPa、276MPa。微屈服阶段的加工硬化率先增大后减小,均远高于宏观屈服初期的加工硬化率。加入碳纤维后,由于材料内部缺陷增加,材料的微屈服强度降低。相比于2mm短碳纤维,3mm短碳纤维增强含钪2024铝基复合材料微屈服强度提高了7.8%。(5)2024Sc铝合金及短碳纤维增强复合材料圆环经495℃/4h固溶,130℃/3h预时效,200℃进行10h峰时效处理后,2024Sc合金的圆环开口后具有最大的瞬时开口尺寸变化,加入碳纤维后圆环开口尺寸明显下降,特别是添加2mm长度的碳纤维增强复合材料,具有最小的瞬时开口变化尺寸。三种材料圆环开口间隙尺寸随着时间的延长相较于瞬时开口尺寸稍有增大然后逐渐趋于稳定,这与材料中存在的较高内应力及其应力释放有关;碳纤维的加入是有利于材料尺寸稳定性的改善。

关键词：碳纤维铝基复合材料热处理力学性能微屈服强度尺寸稳定性

短碳纤维增强2024铝基复合材料微屈服行为研究

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特种铸造及有色合金 2016年第6期36卷 637-640页

作者：邓高生杨瑞宾刘忠侠郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室

采用液态搅拌铸造制出了纤维长度分别为2mm和3mm、含量为2%的短碳纤维增强的含Sc的2024铝基复合材料。用加载-卸载法研究了两种材料不同时效态的微屈服性能。结果表明,短碳纤维增强2024铝基复合材料的微屈服强度具有宏观强度时效强化规... 详细信息

采用液态搅拌铸造制出了纤维长度分别为2mm和3mm、含量为2%的短碳纤维增强的含Sc的2024铝基复合材料。用加载-卸载法研究了两种材料不同时效态的微屈服性能。结果表明,短碳纤维增强2024铝基复合材料的微屈服强度具有宏观强度时效强化规律特征。峰值时效的材料具有最高的微屈服强度;微屈服阶段硬化率先增大后减小,均远高于宏观屈服初期硬化率。相比于2mm碳纤维,3mm碳纤维增强的含Sc的2024铝基复合材料具有更高的微屈服强度。

关键词：铝基复合材料微屈服碳纤维长度时效工艺

冷轧Al-4Ti-1B变质剂对ZL205A合金组织和力学性能的影响

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热加工工艺 2024年第15期53卷 59-65页

作者：赵志豪邓高生徐小林文玉华四川大学机械工程学院四川成都610065 重庆衡山机械有限责任公司重庆404100

研究了冷轧对Al-4Ti-1B华夫块变质剂中TiAl3和TiB2相尺寸和形态的影响,及其对ZL205A合金组织和力学性能的影响。结果表明,冷轧能将Al-4Ti-1B变质剂中的杆状TiAl3相碎化成块状,导致TiAl3相尺寸减小,数量显著增加。与未冷轧Al-4Ti-1B华夫... 详细信息

研究了冷轧对Al-4Ti-1B华夫块变质剂中TiAl3和TiB2相尺寸和形态的影响,及其对ZL205A合金组织和力学性能的影响。结果表明,冷轧能将Al-4Ti-1B变质剂中的杆状TiAl3相碎化成块状,导致TiAl3相尺寸减小,数量显著增加。与未冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂细化ZL205A合金的晶粒相比,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂实现了相当的晶粒细化效果。经T6热处理后,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质合金的塑性比未冷轧华夫块变质合金高4%,但其抗拉强度降低5 MPa。其强度的降低可归因于固溶在基体中Ti原子数量减少导致的Al2Cu强化相数量的减少和尺寸的增大。

关键词： ZL205A铝合金 Al-4Ti-1B变质剂冷轧晶粒细化力学性能

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薄壁件石膏型铸造工艺

薄壁件石膏型铸造工艺

2021重庆市铸造年会

作者：杨旸徐小林邓高生重庆衡山机械有限责任公司

对铝合金薄壁件预判其中的缺陷,提前做好工艺规划十分重要。首先确定薄壁件能够充型饱满,利用石膏制作铸型,提高浇注温度。然后利用真空罐,及熔炼工艺的控制消除内在缺陷。最终得到充型饱满,内在质量优良的零件。

关键词：薄壁件真空流动性熔模

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大型厚壁平板铸件低压铸造工艺研究

大型厚壁平板铸件低压铸造工艺研究

2021重庆市铸造年会

作者：邓高生徐小林杨旸重庆衡山机械有限责任公司

本文采用低压铸造,取消冒口提高工艺出品率,实现我司某大型厚壁平板铸件铸造成型;设计浇注系统、冷铁及排气,计算低压工艺参数,选择合适的平板倾斜角度,模流分析对平板充型及凝固过程进行前期论证;分析结果显示,铸件充型平稳,无明显涡... 详细信息

本文采用低压铸造,取消冒口提高工艺出品率,实现我司某大型厚壁平板铸件铸造成型;设计浇注系统、冷铁及排气,计算低压工艺参数,选择合适的平板倾斜角度,模流分析对平板充型及凝固过程进行前期论证;分析结果显示,铸件充型平稳,无明显涡流、憋气及卷气现象,安放冷铁明显改善或减小热节及其体积;生产浇注后,平板充型饱满,最高处无浇不足现象,表面无明显氧化皮、夹渣孔洞等缺陷,重点部位X射线探伤等级≤3级,满足我司要求。

关键词：大型厚壁平板铸件低压铸造模流分析倾斜

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基于差分图像的滴塑模具残留物检测算法

计算机测量与控制 2016年第12期24卷 14-16页

作者：邓高生李迪王世勇华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

模具是工业产品的成型工具,在滴塑加工过程中,若模具存在异物,它会导致下一次成型时成品出现孔洞,严重降低产品质量;针对该问题,提出了一种基于差分图像的残留检测算法,首先采用基于灰度模板匹配算法定位检测区域,再将标准图像和当前图... 详细信息

模具是工业产品的成型工具,在滴塑加工过程中,若模具存在异物,它会导致下一次成型时成品出现孔洞,严重降低产品质量;针对该问题,提出了一种基于差分图像的残留检测算法,首先采用基于灰度模板匹配算法定位检测区域,再将标准图像和当前图像作差分,并进行阈值分割和形态学处理获得二值化图像,最后对图像进行连通区域分析,得到残留物在图像中的位置和大小;针对环境光照变化引起的误检现象,采用了一种全局光照补偿算法降低其影响;测试结果表明,该算法效率高并具有良好的稳定性,适用于模具的残留物检测。

关键词：滴塑残留物检测差分图像

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我国ZL205A研究现状

我国ZL205A研究现状

2022重庆市铸造年会

作者：邓高生卿政乔兴华杨旸重庆衡山机械有限责任公司

为提高ZL205A流动性、热裂性等铸造性能及常规力学性能,本文对国内ZL205A铝合金材料研究现状进行调研,以期获得有用的参考借鉴,提升铸件合格率。

关键词： ZL205A 研究现状

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氟锆酸钾对ZL114A性能的影响

氟锆酸钾对ZL114A性能的影响

2022重庆市铸造年会

作者：邓高生牟宜华陈登华徐小林重庆衡山机械有限责任公司

本文采用电阻炉熔炼ZL114A,通过旋转搅拌加入K2ZrF6,探究K2ZrF6的添加对ZL114A钠变质前及变质后、不同铸型的影响。通过OM金相显微镜、力学性能测试,结果表明:只要加K2ZrF6,无论变质与否,均会增加熔体中杂质倾向,T5及T6时抗拉强度及延... 详细信息

本文采用电阻炉熔炼ZL114A,通过旋转搅拌加入K2ZrF6,探究K2ZrF6的添加对ZL114A钠变质前及变质后、不同铸型的影响。通过OM金相显微镜、力学性能测试,结果表明:只要加K2ZrF6,无论变质与否,均会增加熔体中杂质倾向,T5及T6时抗拉强度及延伸率降低;晶粒组织未见明显细化。

关键词： ZL114A K2ZrF6 力学性能热处理

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Al-Cu-Mg系合金强韧化研究方法

Al-Cu-Mg系合金强韧化研究方法

2024重庆市铸造年会

作者：邓高生陈雪梅刘勇乔兴华杨旸

本文阐述了Al-Cu-Mg合金合金化原理、各主合金元素间相互作用及影响;分别从固溶强化、细晶强化、第二相强化、加工硬化等几个方面对其强韧化研究进行简要介绍;在此基础上,讨论了新型微合金元素Zr、Sc、Li、Er、Ag、Y、Yb等对Al-Cu-Mg合... 详细信息

本文阐述了Al-Cu-Mg合金合金化原理、各主合金元素间相互作用及影响;分别从固溶强化、细晶强化、第二相强化、加工硬化等几个方面对其强韧化研究进行简要介绍;在此基础上,讨论了新型微合金元素Zr、Sc、Li、Er、Ag、Y、Yb等对Al-Cu-Mg合金影响及国内外对Al-Cu-Mg合金强韧化的部分研究。

关键词： Al-Cu-Mg合金强韧化微量元素概述