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SiCpAl FGM的制备及力学性能研究论文.pdf59页
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．宁夏人学硕l‘学位论义
III――――――,,I,!
由于功能梯度材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐高压、高韧性、低膨胀性和尺寸稳
定性等优点，在航空航天、能源、海洋工程、生物、电磁、核工程等领域有广泛的应用前景，目
前其制备方法及力学性能是国内外学者研究的重要课题。本文在总结传统制备工艺的基础上，改
进了粉末冶金法，用一次热压成型工艺制备了增强体尺寸分别为5、7、lO微米的SiCp／A1功能梯
度复合材料，并对微观组织、密度、压缩性能及拉伸性能进行了研究。主要研究结论如下：
l、用一次真空热压粉末冶金法制备出了性能良好，增强体尺寸分别为5、7、10微米的SiCp／A1
FGM。此方法工艺流程简单，对设备条件要求不高，易于实现，减少二次加工的成本，适于批量
生产。分别对功能梯度复合材料的微观组织、密度、拉伸性能、压缩性能进行了测试研究。
2、通过粉末冶金法制备的SiCp／AlFGM的坯料均匀性、致密性较好，层与层之间结合良好，
这说明层与层之间直接进行铺粉可以克服用扩散焊制备时层与层之间结合的问题。
FGM均具有良好的微观组织。基体处于微熔状
3、实验所制备的不同尺寸增强体的SiCp／Al
态，基体与增强体结合紧密，没有明显的裂纹和孔洞。不同比例增强体各相邻两层结合良好，没
有明显裂纹现象。从微观组织形貌可以看出，实验所采用的温度、压力适度，试验工艺可行。
FGM的压缩性能进行了测试。实验发现，同等实验环境下，
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合金铸铁缸套微观组织耐磨性研究及磨损机理分析.pdf74页
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合金铸铁缸套微观组织耐磨性研究及磨损机理分析
ResearchontheWearResistanceofMicro-structureofalloy-cast-
ironCylindersandWearMechanismAnalysis
Alloycastironcylindersarestillthemainstreamproductsusedindieselenginestoday,the
reasonistheirexcellentwearresistance,lowcost,highpriceperformanceratioandgood
processingtechniques.Thehardphasesinalloycastironsaremainlyphosphoreutectics,alloy
carbideandalloynitrideaccordingtodifferentcomponentofthecylinders.Weartesting
methodisthemainmethodthat.researchersusedtoinvestigatewearmechanism.These
methodscanindicatethedifferentwearresistanceofdifferentcastirons,whentheactionsofthe
phasesinthematerialsofcylindersarementioned,theyarenottheeffectivemethod.Themicro
sturctureofthecylindersismainlypearliteorbainite,whichisalwayscalledcylinderMatrix.
Becausehardnessishigher,thehardphaseishigherinthecontactingsurfacethanthematrixin
theprocessofwear.Sohardphaseshavetobearmostlyofthecontactingstressandthematrix
isprotectedaccordingly.Thatisthedouble-contacting-surfacestheorypeopleusedtoexplain
thewearmechanismofthecastcylinderswhichcontainthehardphases.Itisobviouslythatthe
theorydidnotshowusthedynamicprocessofthewear,andtheactionofthehardphasesisnot
veryclearduetotheirdifferentsize,localityandcontactingmode.Inthispaper,FEM Finite
ElementMethod andweartestingmethodarecombinedtoinvestigateitsmechanismfurther,
theresultsareasfollow:
1 Thedynamicprocessesofrfictionweregainedbetweentheasperityofthepistonring
andthecylindermatrixwhichcontainornotcontainhardphase,includingthe
dynamictransformationofstress,plasticstrainandtopographyofthecontacting
surface.Andthebetterthematerialcharacteristicsis,thewearpropertiesarebetter.
2 Theinfluencesoftheexistenceofthehardphasesinmartrixonthewearwere:
preventingtheexpandofthepl
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金属薄片及低碳钢球化组织弹性模量的超声无损表征与评价
【摘要】：
弹性薄层因具有优异的性能(如耐磨性、抗腐蚀性和抗氧化性等)在微电子、汽车和航天工业等领域得到广泛的应用。弹性模量不仅是薄层元件设计的必要参量,而且也是诸如屈服强度、断裂韧性和残余应力等力学性能测量与评定的基础。因此,对弹性薄层弹性模量的研究引起了越来越多的关注。由于超声检测技术在表征块状固体介质力学性能方面的成功应用,使得人们对薄层材料弹性模量的超声表征充满信心。
为了克服超声体积波只适用于测试厚度大于声波波长的弹性层的缺点,提出了基于声压透射系数谱的薄层弹性模量超声表征方法。在推导弹性薄层声压透射系数的基础上,基于最小二乘误差原理反演弹性薄层的杨氏模量和泊松比,并将不同频率下的反演值与理论值进行比较;进一步分析了影响反演准确性的各种因素,讨论了声压透射系数对弹性模量的灵敏度函数在误差传递中的作用。实验结果表明:在2.5MHz标称频率下,与理论值相比较,利用反演法得到的铝片杨氏模量和泊松比相对误差分别是2.9%、2.9%,钢片对应参数的相对误差分别是6.25%、8.2%;改变测试频率,对应参数的相对误差发生不同程度的提高,这表明应用超声声压透射系数谱能够有效地表征薄层材料的杨氏模量和泊松比,此方法可作为薄层材料弹性模量检测方法的一种补充;误差分析进一步说明反演的准确性主要由声压透射系数对杨氏模量和泊松比的灵敏度函数和测量误差共同决定。
20钢因具备优良的综合力学性能在锅炉钢、汽轮机及管道等方面得到广泛的应用。但该钢种在高温、应力及其它因素的作用下,易发生珠光体球化、石墨化等组织演变,使其韧性和强度下降,增加了设备失效的危险性。对高温运行中耐热部件的现场监测、寿命评价,以确保设备的超期安全运行,具有十分重要的意义。
鉴于超声回波信号中含有大量与材料组织状态相关的信息,组织的改变必将带来信号中与组织相关的信息参量发生变化。基于上述思想,本研究采用了超声波声速法评价20钢组织球化转变。选用超声脉冲回波法测定不同球化级别20钢试样的纵波和横波声速,基于Christoffel方程计算其弹性性能指标,并结合金相图片分析组织形态演变过程,利用损伤变量定征了试样的损伤程度,最终实现材料组织状态超声无损表征与评价。实验结果表明:20钢的杨氏模量、剪切模量和体积模量随时效时间的增加而降低,泊松比变化很小,对应的相对变化量分别是6.3%、5.98%、7.56%和1.5%;当时效时间超过2300h,弹性模量损伤达到0.07以上:分析认为:20钢时效过程中弹性模量的降低与渗碳体形态转变以及分布位置变化相关。
【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TG113【目录】：
Abstract5-9
1 绪论9-15
1.1 课题研究背景9-10
1.2 弹性模量测试方法概述10-13
1.2.1 静态法10
1.2.2 动态法10-11
1.2.3 其它方法11-13
1.3 弹性模量的影响因素13
1.4 课题的研究内容及技术路线13-15
1.4.1 研究内容13-14
1.4.2 技术路线14-15
2 理论基础15-22
2.1 超声波在固体介质中的传播15-19
2.1.1 各向异性介质中弹性波的传播15-18
2.1.2 各向同性介质中声学参量间的关系18-19
2.2 超声波在异质平界面上的反射和折射19-20
2.3 超声频谱分析20-22
3 基于频谱分析的薄片弹性模量超声表征22-44
3.1 多层介质中弹性波的传播22
3.1.1 厚层22
3.1.2 薄层22
3.2 多层介质声压透射系数22-29
3.2.1 n层介质声压透射系数22-26
3.2.2 三层介质声压透射系数26-29
3.3 超声实验系统29-31
3.3.1 铝和钢试样的制备29
3.3.2 实验装置及测试方法29-31
3.4 参数反演31-35
3.4.1 反问题简介31-32
3.4.2 反问题求解方法32
3.4.3 反问题数学模型32-33
3.4.4 反演过程33-35
3.5 金属薄片弹性模量和泊松比反演结果与讨论35-43
3.5.1 反演结果35-41
3.5.2 误差分析41-43
3.6 结论43-44
4 20钢组织球化转变及弹性模量损伤的超声无损表征44-56
4.1 组织演变评价的必要性及方法44-45
4.2 超声实验系统45-48
4.2.1 20钢时效样品制备45-46
4.2.2 实验装置及测试方法46-48
4.3 20钢时效组织声学参量测量结果48-53
4.3.1 声速及密度测量结果48-49
4.3.2 弹性性能指标的变化49-51
4.3.3 损伤变量51-52
4.3.4 测量误差分析52-53
4.4 20钢时效组织演变分析53-55
4.5 结论55-56
参考文献57-61
附录A 矩阵元素61-62
攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
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