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AZ31B镁合金板材纵波与平辊轧制宏观织构演变

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1928-1936页

作者：郑仁辉刘江林贾睿杨冬冬杨磊张健壮梁建国太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024

为探究纵波轧制(LR)对AZ31B镁合金板材基面织构的影响,对AZ31B镁合金板材进行400℃/20min和450℃/20 min热处理以及振幅0.35 mm,周期4 mm的纵波波纹辊和平辊轧制。采用XRD对热处理及轧制后的板材进行宏观织构表征,运用极图及ODF对织构... 详细信息

为探究纵波轧制(LR)对AZ31B镁合金板材基面织构的影响,对AZ31B镁合金板材进行400℃/20min和450℃/20 min热处理以及振幅0.35 mm,周期4 mm的纵波波纹辊和平辊轧制。采用XRD对热处理及轧制后的板材进行宏观织构表征,运用极图及ODF对织构演变进行了分析,同时对金属在轧制变形区的变形行为进行了仿真分析。结果表明:板材热处理后,400℃下的{0002}极图中极密度最大值由11.21降到8.41,450℃下降到7.08,450℃下热处理后的织构强度弱于400℃;LR后板材的基面织构显著弱化,大量晶粒向RD、TD方向发生了偏转,其中向RD方向最多偏转30°,向TD方向最多偏转40°,400℃下的{0002}峰值织构强度降到4.33,450℃下降到5.62,400℃下LR的织构弱化效果比450℃更明显;二道次轧制后的板材,450℃下的基面织构强度要弱于400℃。分析表明:LR使得晶粒的c轴取向由ND向TD、RD方向发生了偏转,这是由于LR过程中存在类似于异步轧制过程中的“搓轧区”,其中产生的剪切力使晶粒沿RD方向发生偏转,弯曲和挤压复合变形下金属流动和剪切促进晶粒TD取向。

关键词： AZ31B镁合金板材纵波-平辊轧制有限元宏观织构

高频脉冲电流辅助镁/铝合金一步轧焊复合板制备及界面接合机理

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机械工程学报 2024年第4期60卷 305-315页

作者：张婷婷许振波王艳卞功波王涛王文先太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

针对传统热轧制备镁/铝合金复合板大下压率复合时异种金属协调变形差、界面氧化膜去除困难和金属间化合物层(Intermetallic compounds,IMCs)生成不易控制的问题,提出采用高频脉冲电流辅助一步轧焊成形制备镁/铝合金复合板的新方法。探讨... 详细信息

针对传统热轧制备镁/铝合金复合板大下压率复合时异种金属协调变形差、界面氧化膜去除困难和金属间化合物层(Intermetallic compounds,IMCs)生成不易控制的问题,提出采用高频脉冲电流辅助一步轧焊成形制备镁/铝合金复合板的新方法。探讨30 kHz、400 A、50%占空比的脉冲电流通电120 s作用,不同压下率复合板界面的结构形貌及结合强度。结果表明:压下率为16.8%时,复合板剪切强度最高,达到27.87MPa;不同压下率复合板横截面界面处均出现不同程度的熔融液相金属液珠挤出的现象,当压下率较小时(压下率为16.8%和22.3%)界面IMCs较厚,约为7.8μm,且界面呈现明显的“齿状”结构形貌;随着压下率的增大,IMCs逐渐减薄且界面形貌趋于平直。综合分析发现,高频脉冲电流辅助作用可实现镁/铝合金复合板的小压下率复合;其界面结合机理可归纳如下:镁/铝合金连接界面局部高温导致的界面微区部分母材金属熔化的熔钎焊接和原子扩散连接的冶金结合机理。分析其原因主要是连接界面微区局部高温并超过Mg-Al相图共晶温度形成的共晶液相,而界面局部高温一方面是异种金属连接界面待复合微区的局部接触电阻增大导致的瞬时高温;另一方面是高频脉冲电流在待连接界面微区的集肤和邻近效应导致的。

关键词：镁/铝合金复合板高频脉冲电流轧焊复合成形部分母材金属熔化冶金结合机理

地应力约束下米级油页岩高温蒸汽压裂与渗流-传热特征

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中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 68-78页

作者：王磊张睿赵阳升杨栋孟巧荣张红鸽康志勤太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 太原理工大学安全与应急管理工程学院山西晋中030600

为了探明高温蒸汽原位压裂油页岩的过程与机理,评价高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中温压时空演变规律,以大尺寸(米级)油页岩作为研究对象,采用实验室物理模拟的方法研究了在地应力约束下油页岩储层在高温蒸汽持续作用下表现的宏观压... 详细信息

为了探明高温蒸汽原位压裂油页岩的过程与机理,评价高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中温压时空演变规律,以大尺寸(米级)油页岩作为研究对象,采用实验室物理模拟的方法研究了在地应力约束下油页岩储层在高温蒸汽持续作用下表现的宏观压裂-渗流-传热特性.试验结果显示:高温蒸汽压裂需要克服地层应力和热应力叠加的约束作用,起裂压力值高,可达地应力的2倍;油页岩顶底板致密低渗,可以对压裂矿层起到较好的保温和隔热作用,热解区域完全靠蒸汽的流动规律控制;高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中,蒸汽压力(最大0.97 MPa)要远低于地层应力(3.82 MPa),当蒸汽沟通注热井和生产井时,二者的压力表现出协同一致的变化特征.在低地应力油页岩原位注热开采过程中,可以采用高温蒸汽压裂技术,压裂后矿层渗流通道良好,在矿层中注入较低压力的蒸汽便可实现大范围热解,通过注热井和生产井的轮换和调控,可以快速控制热解区域的走向.

关键词：油页岩蒸汽压裂渗流传热热破裂

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煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 12-27页

作者：梁卫国郭凤岐于永军张泽寒闫俊才太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

传统井下煤矸石需运输至地面处理,不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染,而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井,从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源... 详细信息

传统井下煤矸石需运输至地面处理,不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染,而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井,从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗,实现煤炭的绿色低碳智能开采,回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展,并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势,提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法,详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理,以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石,预防煤岩动力灾害,提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统,并探讨了各子系统间的新环逻辑关系,以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石,提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统,并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井,并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

关键词：低碳开采智能化煤矸识别原位分选充填采选充一体化

基于图像与点云融合的巷道锚护孔位识别定位方法

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 249-261页

作者：王宏伟李进闫志蕊郭军军张夫净李超太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

煤矿掘进巷道锚护位置的精准识别与定位是钻锚机器人实现智能永久支护亟需突破的关键技术。笔者提出一种基于视觉图像与激光点云融合的巷道锚护孔位智能识别定位方法,包括图像目标识别、点云图像特征融合和定位坐标提取3个步骤:①针对... 详细信息

煤矿掘进巷道锚护位置的精准识别与定位是钻锚机器人实现智能永久支护亟需突破的关键技术。笔者提出一种基于视觉图像与激光点云融合的巷道锚护孔位智能识别定位方法,包括图像目标识别、点云图像特征融合和定位坐标提取3个步骤:①针对煤矿井下低照度、水雾和粉尘等环境因素导致的锚孔轮廓成像模糊的问题,采用IA(Image-Adaptive)-SimAM-YOLOv7-tiny网络对巷道待锚护孔位进行视觉识别,该网络能够自适应地增强图像亮度和对比度,恢复锚孔边缘的高频信息,并使模型重点关注锚孔特征,提高锚孔检测的成功率;②求解激光雷达和工业相机联合标定的外参矩阵,将图像检测的锚孔边界框通过透视投影关系生成锥形感兴趣区域(Region Of Interest,ROI),获得对应的目标点云团簇;③采用点云处理算法提取锚护孔位边界点云,获得孔位中心坐标及其法向量,并通过坐标深度差比较判断锚孔识别的正确性。文中搭建了锚杆台车机械臂钻孔定位系统,对算法自主定位的精度以及准确度进行验证,试验结果表明:IA-SimAM-YOLOv7-tiny模型的平均精度均值(Mean Average Precision,mAP)为87.3%,较YOLOv7-tiny模型提高了4.6%;提出的融合算法定位误差为3 mm,单锚孔情况下系统平均识别时间为0.77 s,与单一视觉方法相比,采用激光与视觉多源融合不仅可以降低环境和小样本训练对定位性能的影响,而且可以获得锚护孔位的法向量,为机械臂调整钻孔位姿实现精准锚固提供依据。

关键词：锚孔精准定位图像识别点云处理激光雷达和相机联合标定数据融合

深冷处理对X52管线钢耐磨性与耐腐蚀性的影响

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表面技术 2024年第8期53卷 74-83页

作者：何琼李永刚朱艳强杨林滋太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学精密加工山西省重点实验室太原030024 太原理工大学山西省金属材料腐蚀与防护工程技术研究中心太原030024

目的提高X52管线钢基体的耐磨性能与耐腐蚀性能,探究深冷处理对X52管线钢性能的影响机制。方法采用液体法的冷处理方式,对X52管线钢进行不同时间的深冷处理。采用显微硬度仪、超景深光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射... 详细信息

目的提高X52管线钢基体的耐磨性能与耐腐蚀性能,探究深冷处理对X52管线钢性能的影响机制。方法采用液体法的冷处理方式,对X52管线钢进行不同时间的深冷处理。采用显微硬度仪、超景深光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损仪器、万能拉伸机以及电化学工作站,分别观察或评价深冷处理后X52管线钢的显微组织、物相组成、硬度变化、拉伸性能、耐磨性与耐腐蚀性能。结果经过不同时间的深冷处理后,由于弥散碳化物的析出和晶粒细化,试件的显微硬度、抗拉强度和弹性模量均有所提高,但屈服强度变化不明显。当深冷处理时间为30 h时,其显微硬度达到最大值210.8HV0.2,比未深冷态190.3HV0.2提高了10.77%,当深冷处理时间为7 h时,其抗拉强度达到最大值600.7 MPa,比未深冷态574.7 MPa提高了4.05%。经过深冷处理,由于试件的晶粒得到了细化,组织成分更加均匀,试件的摩擦磨损性能得到提高,磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损的共同作用,其中磨粒磨损起着主要作用。极化曲线结果显示,深冷处理后的试件自腐蚀电位均正移,当深冷处理时间分别为11、30和55 h时,腐蚀电流密度由未深冷态的15.47×10^(−6)A/cm^(2)分别降低到1.781×10^(−6)、1.335×10^(−6)、1.257×10^(−6)A/cm^(2),数值降低了一个数量级,说明材料的耐腐蚀性能得到了提高。结论深冷处理可以有效改善X52管线钢的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能,在管道运输领域具有潜在的应用前景。

关键词：深冷处理 X52管线钢显微组织耐磨性耐腐蚀性

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镁/铝复合板热轧过程轧制力和厚度预测与分析

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2627-2640页

作者：苏军郝平菊刘元铭王振华王涛太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024 海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院海安226600

热轧镁/铝复合板各层厚度直接决定了它能否满足不同环境条件下的使用要求,因此,研究决定各层厚度的轧制力和厚度预测模型对轧制过程控制和产品的性能提升具有重要的意义。本文建立了AZ31B镁合金和5052铝合金在轧制过程中变形抗力的PSO-B... 详细信息

热轧镁/铝复合板各层厚度直接决定了它能否满足不同环境条件下的使用要求,因此,研究决定各层厚度的轧制力和厚度预测模型对轧制过程控制和产品的性能提升具有重要的意义。本文建立了AZ31B镁合金和5052铝合金在轧制过程中变形抗力的PSO-BP预测模型,高精度地表征其在不同温度、应变和应变速率下的变形特性。结果表明:镁合金对应模型的的R2、RMSE和AARE分别为0.99165、3.4251和0.56%,铝合金对应模型的R2、RMSE和AARE分别为0.99496、2.8092和1.43%,验证了PSO-BP模型用于描述两种金属材料的准确性和可靠性。在镁/铝复合板轧制过程中,轧制力随着压下率和入口总厚度的增加而增大,随着入口厚比的减小,轧制力呈增大的趋势。镁/铝复合板出口厚比随着压下率和入口总厚度的增大而减小,随着入口厚比的减小,出口厚比也呈减小的趋势。

关键词：镁/铝复合板 PSO-BP神经网络变形抗力轧制力各层厚度

热压制备Ni/Al微叠层复合板的协调变形行为和气压胀形成形性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 786-797页

作者：鲁羽鹏殷宏亮席先铮孟令健林鹏梁伟太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉... 详细信息

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉伸应变下的变形组织进行表征。结果表明,在5%应变、室温和300℃条件下,NiAl_(3)层和Ni_(2)Al_(3)层中形成了一些裂纹。在600℃和20%应变条件下,在NiAl3层观察到一些微孔。样品在78.7%的拉伸应变断裂时,Ni_(2)Al_(3)层也未出现裂纹,表现出良好的协调变形能力。Ni/Al微叠层复合板的高温自由气压胀形试验表明,600℃时其极限胀形比(极限胀形高度与凹模直径之比)达到33.3%,表现出良好的成形性。

关键词： Ni/Al微叠层复合板力学性能协调变形机制气压胀形成形性

PbTe/FeMn热电接头的界面性能及热稳定性研究

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功能材料 2024年第3期55卷 3094-3101页

作者：陈艺博樊文浩安德成陈少平太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学物理学院太原030024 太原理工大学分析测试中心太原030024 太原理工大学化学学院太原030024

因热膨胀系数失配和机械咬合的界面连接方式,Fe/PbTe热电接头在服役中的力学性能和热稳定性较差。考虑到合金具有热膨胀系数可调性,在纯Fe中添加特定的活性元素,通过扩散和反应在界面处形成冶金结合,可提高界面连接性能。通过高通量实... 详细信息

因热膨胀系数失配和机械咬合的界面连接方式,Fe/PbTe热电接头在服役中的力学性能和热稳定性较差。考虑到合金具有热膨胀系数可调性,在纯Fe中添加特定的活性元素,通过扩散和反应在界面处形成冶金结合,可提高界面连接性能。通过高通量实验快速筛选出合金电极Fe_(100-x)Mn_(x)(x=0,5,10,15),利用放电等离子烧结(SPS)技术与n型Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te热电材料连接。研究结果表明,FeMn合金电极的热膨胀系数随着Mn含量的升高与Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te更加接近,有效降低了界面失配。时效15 d后界面出现Fe-Pb-Ga元素互扩散区,呈现冶金结合特征。其中Fe_(90)Mn_(10)/Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te/Fe_(90)Mn_(10)时效15 d后的接触电阻率为10.12μΩ·cm^(2),转换效率稳定在4.3%左右,剪切强度增加至21.44 MPa。上述基于高通量法筛选合金电极的技术路线也为热电界面的设计提供了新的思路。

关键词：热电接头界面冶金结合 PbTe 热稳定性