钢背铜石墨轴瓦板复合成形与后处理研究

论文摘要

摘要：为了研发国民经济各领域急需的高性能钢背铜石墨轴瓦板,本文开展了钢背铜石墨轴瓦板的半固态铸轧成形与后处理技术及理论方面的研究工作。研发了双叶片层搅拌桨电磁机械复合搅拌技术,形成了浆料制备基础理论,成功制备了组织均匀的含有10vo1%石墨颗粒和1vo1%碳化硅颗粒的铜石墨半固态浆料,为解决铜石墨半固态浆料制备中亟待解决的“阻止外加石墨与碳化硅轻颗粒上浮、实现半固态浆料组织均匀化”核心问题探索了一条新途径。确定了铜石墨复合材料半固态加工的合理技术条件,解决了铜石墨复合材料在常规铸造中存在的外加颗粒宏观偏析问题。对钢背铜石墨轴瓦板的半固态铸轧复合进行了研究,建立了力学性能、组织结构等与复合参数的关系,优化了合理技术,确定了复合机理。开展了界面残余应力的去应力退火后处理、单道次轧制后处理、二道次轧制后处理研究,得到了钢背铜石墨半固态铸轧轴瓦板的真实界面剪切强度,建立了后处理条件与力学性能的关系,确定了合理的后处理工艺,开发了可以替代去应力退火后处理技术的工艺简单、能耗小、成本低的二道次小变形轧制后处理技术。本研究得到的钢背铜石墨轴瓦板的界面剪切强度可高达140MPa左右,比采用粉末烧结轧制复合技术制备的轴瓦板的界面剪切强度90MPa左右至少提高了50%以上,可见,本研究为制备可满足“高速、重载”要求的高性能钢背铜石墨轴瓦板探索了一条新途径,为扩大钢背铜石墨轴瓦板在国民经济各领域中的应用奠定了坚实的基础。

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ABSTRACT

序

1 绪论

1.1 钢背轴瓦板的发展

1.2 钢背轴瓦板的成形技术

1.2.1 固固相复合技术

1.2.2 固液相复合技术

1.2.3 固半固相复合技术

1.3 钢背轴瓦板的界面结合理论

1.3.1 机械啮合理论

1.3.2 金属键理论

1.3.3 能量理论

1.3.4 薄膜理论

1.3.5 位错理论

1.3.6 扩散理论

1.3.7 再结晶理论

1.3.8 三阶段理论

1.4 钢背轴瓦板的界面残余应力

1.4.1 残余应力的检测

1.4.2 残余应力的后处理

1.5 选题意义

1.6 研究方法的确定

1.6.1 钢背铜石墨轴瓦板的复合成形方法的确定

1.6.2 去除钢背铜石墨轴瓦板界面残余应力后处理方法的确定

1.7 主要研究内容

2 铜石墨半固态浆料的制备

2.1 半固态加工简介

2.2 半固态浆料的制备方法

2.2.1 电磁搅拌技术

2.2.2 机械搅拌技术

2.2.3 应变激活技术

2.2.4 单辊旋转技术

2.2.5 超声振动技术

2.2.6 粉末冶金技术

2.2.7 喷射沉积技术

2.2.8 低过热度浇注技术

2.2.9 紊流效应技术

2.2.10 熔体混合技术

2.3 电磁机械复合搅拌方法的确定

2.3.1 制备铜石墨半固态浆料的核心问题

2.3.2 电磁机械复合搅拌技术

2.4 铜石墨半固态浆料的电磁机械复合搅拌研究

2.4.1 实验材料

2.4.2 单叶片层搅拌桨的电磁机械复合搅拌研究

2.4.3 叶片层搅拌桨的电磁机械复合搅拌研究

2.4.4 铜石墨半固态浆料的铸造研究

2.5 本章小结

3 钢背铜石墨轴瓦板的半固态铸轧复合成形研究

3.1 实验材料

3.2 实验设备

3.3 研究方案

3.4 实验步骤

3.5 界面力学性能研究

3.5.1 界面剪切强度

3.5.2 钢背预热温度的影响

3.5.3 半固态浆料固相率的影响

3.5.4 铸轧速度的影响

3.5.5 铸轧条件与界面性能的建模

3.5.6 钢背铜石墨半固态铸轧复合工艺条件的优化

3.6 界面组织结构研究

3.6.1 铜石墨半固态浆料的润湿

3.6.2 浆料与钢背的互扩散

3.6.3 复合界面研究

3.7 界面复合机理探讨

3.7.1 界面组织结构与界面力学性能的相互关系

3.7.2 复合阶段及相符合理论

3.8 本章小结

4 钢背铜石墨轴瓦板的界面残余应力后处理研究

4.1 界面残余应力的分析与表征

4.1.1 界面残余应力的分析

4.1.2 界面残余应力的表征

4.2 界面残余应力的去应力退火后处理

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验设备

4.2.3 研究方案

4.2.4 实验步骤

4.2.5 界面剪切强度与晶格畸变

4.3 界面残余应力的小变形轧制后处理

4.3.1 小变形轧制后处理简介

4.3.2 界面残余应力的单道次小变形轧制后处理

4.3.3 界面残余应力的二道次小变形轧制后处理

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

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