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耐候板(CNT)作为一维纳米材料,其高模量、高强度及综合性能是复合材料的理想增强体。利用CNT为增强体制备钛基复合材料,探索新的CNT增强钛基复合材料的制备工艺并研究其对材料性能的影响,对改善钛合金性能和拓展钛合金应用领域,都具有重要的理论意义和实用价值。
日本学者滝澤秀一等人研究了在钛合金中添加耐候板(CNT)的制造技术。通过在代表性的钛合金Ti-6Al-4V及SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)中均一微细分散地添加耐候板(添加量<1%,质量分数)及其相应的后续制造技术,使合金的强度、延性、刚性大幅度改善。
开发的基础技术包括:①抑制CNT与钛反应的CNT的涂层技术;②涂层CNT与钛合金粉末的混合技术;③粉末混合物的烧结技术;④烧结体的塑性加工技术;⑤改善性能和加工热处理及热处理技术;⑥在高尔夫球杆头部击球面上的应用及表面的电子束处理。
为了防止CNT与钛合金在高温下发生反应,开发了CNT表面的Si涂层形成工艺技术。通过对混合装置旋转轴速度冷却水温等的优化,改善了混粉过程中CNT的凝聚及Ti粉的凝固等问题。用放电等离子烧结法,可在短时间内实现烧结。塑性加工采用适宜条件下的热锻工艺方法。热加工后分别研究了两种合金的热处理工艺,Ti-6Al-4V合金采用950℃的模压淬火,480℃时效处理,而SP-700钛合金采用870℃的模压淬火,450℃时效处理。热处理后两种合金均可获良好的力学性能。
用添加耐候板的钛合金复合材料试制了高尔夫球杆击球面。对该表面进行电子束处理,提高了击球面的表面质感及耐久性。
所开发的生产技术大大提高了钛合金的强度、延性和弹性模量等各种性能及各性能之间的匹配,可望扩大钛合金在汽车发动机部件等运动部件上的应用。
高纯Q235NH耐候锈钢板是现代许多高、新技术的综合产物,虽然20世纪30年代便已出现“高纯物质”这一名称,但把高纯Q235NH耐候锈钢板的研究和生产提高到重要日程,是在二次世界大战后,首先是原子能研究需要一系列高纯Q235NH耐候锈钢板,而后随着半导体技术、宇航、无线电电子学等的发展,对Q235NH耐候锈钢板纯度要求越来越高,大大促进了高纯Q235NH耐候锈钢板生产的发展。
纯度对Q235NH耐候锈钢板有着三方面的意义。 ,Q235NH耐候锈钢板的一些性质和纯度关系密切。纯铁质软,含杂质的铸铁才是坚硬的。另一方面,杂质又是非常有害的,大多数Q235NH耐候锈钢板因含杂质而发脆,对于半导体,极微量的杂质就会引起材料性能非常明显的变化。锗、硅甲含有微量的m、V族元素、重Q235NH耐候锈钢板、碱Q235NH耐候锈钢板等有害杂质,可使半导体器件的电性能受到严重影响。第二,纯度研究有助阐明Q235NH耐候锈钢板材料的结构敏感性、杂质对缺陷的影响等因素,并由此为开发预先给定材料性质的新材料设计创造条件。第三,随着Q235NH耐候锈钢板纯度的不断提高,将进一步揭示出Q235NH耐候锈钢板的潜在性能,如普通Q235NH耐候锈钢板被是所有Q235NH耐候锈钢板中脆的Q235NH耐候锈钢板。而在高纯时被便出现低温塑性,超高纯时更具有高温超塑性。超高纯Q235NH耐候锈钢板的潜在性能的发现,有可能开阔新的应用领域,在材料学方面打开新的突破口,为高技术的延伸铺平道路。
Q235NH耐候锈钢板的纯度是相对于杂质而言的,广义上杂质包括化学杂质(元素)和物理杂质(晶体缺陷)。但是,只有当Q235NH耐候锈钢板纯度极高时,物理杂质的概念才是有意义的,因此生产上一般仍以化学杂质的含量作为评价Q235NH耐候锈钢板纯度的标准,即以主Q235NH耐候锈钢板减去杂质总含量的百分数表示,常用N(nine的 字母)代表。如99.9999%写为6N,99.99999%写为7N。此外,半导体材料还用载流子浓度和低温迁移率表示纯度。Q235NH耐候锈钢板用剩余电阻率RRR和纯度级R表示纯度。国际上关于纯度的定义尚无统一标准。一般讲,理论的纯Q235NH耐候锈钢板应是纯净完全不含杂质的,并有恒定的熔点和晶体结构。但技术上任何Q235NH耐候锈钢板都达不到不含杂质的 纯度,故纯Q235NH耐候锈钢板只有相对含义,它只是表明目前技术上能达到的标准。随着提纯水平的提高,Q235NH耐候锈钢板的纯度在不断提高。例如,过去高纯Q235NH耐候锈钢板的杂质为10-6级(百万分之几),而超纯半导体材料的杂质达10一9级(十亿分之几),并逐步发展到10一12级(一万亿分之几)。同时各个Q235NH耐候锈钢板的提纯难度不尽相同,如半导体材料中称9N以上为高纯,而难熔Q235NH耐候锈钢板钨等达6N已属超高纯。
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耐候钢, 即耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列,耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成,具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性;耐候性为普碳钢的2~8倍,涂装性为普碳钢的1.5~10倍。同时,它具有耐锈,使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗,省工节能等特点。 耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。300M钢是20世纪60年代由美国研发的一种低合金超高强度钢,因具有良好的强度、塑性和抗疲劳性能而成为当今飞机起落架的 材料。300M钢的疲劳裂纹扩展速率反映了该钢在标准条件下的抗疲劳裂纹扩展能力,是确定零件服役寿命的重要指标。因此,科研人员在不同条件下对300M钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验,分析了应力比、试验环境、频率等因素对中速(裂纹扩展速率在10-5~10-3mm周次-1)扩展区疲劳裂纹扩展速率的影响,并用Paris方程和Walker方程对中速扩展区曲线进行了拟合,为该钢的应用与评价提供数据参考。
试验用材料为300M钢棒,由某特钢生产,规格为Φ400mm,退火态。从300M钢棒上切取材料,制成拉伸试样、断裂韧度试样以及紧凑拉伸疲劳裂纹扩展试样。对试样进行870℃1h淬火+300℃×2h两次回火热处理后,按GB/T228.1-2010和GB/T4161-2007分别进行拉伸和断裂韧度性能测试。根据GB/T6398-2000进行疲劳裂纹扩展速率试验, 载荷16kN,加载波形为正弦波,试验环境为空气环境和质量分数为3.5%NaCl水溶液。利用扫描电镜观察断口形貌。试验结果表明:
(1)300M钢的疲劳裂纹扩展速率随应力强度因子范围的增加而单调递增;在相同应力强度因子范围下,应力比为0.3下试样的疲劳裂纹扩展速率高于应力比为0.1下的;在NaCl水溶液中300M钢的裂纹扩展速率在裂纹扩展前期比在空气环境中的快,在扩展后期则趋于一致;较低试验频率下300M钢在裂纹扩展前期的裂纹扩展速率比较高频率下的快。
(2)分别用Paris方程和Walker方程对疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子范围关系曲线进行了线性拟合,拟合相关系数均在0.95以上。
(3)300M钢的疲劳断口由具有疲劳条带的扩展区和以韧窝为主的瞬断区组成。
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粉末冶金零件可降成本和车重
锈红色幕墙钢板特价 耐候钢, 即耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列,耐候钢是在钢中加入少量的合金元素,如Cu、P、Cr、Ni、等。使其在金属基体表面形成一层约50-100微米厚的致密的且与基体金属粘附性好的非晶态氧化层保护膜,从而使钢的腐蚀过程几乎不能深入进行,具有耐锈,使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗,省工节能等特点。此钢随着使用时间越长保护膜越致密,耐蚀作用越明显,具有较高的耐大气腐蚀性能;使用此材料做成的产品整体呈锈红色,特别之处在于,暴露在自然环境中,经与空气、雨水等作用,钢材表面会自动形成抗腐蚀的保护层,无需涂漆保护,材料的寿命在80年以上。
谈到粉末冶金汽车零件的生产发展与现状,韩教授讲,汽车制造中使用的粉末冶金零件主要是烧结金属含油轴承和粉末冶金结构零件,前者主要是由90Cu-10Sn青铜生产,后者基本上由铁粉为基本原料制造。
下面是几个粉末冶金技术应用的例子:一种粉末冶金64齿取力器驱动齿轮,比由钢切削加工的零件节约成本约40%,并且齿轮的齿不需要后续加工;一种粉末冶金汽车手动变速器同步器环,和常规生产的同步器环相比,可降低成本38%;一种粉末冶金复合行星齿轮架,其极限强度比铸铁切削加工件高40%,而成本减少35%以上……
从韩教授举例的12种获得各种奖项的粉末冶金零件可以看出,其中至少有3种零件采用了选择性密实技术加工,2种零件是用温压技术制造的,6种零件是由2个以上不同零件组合而成,在组合零件中多的一种是由18个粉末冶金零件组合而成。韩教授说,这些获奖零件表明,粉末冶金零件不但可替代铸铁件、锻钢件、切削加工件,省工、省料、节能,减少生产成本,而且可减轻零件重量,有利于汽车轻量化。更为重要的是,粉末冶金组合零件的发展,标志着有些零件只能用粉末冶金技术制造,具有重要的技术与经济意义。
粉末冶金是一种“绿色”制造技术
目前,粉末冶金已经被业界公认为是一种绿色、可持续的制造技术。对此,韩教授从粉末冶金的持续性功能、材料可持续性、能源可持续性、设备可持续性、环境可持续性、可持续就业、可持续价值优势等几个方面做了介绍。
例如在持续性功能方面,粉末冶金的终成形能力与材料利用率很高,可使全部能源消耗小化。与传统工艺(热加工+冷加工)的铸造或锻造+切削加工相比,粉末冶金工艺制造同一零件只需要采用较少的几道工序,即能完成工序较多、较复杂的工艺。
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