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热处理对H13钢等离子熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金覆层组织及耐磨性能的影响

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武汉科技大学学报 2024年

作者：柯德庆汪威吕正奇潘应君常智敏武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室

采用等离子熔覆技术在H13合金钢表面熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)配合能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计以及多功能摩擦磨损试验机,对热处理前后熔覆层的组织结构、硬度和耐磨性进行分析。... 详细信息

采用等离子熔覆技术在H13合金钢表面熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)配合能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计以及多功能摩擦磨损试验机,对热处理前后熔覆层的组织结构、硬度和耐磨性进行分析。结果表明,Fe-Mo-Cr-Ni-B合金覆层主要由α-Fe、Mo2FeB2、(Mo,Fe,Cr)3B2和Fe23(B,C)6相组成;熔覆层磨损以Mo2FeB2硬质相的脆性剥落为主;在1 000℃温度下热处理后,熔覆层平均硬度达到1 061HV0.5,相比于焊态提高了28.3%,耐磨性相比于焊态提高了42.0%。硬度提升和耐磨性的改善可以归因于高温热处理导致的碳化物共晶组织消失、Mo2FeB2硬质相增多以及黏结相强度的增加。

关键词：等离子熔覆 Mo FeB 热处理显微组织硬度摩擦磨损

Ti-Si-Fe合金添加量对SiN结合SiC材料结构与性能的影响

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耐火材料 2024年

作者：姚路炎韩兵强张锦化柯昌明武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室

为改善Si3N4结合SiC耐火材料的致密化，降低Si粉氮化温度，以SiC颗粒和细粉为主要原料，利用从高钛型高炉渣提取的Ti-Si-Fe合金部分取代Si粉，在埋碳气氛下于1 350 ℃反应烧结5 h，制备了Si3N4结合SiC耐火材料。研究了Ti-Si-Fe合金添加... 详细信息

为改善Si3N4结合SiC耐火材料的致密化，降低Si粉氮化温度，以SiC颗粒和细粉为主要原料，利用从高钛型高炉渣提取的Ti-Si-Fe合金部分取代Si粉，在埋碳气氛下于1 350 ℃反应烧结5 h，制备了Si3N4结合SiC耐火材料。研究了Ti-Si-Fe合金添加量(质量分数分别为0、1.8%、3.6%、5.4%、7.2%)对Si粉的氮化行为、材料力学性能和显微结构的影响，并探讨了氮化反应烧结机制。结果表明：1)随着Ti-Si-Fe合金加入量增加，材料的力学性能和高温抗折强度明显改善，荷重软化温度均超过1 700 ℃，Ti-Si-Fe合金加入量超过3.6%(w)后材料性能的增幅变缓；2)Ti-Si-Fe合金促进了Si粉在较低温度下的完全氮化和材料的反应烧结，Ti-Si-Fe合金中各物相及Si粉氮化反应的体积增加能够充填气孔，氮化产物改善骨料与基质、基质内部的结合状态，从而提高材料的致密化程度，改善力学性能；3)引入Ti-Si-Fe合金后，反应体系中形成了富含Ti、Si、N、Fe成分的液相，氮化物的形成除传统的VS、VLS机制外，溶解-沉淀机制在短柱状β-Si3N4、粒状TiN的形成中起到主导作用，交错联结的α-Si3N4晶须、短柱状β-Si3N4、粒状TiN对材料的力学性能起到增强作用。

关键词： Ti-Si-Fe合金反应烧结 Si N 结合SiC耐火材料致密化溶解-沉淀

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耐火材料热化学反应典型应用技术发展

化工进展 2024年第7期43卷 3647-3659页

作者：李亚伟韩兵强鄢文黄奥刘浩朱天彬廖宁陈俊峰徐义彪武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学钢铁工业耐火材料新技术国际合作联合实验室湖北武汉430081

高温工业的发展,与耐火材料的发展密切相关,其技术进步无一例外地都依赖于优质耐火材料的研发。耐火材料在制备及应用过程中,都和热化学反应息息相关。本文首先简要介绍了耐火材料的发展历程,其次以二氧化硅质、莫来石质耐火材料为例,... 详细信息

高温工业的发展,与耐火材料的发展密切相关,其技术进步无一例外地都依赖于优质耐火材料的研发。耐火材料在制备及应用过程中,都和热化学反应息息相关。本文首先简要介绍了耐火材料的发展历程,其次以二氧化硅质、莫来石质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料制备中的热化学反应过程;以莫来石-碳化硅、方镁石-尖晶石、镁碳质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料在服役过程中的热化学侵蚀反应行为,并给出了热化学模拟在耐火材料与熔渣/气相反应中的应用情况;以氧化铝-碳质过滤器为例,介绍了其应用过程中的吸附夹杂机理。最后介绍了常用的耐火材料煅烧设备。

关键词：耐火材料热化学反应侵蚀相图模拟煅烧设备

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烧成温度对钙长石隔热耐火材料显微结构与性能的影响

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硅酸盐通报 2024年第3期43卷 1123-1132页

作者：陈曦刘莹鄢文武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081

本工作以矾土水泥与黏土为原料,采用发泡法制备了钙长石隔热耐火材料,通过XRD、SEM和导热仪等分析了烧成温度(1110~1310℃)对钙长石隔热耐火材料显微结构与性能的影响,并研究了该种钙长石隔热耐火材料的合成机理。结果表明:当烧成温度为... 详细信息

本工作以矾土水泥与黏土为原料,采用发泡法制备了钙长石隔热耐火材料,通过XRD、SEM和导热仪等分析了烧成温度(1110~1310℃)对钙长石隔热耐火材料显微结构与性能的影响,并研究了该种钙长石隔热耐火材料的合成机理。结果表明:当烧成温度为1110~1160℃时,体系内开始生成钙长石,但原料微颗粒间的反应并不完全,生成的液相含量较少,强度较低;当烧成温度为1210~1260℃时,液相含量增多,钙长石的生成速度加快,强度增大,试样具有较低导热系数;当烧成温度为1310℃时,液相含量迅速增多,线收缩率迅速增大,试样具有较大强度,但体积密度大幅增长,气孔率降低。在1260℃时,制得了体积密度为0.53 g/cm^(3)、气孔率为82.6%、抗折强度为1.15 MPa、耐压强度为1.99 MPa、800℃导热系数为0.101 W/(m·K)的钙长石隔热耐火材料。

关键词：钙长石发泡法烧成温度隔热玻璃相孔径分布

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碳源对反应烧结碳化硅性能的影响

硅酸盐通报 2024年第1期43卷 312-316,353页

作者：张喜飞陈定顾华志黄奥付绿平武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081

以炭黑和石墨为碳源,控制碳添加量为10%(质量分数,下同),研究了不同炭黑、石墨比例对反应烧结碳化硅性能的影响。结果表明,当炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%时,反应烧结碳化硅的力学性能较佳,此时抗弯强度为251.7 MPa,断裂韧性为4.29 ... 详细信息

以炭黑和石墨为碳源,控制碳添加量为10%(质量分数,下同),研究了不同炭黑、石墨比例对反应烧结碳化硅性能的影响。结果表明,当炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%时,反应烧结碳化硅的力学性能较佳,此时抗弯强度为251.7 MPa,断裂韧性为4.29 MPa·m^(1/2)。通过XRD检测及对XRD谱进行Rietveld精修,分析发现炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%的反应烧结碳化硅中的游离Si含量为24.44%(质量分数),而石墨添加量为10%的反应烧结碳化硅中的游离Si含量为28.57%(质量分数),相比前者游离Si含量较高,减少游离Si的含量可以提高反应烧结碳化硅的力学性能。

关键词：反应烧结碳化硅炭黑石墨力学性能游离Si

基于细观力学的多相耐火材料压缩状态损伤表征

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粉末冶金材料科学与工程 2024年第2期29卷 93-100页

作者：黄志兴王志刚刘昌明李贤军武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械自动化学院武汉430081

针对多相复合耐火材料压缩状态下的非线性力学行为,在细观损伤力学的基础上,对改进的广义自洽模型进行逆向求解,研究多相耐火材料受到压缩载荷时的损伤行为,提出一种能表征多相耐火材料在压缩载荷下非线性损伤行为的方法。以AMC(aluminu... 详细信息

针对多相复合耐火材料压缩状态下的非线性力学行为,在细观损伤力学的基础上,对改进的广义自洽模型进行逆向求解,研究多相耐火材料受到压缩载荷时的损伤行为,提出一种能表征多相耐火材料在压缩载荷下非线性损伤行为的方法。以AMC(aluminum-magnesium-carbon)多相耐火材料为例,利用该方法对其在受压状态下的力学行为进行表征。结果显示,表征结果和实验值吻合较好,为多相复合耐火材料的损伤表征提供了一种思路和理论基础。

关键词：细观损伤力学多相耐火材料损伤表征广义自洽模型非线性力学行为

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激光增材制造316L不锈钢力学性能的各向异性

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钢铁 2024年第6期59卷 155-165页

作者：刘伟刘成松王勇张华倪红卫武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学钢铁冶金与资源利用教育部重点实验室湖北武汉430081

相比于传统制造工艺生产的316L不锈钢零件,L-PBF技术具有更大的设计自由度和制造效率,可实现复杂几何形状金属零件的一次性成型,被广泛应用在核工业、汽车工业以及医疗卫生等领域。然而,L-PBF技术极快的冷却速率会导致其内部形成明显差... 详细信息

相比于传统制造工艺生产的316L不锈钢零件,L-PBF技术具有更大的设计自由度和制造效率,可实现复杂几何形状金属零件的一次性成型,被广泛应用在核工业、汽车工业以及医疗卫生等领域。然而,L-PBF技术极快的冷却速率会导致其内部形成明显差异的微观组织结构,从而造成材料力学性能的各向异性。利用SEM、EBSD和TEM等表征技术,深入观察了L-PBF 316L不锈钢样品不同截面的微观组织的差异,从晶粒尺寸、晶体取向以及亚晶结构的变形机理3方面详细分析了其对材料力学性能的影响。研究表明,垂直于打印方向的晶体为明显的织构,晶粒尺寸较小,且塑性变形时网络状的胞状亚晶和变形孪晶相互作用,形成了更小尺寸的三维立体钉扎结构,可有效抑制各个方向的位错滑移,明显增加了该方向的强度。然而,平行于打印方向为较粗大的柱状晶,晶体取向趋于随机,并且亚晶结构多为条状形貌。塑性变形时,当变形孪晶生长方向平行于亚晶的长边时,则无法对条状亚晶进行分割和细化,进而不能有效抑制平行于亚晶长边界的位错滑移,强化效果较弱,导致该方向强度较低。研究有利于更好地理解L-PBF 316L中各向异性的起源,为后续热处理提供了理论指导;同时有助于拓扑优化、晶格结构建模和增材制造过程中的热物理过程模拟等工作的模型搭建,提高模型的精度。

关键词： 316L不锈钢激光粉末床熔融技术晶体特征亚晶结构各向异性

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铝铌渣的性能及其热稳定性机制研究

耐火材料 2024年第2期58卷 116-121页

作者：龚帅赵惠忠余俊张寒谈利强武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 浙江父子岭特种耐火材料有限公司浙江湖州313108

为开发利用铝热还原法制备金属铌工艺中产生的一种有色冶金废渣——铝铌渣,采用ICP、XRD、SEM、TG-DTA等表征技术对铝铌渣的化学组成、物相组成、显微结构及性能进行研究,结果发现,铝铌渣中Nb及NbO的氧化,导致铝铌渣的体积热稳定性非常... 详细信息

为开发利用铝热还原法制备金属铌工艺中产生的一种有色冶金废渣——铝铌渣,采用ICP、XRD、SEM、TG-DTA等表征技术对铝铌渣的化学组成、物相组成、显微结构及性能进行研究,结果发现,铝铌渣中Nb及NbO的氧化,导致铝铌渣的体积热稳定性非常差。将铝铌渣经400~1500℃热处理后发现:高温预烧处理能有效解决铝铌渣体积热稳定性差的问题;经≥1400℃预烧处理后,铝铌渣的物相组成、体积变化率均达稳定状态,且耐火度大于1790℃,满足耐火材料对原料的基本要求,为其资源化利用奠定了良好的基础。

关键词：铝铌渣热稳定性物相组成资源化利用

FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用

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硅酸盐通报 2024年第3期43卷 1110-1122页

作者：郭伟杰朱天彬李亚伟廖宁桑绍柏徐义彪鄢文武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,... 详细信息

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理、特点、适用情景、精确度与局限性,并给出了详细的运用实例。此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS、动力学分析、分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为。最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望。

关键词：耐火材料热力学计算抗渣侵蚀性 FactSage 热力学模型