9-特种塑性加工-张涛
TiAl金属间化合物的研究进展

αT i A l金属间化合物的研究进展3周怀营 湛永钟(广西大学材料科学研究所,南宁,530004;第一作者42岁,男,教授)摘要 综述了T i A l金属间化合物的研究进展.介绍T i A l合金室温脆性的解决办法,对其制备和加工的新工艺进行分类评述,并从基础理论研究、制备与加工新技术、类单晶T i A l及T i A l 基复合材料的研制等方面指出其今后的研究与开发动向.关键词 T i A l;金属间化合物;室温脆性分类号 T G13213+2许多金属间化合物由于具有比重轻、强度高、高温力学性能和抗氧化性优异等特点,而被认为是一种理想的待开发的航空航天用高温结构材料[1].与其他金属间化合物相比,T i A l系由于铝化合物本身所具有的极高的抗氧化性、较高的比熔点、较低的密度以及钛极高的比熔点,而成为近年来人们研究开发的焦点,目前正在研究开发的主要有T i3A l(Α2),T i A l(Χ)和T i A l3(Σ).室温脆性和难加工成形性是其实用化进程上的主要障碍[2].人们经过对T i3A l合金比较全面系统的研究,可以期望它最先接近实用化;T i A l3则由于室温塑性更差,目前只限于在日本、美国和中国等少数国家进行基础性研究.目前,研究的重点主要集中在T i A l合金上,试图通过合金化及热加工等手段来改善其室温脆性问题.1 T i A l金属间化合物室温脆性问题的解决办法T i A l是典型的Betho llide型化合物,任何温度下均呈有序状态.根据A l含量的高低,T i A l合金可分为Χ单相合金(≥49at%A l)和Χ+Α2双相合金(<49at%A l),而Χ+Α2双相合金按组织形态又可分为4类:(1)全片层组织(FL),由较大的层片块组成;(2)近片层组织(NL),由较大的层片块及较细的Χ+Α2等轴晶组成;(3)近Χ组织(N G),由粗大的Χ等轴晶及较细的Χ+Α2混合组成;(4)双态组织(D up lex),为细小的层片块和细小的Χ+Α2等轴晶的混合组织.由于T i A l晶体为面心四方结构(L10型),晶胞c a比值为1102,晶体对称性低,滑移系少,且共价键成分大,电子云分布不均匀,因此室温时呈脆性.目前用于改善T i A l合金室温脆性的方法可归纳为合金化法和热加工法[3].111 合金化法通过合金化来改善ΧT i A l金属间化合物室温脆性,是近年来T i A l合金研究的一个重要方向.目前发展的T i A l基合金的成分为T i(46~52)at%A l(1~10)at%M,其中M为C r,M n,V,M o,T a 等元素中的一种或几种.合金化法改善T i A l合金室温脆性的基本机制为:(1)细化晶粒,以提高合金的延展性;(2)调控合金显微组织,获得具有较大体积百分量的细小的全片层组织,以均衡提高T i A l合金室温拉伸性能和断裂韧性[4];净化合金,降低氧、氮等间隙式杂质元素的含量.近年来,通过添加C r来改善T i A l金属间化合物室温脆性的研究取得了显著的成果.添加C r后,可取代T i A l中的A l,有助于获得低A l的Χ相;同时降低了Α2相的稳定性,使片层Α2相变成粒状,形成了新生的细小的Χ+Α2晶体,因而可显著细化Χ+Α2两相合金铸态组织.K i m[5]认为,同时加入N b和C r对提高T i A l合金性能最为有效.曹名洲等人[6]的研究表明,在T i A l合金中添加M n后,使Χ相晶格a和c轴都减小,并使c a值接近1.M n促使Χ相中孪晶的形成,提高了T i A l合金的室温塑性.B lackburn等人[7]发现适量的V能有效地提高T i A l合金的塑性,并可降低韧脆转变温度.贺连龙[8]的研究表明,T i A l金1999年12月Journal of Guangx iU n iversity(N at Sci Ed)D ec.1999 α3国家自然科学基金(29771009)和广西自然科学基金(9824017)资助项目收稿日期:19990802属间化合物中加入少量Si 可使其电子云对称化,从而提高室温延性.计算结果表明,Si 比M n 的合金化效果更好.最近,有关T i A l 金属间化合物通过添加稀土元素改善室温脆性的研究也取得了长足的进展.刘昌明等人[9]发现N d 可明显增加铸锭柱状晶的长度和减小柱晶直径,同时细化了铸锭中心区的等轴晶粒.添加011at %N d 后,铸锭的平均晶粒尺寸由1400Λm 减小为450Λm .V asudevan 等人[10]在合金中加入014at %E r 后,发现由于形成E r 2O 3弥散粒子,降低了基体中杂质氧的含量,使塑性得以改善.陈仕奇等人[11]发现添加L a 也具有类似的效果.112 热加工法解决T i A l 室温脆性的另一重要途径是通过控制热加工工艺参数来达到的.这一方法的基本原理可归纳为:(1)获得细晶组织,减少滑移长度、增加非滑移系,从而提高塑性;(2)控制工艺参数,减少成分偏析和晶粒大小不均匀性.显微组织是影响T i A l 合金力学性能的重要因素.双态组织有利于提高合金的室温延性,但其高温抗蠕变强度低;而较粗大的全片层状组织具有优良的抗蠕变能力,但室温延性低.因而,为能在保证T i A l 基合金优良的高温力学性能的前提下解决其室温脆性的问题,细化其粗大全片层结构成为了近年来研究者追求的目标[9].K i m [12]报道了用等温热锻工艺可使T i A l 合金晶粒尺寸减小到500~1000Λm ;而采用复合热机械工艺破碎粗大片层组织,可使晶粒尺寸下降到20~30Λm ,从而获得性能优异的细晶组织,极大地改善了T i A l 合金室温塑性.H all 等人[13]研究发现,通过适当的热机械处理可获得具有层片状T i A l (Χ)+T i 3A l (Α2)组织的双相T i A l 合金,其室温塑性比单相T i A l 合金有明显改善.H ana m ura 等人[14]利用快速凝固技术研究了T i A l 基合金的显微组织.结果表明,在104~105K s 的冷却速度下可获得直径为1~3Λm 的细小晶粒,从而使该工艺成为一种解决T i A l 合金室温脆性的可能途径之一.在此基础上,曹名洲等人[15]采用气体雾化法制备了T i A l 合金的微晶粉末,其快冷态主要由Α2相和少量Χ.经900℃,2h 真空退火后,大部分Α2相转变成Χ相,使原来的组织更加细化.此外,蒲忠杰等[16]在同时加入C r 和V 的情况下,将T i A l 合金经1250℃再结晶处理,并适当控制冷却速度,获得了418%的室温延性.2 金属间化合物制备与加工新工艺目前,T i A l 合金尚未进入实用化阶段,但有关其制备技术的研究早已展开.除熔铸、粉末冶金等常规方法外,人们还根据材料自身的特点开发了许多种新的材料成型加工技术.(1)快速凝固法:该法将快速凝固技术与粉末冶金相结合,采用旋转盘雾化法,等离子旋转电极法或气体雾化法制得预合金粉末,而后装入钛合金包套中,经干燥,抽空和密封,再加热挤压成型[1].该法不但明显增加了B ,Si ,V 等溶质原子在基体中的固溶度极限,获得很好的固溶强化和沉淀强化效果,而且通过细化晶粒及第二相粒子,减少成分偏析,提高了强度和塑性.(2)机械合金化反应烧结:通过高能球磨使元素粉末在室温下通过固态反应生成合金粉末,甚至使互不相容的元素形成假合金.通过球磨,使成分分布均匀,晶粒及弥散颗粒比采用快速凝固法更不易长大,获得具有超塑性能的超细晶粒,有利于T i A l 合金室温脆性的改善.机械合金化处理后,T i A l 合金的室温延展性可达5%[17].(3)自蔓燃反应合成法(SH S ):该法利用物质反应热的自传导作用维持燃烧波的传播,使不同物质间发生化学反应,在极短时间内形成化合物.由于以单一金属粉末为原料,不必将材料全部熔化即可合成化合物,克服了金属间化合物制造上的困难.目前采用该法合成的T i A l 金属间化合物经H IP 可以制出致密的烧结坯,且性能和成本均达到了应用要求.(4)超塑性成形技术:超塑性成形技术是利用材料在一定温度和应变速率范围内表现出的超塑性进行材料成形的,其关键是要具有超细晶粒并选择合适的变形速率和变形温度.T i A l 合金超塑性的发现为解决其成形问题提供了广阔的前景.在5×10-5s -1的应变速率下,T i A l 合金晶粒尺寸可达2Λm ,而最大塑性超过了230%[1].3 研究及开发动向(1)基础理论研究.广泛测定T i A l X 系相图,寻找新的合金元素,确定合金的最优成分与组362第4期周怀营等:T i A l 金属间化合物的研究进展462广西大学学报(自然科学版)第24卷 织,以全面提高T i A l合金的综合性能;深入研究合金的塑性变形机理,掌握T i A l金属间化合物的超塑性变形机制,并寻求其实际应用途径;发展一套关于T i A l合金的系统的成分—组织—性能的理论体系.(2)开发制备与加工的新工艺.开发无污染熔炼、制粉工艺,降低氧、氮等杂质元素的有害作用;研究T i A l合金领域热等静压的条件、方式对压块的影响;确定合理的热处理工艺参数,改善合金微观组织,解决其室温脆性问题;利用冲击波、电、磁等手段解决成形问题.(3)类单晶T i A l合金及T i A l基复合材料的研制.研究类单晶T i A l的变形和断裂特征,利用其良好的塑性和高强度、高断裂韧性,在较短时间内能作为高温结构材料获得实际应用.寻找新的高质、价廉的共容增强颗粒,解决与T i A l基体间的相容性问题;加强T i A l基复合材料的优化设计,开发新的复合材料制备技术,为T i A l合金的广泛应用开拓更广阔的前景.参考文献1 曹 阳,李国俊.金属间化合物高温结构材料的研究动向.材料导报,1994,(4):14~182 N obuk iM,H ash i m o to K,T suji m o to K,et al.D efom ati on of T i A l in ter m etallic compound at elevated te mperatures.J Jpn In st M et,1986,50(9):840~8443 刘志坚,曲选辉,黄伯云.粉末冶金法制备T i A l合金的进展.材料导报,1995,(2):23~284 张继,张志宏,邹敦叙,等.T i A l合金细小全片层组织断裂机理.金属学报,1996,32A(10):1044~10485 K i m Y W.O rdered In ter m etallic A ll oys III.Gamm a T itan ium A lum in ides.JOM,1994,49(7):30~396 曹名洲,韩东,周敬,等.含M n的T i A l基合金的组织和性能.金属学报,1990,26(3):A223~A2277 B lackburn M J,S m ith M P.T itan ium A ll oys of the T i A l T ype.U S Pat,4294615.197907258 贺连龙,叶恒强,徐仁根,等.T i A l-V-Si合金中T i5Si3析出相与基体相的取向关系.金属学报,1994,30(4):A145~A1499 刘昌明,李华基,何乃军,等.钕对T i-44A l合金组织和晶粒尺寸的影响.材料工程,1998,(11):20~2310 V asudevan V K,Court S A,Kurath P,et al.Effect of purity on the defo r m ati on m echan is m in the in ter m etallic compound T i A l.Scri p ta M etall,1989,23(6):907~91211 陈仕奇,曲选辉,雷长明,等.T i A l+L a有序合金的室温力学性能.金属学报,1994,30(1):A20~A2412 K i m Y W.Effects of m icro structure on the defo r m ati on and fracture ofΧT i A l all oys.M ater Sci Eng,1995,A192-A193:519~53313 H all E L,H uang S C.Sto ich i om etry effects on the defo r m ati on of binary T i A l all oys.J M ater R es,1989,4(3):595~60214 H anam ura H,Sugai T,T an ino M.R ap idly Q uenched in ter m etallic compounds.T i A l and A l3T i.In:N i ppon Steel,ed.Sin tering′87.Tokyo:E lsevier A pp lied Science Poblishers,1988.617~62815 曹名洲,韩东,张涛,等.快速凝固T i A l基合金微晶的显微组织.金属学报,1992,28(10):A426~A42916 蒲忠杰,石建东,邹敦叙,等.T i A l基合金组织对拉伸性能的影响.金属学报,1993,29(8):A363~A36917 Suryanarayana C,F roes F H.M echan ical all oying of titan ium base all oys.A dv M ater,1993,5(2):96~106D evelop men t of Studi es on Ti A l I n ter metall i csZhou H uaiying Zhan Yongzhong(In stitute of M aterial Science ,Guangx iU n iversity,N ann ing,530004)Abstract T h is paper describes the status quo of studies on the T i A l in ter m etallic compound and in troduces the s o luti on s to its room brittle.It als o revie w s the ne w p roducti on and p rocesses by classificati on s. Further research directi on s,such as theo retical research,ne w p rocessing techno l ogies and single crystal like T i A l etc.is po in ted out.Keywords T i A l;in ter m etallic compound;room brittle(责任编辑 唐汉民)。
课表

硕士研究生开课要求1.本学期研究生开始上课时间为2012年2月27日(教学周第1周星期一),外教口语从第1周开始,研究生课程的任课教师必须严格按教学计划和课程表准时上课,研究生院将进行不定期抽查。
2.课程调动须由任课教师填写“燕山大学研究生课程调课审批表”,并经本院(系)教研室(系)主任、主管院长(系主任)批准,报研究生院培养办审批。
3.除公共课以外,其余课程的考试时间定为该课程的最后两个学时,任课教师不得随意变动考试时间,所有课程考试结束后任课教师须及时将成绩登录到研究生教务管理系统,公共课考试结束两周内将试卷和成绩单送交研究生院培养办公室;专业课考试结束一周内将试卷和成绩单送交本院(系)。
4.教室号标有“世XXX”的为东校区世纪楼教室,标有“机X”的为东校区机械馆阶梯教室,标有“一XXX”的为东校区第一教学楼教室,标有“二XXX”的为东校区第二教学楼教室,标有“三XXX”的为东校区第三教学楼教室,标有“四XXX”的为东校区第四教学楼教室,标有“人XXX”的为东校区人文馆教室,标有“五CXXX”的为西校区第五教学楼C楼教室。
5.本学期教学计划执行2011年6月微调的培养方案,部分学科共用一套培养方案,具体说明如下:机械电子工程(080202)包括流体传动及控制(080220)和微机电工程(080221);机械设计及理论(080203)包括重型装备设计理论及其数字化技术(080222);力学(080100)包括一般力学与力学基础(080101)、固体力学(080102)、流体力学(080103)和工程力学(080104);结构工程(081402)包括结构工程(081402)和建筑与土木工程(430114);工商管理(120200)包括企业管理(120202)和技术经济与管理(120204);电子科学与技术(080900)包括电路与系统(080902)、物理电子学(080901)、微电子学与固体电子学(080903),电磁场与微波技术(080904);信息与通信工程(081000)包括通信与信息系统(081001)、信号与信息处理(081002)、电子与通信工程(430109);计算机科学与技术(081200)包括计算机系统结构(081201)、计算机软件与理论(081202)、计算机应用技术(081203)和计算机技术(430112);光学工程(080300)包括光学工程(080300)和光学工程(430103);石油与天然气工程(082000)包括油气井工程(082001)、油气田开发工程(082002)石油与天燃气工程(430120);车辆工程(080204)包括车辆工程(080204)和车辆工程(430135);化学工程与技术(081700)包括化学工艺(081702)、应用化学(081704)和化学工程(430117)。
公示清单

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2018年度江苏机械工业科技进步奖建议授奖项目-江苏省机械工程学会

石淦、赵振东、杨敏、程义发、顾新艳、谢继鹏、胡运才、闵小群、朱文辉、蔡隆玉、王玉国、曹玉刚、姚乐科、熊立华、聂必葱
15
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孙健、王滕、陆兴华、黄传辉、蔡雷、张元越、李培启、马西良、刘文君
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童卫东、李英瑞、王浩、闫俊华、王克冰、郑建丰、彭光强、闫娟、韩志远、孔军、刘晓红、张旭、赵拼搏、夏琼、刘静
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坭兴陶土的塑性改造及在特种陶瓷中的应用

坭兴陶土的塑性改造及在特种陶瓷中的应用
杨淑金;吴伯麟
【期刊名称】《非金属矿》
【年(卷),期】2008(031)004
【摘要】对坭兴陶土的塑性提高及在特种陶瓷中的应用进行了研究.结果表明:添加5%~10%的维罗球粘土可大幅度提高陶土的可塑性;添加15%~25%的改造后的陶土于红外陶瓷制备中,获得了塑性优良的坯料,其中添加量为25%.陈腐48h,可塑度可达到0.433,添加量为20%、陈腐60h,坯料的可塑度达到0.424;经高温烧成后,陶瓷的密度达到3.43g/cm3.明显优于其它对比粘土.
【总页数】3页(P40-41,52)
【作者】杨淑金;吴伯麟
【作者单位】桂林工学院材料与化学工程系,桂林,541004;有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林,541004;桂林工学院材料与化学工程系,桂林,541004;有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】TD985
【相关文献】
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T92_HR3C异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

1
1. 1
试验材料与方法
试验材料 试验材料为 51 mm × 11 mm 的 HR3C 和 T92 钢
。 迄今为止, 有关 T92 / HR3C 异种 钢 焊 接 的 研
究几乎未见公开报道, 制约了电站异种钢焊接技术的 发展, 也给电站安 全 管 理 的 金 属 监 督 工 作 带 来 不 便 。 HR3C 新 本文针对超( 超) 临界 机 组 建 设 常 用 的 T92 、 3 和 型 马 氏 体、 奥 氏 体 耐 热 钢 管 材, 选 用 ERNiCrERNiCrMo3 两 种 镍 基 焊 丝, 实 施 T92 / HR3C 异 种 钢 的焊接 。 着重就焊接接头的显微组织结构 、 接头熔合 以及焊后热处理对接 区成分分布和接头的力学性能,
表1 Table 1
Material ERNiCrMo3 ERNiCr3 T92 HR3C C 0. 01 0. 016 0. 13 0. 07 Mn 0. 02 3. 2 0. 6 0. 92 Si 0. 06 0. 09 0. 5 0. 44
3 和 ERNiCrMo3 两种型号 管 。 焊 接 材 料 为 ERNiCrHR3C 钢管 的镍基焊丝, 其规格均为 2. 4 mm 。 T92 、 及焊材的的 化 学 成 分 见 表 1 ( 焊 丝 成 分 为 供 应 商 提 T92 、 HR3C 的 成 分 采 用 德 国 SPECTORLAB 定 量 供, HR3C 钢的力学性能见表 2 。 光谱仪测量) 。 T92 、
收稿日期: 基金项目:
201004 16 ;
修订日期:
201007 23
03 ) ; 安徽 省 电 力 科 学 研 究 院 技 术 开 发 基 金 ( 2009 咨 -JS-
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研究生课程教学大纲
课程所属类别:硕士
课程编号: 2080503009
课程名称:特种塑性加工
开课院系:机械工程学院 任课教师:张涛
先修课程:弹塑性有限元 塑性加工物理基础 等 适用学科范围:材料加工工程
学时:24 学分:1.5
开课学期:2 开课形式:讲授
课程目的和基本要求:(200字左右)
特种塑性加工工艺是现代塑性成形理论与方法研究的重要部分,它是新材料、现代模
具技术和数值模拟技术同传统的锻造、冲压与加工方法有机结合的产物。它可使制品
达到或接近最终零件的形状和尺寸精度,实现质量与性能的优化,缩短制造周期和降
低成本。通过本课程的学习,使学生对特种锻造、粉末金属锻造、板料成形新工艺、
旋压成形工艺等有很好的了解。有利于扩展学生的知识面,丰富其思维空间,有利于
培养从事精密塑性加工新工艺和新技术的创新能力。
课程主要内容及学时分配:(1000~1500字)
1、概论(1学时)
特种塑性加工的概念;特种塑性加工的分类;特种塑性加工的主要特点。特种塑性加
工在国民经济中的作用与地位;特种塑性加工技术的应用及发展趋势。
2、特种精密锻造(11学时)
1)辊锻
辊锻成形原理、特点及应用;辊锻时咬入条件及前滑;辊锻工艺及模具设计。
2)楔横轧
楔横轧成型原理及特点;楔横轧工艺参数确定;楔横轧的模具孔型设计原则等。
3)碾环(轧环)
碾环原理;环件轧制工艺。
4)摆动碾压
摆碾成形原理;摆碾工艺的特点;摆碾工艺的适用范围。
5)液态模锻
工艺原理及特点;液态模锻工艺方法及分类;液态模锻件的种类。
6)等温锻造
等温锻造的基本特点及发展动向;等温锻造工艺的分类及应用等温锻造的工艺装备。
7)多向模锻
多向模锻工艺的特点;锻件设计。
8)径向锻造
径向锻造设备;径向锻造特点及应用;径向锻造工艺参数。
9)电热镦粗(电镦)
2、粉末金属精密锻造(4学时)
国内外发展概况;粉末锻造的特点及应用;粉末锻造时金属粉末的选用;分锻件和预
成形坯的设计;预成形坯的压制与锻造方法;粉末热等静压和粉末喷射锻造;粉末金
属注射成形。
3.板料金属冲压加工新工艺(8学时)
1)旋压成形
旋压成形原理及特点;旋压加工的基本方法;旋压模具;旋压设备。
2)超塑性成形
超塑性成形方法;超塑性成形方工艺参数。
3)爆炸成形
成形过程;工艺参数选择;成型装置。
4)电液成形
成形原理;放电室;电爆成形。
5)电磁成形
电磁成形的原理、加工方式及特点。
6)多点成形
多点成形原理、特点及适用范围;数控渐进成形。
课程主要教材:金属材料精密塑性成形方法 夏巨谌主编 国防工业出版社
主要参考文献:
1、林法禹 《特种锻压工艺》 机械工业出版社
2、胡正寰等 《楔横轧理论与应用》 冶金工业出版社
3、华林等 《环件轧制理论和技术》 机械工业出版社
4、日本塑性加工学会编 《旋压成形技术》 机械工业出版社
撰写人:张涛 系主任(签字): 主管院长(签字):
制定时间:2008 年 12月 9日