复合板层间真空夹层涂覆机理与制备研究
发布时间：2021-01-15 05:20
以低合金钢EH40和不锈钢316L为基层和复层的复合板,具有一定的机械强度和抗腐蚀性能,在利用真空热轧法生产不锈钢复合板的过程中,往往需要添加金属夹层来阻隔界面间发生的元素扩散,但样件处理复杂,焊接封装后仍需检验气密性,且界面真空度不易保证,导致出现了一定程度的氧化物和杂质。为了保证界面结合强度、提高纯净度,本文以提高带夹层不锈钢复合板层间真空度为目的,从夹层材料的引入方式出发,研究采用熔融态金属制备夹层的方法对复合板界面特征的影响。基于熔融态夹层添加方法,选取流动性好的铁钴镍合金为夹层材料,对带铁钴镍夹层的组合件进行压缩成形试验,观察成形界面附近元素扩散情况,探究铁钴镍夹层的阻隔性能,提出在真空环境下利用压力差向316L/EH40组合坯料中填充夹层的方法,从流变学角度建立铁钴镍熔体流动数学模型,描述熔体的涂覆过程。利用ProCAST有限元软件建立熔融态夹层涂覆流动模型,对影响夹层成型质量的熔体温度、层间真空度、夹层厚度等工艺参数进行数值模拟研究,研究不同工艺参数对熔体流动特性的影响,以涂覆率为指标制定工艺参数优化图,从涂覆完整区域中选取参数,进行熔体凝固特性及缩孔分布仿真研究,确定涂...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镶嵌件制备图
第2章铁钴镍夹层阻隔效果与涂覆机理研究-13-2.2.2显微硬度测试及金相组织观察利用Qness10显微硬度计测量添加铁钴镍夹层316L/EH40组合样件界面附近硬度，如图2-7所示。测量过程中参考GB/T4340.0-2012定义界面中心为0点，取点路径与界面成30°，试验力为100g，加载时间10s，在路径上等距离取点且间隔不小于3倍对角线长度，不锈钢侧和低合金钢侧各选10个点测量硬度值。由于基层和复层两侧碳元素含量存在浓度差，碳元素会在压缩过程中高温情况下发生扩散，扩散后会影响复合材料的整体性能，因此需要利用金相显微镜观察添加铁钴镍夹层后碳元素扩散情况，将电解完成的试件在如图2-8所示的AxioObserver3m金相显微镜下调节放大倍数观察微观组织。从图2-9a)中界面处的显微硬度图可看出，316L侧硬度值在250HV左右波动，316L侧界面2测量点的硬度值与远离界面2测量点的硬度值相差不大；EH40侧硬度值在210HV左右波动，EH40侧最靠近界面1测量点的硬度与远离界面1测量点的硬度值相差不大，说明界面附近低合金钢碳元素未发生向不锈钢侧扩散，未对材料本身的硬度产生影响。图2-7Qness10显微硬度计图2-8AxioObserver3m金相显微镜从金相组织图2-9b)可看铁钴镍夹层与低合金钢和不锈钢间的界线明显，清晰流畅较为平直，表明三种材料结合紧密，均已经形成了良好的复合。316L不锈钢侧组织为单一的奥氏体组织，晶界清晰且比较平直，呈规则多边形，晶粒粗大，EH40侧组织中主要为铁素体和珠光体且未发现脱碳层，与显微硬度图对比可得，靠近界面侧低合金钢EH40与不锈钢316L硬度均未发生突变，证明碳元素未发生从EH40侧向316L侧扩散的现象，铁钴镍合金夹层能够起到阻止碳元素扩散的作用。
第2章铁钴镍夹层阻隔效果与涂覆机理研究-13-2.2.2显微硬度测试及金相组织观察利用Qness10显微硬度计测量添加铁钴镍夹层316L/EH40组合样件界面附近硬度，如图2-7所示。测量过程中参考GB/T4340.0-2012定义界面中心为0点，取点路径与界面成30°，试验力为100g，加载时间10s，在路径上等距离取点且间隔不小于3倍对角线长度，不锈钢侧和低合金钢侧各选10个点测量硬度值。由于基层和复层两侧碳元素含量存在浓度差，碳元素会在压缩过程中高温情况下发生扩散，扩散后会影响复合材料的整体性能，因此需要利用金相显微镜观察添加铁钴镍夹层后碳元素扩散情况，将电解完成的试件在如图2-8所示的AxioObserver3m金相显微镜下调节放大倍数观察微观组织。从图2-9a)中界面处的显微硬度图可看出，316L侧硬度值在250HV左右波动，316L侧界面2测量点的硬度值与远离界面2测量点的硬度值相差不大；EH40侧硬度值在210HV左右波动，EH40侧最靠近界面1测量点的硬度与远离界面1测量点的硬度值相差不大，说明界面附近低合金钢碳元素未发生向不锈钢侧扩散，未对材料本身的硬度产生影响。图2-7Qness10显微硬度计图2-8AxioObserver3m金相显微镜从金相组织图2-9b)可看铁钴镍夹层与低合金钢和不锈钢间的界线明显，清晰流畅较为平直，表明三种材料结合紧密，均已经形成了良好的复合。316L不锈钢侧组织为单一的奥氏体组织，晶界清晰且比较平直，呈规则多边形，晶粒粗大，EH40侧组织中主要为铁素体和珠光体且未发现脱碳层，与显微硬度图对比可得，靠近界面侧低合金钢EH40与不锈钢316L硬度均未发生突变，证明碳元素未发生从EH40侧向316L侧扩散的现象，铁钴镍合金夹层能够起到阻止碳元素扩散的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用纯铁中间层热轧钛合金/不锈钢复合板显微结构和性能[J]. 余超,谢红飙,肖宏. 稀有金属材料与工程. 2019(05)
[2]不锈钢复合板界面组织形貌[J]. 于涛,井玉安,张亚樵,代自莹,于伟达,常健. 钢铁. 2018(11)
[3]涡轮减速器壳体铸造模拟及工艺优化[J]. 韩翠红,张海刚,尹起,王志蒙,王宇璞. 热加工工艺. 2018(21)
[4]热轧对06Cr13/Q345R爆炸复合板界面微观组织和元素扩散的影响[J]. 李晋. 热加工工艺. 2018(17)
[5]水冷铜坩埚重熔吸铸高温合金K418的成分、组织和力学性能[J]. 蒲永亮,寇生中,董天文,张志栋,郭晓凡,曲红霞. 金属功能材料. 2018(04)
[6]TA1/Cu/X65复合板焊接接头微观组织及力学性能[J]. 张敏,慕二龙,王晓伟,韩挺,罗海龙. 金属学报. 2018(07)
[7]界面特性对特厚板坯复合轧制复合效果的影响[J]. 孙建亮,彭艳,谷尚武,杜兴明. 中国机械工程. 2017(20)
[8]基于AnyCasting的机床滑块铸造模拟及工艺优化[J]. 尹起,盛文斌,张振波. 热加工工艺. 2017(17)
[9]加压方式对铝夹层AZ31B/Cu扩散钎焊接头组织和性能的影响[J]. 杜双明,杜晨,张永琴,马天洋,胡结. 材料热处理学报. 2017(06)
[10]中国制造业质量与品牌发展战略研究[J]. 林忠钦,奚立峰,蒋家东,郭政,刘颖,潘尔顺,赵亦希,李艳婷. 中国工程科学. 2017(03)
博士论文
[1]金属铁、钴、镍和镍铝合金熔化性质的理论研究[D]. 张文晋.河南师范大学 2014
[2]气体辅助注射成型充模机理数值模拟与成型工艺稳健优化[D]. 陈巍.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]中间层采用预轧制坯的特厚钢板三层轧制复合机理实验研究[D]. 李学敏.燕山大学 2016
本文编号：2978308
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镶嵌件制备图
第2章铁钴镍夹层阻隔效果与涂覆机理研究-13-2.2.2显微硬度测试及金相组织观察利用Qness10显微硬度计测量添加铁钴镍夹层316L/EH40组合样件界面附近硬度，如图2-7所示。测量过程中参考GB/T4340.0-2012定义界面中心为0点，取点路径与界面成30°，试验力为100g，加载时间10s，在路径上等距离取点且间隔不小于3倍对角线长度，不锈钢侧和低合金钢侧各选10个点测量硬度值。由于基层和复层两侧碳元素含量存在浓度差，碳元素会在压缩过程中高温情况下发生扩散，扩散后会影响复合材料的整体性能，因此需要利用金相显微镜观察添加铁钴镍夹层后碳元素扩散情况，将电解完成的试件在如图2-8所示的AxioObserver3m金相显微镜下调节放大倍数观察微观组织。从图2-9a)中界面处的显微硬度图可看出，316L侧硬度值在250HV左右波动，316L侧界面2测量点的硬度值与远离界面2测量点的硬度值相差不大；EH40侧硬度值在210HV左右波动，EH40侧最靠近界面1测量点的硬度与远离界面1测量点的硬度值相差不大，说明界面附近低合金钢碳元素未发生向不锈钢侧扩散，未对材料本身的硬度产生影响。图2-7Qness10显微硬度计图2-8AxioObserver3m金相显微镜从金相组织图2-9b)可看铁钴镍夹层与低合金钢和不锈钢间的界线明显，清晰流畅较为平直，表明三种材料结合紧密，均已经形成了良好的复合。316L不锈钢侧组织为单一的奥氏体组织，晶界清晰且比较平直，呈规则多边形，晶粒粗大，EH40侧组织中主要为铁素体和珠光体且未发现脱碳层，与显微硬度图对比可得，靠近界面侧低合金钢EH40与不锈钢316L硬度均未发生突变，证明碳元素未发生从EH40侧向316L侧扩散的现象，铁钴镍合金夹层能够起到阻止碳元素扩散的作用。
第2章铁钴镍夹层阻隔效果与涂覆机理研究-13-2.2.2显微硬度测试及金相组织观察利用Qness10显微硬度计测量添加铁钴镍夹层316L/EH40组合样件界面附近硬度，如图2-7所示。测量过程中参考GB/T4340.0-2012定义界面中心为0点，取点路径与界面成30°，试验力为100g，加载时间10s，在路径上等距离取点且间隔不小于3倍对角线长度，不锈钢侧和低合金钢侧各选10个点测量硬度值。由于基层和复层两侧碳元素含量存在浓度差，碳元素会在压缩过程中高温情况下发生扩散，扩散后会影响复合材料的整体性能，因此需要利用金相显微镜观察添加铁钴镍夹层后碳元素扩散情况，将电解完成的试件在如图2-8所示的AxioObserver3m金相显微镜下调节放大倍数观察微观组织。从图2-9a)中界面处的显微硬度图可看出，316L侧硬度值在250HV左右波动，316L侧界面2测量点的硬度值与远离界面2测量点的硬度值相差不大；EH40侧硬度值在210HV左右波动，EH40侧最靠近界面1测量点的硬度与远离界面1测量点的硬度值相差不大，说明界面附近低合金钢碳元素未发生向不锈钢侧扩散，未对材料本身的硬度产生影响。图2-7Qness10显微硬度计图2-8AxioObserver3m金相显微镜从金相组织图2-9b)可看铁钴镍夹层与低合金钢和不锈钢间的界线明显，清晰流畅较为平直，表明三种材料结合紧密，均已经形成了良好的复合。316L不锈钢侧组织为单一的奥氏体组织，晶界清晰且比较平直，呈规则多边形，晶粒粗大，EH40侧组织中主要为铁素体和珠光体且未发现脱碳层，与显微硬度图对比可得，靠近界面侧低合金钢EH40与不锈钢316L硬度均未发生突变，证明碳元素未发生从EH40侧向316L侧扩散的现象，铁钴镍合金夹层能够起到阻止碳元素扩散的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用纯铁中间层热轧钛合金/不锈钢复合板显微结构和性能[J]. 余超,谢红飙,肖宏. 稀有金属材料与工程. 2019(05)
[2]不锈钢复合板界面组织形貌[J]. 于涛,井玉安,张亚樵,代自莹,于伟达,常健. 钢铁. 2018(11)
[3]涡轮减速器壳体铸造模拟及工艺优化[J]. 韩翠红,张海刚,尹起,王志蒙,王宇璞. 热加工工艺. 2018(21)
[4]热轧对06Cr13/Q345R爆炸复合板界面微观组织和元素扩散的影响[J]. 李晋. 热加工工艺. 2018(17)
[5]水冷铜坩埚重熔吸铸高温合金K418的成分、组织和力学性能[J]. 蒲永亮,寇生中,董天文,张志栋,郭晓凡,曲红霞. 金属功能材料. 2018(04)
[6]TA1/Cu/X65复合板焊接接头微观组织及力学性能[J]. 张敏,慕二龙,王晓伟,韩挺,罗海龙. 金属学报. 2018(07)
[7]界面特性对特厚板坯复合轧制复合效果的影响[J]. 孙建亮,彭艳,谷尚武,杜兴明. 中国机械工程. 2017(20)
[8]基于AnyCasting的机床滑块铸造模拟及工艺优化[J]. 尹起,盛文斌,张振波. 热加工工艺. 2017(17)
[9]加压方式对铝夹层AZ31B/Cu扩散钎焊接头组织和性能的影响[J]. 杜双明,杜晨,张永琴,马天洋,胡结. 材料热处理学报. 2017(06)
[10]中国制造业质量与品牌发展战略研究[J]. 林忠钦,奚立峰,蒋家东,郭政,刘颖,潘尔顺,赵亦希,李艳婷. 中国工程科学. 2017(03)
博士论文
[1]金属铁、钴、镍和镍铝合金熔化性质的理论研究[D]. 张文晋.河南师范大学 2014
[2]气体辅助注射成型充模机理数值模拟与成型工艺稳健优化[D]. 陈巍.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]中间层采用预轧制坯的特厚钢板三层轧制复合机理实验研究[D]. 李学敏.燕山大学 2016
本文编号：2978308
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