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Monel400圓鋼零切

無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司專業(yè)生產(chǎn)精密合金，高溫合金，耐蝕合金等高性能合金材料。其主導(dǎo)產(chǎn)品有：鐵鎳鈷玻封合金4J29、4J44,鐵鎳玻封合金4J42、4J48、4J50、4J52，鐵鎳低膨脹合金4J36、4J32、殷鋼，瓷封合金4J33、4J34，鐵鉻玻封合金4J28，Kovar、Invar以及純鎳合金N6、Nickel200、Nickel201，鎳鋁合金Ni95Al5，軟磁合金1J36、1J46、1J50、1J79、1J85、1J22，耐蝕合金monel400、monel K500、Inconel625、Inconel 601、Inconel 600、Inconel 718、Inconel X750、Incoloy 800、Incoloy 800H、Incoloy 825、Incoloy901、Incoloy 925、Incoloy 926、NS111、NS112、NS142等系列，哈氏合金Hastelloy
鈦及鈦合金比強(qiáng)度高、生物相容性好,耐腐蝕性和抗疲勞性能亦優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金,是人工關(guān)節(jié)、骨創(chuàng)傷產(chǎn)品、脊柱矯形內(nèi)固定系統(tǒng)、*、牙托等科研植入產(chǎn)品的材料。在鈦合金中引入Cu元素不僅可以降低合金的熔點(diǎn),還可以提高合金的耐磨性、生物相容性和抗菌性等。近年來(lái),鈦銅合金（Ti-Cu合金）引起了廣大學(xué)者的關(guān)注,研究表明,鈦合金中銅的含量對(duì)其力學(xué)性能的影響很大,如伸長(zhǎng)率、模量和硬度等。目前對(duì)Ti-Cu合金的研究大部分集中于微觀結(jié)構(gòu)、抗菌性能、壓縮或拉伸強(qiáng)度等方面,然而作為牙齒、骨骼或關(guān)節(jié)的替代品,在咀嚼食物或者人體運(yùn)動(dòng)過程中,亦或是在制造加工過程中,科研Ti-Cu合金往往處于復(fù)雜環(huán)境下或受到復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。因此,對(duì)Ti-Cu合金組分設(shè)計(jì)、耐磨性及各種工況下力學(xué)性能的研究顯得尤為必要。

果表明:兩相中氫原子的穩(wěn)態(tài)間隙位置均為富Ti八面體間隙;γ相中氫原子更傾向于層內(nèi)擴(kuò)散,其擴(kuò)散勢(shì)壘約為0.48eV;α2相中層間擴(kuò)散更加容易,能量勢(shì)壘約為0.72eV,氫原子在γ相晶體中的晶格擴(kuò)散較易。V、Cr、Fe、Co、Ni和Cu元素可以降低氫原子在γ相中的初始擴(kuò)散勢(shì)壘,而Mo和W元素影響不大;Nb、Ta和Mn元素則起增大效果使氫原子擴(kuò)散更加困難,原因?yàn)楹辖鹪右鸱€(wěn)定間隙八面體的組成面的三原子之間的成鍵類型及強(qiáng)度發(fā)生了變化。Nb、Ta和Mn可以增大氫原子在γ相中的層內(nèi)擴(kuò)散和在α2相中層間擴(kuò)散的擴(kuò)散勢(shì)壘,在γ相中擴(kuò)散勢(shì)壘分別為0.55eV、0.51 e V和0.99eV,在α2相中擴(kuò)散勢(shì)壘分別為0.94eV、1.04eV和0.88eV。（4）計(jì)算了氧原子在γ相和α2相中及其固溶體中的擴(kuò)散行為。氧原子在純凈的γ相和α2相中的穩(wěn)態(tài)間隙位置均為富Ti八面體間隙,γ相中氧原子的層內(nèi)和層間擴(kuò)散勢(shì)壘均約為1.26eV,而α2相中分別約為2.83e V和2.79eV。氧原子在Ti15A16R（R=V、Nb、Ta、Cr、Mo和W）中均傾向占位為距離R原子遠(yuǎn)的富Ti八面體間隙;Cr和V元素固溶后氧原子的擴(kuò)散勢(shì)壘變小,擴(kuò)散系數(shù)增大;而Nb、Ta和W元素則對(duì)氧原子擴(kuò)散起阻礙作用,其擴(kuò)散勢(shì)壘分別增大為1.29eV、1.30 eV和1.31eV。Nb元素固溶后α2相中氧原子的層間晶格擴(kuò)散勢(shì)壘將從2.79eV提高至3.53eV,高溫下的擴(kuò)散系數(shù)也明顯降低,Nb元素有利于α2相的抗氧化性能。
考慮到Ti-Cu合金的加工和使用環(huán)境,本文擬對(duì)Ti-Cu合金不同加載條件和溫度工況下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行深入分析,具體研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:（1）以海綿鈦和金屬銅制備Ti-Cu合金,利用XRD、SEM對(duì)Ti-Cu合金的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并通過納米壓入法分析加載方式和加、卸載參數(shù)對(duì)合金硬度和彈性模量的影響。結(jié)果表明:Ti-Cu合金由α’相與Ti2Cu相組成;與循環(huán)加載和恒載荷速率加載方式相比,連續(xù)剛度法測(cè)得的彈性模量與硬度值相對(duì)較高;加載速率對(duì)測(cè)量值的影響較小,但卸載速率對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響,隨著卸載速率的增加,測(cè)得的彈性模量有所降低,而硬度則有所增加;析出的Ti2Cu相能有效提高材料的強(qiáng)度。（2）對(duì)Ti-Cu合金的單軸壓縮、拉伸以及純剪切加載條件下的靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試分析,并著重研究其在壓剪復(fù)合加載狀態(tài)下的力學(xué)響應(yīng),分析了Ti-Cu合金在各種應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為并得到了其實(shí)驗(yàn)屈服軌跡,探究了應(yīng)變率對(duì)Ti-Cu合金屈服行為的影響。

結(jié)果顯示:Ti-Cu合金屈服強(qiáng)度拉壓不對(duì)稱,表明了其屈服行為正應(yīng)力方向相關(guān)性;隨著應(yīng)變率的增加,Ti-Cu合金的屈服軌跡呈各向同性膨脹趨勢(shì)。（3）通過對(duì)比不同應(yīng)力狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)理論屈服準(zhǔn)則的吻合度,發(fā)現(xiàn)考慮拉壓不對(duì)稱效應(yīng)的Cazacu-Barlat準(zhǔn)則能夠很好地描述Ti-Cu合金的屈服行為;并在此基礎(chǔ)上對(duì)Cazacu-Barlat準(zhǔn)則進(jìn)行改進(jìn),提出了一個(gè)率相關(guān)的Cazacu-Barlat屈服準(zhǔn)則,拓展了該屈服準(zhǔn)則的應(yīng)用范圍。（4）開展了Ti-Cu合金的高溫壓縮測(cè)試,分析了溫度和應(yīng)變率對(duì)其力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:溫度一定時(shí),流變應(yīng)力隨著應(yīng)變率的升高而增加;應(yīng)變率一定時(shí),流變應(yīng)力隨著溫度的升高而減小。同時(shí)基于雙曲正弦形式的Arrhenius本構(gòu)方程構(gòu)建了Ti-Cu合金的高溫本構(gòu)模型,較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了該合金的高溫流變應(yīng)力及其變形行為。
Ni3Al與NiAl金屬間化合物具有高熔點(diǎn)、低密度、高抗氧化性等優(yōu)點(diǎn),在空天領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。通常,該材料主要以熔鑄法制備,存在工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn),阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。電弧增材制造技術(shù)具有高效率、低成本與制造周期短等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于Ni-Al金屬間化合物制備有很大潛力。本文以等離子弧為熱源,鎳絲、鋁絲/鋁粉為填充材料,開展了Ni-Al金屬間化合物電弧增材制造工藝研究。主要研究結(jié)果如下。研究發(fā)現(xiàn)雙絲夾角,及其投影交點(diǎn)位置是影響沉積件成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素。當(dāng)雙絲夾角θ<30°時(shí),低熔點(diǎn)鋁絲會(huì)提前熔化,在熔池外部形成鋁滴,無(wú)法穩(wěn)定進(jìn)入熔池,且會(huì)對(duì)熔池產(chǎn)生較大的沖擊,導(dǎo)致沉積件表面起皺、側(cè)邊突出。當(dāng)雙絲夾角θ≥30°,且投影交點(diǎn)位置位于等離子弧后2mm時(shí),鋁絲會(huì)直接插入熔池,避免了上述現(xiàn)象,提高了熔池的穩(wěn)定性和成形質(zhì)量。研究了主要工藝參數(shù),包括鎳含量、熱輸入、預(yù)熱與熱處理對(duì)Ni-Al金屬間化合物沉積件微觀組織與力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著鎳含量的增加,顯微組織由M-NiAl/Ni3Al雙相組織逐漸向塊狀Ni3Al+γ-Ni/γ’-Ni3Al組織轉(zhuǎn)變。當(dāng)鎳含量大于85.2wt.%時(shí),零件全部由塊狀Ni3Al+γ-Ni/γ’-Ni3Al組織組成。

Monel400圓鋼零切其次,熱輸入越大,熔池峰值溫度越高,流動(dòng)性越好,凝固時(shí)間越長(zhǎng),鋁元素分布越均勻。隨著熱輸入的增加,沉積件組織逐漸由胞狀晶組織向樹枝晶組織轉(zhuǎn)變,當(dāng)熱輸入大于2.913 kJ/mm時(shí),*由樹枝晶組織組成。熱處理對(duì)沉積件物相組成和分布特征無(wú)明顯影響,預(yù)熱能夠通過增加M-NiAl組織含量,減少γ+γ’共晶組織含量來(lái)抑制沉積件開裂傾向。當(dāng)預(yù)熱功率小于12.5 kW時(shí),沉積件裂紋能夠得到有效抑制。但是,隨著預(yù)熱功率的增加,γ+γ’共晶組織含量逐漸增加,開裂傾向增加。探討了鋁粉添加量對(duì)沉積件開裂傾向、顯微組織與力學(xué)性能的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著鋁粉添加量的增加,沉積件的網(wǎng)狀γ’-Ni3Al/γ-Ni組織、圓形顆粒狀γ’相增加,增強(qiáng)了析出強(qiáng)化效應(yīng),從而增大了試樣抗拉強(qiáng)度,但是減少了延伸率,及其塑性變形能力,導(dǎo)致試樣開裂傾向增大。當(dāng)鋁粉添加量為1.03 g/min時(shí),沉積件抗拉強(qiáng)度大,延伸率小,分別為519.4 MPa和26.7%;隨著鋁粉添加量逐漸增加至1.03 g/min,晶界γ’相逐漸增加,導(dǎo)致沉積件抗拉強(qiáng)度各向異性程度由純Ni的0.05%增加至4.91%。
激光增材制造技術(shù)是基于分層制造原理,利用材料逐層累積的方法,將CAD數(shù)字模型制造為實(shí)體零件的一種新型技術(shù)。與傳統(tǒng)切削技術(shù)相比,該技術(shù)具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造、無(wú)需模具夾具、不受零件結(jié)構(gòu)的限制、材料利用率高等一系列優(yōu)點(diǎn),在空天、汽車制造、電子產(chǎn)品、科研等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于激光增材制造技術(shù)的研究,主要是研究其制造過程中溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。但是由于實(shí)時(shí)測(cè)量熔池內(nèi)的溫度非常困難,從而導(dǎo)致溫度變化規(guī)律難以把握,并且需要大量的實(shí)驗(yàn)才有可能發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。這樣就會(huì)付出很高的時(shí)間成本,因此通過實(shí)驗(yàn)的手段對(duì)激光增材制造過程中的溫度變化規(guī)律進(jìn)行研究,可操作性不強(qiáng)。數(shù)值模擬軟件的開發(fā),為解決這一問題提供了一種非常便捷的方法。本文選用ANSYS數(shù)值模擬軟件,利用其熱源移動(dòng)技術(shù)和“生死單元”技術(shù)來(lái)模擬激光增材制造過程。