脉冲电流持续作用下NiAl带筋板锻造工艺研究
发布时间：2020-12-21 11:03
随着人们对航天器高温结构材料要求的不断提高,具有优良高温性能和低密度的NiAl金属间化合物被人们广泛关注。NiAl材料具有较高的高温强度,高温变形抗力较大,成形困难;且传统炉加热高温成形能耗高,易氧化,设备损耗严重,很大程度上限制了其应用和推广。基于此本课题提出NiAl非致密体预制坯的脉冲电流加热辅助成形装置及工艺,探究了NiAl非致密体材料在脉冲电流加热锻造成形过程中的组织演变规律,为NiAl构件的新型、绿色高温成形工艺提供了实验及理论依据。首先,采用Ni、Al粉末热压烧结的方法制备NiAl非致密体材料。根据不同致密度的烧结材料在一定温度和应变速率下进行的Gleeble热压缩实验,确定后续锻造成形实验的最优材料高温性能。其次,设计脉冲电流加热锻造成形实验的装置系统和工艺流程。选取成形效果更好的绝缘喷涂金属凹模和片层式陶瓷凸模组合模具;通过热压缩实验、自阻加热升温、电加热处理和电加热拉伸等实验确定成形过程中的温度、应变速率、电流密度、占空比和频率等工艺参数。对NiAl带筋板的高温成形过程进行有限元模拟,探究了成形过程的变形速率,并验证了工艺的可行性。基于以上工艺流程和参数进行脉冲电流加...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiAl晶体结构
从而提升材料的变形能力。另外，脉冲电流的引入还可使材料成形过程产生新的现象与机制，如，Conrad 等人研究脉冲电流对冷变形金属(Cu，Al)退火组织的影响时，发现在退火过程中材料发生了再结晶行为，若在此过程中施加脉冲电流将使再结晶过程加速[18]，使材料提前软化。目前，脉冲电流辅助热成形技术已成为国外快速发展的塑性加工技术之一。1.2.3 NiAl 金属间化合物的应用国内外学者对 NiAl 金属间化合物的研究不断深入，由于该种材料在极端环境条件，如超高温、真空、和腐蚀的条件下仍然能够很好地服役，所以其在航空航天领域的发动机组部分得到了充分的应用。经过多年的努力，美国通用电气公司已成功制备出性能优良的 NiAl 单晶合金。最佳性能是 NiAl 单晶合金 AFN-20。 该合金已被制成先进的航空发动机高压涡轮空心气冷导向叶片，并成功通过了地面台架试车[20]，如图 1-2 为 NiAl 单晶涡轮导向叶片及其组合件。GE 公司成功的调试测试表明，使用低塑性金属间化合物制造复杂的涡轮发动机部件在设计和制造工艺上是可行的[21]。
料塑性变形过程的影响。他们研究了一些多晶金属材料在室温下脉冲电流作用下的拉伸变形行为，以及材料的晶体结构和位错机理。除了由电流产生的趋肤效应和电磁拉伸效应之外，还发现当电流作用于金属材料的塑性变形过程时，金属内部的漂移电子将与位错相互作用，这种现象可以通过热激活辅助位错运动模型给予解释[25]。除了改善金属材料的机械性能外，电流还可以提高疲劳寿命[28]。Conrad 等人研究了电流对多晶铜疲劳性能的影响，发现脉冲电流可以提高材料的疲劳性能，降低发生晶间断裂的可能性[29]。驻留滑移带(PSBs)是影响材料疲劳行为的主要因素。位错的密度和分布在 PSBs 与基体之间发生突变，并且在该界面处易于发生疲劳裂纹。高密度脉冲电流可以减小 PSB 的平均宽度和平均间距，这对 PSBs 和子滑移系统中的位错运动有一定的影响，降低 PSB 与基体之间的应力集中，使滑移相互协调，提高了滑移的均匀性，延长了材料的疲劳寿命。电流对金属基体的损伤具有一定的修复作用，表现为电流的止裂效应和裂纹愈合能力[30]。当电流施加在有裂纹的金属基体上时，裂纹附近的电流分布并不均匀，导致因焦耳热在裂纹周围产生的温度场分布不均匀，如图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温合金材料特性及加工技术进展[J]. 吴明阳,王博,程耀楠,赵旭,高永斌. 哈尔滨理工大学学报. 2015(06)
[2]NiAl合金研究中的几个重要发现[J]. 郭建亭,周兰章. 中国材料进展. 2015(02)
[3]高温合金高速加工技术及刀具材料研究[J]. 乔阳,艾兴,赵军,刘战强. 工具技术. 2010(06)
[4]镍基高温合金的切削加工[J]. 赵秀芬,王玉华,刘阳,王兴林,万熠. 航空制造技术. 2010(11)
[5]三种NiAl材料的室温摩擦磨损性能[J]. 王振生,郭建亭,周兰章,谢亿,盛立远,胡壮麒. 材料研究学报. 2009(03)
[6]金属间化合物NiAl的研究进展[J]. 郭建亭. 中南大学学报(自然科学版). 2007(06)
[7]客车镁合金管材电阻加热弯曲工艺[J]. 姚启明,李双寿,李而立,金鑫炎,张秀海. 轻合金加工技术. 2005(08)
[8]金属间化合物及其应用[J]. 杨遇春. 有色金属再生与利用. 2004(09)
[9]脉冲电流对金属材料塑性变形和组织结构与性能的影响[J]. 姚可夫,王沛玉. 机械强度. 2003(03)
[10]纳米晶NiAl的机械合金化合成及块体材料力学性能[J]. 肖旋,孙伟,刘成雁,周兰章,郭建亭. 现代科学仪器. 2003(03)
博士论文
[1]脉冲电流在轻合金超塑变形中的宏微观作用机制[D]. 刘泾源.哈尔滨工业大学 2015
[2]高温度梯度定向凝固NiAl-Cr（Mo）合金组织及力学性能[D]. 商昭.西北工业大学 2015
[3]脉冲电流对铝基复合材料拉深变形与扩散连接的影响[D]. 王博.哈尔滨工业大学 2013
[4]轻合金板材脉冲电流辅助超塑成形工艺及机理研究[D]. 李超.哈尔滨工业大学 2012
[5]电热止裂相变应力及止裂效果综合分析[D]. 王平.燕山大学 2006
[6]几种新工艺制备的NiAl-Cr（Mo）共晶合金的组织与机械性能[D]. 高强.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]5A90Al-Li合金桁条自阻加热成形工艺与装备[D]. 肖寒.哈尔滨工业大学 2015
[2]脉冲电流对再制造毛坯裂纹止裂后组织与性能的影响[D]. 刘倩倩.大连理工大学 2015
[3]脉冲电流下铝合金变形行为及其织构和微观结构演变研究[D]. 闫聪.华中科技大学 2015
[4]SiCp/2024Al板材电流辅助冲压工艺研究[D]. 杜君.哈尔滨工业大学 2012
[5]7085铝合金等温多向锻及有限元模拟研究[D]. 梁信.中南大学 2011
[6]感应放热熔炼制备NiAl-Fe合金及Fe对其性能的影响[D]. 孙耀宁.兰州理工大学 2005
本文编号：2929719
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiAl晶体结构
从而提升材料的变形能力。另外，脉冲电流的引入还可使材料成形过程产生新的现象与机制，如，Conrad 等人研究脉冲电流对冷变形金属(Cu，Al)退火组织的影响时，发现在退火过程中材料发生了再结晶行为，若在此过程中施加脉冲电流将使再结晶过程加速[18]，使材料提前软化。目前，脉冲电流辅助热成形技术已成为国外快速发展的塑性加工技术之一。1.2.3 NiAl 金属间化合物的应用国内外学者对 NiAl 金属间化合物的研究不断深入，由于该种材料在极端环境条件，如超高温、真空、和腐蚀的条件下仍然能够很好地服役，所以其在航空航天领域的发动机组部分得到了充分的应用。经过多年的努力，美国通用电气公司已成功制备出性能优良的 NiAl 单晶合金。最佳性能是 NiAl 单晶合金 AFN-20。 该合金已被制成先进的航空发动机高压涡轮空心气冷导向叶片，并成功通过了地面台架试车[20]，如图 1-2 为 NiAl 单晶涡轮导向叶片及其组合件。GE 公司成功的调试测试表明，使用低塑性金属间化合物制造复杂的涡轮发动机部件在设计和制造工艺上是可行的[21]。
料塑性变形过程的影响。他们研究了一些多晶金属材料在室温下脉冲电流作用下的拉伸变形行为，以及材料的晶体结构和位错机理。除了由电流产生的趋肤效应和电磁拉伸效应之外，还发现当电流作用于金属材料的塑性变形过程时，金属内部的漂移电子将与位错相互作用，这种现象可以通过热激活辅助位错运动模型给予解释[25]。除了改善金属材料的机械性能外，电流还可以提高疲劳寿命[28]。Conrad 等人研究了电流对多晶铜疲劳性能的影响，发现脉冲电流可以提高材料的疲劳性能，降低发生晶间断裂的可能性[29]。驻留滑移带(PSBs)是影响材料疲劳行为的主要因素。位错的密度和分布在 PSBs 与基体之间发生突变，并且在该界面处易于发生疲劳裂纹。高密度脉冲电流可以减小 PSB 的平均宽度和平均间距，这对 PSBs 和子滑移系统中的位错运动有一定的影响，降低 PSB 与基体之间的应力集中，使滑移相互协调，提高了滑移的均匀性，延长了材料的疲劳寿命。电流对金属基体的损伤具有一定的修复作用，表现为电流的止裂效应和裂纹愈合能力[30]。当电流施加在有裂纹的金属基体上时，裂纹附近的电流分布并不均匀，导致因焦耳热在裂纹周围产生的温度场分布不均匀，如图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温合金材料特性及加工技术进展[J]. 吴明阳,王博,程耀楠,赵旭,高永斌. 哈尔滨理工大学学报. 2015(06)
[2]NiAl合金研究中的几个重要发现[J]. 郭建亭,周兰章. 中国材料进展. 2015(02)
[3]高温合金高速加工技术及刀具材料研究[J]. 乔阳,艾兴,赵军,刘战强. 工具技术. 2010(06)
[4]镍基高温合金的切削加工[J]. 赵秀芬,王玉华,刘阳,王兴林,万熠. 航空制造技术. 2010(11)
[5]三种NiAl材料的室温摩擦磨损性能[J]. 王振生,郭建亭,周兰章,谢亿,盛立远,胡壮麒. 材料研究学报. 2009(03)
[6]金属间化合物NiAl的研究进展[J]. 郭建亭. 中南大学学报(自然科学版). 2007(06)
[7]客车镁合金管材电阻加热弯曲工艺[J]. 姚启明,李双寿,李而立,金鑫炎,张秀海. 轻合金加工技术. 2005(08)
[8]金属间化合物及其应用[J]. 杨遇春. 有色金属再生与利用. 2004(09)
[9]脉冲电流对金属材料塑性变形和组织结构与性能的影响[J]. 姚可夫,王沛玉. 机械强度. 2003(03)
[10]纳米晶NiAl的机械合金化合成及块体材料力学性能[J]. 肖旋,孙伟,刘成雁,周兰章,郭建亭. 现代科学仪器. 2003(03)
博士论文
[1]脉冲电流在轻合金超塑变形中的宏微观作用机制[D]. 刘泾源.哈尔滨工业大学 2015
[2]高温度梯度定向凝固NiAl-Cr（Mo）合金组织及力学性能[D]. 商昭.西北工业大学 2015
[3]脉冲电流对铝基复合材料拉深变形与扩散连接的影响[D]. 王博.哈尔滨工业大学 2013
[4]轻合金板材脉冲电流辅助超塑成形工艺及机理研究[D]. 李超.哈尔滨工业大学 2012
[5]电热止裂相变应力及止裂效果综合分析[D]. 王平.燕山大学 2006
[6]几种新工艺制备的NiAl-Cr（Mo）共晶合金的组织与机械性能[D]. 高强.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]5A90Al-Li合金桁条自阻加热成形工艺与装备[D]. 肖寒.哈尔滨工业大学 2015
[2]脉冲电流对再制造毛坯裂纹止裂后组织与性能的影响[D]. 刘倩倩.大连理工大学 2015
[3]脉冲电流下铝合金变形行为及其织构和微观结构演变研究[D]. 闫聪.华中科技大学 2015
[4]SiCp/2024Al板材电流辅助冲压工艺研究[D]. 杜君.哈尔滨工业大学 2012
[5]7085铝合金等温多向锻及有限元模拟研究[D]. 梁信.中南大学 2011
[6]感应放热熔炼制备NiAl-Fe合金及Fe对其性能的影响[D]. 孙耀宁.兰州理工大学 2005
本文编号：2929719
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