激光熔覆H13-TiC复合涂层的力学性能测试与数值模拟

为提高热作模具钢的使用性能和寿命,利用激光熔覆技术在H13钢表面制备了H13-TiC复合涂层,研究了不同TiC含量下H13-TiC复合涂层的力学性能,并分析了各试样拉伸后的断口形貌。结果表明：激光熔覆后熔覆层硬度、强度都明显高于基体硬度、强度,这是熔覆层中弥散和细晶强化共同作用的结果;熔覆层的断裂机制是脆性断裂和塑性断裂的混合型。最后,基于Mori-Tanaka平均场理论,分析了颗粒增强H13-TiC复合涂层的弹塑性性能,理论预测与实验结果基本吻合。     

激光热处理对EX1压铸模具钢组织和性能的影响

为了提高模具钢EX1性能,课题组采用5 kW光纤激光加工制造系统激光器,对EX1钢表面进行激光强化处理。采用扫描电子 显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机等研究了激光强化工艺参数（激光功率P,扫描速度v）对EX1钢激光淬火层的组织、硬度及摩擦磨损的影响。研 究结果表明：激光强化处理后硬化层的显微组织明显细化,淬火区硬度明显高于基体。该研究提高了EX1钢表面的光滑度,降低了摩擦因数。     

变载荷对45钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

针对实际工况中,45钢是在有润滑的状态下工作,且所受的载荷是变化的情况,课题组在自行改装的MMS-2A型多功能摩擦磨损试验机上采用环一块接触摩擦方式进行了实验,研究了在油润滑状态下变载荷对45钢摩擦副摩擦磨损性能的影响,与干摩擦条件下的磨损性能进行对比;并对45钢磨损表面进行了观察。结果表明：干摩擦和油润滑状态下的45钢摩擦副的摩擦因数呈现不同的变化趋势;油润滑条件下的磨损量比干摩擦条件下的磨损量要小很多;在油润滑条件下,45钢的磨损机理主要表现为磨粒磨损和疲劳剥落。研究验证了油润滑的存在有助于改善材料的耐磨性。     

钢齿牙轮钻头齿面强化复合堆焊实验研究

运用自制的包含金属化的金刚石和硬质合金复合堆焊焊条，以O₂-C₂H₂焰为焊接热源进行堆焊，制备了含有金刚石的复合堆焊层。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜、材料性能实验机、动载磨料磨损实验机等实验手段和方法进行了金刚石表面和复合堆焊层形貌分析，堆焊层与基体的结合强度及堆焊层在动载荷条件下耐磨损性能的测试。研究表明：金刚石经过金属化处理后表面具有一定的金属性和浸润性，通过一定堆焊工艺在钢齿牙轮钻头齿面形成了组织致密均匀、硬质点与基体熔合良好的强化层，其抗剪强度达到了625MPa，磨损量减少了10％～70％，延长了钻头的使用寿命。     

镍磷合金镀层的摩擦磨损特性及其开发前景

本文分析了化学镀镍磷合金层的摩擦磨损试验结果,研究指出这一表面处理技术具有低的摩擦系数和高的耐磨性及硬度,又因沉积处理温度低而不存在变形,亦不影响零件原来的精度及粗糙度,因此宜于作为零件的最终表面处理。若应用于齿轮,凸轮等高副零件,前景十分乐观。最后从试样的磨损失重中估算出磨损系数和磨损减薄量以供作耐磨性设计的参考。     

仿生条纹结构表面推沙板构建及磨损性能研究

为了降低轨道除沙车推沙装置在推沙过程中的磨损量,运用仿生学,以穿山甲体表鳞片的纹路为设计基础,建立仿生条纹几何结构推沙板。利用离散元素法分析仿生推沙板与沙粒的相互作用,从定性和定量2个方面分析推沙板的磨损情况。研究表明,相同条件下推沙角度越小,仿生推沙板的耐磨机理越明显,耐磨性能越优于普通推沙板。分析推沙板的表面磨损因素发现条纹高度为4 mm和6 mm,条纹间距为24 mm时,耐磨性最优。在平面推沙板的基础上添加条纹结构对提高轨道除沙车推沙装置的耐磨性有一定的指导意义。     

载荷和添加透辉石／AlTiB对氧化铝基陶瓷导轨材料摩擦磨损特性的影响

对透辉石／AlTiB增韧补强Al2O3基陶瓷导轨材料磨损率和载荷的关系进行理论预测，建立了基于拉伸应力的磨损模型；采用淬火45。钢作为对磨环，探讨了其不同载荷下的摩擦磨损行为与机制，用扫描电镜观察了磨损表面形貌．结果表明，磨损模型理论值较好地预测了试验值；随着负载的增加，试样的磨损率总体呈现增加的趋势；而摩擦系数均随载荷的增加而降低；透辉石和A1TiB中间合金的加入有利于改善Al2O3基陶瓷导轨材料的摩擦特性和耐磨损性能；纯Al2O3磨损率的数量级为10^-15m^3／N·m，添加透辉石和A1TiB中间合金的陶瓷导轨材料磨损率的数量级为10^-16m^3／N·m；纯Al2O3的磨损机理为脆性断裂和晶粒剥落，添加透辉石和AlTiB中间合金的陶瓷导轨材料磨损机理为机械冷焊、塑性变形、微断裂和晶粒剥落．     

强束流Zr离子注入H13钢改善其耐磨性研究

采用由金属蒸汽真空弧离子源引出的强束流Ｚｒ,Ｚｒ＋Ｃ离子对Ｈ１３钢进行了离子束表面处理,借助划痕仪和摩擦试验机分别测量了经表面处理的Ｈ１３钢的耐磨性和摩擦系数。研究结果表明：经Ｚｒ,Ｚｒ＋Ｃ离子束处理的Ｈ１３钢的耐磨性有所提高,摩擦系数明显降低,采用卢瑟福背散射谱（ＲＢＳ）ｘ射线衍射分析了注入层的成分,结构及影响其耐磨性的因素。     

PVD涂层在汽车模具上的应用及结合力改善研究

简要说明了目前汽车模具上主要应用的PVD涂层及其技术发展现状,探讨了汽车模具表面PVD涂层抗磨损保护的实际效果、作用机理等,着重介绍了在汽车模具上具有较高应用价值和广阔应用前景的Ti N涂层,并列举了PVD涂层被成功运用于某车型后门内板模具来解决零件拉毛严重的实例。分别从涂层本征应力的控制、涂层界面应力的控制和深冷处理3个方面出发,重点阐述了具有优异表面抗磨损性能的PVD涂层与基体之间结合强度的改善方法。     

Cr12MoV钢固体硼-稀土共渗工艺研究

提高制砖模具表面的耐磨性及使用寿命,一直是人们努力的方向.采用正交试验方法,筛选出Cr12MoV钢硼-稀土共渗的最佳工艺:w(稀土)=0.3%,渗硼温度950℃,保温时间5h.经优化渗硼后,渗硼层增厚且致密,疏松、空洞减少,硬度压痕完整,渗硼层脆性由1级降至3级,前沿无明显梳齿形状.优化渗硼后再经淬火、回火处理,渗硼层耐磨性可提高15倍.     

铝/不锈钢电磁脉冲焊接界面组织性能分析

利用改进的70 k J高能量电磁脉冲设备,在最佳焊接工艺参数下(脉冲电流750k A,电压17 k V,频率18 k Hz),实现了高强度的铝/钢电磁脉冲焊接。进行扫描电镜对接头微观形貌观察和元素分布的EDS分析,结果表明:铝/钢焊接界面呈小波状形貌,界面波幅和波长比值是0.27,界面性能比较稳定;接头界面存在5~13μm的过渡区,点扫描元素含量并取其均值,铝为75.33%,铁为23.23%,推断生成Fe Al3金属间化合物;铝基体到结合界面硬度逐渐增大,钢基体到结合界面硬度逐渐减小;拉伸试样断裂位置在铝合金近搭接接头处,断口形貌呈现大小、深浅不一的韧窝塑性断裂,第二相粒子产生空洞形核后长大、聚集和断裂的特征,研究结果可为电磁脉冲焊接提供理论数据。     

牙轮钻头强化用YQ4堆焊层组织性能研究

利用自主开发NiCrBSiCu合金粉研制了YQ4堆焊焊条，采用氧乙炔堆焊工艺制作了堆焊试样，利用剪切实验测试了堆焊层强度，冲击磨料磨损实验测试了试样的耐磨性，利用扫描电子显微镜观察了断口显微组织特征。实验结果表明：YQ4硬质合金堆焊层中过渡层组织细小，耐磨层中脆性硬质合金相上均匀分布了韧性微孔结构低熔点合金，硬质合金分布致密、均匀、多层堆垛，基体与过渡层以及硬质合金之间结合良好，平均剪切强度600MPa，高于牙轮钻头工作要求，抗冲击磨料磨损能力提高近2倍，在组织与性能上都满足牙轮钻头齿面强化要求     

激光冲击抗疲劳断裂对比试验研究

采用小型、调Q、高功率密度的钕玻璃激光装置对2024T62铝合金试件进行双面激光冲击处理。激光功率密度为（0．539～1．8）×1013W／m2,脉宽约为50ns。当功率密度达到5×1012W／m2时,激光冲击诱导的冲击波峰压大于试件的动态屈服强度,因而在激光冲击区产生高密度位错和稳定的表面残余压应力,从而有效地抑制了裂纹的扩展,提高了疲劳寿命。实验结果表明：2024T62铝合金试件经激光冲击处理后,其疲劳寿命最大可提高2．47倍,平均提高0．76倍。     

局部激光表面处理对7075铝合金疲劳性能影响的研究

7075铝合金以其独特的性能广泛应用于载运工具各个行业中,但是,铝合金在焊接后会出现疲劳强度降低的现象,这对载运工具的安全性产能生了消极影响。针对这一现象,采用局部激光表面处理法来改善7075铝合金的疲劳性能。对未处理试样和局部激光表面处理后试样的疲劳裂纹扩展速率的研究表明,局部激光表面处理能有效降低疲劳裂纹扩展速率,提高疲劳寿命。ANSYS有限元残余应力分析及硬度试验表明,局部激光表面处理后试样上形成的残余应力场和局部软化现象是疲劳裂纹扩展速率降低的主要因素。     

复合镀铁表面强化及镀铁后渗硼处理的性能研究

本文探讨了在镀铁液中加入 Al_2O_3粉的复合镀铁及镀铁后进行渗硼处理工艺。试验证明:复合镀铁可进一步提高镀层的耐磨性,镀铁后渗硼处理,不但提高了耐磨性,而且使镀层与基体的结合强度大大提高,克服了镀层脆性大,易剥落的弊病。同时发现,镀铁后渗硼所获得的硼化物形貌不同于钢件单独渗硼,呈块状。本文还分析并验证了镀层中存在的不规则条纹系氢气析出所导致的显微裂纹。     

表面纳米化对纯铜扩散焊接性能的影响

为了提高纯铜扩散焊接性能,通过表面机械滚压技术( SMRT),对纯铜试样进行表面纳米化处理,并在真空下对 纯铜母材和经表面机械滚压处理的纯铜试样分别进行扩散焊接试验,焊接压力10 MPa,保温l h,焊接温度为300℃、 400℃、500 qC。研究结果表明：经过SMRT纯铜表层晶粒达到纳米级别,纯铜试样焊接接头处的显微硬度高于母材试 样;同一温度下,SMRT铜焊接性能优于母材试样。     

硼铸铁在机床铸件上的应用

本文较系统地阐述了硼铸铁的耐磨机理,基体组织,化学元素对其组织和性能的影响。介绍了用各种含硼材料熔炼硼铸铁的工艺要点。指出硼铸铁与HT200铸铁相比,硬度提高20—25HBS,σ_b提高20MPa左右,耐磨性提高2—3倍,满足了JBn3997—85对机床床身导轨硬度的要求。     

激光涂敷多种硬质合金的性能及形成机理之研究

叙述了利用一台输出功率为2kW的连续CO_2激光器在20~#钢表面涂敷WC—TiN—SiC—Co和WC—SiC—Co的研究,并对激光处理后的涂敷层进行了物相分析和硬度分布以及耐磨性能的测试。其结果表明:利用高功率激光束可在廉价的碳钢表面实现多种硬质合金的涂敷,其表面的化学成分发生了根本性的改变,机械性能有了极大的提高。同时对涂敷层的形成机理进行了探讨。     

离子注入航空轴承延寿应用研究

航空轴承的使用寿命普遍较短。通过大量数据统计分析和失效轴承进一步研究,发现航空轴承使用中存在的主要问题是腐蚀和磨损。经离子注入航空轴承材料的各种试验表明,试验材料表面产生了非晶态物质,其耐腐蚀性能显著提高,耐磨性提高两倍以上。同时,针对离子注入航空轴承而研制的离子束多功能机,解决了球面无法均匀注入的难题。经离子注入的航空轴承,目前在航空发动机中得到较广泛的应用,不仅顺利通过了工厂台架试车和地面燃机试验,而且所发往空军使用的航空轴承到目前为止,均表现良好。     

激光喷丸参数对304不锈钢表面性能的影响

为了研究喷丸能量密度和喷丸搭接率等工艺参数对304不锈铜表面性能的影响,采用激光喷丸冲击强化的方 法,用X射线衍射方法检测了试样表层的相组成,用显微硬度计测量了试样表层的显微硬度。结果表明,304不锈铜经 过激光喷丸处理后,表层组织没有发生明显的马氏体相变,表层硬度得到提高,随着喷丸能量密度和搭接率的增加,表层 硬度有增大的趋势。