粉末冶金鈦基結(jié)構(gòu)材料

內(nèi)容概要

　　《粉末冶金鈦基結(jié)構(gòu)材料》主要針對粉末冶金方法制備的鈦合金和鈦鋁金屬問化合物，結(jié)合作者所在團(tuán)隊(duì)多年來在國家重大科研項(xiàng)目資助下積累的研究成果，詳細(xì)闡述了各種鈦基結(jié)構(gòu)材料的制備方法、顯微組織演化和力學(xué)性能研究中的物理冶金學(xué)原理，運(yùn)用數(shù)值模擬和物理模擬方法著重介紹了材料的熱變形行為及機(jī)理；同時(shí)結(jié)合工程應(yīng)用，介紹了汽車用粉末冶金鈦基復(fù)合材料連桿和發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的研發(fā)過程；在鈦鋁合金的應(yīng)用方面，則主要介紹了大尺寸熱鍛坯的制備，同時(shí)也介紹了鈦鋁合金板材制備工藝?！斗勰┮苯疴伝Y(jié)構(gòu)材料》適合于高年級(jí)材料學(xué)科本科生、研究生以及工程技術(shù)研究人員作為參考資料。

作者簡介

　　劉詠，1973年4月出生，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師?，F(xiàn)為中南大學(xué)粉末冶金研究院副院長。2002-2004年在中南大學(xué)一自貢硬質(zhì)合金公司聯(lián)合企業(yè)博士后流動(dòng)站工作，從事梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的研發(fā)；2005—2006年在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和田納西大學(xué)訪問研究；2009年獲得德國“洪堡”獎(jiǎng)學(xué)金。在亞琛工業(yè)大學(xué)進(jìn)行訪問研究；2004年人選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”。長期從事與粉末冶金相關(guān)的新材料、新技術(shù)和基礎(chǔ)理論研究，在復(fù)合材料、金屬間化合物、金屬陶瓷材料、粉末冶金技術(shù)等方面做了大量工作，先后承擔(dān)和參加了10余項(xiàng)國家級(jí)科研項(xiàng)目。目前已在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)。湯慧萍，博士，西北有色金屬研究院教授、博士研究生導(dǎo)師，國務(wù)院特殊津貼專家。主要從事稀有金屬粉末冶金及金屬多孔材料方面的研究與開發(fā)。主持或參加國家級(jí)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)12項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文122篇。將部分成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，成功應(yīng)用于我國潔凈煤、核能、航天等領(lǐng)域，促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。中國有色金屬學(xué)會(huì)粉末冶金與金屬陶瓷學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任委員，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)粉末冶金專業(yè)委員會(huì)副主任委員，中國鋼鐵協(xié)會(huì)粉末冶金分會(huì)副理事長，中國材料研究學(xué)會(huì)青年委員會(huì)常務(wù)理事?！吨袊f業(yè)》、《粉末冶金技術(shù)》雜志編委。

書籍目錄

第1章　鈦基結(jié)構(gòu)材料簡介
1.1　鈦合金概述
1.1.1　鈦的冶煉
1.1.2　鈦合金的熔煉技術(shù)
1.1.3　鈦合金的分類及合金化
1.1.4　鈦合金的應(yīng)用
1.1.5　低成本鈦合金
1.2　鈦基復(fù)合材料
1.2.1　概況
1.2.2　原位生成顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料
1.2.3　鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用
1.3　鈦鋁基金屬間化合物
1.3.1　相與相變
1.3.2　顯微組織
1.3.3　TiAl基合金的制備工藝
1.3.4　力學(xué)性能
參考文獻(xiàn)
第2章　鈦的粉末冶金制備工藝
2.1　鈦粉末制備方法
2.1.1　氫化脫氫技術(shù)
2.1.2　等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)
2.1.3　氣霧化技術(shù)
2.2　粉末冶金鈦合金致密化技術(shù)
2.2.1　粉末鈦合金的強(qiáng)化燒結(jié)
2.2.2　粉末鈦合金快速成形技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第3章　粉末冶金鈦合金
3.1　合金成分設(shè)計(jì)
3.1.1　合金元素Al
3.1.2　合金元素Fe
3.1.3　合金元素Mo
3.1.4　Mo對粉末鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的影響
3.1.5　合金元素Fe、Mo、Al的綜合作用
3.2　稀土元素的作用
3.2.1　稀土Nd的作用
3.2.2　稀土La的作用
3.2.3　稀土Y的作用
參考文獻(xiàn)
第4章　粉末冶金鈦基復(fù)合材料
4.1　添加TiB：制備鈦基復(fù)合材料
4.2　添加B4C制備鈦基復(fù)合材料
4.3　添加Cr2C3制備鈦基復(fù)合材料
4.4　添加VC和Mo2C制備鈦基復(fù)合材料
4.4.1　反應(yīng)機(jī)理
4.4.2　變形組織
4.4.3　力學(xué)性能
4.4.4　抗氧化性能
4.4.5　摩擦磨損行為
參者文獻(xiàn)
第5章　粉末冶金鈦合金及鈦基復(fù)合材料熱變形行為
5.1　熱加工原理
5.1.1　金屬材料熱加工的研究概述
5.1.2　熱塑性加工過程的力學(xué)行為分析
5.1.3　熱變形機(jī)制
5.1.4　熱變形模型
5.2　粉末冶金鈦合金的熱變形
5.2.1　高溫壓縮試驗(yàn)
5.2.2　變形行為
5.2.3　熱加工圖及變形機(jī)理
5.2.4　變形機(jī)理
5.3　粉末冶金鈦基復(fù)合材料的熱變形行為
5.3.1　熱變形行為
5.3.2　加工圖的建立
參考文獻(xiàn)
第6章　粉末冶金鈦合金及鈦基復(fù)合材料零部件成形
6.1　數(shù)值模擬技術(shù)
6.2　粉末冶金鈦合金連桿的成形
6.2.1　塑性變形的本構(gòu)方程
6.2.2　有限元模型建立
6.2.3　模擬結(jié)果
6.2.4　鍛造工藝優(yōu)化
6.2.5　連桿的鍛造試驗(yàn)
6.3　粉末冶金鈦基復(fù)合材料氣門
6.4　粉末冶金鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座
第7章　粉末冶金鈦鋁基合金變形行為
7.1　合金成分設(shè)計(jì)
7.1.1　顯微組織
7.1.2　變形行為
7.1.3　組織演化
7.1.4　熱加工圖
7.2　Ti-45AI-7Nb-0.4W合金變形行為
7.2.1　元素粉末方法制備TiAl合金的變形行為
7.2.2　變形行為
7.2.3　鑄態(tài)TFi-45AI-7Nb-0.4W-0.15B合金的變形行為
7.2.4　熱變形激活能與工藝的關(guān)系
7.3　準(zhǔn)等靜壓工藝制備鈦鋁基合金變形行為
7.4　熱等靜壓制備Ti-47A1-2Cr-合金變形行為
7.4.1　粉末冶金Ti-47A1-2Cr-0.2Mo合金
7.4.2　鑄態(tài)Ti-47A1-2Cr-2Nb-0.3W
7.5　粉末冶金鈦鋁基合金的包套鍛造變形行為
7.5.1　數(shù)學(xué)模型
7.5.2　模擬前處理
7.5.3　鍛造參數(shù)的選擇
7.5.4　包套鍛造模擬結(jié)果
7.5.5　包覆鍛造模擬
7.5.6　包覆鍛造試驗(yàn)
7.5.7　現(xiàn)場試驗(yàn)
7.5.8　鍛后熱處理
7.6　粉末冶金鈦鋁基合金的力學(xué)性能
7.7　粉末冶金鈦鋁基合金板材的軋制
7.7.1　高溫較高速率熱壓縮模擬
7.7.2　高溫壓縮數(shù)值模擬
7.7.3　熱軋制行為
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   在熱包覆鍛造過程中，由于工件的變形量比較大，會(huì)使部分網(wǎng)格出現(xiàn)不同程度的扭曲，產(chǎn)生網(wǎng)格畸變，這些網(wǎng)格在有限元計(jì)算中就會(huì)變得不可用，使計(jì)算精度大大降低。這是因?yàn)樵阱懺斓某跗?，原始坯料形狀比較簡單，網(wǎng)格中的單元形狀及密度都比較容易控制，可是隨著變形的發(fā)展，坯料的幾何形狀變得復(fù)雜，并且各部分的變形不一致，這使得與坯料發(fā)生同樣變形的有限元網(wǎng)格單元的形狀逐漸變壞，甚至產(chǎn)生畸變，若把這種已經(jīng)畸變的網(wǎng)格形狀作為增量分析的參考狀態(tài)，將導(dǎo)致計(jì)算精度降低，甚至不能繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算；另外，在變形過程中，變形工件與模具型腔表面之間有很大的相對運(yùn)動(dòng)，使得工件的某些邊界網(wǎng)格與模具發(fā)生邊界干涉，這時(shí)網(wǎng)格邊界所描述的工件外形與模具型腔形狀相差較大，將會(huì)使模擬結(jié)果產(chǎn)生誤差。因此，對于涉及復(fù)雜大變形的成形過程，很難用一成不變的網(wǎng)格把變形過程模擬到底。當(dāng)這種情況產(chǎn)生時(shí)必須進(jìn)行網(wǎng)格重劃分，在舊的網(wǎng)格基礎(chǔ)上重新生成新的網(wǎng)格信息，保證后續(xù)計(jì)算的進(jìn)行，這種方法對大型的復(fù)雜的線性和非線性問題的求解是很必要的。網(wǎng)格重劃分的判別是進(jìn)行網(wǎng)格再劃分操作時(shí)首先要解決的問題。目前，網(wǎng)格重分的判據(jù)很多，主要依據(jù)是單元畸變和工件與模具的干涉。這兩條判據(jù)與塑性成形的大變形密切相關(guān)，應(yīng)用起來簡單方便，而且基本上能滿足塑性有限元模擬的精度。在有限元模擬過程中，在檢測到網(wǎng)格中發(fā)生畸變和干涉時(shí)，可以先對少量的畸變或干涉網(wǎng)格進(jìn)行局部調(diào)整，調(diào)整無效或畸變網(wǎng)格過多時(shí)可以再進(jìn)行網(wǎng)格重劃分。網(wǎng)格調(diào)整的方法主要有以下幾種：①調(diào)整某些節(jié)點(diǎn)的位置，以改善畸變網(wǎng)格的質(zhì)量。這種方法簡單，且易實(shí)現(xiàn)，但容易喪失精度。②在單元邊或單元面上增加新節(jié)點(diǎn)。該方法不會(huì)改變網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系，但缺點(diǎn)在于由于形函數(shù)改變而使計(jì)算量有所增加。③局部網(wǎng)格細(xì)分。對與模具發(fā)生干涉或嚴(yán)重畸變的單元?jiǎng)澐?，把新單元填加到舊網(wǎng)格中。該方法由于增加了新單元，剛度矩陣的帶寬將增大。新的有限元網(wǎng)格重新生成后，還需要將舊網(wǎng)格上的有關(guān)狀態(tài)參量傳遞到新的網(wǎng)格上。對于剛黏塑性有限元法，這些狀態(tài)參量包含等效應(yīng)變、速度場和邊界條件等。狀態(tài)參量一般是以節(jié)點(diǎn)信息的形式進(jìn)行傳遞的。由于采用縮減積分，單元的等效應(yīng)變等于該單元形心處的等效應(yīng)變值。所以對于單元等效應(yīng)變的傳遞包括以下兩部分：①將單元形心處的等效應(yīng)變插值到舊單元的節(jié)點(diǎn)上，通常采用體積加權(quán)平均法處理；②通過插值的方法，將舊網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的等效應(yīng)變值傳遞到新網(wǎng)格上。

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