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可用于增材制造的高强铝镁合金
铝及其合金是工程应用最广泛的结构材料之一。传统的铝合金零件通过铸造、锻造和粉末冶金等方法制造,与这些传统制造过程相关的工具设备增加了制造成本和交付周期。3D打印技术由于为制造设计提供了丰富的自由度而广泛应用于工程零件的制造。现有3D打印技术中,选择性激光熔化(SLM)是发展最为广泛的方法之一。但是SLM工艺中的冶金缺陷如许多裂纹、球化和气孔导致只有有限数量的金属适合该种工艺,且具备满足要求的密度、微观结构和强度。中南大学粉末冶金研究院李瑞迪研究员和新西兰奥克兰大学、中车工业研究院有限公司等单位合作通过对合金元素进行调控和热处理工艺的探索,发展了一种适用于SLM制备工艺,具有良好抗裂性和高强度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相关论文以题为“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金属材料顶级期刊《Acta Materialia》在线发表。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在该项工作中,研究人员设计了一系列Al-Mg(-Si)-Sc-Zr合金,并用雾化合金粉末进行3D打印制备。在没有Si元素的情况下,Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr(x=1.5,3.0,6.0wt.%)合金在制备过程中均易发生热裂纹,平均裂纹密度随Mg含量的增加而增大。发现在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能够有效地抑制SLM过程中的热裂纹,同时细化制备合金的微结构,从而提高打印试样的力学性能。图1:不同成分的打印样品晶粒尺寸和形貌EBSD分析结果:(a)1.5 wt%Mg,合金1;(b)3.0 wt%Mg,合金2;(c)6.0 wt%Mg,合金3;(d)6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si,合金4。晶体学取向用倒极图(IPF)表示。图2:Mg和Si元素对试样断裂行为的影响。(a)不同合金成分(合金1,合金2,合金3,合金4)的拉应力应变曲线。(b-e)合金1(b)、合金2(c)、合金3(d)、合金4(e)的断口SEM图像。通过对合金成分的进一步微调,研究人员设计了一种新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。这种新合金具有明显的细化微观组织,由亚微米胞体和胞体中存在的共晶Al3(Sc,Zr)纳米粒子(2-15nm)和粒间Al-Mg2Si共晶(Mg2Si直径10-100nm)组成。打印试样中形成了高密度的层错和独特的9R相。试样的拉伸强度和延伸率分别达到497MPa和11%。经过时效处理后,试样的拉伸强度达到550MPa,塑性在8%~17%之间。除了固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化外,高密度层错也有助于强化。图3:不同组分(a1-4)合金#4;(b1-4)合金#5的SLM打印样品的细晶区TEM图像:(a1-2)合金4的胞状结构;(a3-4)合金的柱状结构;(b1-5)合金(b2)的胞状结构是(b1)的暗场图像;(b3-4)合金的柱状组织#5;图(a2),(a4),(b2)和(b4)显示了晶间共晶组织;(b5)是SLM-printed Alloy#5细胞的干HAADF图像和主要元素(Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr)的相应EDX图谱。图4:(a)SLM打印合金#5时效前后的拉伸应力应变曲线。曲线“#5”表示打印合金#5;曲线“#5-HT1”表示360℃时效8h的合金#5;曲线“#5-HT2”表示300℃时效8h的合金#5。(b)在合金#5-HT2断裂处拉伸试样的透射电镜显示具有高密度位错和SFs的变形组织。(c)沿[001]方向的变形亚晶中滑移带和滑移方向的HRTEM图像。(d)在(-100)面上用(c)图中标记区域的傅里叶逆变换图像显示出高密度位错。这项研究成果通过在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素,形成了精细打印微观组织,获得了无裂纹的打印合金成分。随后通过热处理时效工艺引入高密度层错并细化晶粒,开发出了一种具有低热裂敏感性和高强度的新型铝镁合金。这项工作提供了一种解决和消除SLM工艺中的冶金缺陷的铝镁合金成分设计方法和热处理工艺,推动了SLM制造技术的工程应用。
中南大学 2021-04-11
高强韧硬质合金工模具坯材
以自主开发的超细 / 纳米 WC 类复合粉末为原料,基于目前国内企业常用烧结设备,开发出特色烧结工艺,制备出不同粘结相含量和晶粒尺寸级别、性能达到国际先进水平的系列超细晶硬质合金块体材 料, 平均晶粒尺寸 200 - 500nm,硬度 HRA 90 - 93.5,断裂韧性 12.0 - 20.0MPa.m1/2,横向断裂强度4500 - 5200MPa,性能得到国际著名硬质合金企业和国内权威资质机构检测认定。利用真空烧结、热压烧结、热等静压烧结等技术,结合原料粒径匹配和烧结工艺优化,制备出平均晶粒尺寸>8µm  的组织均匀、性能稳定的超粗晶硬质合金块材,具有硬度 > HRA 90.0、断裂韧性 >15.0 MPa.m1/2 的优良力学性能。
北京工业大学 2021-04-13
高强韧硬质合金工模具坯材
北京工业大学 2021-04-14
一种异质多材料增材制造系统
本发明属于增材制造领域,并公开了一种异质多材料增材制造 系统。该系统包括关节臂机器人、打印装置、减材装置和监测反馈装 置,通过采用旋转式多喷头切换打印装置,以多个送丝打印机构旋转 切换的方式进行多材料多工艺实时切换打印,实现了多材料多工艺的 高效 3D 打印成形;双目立体视觉在线实时监测反馈装置及时反馈加工 零部件的层层温度信息及三维轮廓信息并与原始模型对比标定,确定 减材加工时机及相应减材加工参数。通过本发明,高精
华中科技大学 2021-04-14
高回弹/自润滑耐磨PTFE唇形密封片材
项目简介: 针对传统橡胶油封不能满足现代高端装备(如汽车、工程机械等)对旋转轴唇形油封的更高要求(即要求油封能承受高低温&n
西华大学 2021-04-14
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料耐腐蚀、耐高温、耐磨损、韧性高,能够广泛用于能源、交通、化工等领域的关键部件,比如摩擦制动材料、耐化学腐蚀叶片等。
东南大学 2025-02-08
中大规格棒材控轧工艺与成套装备
项目背景:大棒材是直径范围为φ70~200 圆钢,实现控温轧制是提高钢材性能、降低合金成本的重要手段。现代化棒材生产线上,根据工艺需要采用了不同的穿水冷却设备布置,以实现控轧控冷功能,但是大规格棒材因为冷却速度慢,水冷后内外温差过大,无法实现理想的控制轧制。开发新型的冷却工艺及配套装备,在不影响正常轧制效率前提下,实现大棒材的控制轧制是行业的难题与期待。关键工艺技术:控制轧制冷却:在精轧机组前置线外冷却装置,通过空冷时间的控制准确控制轧件在精轧机组内的轧制温度,最大限度第消除轧件内外的温度差,结合精轧机一定的变形量,使的φ70~200 圆钢获得较好的产品机械性能。轧后穿水:将终轧温度为 800~950℃的大规格棒材经过间断分布的水冷器,对钢材实现一定程度的加速冷却,同时减少表面快冷淬火组织深度,以达到提高钢材强度、塑性,改善韧性的目的,使钢材得到良好的综合性能。
北京科技大学 2021-04-13
长材(钢角槽)环保吹镀生产线
对于钢角槽一类长材的表面防腐采用吹镀法热镀锌。存在高污染,产品质量差性价比低的问题。本技术利用机械除锈和环保热镀工艺,采用卧式溢流热镀方式,可热镀锌及其合金。自动化程度高、环保、高效,成本低,质量好。工艺流程如下:机械除锈-循环高压水洗-表面精整-氮气保护下感应加热-溢流卧式热镀-水冷-收线-包装。
河北工业大学 2021-04-13
聚醚醚酮棒材专用料及制品研究
、成果简介:(500字以内) 聚醚醚酮棒材具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射、抗老化和机械性能优异等综合性能,其可以在250℃下使用,在电子、汽车、机械、航空航天、石油化工等工业领域具有广泛的应用,适于制作高精度,小批量的零部件,特别是我国高铁列车、大飞机计划等的启动,对聚醚醚酮棒材的需求较为迫切,飞机的许多数量较少的零部件需要聚醚醚酮棒材经过机械加工制造。其他领域如汽车、客车、电子等也是如此,许多关键零部件可以采用PEEK棒材通过机械加工等方法制造。目前国际市场对PEEK棒材的需求十分旺盛,
吉林大学 2021-04-14
一种电弧增材和铣削加工装置
本发明公开了一种电弧增材和铣削加工装置,属于电弧增材技术领域。其包括电弧增材单元和铣削加工单元,所述铣削加工单元包 括铣削加工头,所述铣削加工单元和所述电弧增材单元相连接,电弧 增材单元包括焊枪、支撑板、滑块、固定槽、固定板、步进电机以及 丝杠,焊枪一端与滑块固定,焊枪另一端穿过支撑板的通孔,支撑板 与步进电机相固定,固定板也与步进电机相固定,固定槽与固定板相 固定,步进电机的输出轴连接有丝杠,丝杠穿过滑块上开设的螺纹通 孔。本发明装置能一次性进行增材制造和切削加工,使工件的加工精 确满足使用要求。
华中科技大学 2021-04-14
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