【摘 要】
:
34CrNiMo6钢具有高强度、良好的延展性和出色的耐腐蚀性,广泛应用于大型构件的核心部件。其零件在服役过程中通常会承受动态和随机载荷作用而失效,将会导致重大的灾难及经济损失。利用传统加工方法制备大型复杂的34CrNiMo6钢零件,存在材料利用率低、制造周期长、成本较高等缺点,这在很大程度上制约了34CrNiMo6钢的进一步发展和应用。激光立体成形技术的出现缩短了零件的制造周期,节约了制造成本,使
【基金项目】
:
国家自然科学基金(52165050); 江西省自然科学基金(20181BAB206027;20202BABL204039); 南昌航空大学研究生创新专项(YC2020-020)稀土元素添加对激光增材制造34CrNiMo6钢的组织及性能影响;
论文部分内容阅读
34CrNiMo6钢具有高强度、良好的延展性和出色的耐腐蚀性,广泛应用于大型构件的核心部件。其零件在服役过程中通常会承受动态和随机载荷作用而失效,将会导致重大的灾难及经济损失。利用传统加工方法制备大型复杂的34CrNiMo6钢零件,存在材料利用率低、制造周期长、成本较高等缺点,这在很大程度上制约了34CrNiMo6钢的进一步发展和应用。激光立体成形技术的出现缩短了零件的制造周期,节约了制造成本,使得成形效率大幅度提高。此外,由于其制造过程为近净成形,因此只需要进行简单的后续加工,极大降低了制造成本,使得高性能复杂结构零件在许多行业得到应用。与常见的激光加工一样,激光立体成形过程中温度梯度和凝固速度的变化构成独特的过冷度,导致材料内部晶粒粗大和不同位置组织转变过程各不相同,影响零件的服役性能。稀土氧化物可以有效的细化晶粒,减少零件内部的缺陷,但单一的稀土氧化物对零件的作用往往突出在某一特定的方面,混合稀土氧化物则有望在协同作用下整体提高零件的力学性能。基于此,本文通过单独添加和混合添加的方式将不同含量的稀土氧化物CeO2和Y2O3加入到34CrNiMo6钢粉末中,研究了不同稀土氧化物含量激光立体成形34CrNiMo6钢的微观组织特征及力学性能规律,并对力学性能最好的沉积态试样进行了调质处理,明晰了单独添加稀土氧化物和混合添加稀土氧化物在激光立体成形34CrNiMo6钢中的存在形态及作用机制。取得的研究成果如下:(1)对激光立体成形34CrNiMo6钢工艺参数进行正交试验,通过极差分析确定了最佳的工艺参数:激光功率1000 W,扫描速度600 mm/min,送粉率10 g/min。最佳工艺参数的影响因素主次依次为:激光功率>扫描速度>送粉率。激光立体成形34CrNiMo6钢的微观组织沿沉积方向发生了明显的变化,沉积试样顶部以马氏体和下贝氏体组织为主,中部组织为回火马氏体,底部的组织为块状铁素体和粒状碳化物。(2)激光立体成形不同CeO2含量34CrNiMo6钢试样顶部位置的微观组织为板条马氏体、贝氏体及少量的残余奥氏体,而沉积试样中部位置在经历了多次热循环微观组织依旧为板条马氏体、贝氏体。随着CeO2含量的增加,贝氏体组织更为细小,奥氏体晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势。当稀土氧化物CeO2的添加量达2wt.%时,奥氏体晶粒尺寸具有最小值。稀土粒子CeO2呈规则球形,尺寸约为250nm,主要聚集在板条马氏体晶界及其附近区域。(3)未添加稀土氧化物的沉积态试样奥氏体晶粒平均尺寸为20-30μm;添加2wt.%CeO2的沉积态试样奥氏体晶粒平均尺寸为8-15μm;添加1 wt.%CeO2+1 wt.%Y2O3的沉积试样奥氏体晶粒平均尺寸最小(5-10μm),且晶粒组织均匀性较好。经调质处理后的1 wt.%CeO2+1 wt.%Y2O3试样,碳化物数量略有增多,尺寸差异较大。微观组织的尺寸随着混合稀土氧化物加入呈现先减小后增大的趋势,添加2wt.%CeO2+2 wt.%Y2O3后奥氏体晶粒和马氏体、贝氏体尺寸明显增大,但仍优于未添加稀土氧化物的沉积试样。(4)揭示了稀土氧化物对激光立体成形34CrNiMo6钢的作用机制。部分CeO2分解为Ce原子作为成形过程的活性剂,通过吸附作用在相界与晶粒之间的运动起到了钉扎效应,从而细化晶粒;此外,部分未熔化的CeO2作为异质形核核心形成新的第二相颗粒,作为杂质相保持部分熔化,进一步细化晶粒。而加入两种稀土氧化物后,Ce4+与Y3+协同作用于微观组织,从而对周边物质有较强的吸附特性,又因两种稀土离子半径相差很小,吸附作用强弱性大体一致,因而不会对周边晶界产生大的撕扯力,避免了晶格的移位和晶界面积的变形。(5)探究了不同稀土氧化物含量激光立体成形34CrNiMo6钢的力学性能规律。添加稀土氧化物后各沉积态试样不同位置的显微硬度相对于未添加稀土试样均有增大。添加2 wt.%CeO2的沉积态试样平均硬度为422 HV,添加1 wt.%CeO2+1wt.%Y2O3沉积态试样平均硬度值最大,为557 HV,且较为均匀,经调质处理后试样平均硬度值为339 HV。未添加稀土的沉积态试样抗拉强度为950 MPa,断后伸长率为15.5%,断面收缩率为16.2%,断裂机制为脆性断裂;随着CeO2添加量的增加,试样的抗拉强度呈增大趋势。抗拉强度最大为3 wt.%CeO2沉积态试样,达到了1480 MPa;添加1 wt.%CeO2+1 wt.%Y2O3沉积态试样抗拉强度达到了1692MPa,相比于未添加稀土氧化物试样提高了742 MPa,增幅约75.1%,断裂机制为韧性断裂。经过调质处理后,试样抗拉强度相比于未添加稀土氧化物试样上升了241 MPa,增幅约25.4%,断后伸长率与断面收缩率均高于其余沉积态试样。调质态试样断裂机制为韧性断裂。
其他文献
纤维增强铝基复合材料相比于铝合金,具有高比强度和比模量以及优异的高温性能和热尺寸稳定性特点,在先进军事武器和航空航天等领域具有较为广泛的应用前景。通过改变纤维的空间排布可衍生出各种编织结构纤维增强铝基复合材料,其克服了单向复合材料横向力学性能差和层叠复合材料易分层的缺点,具有良好的性能整体性和可设计性。目前,针对各类编织结构纤维增强铝基复合材料制备工艺及组织性能的研究较多,但对其制备热残余应力的研
在先进制造等领域和高精尖进口装备中,高强度低合金钢34CrNiMo6以其优越的综合力学性能得到了广泛的应用,对此类零件的维修与再制造可采用增材制造技术提升效率。但目前多数研究都集中于增材制造工艺的探索,而忽略了高能量密度激光对合金材料造成的烧损,元素烧损会改变材料组分,劣化其力学性能。基于此,本研究以激光立体成形技术为实验手段,无量纲热输入E*为评价系,考察能量密度对34CrNiMo6钢显微组织特
近年来,人们的生活水平不断提高,对蛋白质的需求不断增加。蛋白质的主要来源是动物,因此养殖行业发展迅速。随着养殖业的兴起,饲料行业亦蓬勃发展,干燥是饲料生产中的关键环节。带式烘干机结构紧凑、设备配置灵活、可持续生产、干燥效率高,广泛应用于饲料行业中。根据前期对热风干燥模型的研究,参考相关企业的烘干设备,设计了一台多温区带式膨化饲料烘干机。现场调试发现,生产过程存在干燥不均匀与膨化饲料被热风吹起散落至
铝合金具有比强度高、成本低、易加工和耐腐蚀性好等综合优点被广泛应用于航空航天及船舶交通等领域,具有广阔的应用前景,得到国内外众多学者关注。然而常规条件下所制备的铝合金疲劳性能差、力学强度低,严重限制其在关键领域应用。稀土微合金化可以有效净化合金熔体,显著细化晶粒组织。亚快速凝固技术能大幅提高合金冷却速度,获得理想过饱和固溶体。深冷处理可以实现基体中位错和空位等缺陷增殖,改善应力分布,促进沉淀相形成
作为目前工程应用中最轻的金属结构材料,镁合金因具有高比强度、比刚度,良好的电磁屏蔽和阻尼减震以及易于回收利用等优点,被广泛应用于航空航天、汽车和电子通讯等工业领域。但与传统的钢铁材料和铝合金相比,镁合金绝对强度较低、耐腐蚀性能较差,这严重制约了该类材料在工业生产中的广泛运用。近年来,因具有优异的室温和高温力学性能,一种长周期堆垛有序(LPSO)结构增强镁合金受到了人们的特别关注。本文采用常规铸造方
本文以2A12铝合金为研究对象,针对目前某飞行器金属构件在战场环境下易出现的损伤缺陷(穿孔损伤),通过CMT增材制造技术对损伤金属构件进行修复,对比微氩弧增材修复区力学性能,建立适用于战伤抢修的金属构件精密修复方法,为某飞行器金属构件的战伤抢修工作提供一种新技术。具体研究结果如下:(1)在2A12铝合金CMT修复试验中,增材速率、送丝速率及脉冲修正系数均对修复区成形具有显著影响。随着脉冲修正系数的
薄壁弯管件因能满足产品轻量化、高强度、高精度和占用空间小等方面的要求,在航空航天、船舶制造、汽车、石油运输等领域应用广泛。随着我国工业水平的快速发展,对薄壁弯管件的质量及性能要求也越来越高,采用传统的冷加工成形方式,弯曲半径受到局限性,并且成形过程容易出现各种缺陷,因此本文基于热-力-弹性体耦合差温推弯成形工艺,通过有限元仿真和实验的方式对差温推弯成形极限进行了深入研究。具体研究内容和研究结果如下
随着现代经济的不断发展,小型旋翼无人机在军事领域和日常生活的使用频率越来越高,但是无人机的噪声问题却在很大程度上限制了无人机的应用地点和工作范围。因此降低无人机旋翼噪声对无人机今后的广泛应用和持续发展具有重要意义。受猫头鹰静音飞行特征的启发并结合仿生工程,将尾缘锯齿结构应用于小型无人机旋翼。通过对添加了不同大小和排列顺序尾缘锯齿的仿生旋翼进行数值计算和气动、噪声的实验,探究不同尾缘锯齿对旋翼的气动
随着电子科技、集成电路技术的飞速发展,芯片系统集成度不断增加,电子器件的运行速度越来越快,导致芯片系统整体温度过高,这成为电子器件、集成电路中芯片系统的主要失效形式,传统铜材料高温性能已经无法满足实际电子封装的性能需求,因此开发出具有高导热、良好的导电性能、连接性能好和优越的力学性能的铜基复合材料成为亟需解决的问题。本文采用粉末冶金法制备Si C/Cu基复合材料,探究粉末冶金工艺对Si C/Cu基
连续碳纤维增强铝基复合材料(Cf/Al复合材料)具有高比强、高比模、耐高温以及低热膨胀系数等优良性能,近年来出现的2.5D结构Cf/Al复合材料不但继承了以上优点,而且可通过改变2.5D预制体结构改善并调控其宏观性能,具备很强的结构/性能可设计性,其在航宇和军工装备领域具有良好的发展潜力和应用前景。复合材料高温制备时因组元材料之间的热膨胀系数、弹性模量不匹配而产生热残余应力,这对复合材料宏观性能与