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江苏大学
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[博士论文] 李桂荣
材料学 江苏大学 2007(学位年度)
摘要:原位制备颗粒增强铝基复合材料是复合材料研究领域的热点,前期研究集中在开发不同的原位合成工艺和体系。如何通过过程优化来控制颗粒在基体中的形貌和分布特征对促进复合材料发展非常关键,所以通过优化原位合成体系、制备和成型工艺来控制复合材料的组织和性能具有重要的理论意义和现实意义。论文的研究基于两个学术思想:一是对原位合成的复合材料实现组织控制,包括颗粒种类、形貌、尺寸和分布以及基体晶粒度和硅相等,为复合材料的实践应用提供有章可循的理论依据;二是挖掘电磁技术在复合材料制备领域的应用,在优化复合材料组织的同时,体现电磁技术在复合材料制备中的优越性和前景。 首先用Al-Zr(CO3)2组元通过熔体直接反应法原位合成了Al-Zr-O系颗粒增强铝基复合材料,颗粒强化相是A12O3和A13Zr;用AL-Zr(CO3)2-KBF4组元和Al-Zr(CO3)2-H38O3组元合成了Al-Zr-O-B系复合材料,颗粒强化相是A12O3、A13Zr和ZrB2,颗粒粒度2~3um。 为了促使颗粒细化和在基体中弥散分布,通过外加电磁场来控制复合材料组织。用电磁搅拌法原位合成(A12O3+A13ZrI)p/Al复合材料,当磁感应强度0.025T时,颗粒在基体中弥散均匀分布,且尺寸细化,粒度1~2um。原因是切向电磁力造成熔体涡流,反应物颗粒更易进入铝液,增加了反应物之间的接触几率,电磁力加大了体系的混合对流运动,提高了传热传质和物质扩散速度,并促进增强颗粒在铝基体中的弥散均匀分布。并且当B值为0.04T时,电磁搅拌力增大,在离心作用下制备出颗粒分布呈现梯度特征的(A12O3+A13Zr)p/Al复合材料。 高频磁场叠加低频正弦调制信号后可产生高频正弦调制磁场,当高频电流30A,外加正弦波信号频率10Hz,电压幅值7V时,磁感应强度为0.029T,系统研究了线圈内磁场分布规律。调制磁场产生的扰动、搅拌、振荡等效应,改善了固液相体系铝热反应的动力学条件,合成复合材料中颗粒体积分数成倍增加,颗粒细化至1~2um,且在基体中均匀弥散分布。磁化学分析认为熔体接收了磁场能量,改善了原位反应体系的熵增和能量状态,促进了原位反应的进行。 制备好的复合材料熔体如果采用金属模成型,存在气孔和缩松等浇注缺陷,而采用“挤压铸造”成型可提高组织致密度并细化基体晶粒,颗粒形貌没有明显变化,适于生产复合材料铸件。为了大规模生产铸锭,进行熔体的“半连铸”和“一半连铸电磁搅拌”成型,浇注温度710~720,拉坯速度9cm/min,冷却水量为0.8t/h,颗粒特征没有大的变化,但分布均匀化程度提高。并当电磁搅拌磁感应强度0.025T时,基体晶粒度细化,出现大面积等轴晶,硅相形貌随搅拌强度增加由片状初晶硅向针状、细棒状共晶硅转变。又采用“高频电磁连铸”改善“半连铸电磁搅拌”铸锭表面质量,选用特制闭路水冷割缝结晶器,实现了铸锭与结晶器之间的软接触。当线圈内电流80A时,铸锭表面光洁,无明显褶皱;高频方波调幅磁场的铸锭表面存在周期性振痕,调幅波频率越高,振痕的间隔就越小。 基于合成成型工艺的研究结论,提出复合材料的“联合电磁制备”概念,即熔炼过程中施加低频磁场,连铸过程中施加低频高频磁场的复合材料铸锭制备方法,充分利用电磁场在复合材料制备中的优越性。凝固组织观察发现,复合材料中颗粒弥散均匀分布,粒度在1~2um,适于工业规模制备高性能高表面质量的复合材料铸锭。 对于基体合金、15vol%(AL2O3+Al3Zr)p/A356复合材料熔体金属模成型、挤压铸造、半连铸电磁搅拌以及联合电磁连铸时制备的复合材料抗拉强度分别为184.6、263.2、345.7、355.8、340.6MPa,相应的延伸率分别为7.1%、4.7%、15.1%、14.2%、10.1%。断裂机制多是脆性和塑性混合断裂。材料耐磨性研究结果显示,并非反应物加入量越多,复合材料的耐磨性越好,因为颗粒在其中起到支撑减磨和脱落后加剧磨损的双重效应。对于(A12O3+Al3Zr)p/A356复合材料的最佳颗粒理论体积分数值是10%。 本次研究外延了原位制备复合材料的体系内容,并拓展了电磁技术在材料制备中的应用领域,将电磁搅拌和高频调制磁场成功运用到颗粒增强铝基复合材料的原位合成和成型工艺中来,并优化了磁场参数,电磁力改善了原位合成过程的热力学和动力学条件,促使颗粒细化和在基体中的弥散均匀分布。提出了复合材料熔体挤压铸造、半连铸电磁搅拌和联合电磁制备的复合材料成型过程机制,控制了复合材料铸件和铸锭的内部组织和表面质量,并在电磁力作用下制备出颗粒增强梯度复合材料。
[期刊论文] 王宏明 李桂荣
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CSTPCD AJ CA
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摘要:渣金平衡实验表明Li2O替代CaO基钢包渣系中等量CaO使渣系磷酸盐容量Cp提高.在此基础上进行钢液脱磷的工艺性实验,研究了Li2O含量、渣系碱度及氧化性对渣系脱磷能力的影响,并给出了控制转炉钢液在钢包中回磷及钢包渣脱磷的渣系....
摘要:冶金专业是较典型的工程特色专业,培养具有创新能力的工程应用型人才具有重要示范意义。本文总结了江苏大学冶金工程专业围绕工程应用型创新人才培养这一目标,在基础理论创新教学、实验创新教学、专业工程实践创新教学以及学生课外科技活动创新学分方面的改革和新举措,对冶金工程专业及相近似专业的教育教学改革具有借鉴意义。...
[期刊论文] 王宏明 李桂荣
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北大核心
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摘要:依据武钢板坯连铸机的生产条件,建立了板坯凝固过程传热模型,分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素,得出适当提高拉速、控制二冷喷水量和关掉二冷末端冷却水能提高铸坯温度、降低能耗....
摘要:通过阐述"冶金物理化学"精品课程在课堂教学形式多样化、综合性创新性开放性实验教学及教学辅助环节的建设与改革的内容,强调课程建设在创新型工程人才培养方面的特色,即理论创新能力、实践创新能力及宽口径创新型人才的培养特色....
[期刊论文] 李桂荣 王宏明
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北大核心
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摘要:介绍和分析了铁水预处理、转炉炼钢和二次精炼、连铸生产等管线钢生产工序的脱硫、脱磷、脱碳等技术,强调了稀土对脱氧和控制钢中夹杂的作用.该工艺冶炼出的成品管线钢的磷、硫、碳、氧、氮、氢总含量小于92×10-6....
摘要:科研实践和工程创新能力培养是高素质工程科学人才培养的关键,江苏大学冶金工程专业围绕学生科研实践和工程创新能力培养这一目标,在创新理论教学、创新实践教学、精品课程建设等方面进行了教育教学改革,对冶金工程专业及相近专业的教育教学改革具有借鉴意义....
[期刊论文] 王宏明 李桂荣
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CSTPCD AJ CA
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摘要:建立了板坯连铸过程传热数学模型,并用实测数据对计算结果进行了验证,证明该模型可用于预报不同操作条件下板坯凝固过程中温度的变化和凝固状态,并应用该模型分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素:板坯尺寸、拉速、二冷水量及冷却方式等,结果表明,适当提高拉速、改善二冷制度能提高铸坯出连铸机温度....
[期刊论文] 王宏明 李桂荣
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2008年 5期
摘要:通过阐述“冶金物理化学”精品课程在课堂教学形式多样化、综合性创新性开放性实验教学及教学辅助环节的建设与改革的内容,强调课程建设在创新型工程人才培养方面的特色,即理论创新能力、实践创新能力及宽口径创新型人才的培养特色。...
摘要:介绍了连铸坯热送热装和直接热轧技术的发展层次和实现该技术的必备条件,其关键技术主要是无缺陷坯、高温坯的生产以及工序的协调配合等;使用该工艺可取得明显的技术经济效益,如:提高钢材性能、降低燃耗、缩短生产周期、减少钢坯氧化烧损等;最后对加强该技术的应用提出了几点建议....
[期刊论文] 李桂荣 王宏明
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北大核心
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摘要:在Li2O替代CaO-SiO2-MgO-Fe2O3-MnO2-P2O5精炼渣系中部分CaO的条件下,研究了Li2O含量、碱度及氧化性对钢液磷含量的影响.结果表明,在Li2O=15%,碱度(CaO+Li2O)/SiO2为2.0~2.5,(Fe2O3+MnO2)为7%的条件下,该渣系对钢液的脱磷率在70%以上,控制钢液磷含量在0.009%以下....
摘要:为改善CaO基钢包渣性能以控制钢包中钢液回磷和进行钢液炉外脱磷,分别以Li2O、Na2O、K2O、BaO作添加剂替代模拟的CaO基钢包渣系中等质量分数的CaO,研究添加剂对该渣系的熔点、粘度、脱磷及控制钢液回磷能力的影响.结果表明:该4种添加剂均可有效地降低渣系的熔点和粘度,其中Li2O效果最明显;加入添加剂使CaO基钢包渣系的脱磷及控制钢液回磷能力大幅度提高,加入少量添加剂可控制钢液回磷....
摘要:为减少钢包合金化精炼浸渍罩粘渣,以Li2O作调质剂对钢包顶渣调质处理,研究Li2O对钢包顶渣的熔化温度、黏度及脱硫能力的影响.半球法熔化温度测定结果表明:Li2O的助熔效果明显,当其加入量为5%时,渣熔化温度从调质前的1 439 ℃降至1 300 ℃;旋转柱体法黏度测试结果表明:钢包顶渣的黏度高以及合金化精炼处理后顶渣黏度进一步升高,是造成浸渍罩粘渣的主要原因,Li2O能有效降低精炼处理后钢包顶渣的黏度,在1 500 ℃时,未调质的钢包顶渣黏度约为6.5 Pa·s,调质后渣的黏度低于2 Pa·s.调质处理后的钢包渣不会引起钢液的回硫,并可使钢中硫的含量进一步降低....
摘要:建立了连铸板坯辊道输送和保温坑保温过程传热数学模型,并用实测数据对计算结果进行了验证.证明模型可用于预报铸坯在输送及保温过程中的温度变化,及制定连铸坯"传搁时间表",为连铸板坯热送热装炉提供温度查询依据....
摘要:本研究针对当前制约颗粒增强铝基复合材料工业化应用的两个“瓶颈”问题——工业规模制备技术及复杂构件的成形加工技术,提出开展新型原位颗粒增强铝基复合材料的设计、磁化学合成制备新技术以及铝基复合材料的复杂构件低压铸造成形技术和棒坯的电磁连铸技术研究,将磁化学与冶金学、金属学、结晶学、复合技术、成形加工技术等多学科技术有机结合,为实现高性能、低成本铝基复合材料的高技术产业化提供了技术支持。本研究通过对不同反应体系的热力学、动力学的研究,设计开发了Al-Zr-O和Al-Zr-B-O新型铝基复合材料反应体系。将磁化学成功应用于铝基复合材料制备过程,建立了电磁场下的反应模型,开发了适合不同使用要求的系列高性能颗粒增强铝基复合材料,主要反应元素的收得率控制在90%以上,增强颗粒直径d<2μm,且均匀分布。通过模拟仿真优化了复合材料轮毂的低压铸造成型工艺,通过热挤压工艺生产了铝基复合材料电缆桥架,并开发复合材料半固态连接技术,成功实现了电缆桥架产品的产业化。
[期刊论文] 王宏明 李桂荣
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北大核心 CA
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摘要:建立了板坯连铸过程传热数学模型, 并用实测数据对计算结果进行了验证, 证明该模型可用于预报不同操作条件下板坯凝固过程中温度的变化和凝固状态. 应用该模型分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素: 板坯尺寸、拉速、二冷水量及冷却方式等. 适当提高拉速、改善二冷制度能提高铸坯出连铸机温度....
[期刊论文] 王宏明 李桂荣
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2006年 2期
摘要:企业需要高等院校培养的人才具备扎实的专业基础,创新意识和能力,“能干”、“肯干”及良好的人际关系协调能力与团结互助的团队精神。...
摘要:企业需要高等院校培养的人才具备扎实的专业基础,创新意识和能力,"能干"、"肯干"及良好的人际关系协调能力与团结互助的团队精神....
[期刊论文] 王宏明 张晓颖 李桂荣
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北大核心 CSTPCD CA
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摘要:通过建立软接触电磁连铸结晶器内电磁场计算的三维有限元数学模型,模拟分析了高频磁场激励线圈匝数在2~5匝变化,对切缝结晶器内磁感应强度和电磁压力分布的影响.结果表明,线圈匝数变化不会改变结晶器内磁感应强度和电磁压力的分布特征;沿结晶器高度方向上,磁感应强度和电磁压力都在钢液面下5~6 mm位置出现峰值;在周向上,切缝处的磁感应强度和电磁压力值高于分瓣体中心处.随线圈匝数增加,结晶器内磁感应强度和电磁压力的数值均明显增加,但其分布的不均匀性也随之加剧,因此线圈匝数存在最优值,取3匝或4匝是比较合理的....
[期刊论文] 李桂荣 杨明辉 王宏明
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北大核心 CSTPCD CA
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摘要:选用纯铝、结晶硅、Al-50%Mg中间合金配制过共晶Al-Mg-Si熔体,熔体在无搅拌、电磁搅拌2种条件下在石墨模具中铸态成型.Mg2Si相在凝固过程中原位析出为铝基体的颗粒强化相,其理论质量分数为20%,制得Mg2Si颗粒增强铝基原位复合材料.金相和SEM检测结果显示,无搅拌试样中初晶Mg2Si尺寸20~40 μm,呈块状,在基体中分布弥散均匀;共晶Mg2Si呈枝杈状;搅拌试样中块状初晶Mg2Si尺寸增大,并呈明显的"中心少、边缘多"的偏析,具有表面强化的效果,共晶Mg2Si呈手指纹状.结果认为,无论是初晶还是共晶Mg2Si相都会受到凝固条件的影响.如果要制备均质Al-Mg2Si复合材料,宜选用铸态;如果要制备表面强化的Al-Mg2Si复合材料,宜选用适当强度的电磁搅拌成型....
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