文章综述了增材制造钛合金在近些年来的研究成果,从组织和性能的研究、不同方式对组织及性能的影响两个角度总结了国内外的研究进展,并对下一步的研究进行了展望。
文章从建设背景、发展现状、建设思路、项目应用案例以及存在的重难点问题等方面,对有色金属加工行业工程设计数字化交付进行分析,并提出了解决方案。
采用立式双辊铸轧机制备了铸轧速度分别为14 m/min、12 m/min、10 m/min、8 m/min的液-固铸轧1070A/2024铝合金复合板,使用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计和剪切实验等检测手段,研究了铸轧速度对液-固铸轧1070A/2024铝合金复合板材界面组织性能的影响。结果表明,随着铸轧速度的降低,复合界面处金属间化合物呈先增加后减少的变化趋势,复合界面硬度先增大后减小,铸轧速度为10 m/min时达到最高值129.5HV0.1;剪切强度呈先升高后降低而后再次升高的波浪状变化规律,铸轧速度为12 m/min时到达最大值80.7 MPa。
利用分离式霍普金森压杆对TC21钛合金进行动态压缩实验,分析了其动态力学性能,并观察了其动态压缩后的组织,重点研究了绝热剪切带的演变过程。结果表明,TC21钛合金在动态压缩的过程中,随着应变率的增加,塑性变形阶段可以吸收更多的能量,微孔洞及微裂纹沿着绝热剪切带形成并且扩展长大,最终形成裂纹,导致剪切破坏。TC21钛合金在动态压缩中的变形过程主要以滑移的方式进行,所以在其真应力-真应变曲线中整体表现为硬化现象。TC21钛合金的绝热剪切带在宏观上呈一条明显的白色亮带,在微观组织上绝热剪切带内具有明显的流线状组织。
对TA10钛合金进行不同温度的随炉冷却处理,使用光学显微镜、扫描电子显微镜、室温拉伸性能测试等手段,研究炉冷温度对TA10钛合金微观组织与拉伸性能的影响。结果表明,炉冷温度会影响组织中初生α相与次生α相的含量,随着炉冷温度不断升高,初生α相含量降低,次生α相含量升高,同时合金强度随之升高,但塑性随着炉冷温度的升高而降低。炉冷温度为两相区时,拉伸断口微观形貌由大量的等轴状韧窝组成,炉冷温度为单相区时,断口形貌以岩石状为主,在炉冷温度升高过程中,断口形貌中微裂纹数量增加,且有撕裂棱出现。
通过测量不同切削量加工、不同时效方式处理后的ZTC4钛合金板块残余应力,比对分析切削量及不同时效方式对ZTC4残余应力的影响。结果表明,通过切削加工引入残余应力数值与切削量呈正相关,随着切削量的增加引入应力增长幅度小;试验条件下振动时效及热时效对ZTC4钛合金的去应力效果相当;对于振动时效及热时效,时效前残余应力数值越大,时效所能去除的应力越多,应力去除率越高。
针对7050合金板材制品热处理工艺摸索试错成本高、性能偏差大等问题,采用响应曲面Box-Behnken法对影响7050铝合金80 mm厚板预时效的工艺因素开展研究。结果表明,回归模型拟合度较好,结合生产实际条件对最佳工艺进行修正(预时效温度120 ℃、保温时间24 h、升温速率1 ℃/min),采用修正工艺预时效后板材硬度为189.2HV、电导率30.83%IACS,满足目标要求。
针对冲蚀磨损及腐蚀导致的弯管刺漏、破裂等问题,文章以钛合金弯管为例,通过有限元模拟软件分析了弯曲角度、曲率半径、流体速度、粒径和质量流量对弯管最大冲蚀速率的影响规律。模拟结果表明,弯管易冲蚀磨损的区域主要分布在弯头的内壁面外侧区域,且随着弯曲角度的增加,易冲蚀区域的位置逐渐向出口靠近;最大冲蚀速率整体随曲率半径的增大而减小;最大冲蚀速率的变化对低速流体的流速更敏感;粒径对最大冲蚀速率的影响是由砂粒质量和砂粒数量两者共同决定的,且粒径的变化不会改变易冲蚀区域的位置;最大冲蚀速率随质量流量的增大而增大,最终趋于平缓。最后从仿生学角度出发,以自然界的沙漠红柳树皮为仿生原型,对易冲蚀磨损部位进行结构优化,以期延长钛合金弯管的使用寿命。
采用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对焊道变化缺陷组织和成分进行分析。结果表明,在焊缝纵向上可以观察到夹杂缺陷,缺陷区域内有碳、氧、钨等杂质元素分布。该类型缺陷产生原因为钨针尖表面附着物累积到一定量以后,掉落到焊缝熔池中,引起电弧波动而形成缺陷。通过提高钛带表面清洁度,增加修磨钨针尖频次,提高焊枪氩气流量等措施,可减少该类型缺陷的产生。
采用磷酸、硫酸混合液中大电压短时间作为第一步氧化,硫酸、酒石酸、含钼化合物混合液中小电压长时间作为第二步氧化,两步氧化结合在铝合金表面制得开口大且浅、底部窄且深的“喇叭型”多孔层,通过扫描电子显微镜和EDS能谱仪对多孔层进行表征测试,通过高温烘烤以及3C行业通用氧化膜测试方法对封孔后的氧化膜进行性能检测。结果表明,两步氧化得到的“喇叭型”多孔层氧化膜经封闭后能够耐200 ℃高温达2 h以上,中性盐雾通过72 h测试,酸碱性人工汗通过48 h测试,斑马笔、耐清洗测试等均能符合行业标准。
文章结合某2 350 mm铝带连续退火机组,对铝带连续退火机组的主要工艺参数、机组设备组成、关键设备要点等进行论述,以达到合理方案配置。
文章对保证堆垛机平稳运行的关键技术进行分析,提出了优化改进措施,可为同行业相关设备设计及性能提升提供技术参考。
针对铜板带产品种类众多,数学模型参数调试难的问题,提出了基于智能优化的智能建模方法。该模型根据运行过程中采集的仪表数据和测试数据,通过智能优化算法优化出模型关键参数。结合加热炉一级控制程序的改进和二级数学模型的软件开发,智能燃烧系统在铜板带步进式加热炉上成功应用,改善了铸锭加热的一致性,并节省了吨铜的天然气消耗。
采用双重破乳工艺实现乳化液的高效水乳分离,对分离产生的废水进行芬顿氧化处理,利用二价铁离子和过氧化氢之间的链反应生成羟基自由基,以超强的氧化能力降解掉废水中的有机物。通过控制废水过氧化氢添加量1.5%、硫酸亚铁添加量4%,可有效提高有机物降解率,显著降低废水水质COD至300 mg/L以下,满足园区污水处理厂入水指标。提升反应温度可提高反应速率,但对降废水COD影响不大。此工艺具有简单、高效、转化率高等特点,可作为一种技术储备应用于危废处理行业。
