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电子束选区熔化增材制造TiAl合金的高温硬度及氧化行为研究

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稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 222-229页

作者：谭宇璐张艳梅卢冰文闫星辰李艳辉代明江刘敏广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510651

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化(EBM)增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本工作重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温... 详细信息

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化(EBM)增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本工作重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明,EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织;在800℃下恒温氧化100 h,表现出较低的氧化速率常数,形成的氧化膜主要由TiO_(2)、Al_(2)O_(3)及TiO_(2)/Al_(2)O_(3)混合交替层组成,抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外,900℃以下,该合金具有良好的高温硬度,显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。

关键词：电子束选区熔化恒温氧化氧化膜高温硬度

T5热处理对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金高温硬度和组织的影响

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热加工工艺 2022年第2期51卷 130-132,137页

作者：刘凯张星张治民郭睿中北大学材料科学与工程学院山西太原030051

对变形后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金进行时效处理实验,研究了不同时效时间和工作温度(测试温度)对合金组织和硬度的影响。结果表明,该合金225℃下时效处理最优时效时间为12 h,最高硬度为128 HV;当工作温度变化,其硬度达到峰值的时效时... 详细信息

对变形后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金进行时效处理实验,研究了不同时效时间和工作温度(测试温度)对合金组织和硬度的影响。结果表明,该合金225℃下时效处理最优时效时间为12 h,最高硬度为128 HV;当工作温度变化,其硬度达到峰值的时效时间相同;工作温度在时效温度以下时,合金的高温硬度有较好稳定性,仅降低4〜9 HV,当工作温度超过时效温度时,合金的高温硬度明显下降,降低约24〜30 HV。

关键词： Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金时效时间高温硬度

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高温结构陶瓷材料高温硬度及其表征方法研究

高温结构陶瓷材料高温硬度及其表征方法研究

作者：刘宇檬重庆科技学院

学位级别：硕士

高温结构陶瓷材料具有高熔点、良好的力学性能、耐氧化及耐腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天、军事装备及核能等领域。例如超高温陶瓷材料被广泛应用于高超音速飞行器、高超音速导弹等的热防护系统。考虑到陶瓷材料在高温环境下的应用... 详细信息

高温结构陶瓷材料具有高熔点、良好的力学性能、耐氧化及耐腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天、军事装备及核能等领域。例如超高温陶瓷材料被广泛应用于高超音速飞行器、高超音速导弹等的热防护系统。考虑到陶瓷材料在高温环境下的应用越来越广泛,而高温硬度是材料高温应用的重要力学性能指标之一,因此系统研究材料在不同温度下的硬度及其影响机制就显得十分重要和必要。如何表征及提高材料高温硬度也一直是高温结构陶瓷材料领域研究的重点和热点。本论文基于力热能量密度等效原理及经典力学理论等,建立了高温结构陶瓷材料温度相关性硬度理论表征模型,并结合理论与实验研究结果系统分析了各因素对材料硬度的影响及其随温度的演化规律。此外,考虑到通过晶须增韧陶瓷材料是目前提高陶瓷材料韧性最有效的方法之一,本论文还开展了晶须增强陶瓷基复合材料温度相关性硬度的理论及实验研究工作。主要研究内容如下:(1)基于力热能量密度等效原理及经典力学理论等,通过利用材料硬度及杨氏模量等表征材料发生屈服时的应变能,以及利用比热容、熔点等表征材料发生屈服时的热能,进而通过考虑对应材料发生屈服时的应变能与热能之间的等效关系,建立了高温结构陶瓷材料温度相关性硬度的理论表征模型。利用所建模型预测了不同陶瓷材料在不同温度下的硬度并与实验结果进行了对比。结果表明模型预测结果与实验值取得了很好的一致性,多数预测值与实验值的吻合率达到90%以上,这很好地验证了所建模型的有效性。所建温度相关性理论模型不含任何的拟合参数,仅需要材料温度相关性杨氏模量、任意参考温度下的材料硬度及材料的比热容即可预测陶瓷材料在不同温度下的硬度,为陶瓷材料在高温领域的应用可靠性评价方面提供了一种简单且有效的技术手段。(2)针对微纳米尺度下的材料硬度,基于力热能量密度等效原理及压痕尺寸效应理论等,通过考虑温度对材料压痕塑性行为的影响,建立了可计及压痕尺寸效应影响的高温材料温度相关性硬度理论表征模型。该模型考虑了定压热容、压痕深度、杨氏模量以及熔点等因素的影响。此外,考虑到难以获取部分新型材料的定压热容,通过利用物体内部所有分子动能之和来表征材料屈服时的热能,建立了一个更简单的仅包含熔点、压痕深度以及杨氏模量等参数的材料温度相关性硬度理论模型。所建模型考虑了不同温度下压痕尺寸效应对材料硬度的影响,可用于预测材料在微纳米尺度下的压痕硬度,且模型中不含任何的拟合参数。利用所建模型预测了不同陶瓷材料温度和尺寸相关的硬度并与微纳米压痕硬度测试值进行了对比。结果表明理论预测值与实验值吻合较好,验证了模型的有效性。与未考虑尺寸效应影响的已有理论模型的预测结果相比,所建模型的预测结果更加准确。这表明在预测微纳米压痕硬度时需要合理考虑压痕尺寸效应的影响。同时,利用所建模型还预测了不同金属材料的温度及尺寸相关的硬度,预测值与实验值取得了很好的一致性。这表明所建模型可用于预测陶瓷材料和金属材料的温度及尺寸相关硬度。利用所建模型进一步对不同温度下压痕尺寸及杨氏模量等对材料硬度的影响进行了系统的研究。结果表明在不同温度下,压痕尺寸效应均会对材料的硬度产生影响,且随着温度的升高,尺寸效应对材料硬度的影响作用开始逐渐削弱;提高材料的杨氏模量可以达到提高材料在不同温度下硬度的目的。(3)针对晶须增强陶瓷基复合材料,基于力热能量密度等效原理及复合材料混合定律等,建立了晶须增强陶瓷基复合材料温度相关性硬度的理论表征模型。通过热压烧结法制备了AlO陶瓷材料及添加20 vol.%Si C晶须增强的AlO基复合材料,并测试了材料在室温、400 C、800 C及1000 C下的硬度。实验结果表明,两种陶瓷材料的硬度均随着温度的升高而降低;在400 C及800 C下,添加20 vol.%Si C晶须增强的AlO基复合材料具有更高的硬度。进一步对20 vol.%Si C晶须增强的AlO基复合材料表面及残余压痕的微观形貌进行了表征,分析了材料在不同温度下的压痕行为。利用建立的理论表征模型对材料在不同温度下的硬度进行了预测,结果显示模型预测值与实验值吻合较好,验证了理论模型的有效性。基于实验及理论研究结果可知,晶须增强陶瓷基复合材料高温硬度的主要控制机制为晶须与基体含量及其力学性能参数随温度变化的趋势。利用所建模型,还系统研究了不同温度下复合材料晶须和基体的杨氏模量及晶须的含量对材料硬度的影响。结果表明通过控制复合材料晶须和基体的杨氏模量及晶须的含量可以达到提高材料在不同温度下硬度的目的。本工作所建模型可用于定量表征材料硬度与温度、杨氏模量、定压热容以及晶须含量之间的关系,且不含任何的拟合参数,可为晶须增强陶瓷基复合材料的设计及应用可靠性评价等提供理论指导。

关键词：高温结构陶瓷高温硬度压痕尺寸效应理论表征模型晶须增强

硬质合金的成分对其高温抗氧化性和高温硬度的影响

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硬质合金 2023年第4期40卷 263-270页

作者：罗学全于涛瞿峻温光华株洲钻石切削刀具股份有限公司湖南株洲412007 中南大学轻合金研究院湖南长沙410083

在金属切削加工中,硬质合金刀具材料在高温下会发生氧化反应,硬度显著下降,严重影响着硬质合金刀具的服役性能。本文采用传统粉末冶金工艺,制备WCCo基硬质合金,研究了钴含量、WC晶粒度、TaC/NbC/TiC添加剂对硬质合金的高温抗氧化性和高... 详细信息

在金属切削加工中,硬质合金刀具材料在高温下会发生氧化反应,硬度显著下降,严重影响着硬质合金刀具的服役性能。本文采用传统粉末冶金工艺,制备WCCo基硬质合金,研究了钴含量、WC晶粒度、TaC/NbC/TiC添加剂对硬质合金的高温抗氧化性和高温硬度的影响。结果表明:增加钴含量,硬质合金的高温抗氧化性提升,高温硬度显著升高;减小WC晶粒度,硬质合金的高温抗氧化性提升,高温硬度显著降低;与WC-Co硬质合金相比,添加TaC对硬质合金的高温抗氧化性无明显影响,添加NbC会降低硬质合金的高温抗氧化性,而添加TiC可以明显提高硬质合金的高温抗氧化性;添加TaC、NbC、TiC,均能显著提高硬质合金的高温硬度。

关键词：硬质合金成分高温抗氧化性高温硬度

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高碳高钒高速钢的高温硬度及热处理的研究

金属热处理 2000年第3期25卷 22-24页

作者：王金国周宏苏源德连建设大成桂作吉林工业大学铸造教研室长春130025 日本九州大学

研究了高碳高钒高速钢的淬火、回火热处理及高温硬度。结果表明 ,其峰值硬度温度较常规高速钢低 1 5 0～ 2 5 0℃左右 ,随碳量增加 ,峰值硬度温度降低 ,相同碳量、钒量增加 ,峰值硬度温度升高。回火后的硬度变化和常规高速钢呈相同的趋... 详细信息

研究了高碳高钒高速钢的淬火、回火热处理及高温硬度。结果表明 ,其峰值硬度温度较常规高速钢低 1 5 0～ 2 5 0℃左右 ,随碳量增加 ,峰值硬度温度降低 ,相同碳量、钒量增加 ,峰值硬度温度升高。回火后的硬度变化和常规高速钢呈相同的趋势 ,二次硬化温度约在 5 5 0℃ ,但二次硬化的峰值硬度差较小 ,在二次硬化温度二次回火 ,二次硬化作用消失。随碳量、钒量增加 ,高温硬度增加。根据轧辊辊面硬度要求 ,高碳高钒高速钢的淬火温度为 95 0～ 1 1 0 0℃ ,回火温度为 5 30～ 5 5 0℃ ,一次回火即可。

关键词：高速钢热处理高温硬度淬火回火

WC_xTaC-Co硬质合金的结构性能及高温硬度的演变

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金刚石与磨料磨具工程 2018年第4期38卷 50-55,60页

作者：林亮亮厦门金鹭特种合金有限公司福建厦门361006

通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针微区分析(EPMA)、常规物理力学性能检测以及高温硬度测试方法,研究WC-Co硬质合金中添加质量分数为0.00%~3.00%的TaC对其组织结构、力学性能以及高温硬度的影响。研究结果表明:当TaC质量分... 详细信息

通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针微区分析(EPMA)、常规物理力学性能检测以及高温硬度测试方法,研究WC-Co硬质合金中添加质量分数为0.00%~3.00%的TaC对其组织结构、力学性能以及高温硬度的影响。研究结果表明:当TaC质量分数低于0.50%时,TaC主要溶解于硬质合金黏结相中,起固溶强化和抑制晶粒长大的作用,合金的室温维氏硬度和抗弯强度明显提升;当TaC质量分数由0.50%增加至3.00%时,合金结构中开始出现不均匀分布的(Ta,W)C析出相,合金的室温维氏硬度缓慢增加,抗弯强度先缓慢增加而后下降。添加TaC有助于提升硬质合金的高温硬度,提升效果与TaC添加量存在一定的正相关关系。在1000℃高温下,未添加TaC的合金高温维氏硬度为802MPa,而添加质量分数1.50%的TaC的合金高温维氏硬度明显改善,其高温硬度值可达1 025MPa。

关键词：硬质合金 TaC 晶粒抑制剂高温硬度

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钢的高温硬度研究

材料科学与工艺 1989年第Z1期 30-36页

作者：陈景榕石沂平北京科技大学

测定了两组共13种工业用钢从室温到700℃的维氏硬度(H)。得出,具有平衡组织的碳钢,其 H—T 关系是非线性的,200—500℃,曲线出现平台,低碳钢甚至出现极大值;含碳0.2-1.2%的碳钢,随温度上升,硬度之差别逐渐减小,在700℃各钢硬度趋于一致... 详细信息

测定了两组共13种工业用钢从室温到700℃的维氏硬度(H)。得出,具有平衡组织的碳钢,其 H—T 关系是非线性的,200—500℃,曲线出现平台,低碳钢甚至出现极大值;含碳0.2-1.2%的碳钢,随温度上升,硬度之差别逐渐减小,在700℃各钢硬度趋于一致;二次硬化状态的工具钢,在500℃以下 H-T 呈线性关系,提出了估算高速钢500℃以下硬度的简易公式;超过回火温度时,由于不可逆软化,使 H—T 关系成为非线性的。

关键词：高温硬度高速钢