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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。
耐候钢制造工艺
耐候板第三冷轧厂为北汽新能源汽车公司生产的又一批抗拉强度达到2000兆帕的超高强韧性热冲压成型钢顺利下线。本钢2000兆帕级超高强钢实现。
耐候钢一般采用精料入炉-冶炼(转炉、电炉-微合金化处理-吹氩-LF精炼-低过热度连铸(喂入稀土丝)-控轧控冷等工艺路线。在冶炼时,废钢随炉料一起加入炉内,按常规工艺冶炼,出钢后加入脱氧剂及合金,钢水经吹氩处理后,随即进行浇铸,吹氩调温后的钢水经连铸机铸成板坯。由于钢中加入稀土元素,耐候钢得到净化,夹杂物含量大为减少。
耐侯钢焊接性
如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应该确保焊缝本身是耐候的。在焊接之前,应该将已形成的表面层至接头边缘10mm到20mm的距离。焊接钢材级别S355J0WP和S355J2WP采用的磷含量很高时,应该采用特殊的措施
据了解,该钢种由本钢和东北大学共同研发而成。今年3月份,2000兆帕热冲压成型钢成功下线;6月份,该产品批量应用于北汽新能源汽车新车型上;9月份,该产品成功实现批量工业化生产,创造了当年研发、当年应用、当年量产的新纪录。该钢种经美国通用汽车中国科学研究院和用户现场检测,抗拉强度达到2000兆帕,延伸率达到7%以上,三点弯曲角度达到60度,是目前全球 等级强度的热冲压成型钢。
2000兆帕热冲压成型钢与目前普遍使用的1500兆帕级别的钢种相比,可实现零件减重10%~15%。这可使汽车企业大幅降低生产成本,为其带来十分可观的经济效益。
本钢通过对自身设备能力的挖掘以及合金成分的二次优化,解决了因钢材强度、合金成分等指标的要求超出设备能力而出现的一系列生产和流程问题,设计出独特的工艺技术参数,为2000兆帕级热成型钢的研发和生产提供了有力保障。此外,本钢参与并完成了热成型钢 标准的起草和发布工作,并且积极参与客户实际生产,与客户密切合作,完成了热冲压工艺窗口的确定,为客户根据实际量身定做热冲压材料提供了平台。目前,本钢热成型钢已通过多家厂商认证,广受好评。
近年来,本钢积极建立以企业为主体、市场为导向、“产学研”深度融合的技术创新体系,依托本钢自身的 级技术中心、 级检测中心、院士专家工作站、博士后工作站和产品研究院等研发平台,联手国内外科研院校共同搭建“产学研用”产业链式科技创新平台。
耐候板材料在工程领域的应用十分广泛,,近年来我国大部分工程已经延伸到低温和超低温领域,如在我国的东北和新疆等地,冬天温度更可能达到-40℃以下,这就对材料的低温性能提出更高要求。
材能料的性能包括两大类:一是使用性能,二是工艺性能。使用性能主是要指它的力学性能,而工艺性能是指材料的加工性。耐候板材料的力学性能包括以下几个方面:抗拉强度、屈服强度、断面伸长率、断面收缩率、冲击功、硬度等。而随温度的下降,钢的强度、硬度提高,塑性、韧性降低,尤以韧性的下降对材料的影响 。耐候板材料主要低温性能是:
1、拉伸性能
拉伸性能跟耐候板的晶体结构有关。拉伸性能的好坏直接影响着材料抵抗外界变形或断裂的抵抗能力,能反映出材料的屈服强度、抗拉强度、伸长率及断面收缩率指标,是判断耐候板材料低温性能好坏的重要要依据。
2、冲击韧性
冲击韧性是指在载荷的作用下,材料所具有的抵抗变形和断裂的能力,常用Ak表示。一般可用冲击功的大小来判断材料的冲击性能好坏,冲击功越大,则材料变脆的可能性越小。因此在其他力学性能符合条件的情况下,应尽量考虑提高材料的冲击功。
3、断裂韧性
断裂韧性是指钢材对裂纹扩展的抑制能力,常用KIC表示。耐候板材料的断裂韧性可分为脆性断裂和韧性断裂。通常情况下发生的为韧性断裂,但是当温度降到某一温度(即韧脆转变温度)时,材料能吸收的冲击功逐渐减少,就会由韧性断裂转变为脆性断裂。由于脆性断裂具有突发性,一旦发生将对生产和生活造成不可估量的损失。因此,工件的工作温度都必须在韧脆转变温度以上。韧脆转变温度可通过低温拉伸试验、系列冲击试验和落锤试验等方法确定。
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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