热处理工艺对ZK60镁合金力学性能的影响分析

1绪论

随着科技的发展，在21世纪，保护环境，实现人类的可持续发展，已经成为世界各个国家共同关心的问题。合理使用、节约和保护资源，提高资源的利用率，从传统的高消耗、粗放型模式向可持续发展、集约型模式转变，也已经受到社会各界的普遍重视。

镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有密度小，比强度、比刚度高，阻尼减震性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，铸造性能和尺寸稳定性好等优点，同时，镁资源在地球上也很丰富，且镁合金产品易于回收利用，具有环保特性。因此，镁合金被誉为21世纪的绿色工程金属，近年来在汽车工业、航空航天、电子工业等领域中获得了迅速的发展，而且发展前景越来越好。

1.1选题的研究背景及意义

与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，目前镁合金的产量只有铝合金的1％。镁属于密排六方结构金属，塑性变形能力差，很难加工成板、带、棒、型材等，因此镁合金主要采用铸件作为结构材料使用。随着航空、汽车、国防、电子工业的开发和进展，现有镁合金已难以满足某些特殊的要求，迫切需要开发各种新型的高性能镁合金。因此，积极探索改善镁合金的力学性能和成形性能的途径，对于推动镁合金材料的应用并发挥其性能优势具有重要意义。为了推动我国的镁工业，必须大力开发变形镁合金及其生产工艺。本研究以镁合金ZK60为研究对象，ZK60镁合金作为目前商用变形镁合金中强度最高者，提高塑性对扩大其应用至关重要。选择热挤压做为处理ZK60镁合金的技术方法。设计出适用的热正挤压模具，根据模具准备好ZK60镁合金毛坯。选择不同的挤压温度和不同的挤压比对ZK60镁

合金进行热挤压，研究热挤压出的ZK60镁合金在挤压温度和挤压比两个条件的同时作用下显微组织和力学性能上的变化，并分析显微组织和力学性能之间的关系。

1.2课题研究的国内外现状与发展

1.2.1镁及镁合金研究现状

1808年，HumphreyDaveyl43首次从汞合金中分馏出汞和镁；接着在1852年Bunsen第一次使用电解法从氯化镁中电解得到镁。至此，镁及镁合金作为一种新型材料蹬上历史舞台。在两次世界大战期间镁及镁合金得到了突飞猛进的发展。

Galiyev A等人发现ZK60镁合金在环境温度下承受大塑性应变（intense plastic straining，简称IPS）时会发生LTDRX（低温动态再结晶），造成晶粒的显著细化和材料硬度的强烈升高。2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。德国汉诺威大学的F.W.Bach等人研究了变形镁合金的轧制工艺，采用新工艺，提高了其成形性能。Ei ji Yano等人研究了镁合金的半固态成形技术，利用预热的冷却斜槽近液相线铸造获得了半固态AZ90镁合金组织。Ninomiya Rojiro T等人研究发现，Ca有明显细化晶粒作用，可稍微抑制熔体金属的氧化，可以改善抗蠕变性能。J.C.F.Chan 等人通过实验研究了应变强化及工艺参数对变形镁合金锻造性能的影响。日本的R.Matsumoto和K.Osakad a等人在镁合金温锻方面开展了相应的研究，并对镁合金温锻过程中的摩擦和润滑作了深入的研究。日本的T.Mohri等人研究了热轧AZ91镁合金在300℃和1.5×10-3s-1条件下的超塑性和微观组织演变，结果发现晶粒度为39.5μm的热轧镁合金在应变量为0.6之后，晶粒尺寸减小为9.1μm，说明在超塑变形的初始阶段发生了明显的晶粒细化。晶粒细化是由于动态连续再结晶造成

的。由于晶粒细化，使得晶界滑移显著发生，并导致了604%的大延伸率。

沈阳航空工业学院的李秀华等人以工程上广泛应用的AZ91镁合金为研究材料，探讨了热挤压以及后续热处理所引起的AZ91镁合金的微观组织演化，确定了不同加工处理状态的AZ91镁合金在不同实验温度下的抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和断裂延伸率δ。洛阳工学院的陈拂晓等人对变形镁合金MB26进行了超塑性实验研究。哈尔滨工业大学的丁水等对轧制态MB15镁合金进行了超塑性能研究,得出在最佳变形温度340℃，应变速率ε=5.56×10-4s-1时，获得应变速率敏感指数ｍ值为0.51，延伸率δ为415%，此时流动应力σ仅为11MPa，并分析了在最佳变形温度下应变速率对材料超塑性能及晶粒尺寸的影响。重庆大学的麻彦龙等人较系统地研究了ZK60镁合金的铸态组织。光学显微分析表明，铸态组织中存在很明显的枝晶；有相当数量的共晶组织沿晶界或枝晶边界断裂分布[1,2,3]。

1.2.2 ZK60镁合金的研究现状

由于ZK60合金是20世纪40年代末首次开发成功的,60年代后期进入工程应用领域,到现在为止已经研究几十年。目前,世界各国对ZK60的研究主要集中在塑性，超塑性和复合材料的研究方面。另外,由于目前尚无Mg-Zn-Zr三元合金相图,所以人们对其组织的研究只能依靠Mg-Zn、Mg-Zr和Zn-Zr二元合金相图进行分析。

1937年，德国人Sauerwaldt44-45偶尔发现Zr能强烈的细化镁合金晶粒，但是由于Zr的熔点(1852℃)较Mg的熔点(649℃)高出许多，再加上Zr极易与镁合金熔炼过程中出现的A1、Mn、Si等形成稳定的化合物，而起不到晶粒细化的作用，因此很难将Mg、Zr合金化。直到1948年，人们才找到了合适的含Zr的中间合金，成功地将Zr加入到镁合金。又由于Zn对镁合金有极强的强化作用，因此便诞生了

新型的Mg-Zn-Zr合金，ZK60合金就是该合金系中性能最优越的一种。

ZK60合金在20世纪40年代末首次开发成功后，60年代后期进入工程应用领域，到现在为止已经研究几十年。然而ZK60合金并不是无懈可击的材料，它还存在如热裂倾向严重、塑性差等诸多缺点。为改善ZK60合金的力学性能，拓宽它的应用领域，许多材料工作者针对ZK60进行了晶粒细化、超塑性、复合材料的研究。

D.Y.Maeng,T.S.Kim等人对快速凝固(R/S)和挤压态的Mg-3Zn合金和Mg-6Zn 合金进行了研究。光学显微观察表明。Mg-6Zn合金较Mg-3Z合金晶界区域有所增加；结合扫描电镜和光学显微分析,认为重金属Zn主要分布在Mg晶粒的边界上,富Zn相的形成主要是因为Zn在固液两相中溶解度不同,从而离异至晶界上。研究还对Mg-6Zn合金的峰时效(473K×15h)和过时效(473K×100h)的显微组织进行了对比，在峰时效的电镜样品中发现了针状的MgZn2相和球状的MgZn相,而在过时效的样品中则发现了稳定的矩形状的MgZn相与针状的MgZn相相间分布。可见MgZn2相是早期形成的稳定相,在随后的时效过程中没有发生明显的变化；MgZn.相是亚稳相,随后转变成稳定的MgZn相，形状从颗粒状变为矩形状。

Mg-Zn二元合金的研究为ZK60合金的研究提供了有利的依据,但却不能简单地将Mg-Zn二元合金的情况应用于ZK60合金的研究。再者，Mg-Zn二元合金的研究和ZK60合金的研究本身也存在很多争议。这主要表现在：1）铸态情况下,晶界富Zn相是MgZn2相，Mg7Zn3(Mg51Zn20)还是MgZn相? 2）时效硬化效果是如何引起的,是细而长的杆状MgZn相还是由GP区发展而来的MgZn相引起的Zr的加入,除了细化晶粒之外对合金相有何影响也不清楚。基于以上原因弄清楚铸态ZK60合金晶界富Zn相的类型以及Zr对Mg-Zn二元合金系的影响将对ZK60合金的合金相控制以及成分优化有非常重要的意义。对此目前仍然没有定论。

由于镁的晶界滑移系数D gb是铝的2倍,因此镁比铝有更强的低温超塑性能。许多材料工作者研究了ZK60合金的低温超塑性能,旨在改善ZK60的塑性,加速其在变形产品上的应用。ZK60合金具有较强的冷热变形能力,可以进行热处理强化,因而是理想的镁基复合材料的基体,从而受到广大材料工作者的关注。西安交通大学的张文兴用粉末冶金的方法制备了SiC增强的ZK60基复合材料,并对其组织和性能进行了全面的研究，可以得出SiC w和SiC p能显著提高ZK60基复合材料的室温抗拉强度、屈服强度和弹性模量,但对塑性极为不利。

下表为制备的复合材料同基体ZK60的拉伸性能比较。从表中可以看出SiCW和SiCp能显著提高ZK60基复合材料的室温抗拉强度、屈服强度和弹性模量，但对塑性极为不利[4,5]。

表1.1 SiC/ZK60复合材料同基本ZK60拉伸性能比较

1.2.3 镁合金热挤压变形的研究现状

挤压是指放在挤压筒终的锭坯的一端施加压力，使之通过模孔以实现塑性变形的一种压力加工方法。挤压根据挤压金属相对于挤压杆的流动方向，可分为正挤压和反挤压。Murai等人对AZ31镁合金挤压棒材研究表明，铸态直接挤压的镁合金

挤压棒表层晶粒比中心晶粒的细小，再结晶晶粒的取向并未与挤压方向保持一定的

方向性。挤压前，其晶粒尺寸约70μm；挤压后，挤压棒表层晶粒得到细化，而心

部部分晶粒仍然保持其初始形态，部分则沿挤压方向被拉长。当挤压比达到10时，

挤压棒材心部也发生了动态再结晶，并且随着挤压比的增大，其表层晶粒进一步得

到细化。当挤压比达到100时，心部晶粒也得到了细化。澳大利亚M. R. Barnett

等人研究了铝含量对镁合金挤压成形极限的影响。大大加快了变形镁合金的应用，

拓宽了镁合金的应用范围。

北京科技大学的李鹏喜等人研究了变形工艺对AZ31镁合金薄板组织及力学性

能的影响。将不同厚度的AZ31B镁合金挤压坯经多道次和单道次两种轧制工艺制备

成厚度约为1mm的薄板、XRD结果表明，轧板出现了明显(0001)面织构。挤压和轧

制过程中的大变形促使了再结晶的发生，进而形成了细小且均匀的显微组织。

江西理工大学的蔡薇等人研究了镁合金型材的热挤压工艺与模具，实验结果表

（1）经400℃×20h的均匀化退火后的AZ31B镁合金铸锭，在挤压温度380～400℃、明：

挤压速度 1.0～2.5ｍ/min的工艺条件下，可以挤压出复杂断面的型材，证明其具

有良好的热挤压性能。（2）模具结构形式影响挤压力的大小。

华南理工大学的刘英等人采用模角为120°的模具，研究了等通道转角挤压后

AZ31镁合金的微观结构与性能，并对挤压过程中各道次试样的微观结构及性能进

行了分析测试。结果表明，随着挤压道次的增加，晶粒得到不断细化，力学性能也

发生显著的变化；当挤压12道次时，总的等效应变量约为8，晶粒得到显著细化，

晶粒尺寸为1～5μm，但合金的抗拉强度变化不大，屈服强度则有所下降，约为

100MPa，延伸率则提高了45％以上。

郝艳君等针对挤压态ZK60镁合金的高温力学性能及其超塑性行为进行了研究,

古建筑木结构榫卯节点分析

古建筑木结构榫卯节点分析 一、前言 中国是四大文明古国之一，在源远的历史长河中，流传下了无数珍贵的物质和文化遗产，而其中重要的一部分就是古建筑木结构。古建筑木结构在世界建筑之林中独树一帜，影响深远，是东方建筑的代表。古建筑木结构有其独特的构造方式，如高台基、榫卯连接、平摆浮搁、侧脚和升起、雀替、斗拱铺作层等，展现出良好的抗震性能。不用一钉一铆，整体体系以木构架为主要承重构件，全靠木构件之间相互搭接和穿插而建造。被称为三大“世界奇塔”之一的释迦塔，是中国现存最高最古老的木塔，历经九百多年依然屹立不倒。 二、榫卯节点 古建筑木结构总体可分为井干式、抬梁式和穿斗式等三种结构形式。梁柱是主要的受力构件，承载建筑的自身及外界荷载，而榫卯节点将梁柱构件连接到一起，形成木构架。因此，梁柱节点的榫卯连接是木结构研究中的重要部分。榫卯节点中，“榫”即为凸出木构件，“卯”为凹部木构件。榫卯节点具有不同于现代建筑结构节点的特性，其既具有很强的转动能力又能够传递一定的弯矩，具有明显的半刚性特性。常见的榫卯连接形式有直榫和燕尾榫两种。直榫中榫径与榫头同宽，多用于木构件的穿插。燕尾榫榫头大于榫径，一般用于水平木构件与竖直木构件间的连接。 三、榫卯连接工作机理 以燕尾榫为例，分析榫卯节点在地震中的受力机理。为了施工安装方便，一般卯口尺寸略大于榫头尺寸，因此榫卯节点中会存在一定的间隙。当外部震动较小时，榫卯之间发生微小转动，结构利用构件转动与接触面间的摩擦抵消震动破

坏的能量。当震动较大时，榫卯节点会产生弯矩，轴力和剪力。此时，梁受到力的作用，榫头与卯口产生挤压应力，梁上的轴力与摩擦力、挤压应力平衡。随着梁震动位移增大，榫头以榫径为支点，与卯口内壁之间发生位移。由于燕尾榫榫头宽度大于榫径宽度，位移产生时，榫头侧面受到卯口侧壁挤压应力增大，摩擦力也相应增加。相对滑移产生剪力，此时榫头顶部与卯口上部挤压作用明显，弯矩作用产生。当转角增大到一定程度时，卯口侧壁与榫头侧面的挤压应力达到极限值，会导致卯口破坏或榫头折断。 四、榫卯节点研究现状 古建筑木结构具有重要的历史和文化价值，保护工作意义非凡。榫卯节点常见的破坏模式有榫卯拔脱、榫头折断、卯口破坏等。对于榫卯节点的力学性能及加固技术方面，国内外学者已进行了大量研究。方东平等在古建筑结构特性试验研究的基础上，提出了木结构特征的三维有限元计算模型和分析方法，第一次对古建筑木结构的斗栱和榫卯节点的力学性能作定量研究;胡明等跟据木材的正交各向异性，采用广义hill屈服准则准确建立木材的本构模型，运用AYSYS有限元软件模拟并与试验对比分析碳纤维加固区木梁损伤;赵鸿铁等通过燕尾榫节点木构架的低周反复荷载试验，得到弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线，得到榫卯节点半刚性连接特性和节点刚度退化的规律。徐明刚等以1：2.65的缩尺比例制作宫殿式木构架模型，并分别采用胶入钢筋和外贴碳纤维布的方式加固榫卯节点，进行抗震性能试验研究，得出加载初期结构刚度与强度有明显提升，后期加固效果逐渐下降;周乾等对采用马口铁、钢构件和CFRP布加固的燕尾榫节点木构架进行了振动台试验，研究得出三种加固方式都可以提高结构的抗震性能，加固效果由高到低依次为：钢构件、碳纤维、马口铁;邓大力等提出了耗能软钢的榫卯节

镁合金热处理过程中组织与相的变化

镁合金热处理过程中组织 与相的变化 Prepared on 24 November 2020

镁合金热处理过程中组织与相的变化摘要：本文研究了AZ91D等温热处理过程中的溶质扩散、晶界熔化、晶粒合并以及相变等对枝晶球化过程的影响。结果表明:随着热处理时间的延长，晶粒逐渐球化，而且发生合并现象；同时在界面能降低的驱使下，通过溶质原子的扩散,晶粒内部包裹小液滴；半固态部分重熔过程中经历以下相变：β→α，α +β→L，α→L。 关键词：AZ91D镁合金；等温处理；相变 The Research of Organization and Phase Change of Magnesium Alloy during Isothermal Heat Treatment Abstract: The effect of solute diffusion and the grain boundary melting and grain merger and phase transitions on dendrite spheroidzing process is researched during the isothermal heat treatment. The results show that the grains gradually spheroidize and appear the merger phenomenon with extending the heat treatment the same time, owing to decreasing interfacial energy; the packed small liquid drop form intra - grain by the diffusion of solute atoms, There is the following phase transition: β→α,α+β→L,α→L during The semi-solid remelting. Key words:AZ91D magnesium alloy; isothermal treatment; phase transition 1、概述 镁合金是现代金属结构材料中最轻的一种，以其密度低、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、电磁屏蔽好及价格稳定等优点，近年来在航空航天、仪器制造、国防和电子工业等领域，尤其是汽车工业中获得日益广泛的应用[1]。 镁合金半固态成具有成形温度低、凝固收缩小、缺陷和偏析减少、晶粒尺寸细小、模具寿命延长等优点,被专家学者誉为21世纪新一代新兴金属加工方法。但是,要实现镁合金的半固态成型，首先必须制备初生相为颗粒的非枝晶组织合金。国内外研究者常用的枝晶粒化方法为机械搅拌法或电磁搅拌法。由于机械搅拌法的工艺参数难以控制、搅拌设备易磨损和腐蚀、不适应与高熔点合金和易氧化合金,因此该法很难在工业上推广应

材料及其热处理方式方法和性能影响

金属材料 一、金属材料包括黑色金属材料和有色金属材料。 二、黑色金属是指铁和碳的合金。如钢、生铁、铸铁等。 1、钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。 钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。生铁含碳量大于2％ 2、把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。 三、有色金属材料 有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 金属材料在各种外力作用下所表现出來的性能称为机械性能。金属的机械性能主要包括:強度、塑性、硬度、韧性及疲劳強度等。 1.強度: 強度是金属材料在靜载荷作用下，抵抗变形和破断的能力。 A.弹性极限 : 材料在外力作用下只产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，符号σe。 B.屈服极限 : 材料产生屈服现象时的应力称为屈服极限或屈服強度,符号σS。 C.抗拉強度: 材料在拉断前所能承受的最大应力为抗拉強度或強度极限，符号σb。 2.塑性: 金属材料在断裂前发生塑性变形的能力称为塑性。延伸率 (δ)和断面收缩率(ψ)是衡量金属材料塑性的指标。 3. 冲击韧性: 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。 4.疲劳強度: 疲劳強度又称疲劳极限。減少零件的应力集中，改善零件表面质量及使零件表面保留压应力均能有效地提高零件的疲劳強度。 5.硬度: 硬度即指材料抵抗局部变形，特別是塑性变形、压痕或划痕的能力，它是各种零件和工具必须具备的性能指标之一，也是热处理主要的质量检验标准。

镁合金力学性能的研究

Mg-Zn-RE-Zr合金的拉伸力学性能和微观结构的发展文章中将成分为Mg-5.3Zn-1.13Nd-0.51La-0.28Pr-0.79Zr的铸件进行热挤压，并且对挤压比和温度对显微组织和力学性能的影响进行了研究。结果表明当挤压比从0提高到9的时候铸态合金晶粒变粗大，共晶成分沿着挤出方向拉长。然而,进一步提高挤压比率对晶粒细化和改善合金的力学性能的影响不大。动态再结晶是热挤压过程中晶粒细化的主要机制，提高挤压温度导致出现等轴晶粒。与此同时,力学性能随挤压温度的升高而降低。

目录 第1章介绍 (3) 第2章试验方法 (4) 第3章实验结果 (5) 3.1铸态合金显微组织 (5) 3.2挤压合金的微观组织演变 (9) 3.2.1改变挤压比和温度对微观组织的影响 (9) 3.2.2挤压比和挤压温度对力学性能的影响 (12) 第4章讨论 (16) 第5章.结论 (18) 第6章致谢 (20)

第1章介绍 镁合金因其低密度、高特定的刚度和良好的阻尼能力在汽车和航空工业上吸引了人们的注意[1]。镁合金可以大致分为含铝合金和无铝合金[2]。广泛使用镁合金属于Mg-Al系列，比如AZ91和AM60，它们具有良好的铸造性能和较低的成本[3]。然而,因为他们的机械性能和热稳定性差，这些合金的应用受到了限制[4]。与Mg-Al系列相比,Mg-Zn系列的合金,比如ZK60系列合金，是具有很大发展潜力的低成本高强度镁合金[5]。 在所有的镁合金中，AZ60具有较好的机械性能，比如室温下或者高温下具有高强度[6]。然而,它的强度在室温或者高温时候还是低于铝合金。最近,据报道,添加稀土可以改善ZK60合金的力学性能[7]。周教授等人研究了稀土元素钕和钇对于ZK60合金的微观结构和力学性能的影响。钕和钇的结合在动态再结晶过程中对细化晶粒产生了很大的影响。此外,钕和钇的结合还提高了屈服强度和抗拉强度。何教授等人的确定了钆元素对ZK60合金显微组织和力学性能的影响。钆的增加大大减少了时效硬化效果和少量的降低了屈服强度和抗拉强度。然而,添加钆造成的晶粒细化补偿了部分屈服强度和抗拉强度的损失。张教授等人[9]指出ZK60合金与铒结合之后改善变形性能,细化了晶粒和显微组织，具有良好的机械性能。 在这项研究中,镁合金准备直接进行冷铸造。此外,挤压比和温度对合金影响也表现了体现出来。

材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响

材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响 预习报告 姓名：崔立莹 班级：材科1202 学号：41230179 2015年11月

材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响 一、实验目的 1. 了解热处理设备和几种热处理工艺的实际操作。 2. 了解材料成分、热处理工艺、组织和性能之间的关系。 3. 培养学生综合运用所学热处理理论知识和实验技术独立分析和解决实际问题的能力。 二、实验材料与设备 1. 45（Ф15mm）、40CrNi（Ф13mm）和T8（Ф16mm）钢试样 2. 箱式加热炉 3. 硬度计 4. 金相显微镜以及数码照相系统 5. 磨光机及金相砂纸 6. 抛光机及抛光液 7. 浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等 三、实验内容及要求 本实验采用的钢材有40、40CrNi和T8三种，对于每一种钢材，要求得到如下组织： 全班分三组，每组选一种钢材，每人选一种组织进行以下实验： 1. 根据所选钢种和组织，综合运用所学的热处理知识，制定合理的（或能得到

所要求显微组织的）热处理工艺； 2. 按照制定的热处理工艺对钢进行热处理； 3. 测定热处理后钢材的性能(硬度、T8钢可作拉伸和冲击实验)； 4. 制备金相试样，观察组织并记录(照相)； 5. 总结并讨论实验结果。 本实验要求： 1. 每位同学均要首先根据实验总学时和实验要求制定实验方案（包括实验时间的具体安排）。注意本综合性实验为团队性实验，每位同学均无法单独完成，制定方案和时间安排时要与其他同学协调好； 2．在每个同学根据所选钢种和组织制定相应热处理工艺的基础上，以组为单位讨论并协调热处理方案； 3. 按照方案进行热处理、性能测定、组织观察与记录； 4. 以组为单位分析和总结实验结果，然后再以班为单位分析和总结实验结果。 四、实验准备内容 1、箱式电阻炉 箱式电阻炉主要由炉体和控制箱两大部分组成。炉体由炉架和炉壳、炉衬、炉门、电热元件以及炉门提升机构等组成，电热元件多布置在两侧墙和炉底。[1]图1中给出了炉体结构示意图，控制箱在炉体一侧。 图1 箱式电阻炉炉体示意图 1-底座;2-观察孔;3-炉门;4一热电偶;5-炉壳; 6-电热元件;7--耐火材料;8-保温材料;9-炉架箱式电阻炉一般工作在自然气氛条件下，多为内加热工作方式，采用耐火材料和保温材料做炉衬。用于对工件进行正火、退火、淬火等热处理及其他加热用

古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化

《东南大学学报(副刊)》[ISSN:1001-0505/CN:32-1178/N], 期数:2013年第4期页码: 849-855 栏目: 土木工程古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化及相应推广设计 王云飞於恒花逸扬林雨豪孙延超 摘要 简要分析了抬梁式建筑的等应力设计原理，分析了部分重要构件及重要节点，并对相应节点设计提出了改进意见。 关键词：古建筑榫卯力学分析 榫卯结构的受力特性 榫卯结构，是通过卯口与榫头的结合，以达到一种横向或纵向传力的结构，节点处往往比较薄弱，榫卯结合处一般不能承受较大的弯矩。 榫卯连接节点属于半刚性节点，在榫头拔出的过程，结构构件会产生很大的变形和相对位移，可以使结构的内力进行重新分配。 由于制作误差及木材本身特有的弹性，榫卯难以完成严格意义上紧密结合，在结构的初始受力阶段，连接节点更近似于铰接。随着节点变形增加，节点刚度亦随之增加。 由于卯口对榫头有一定握裹力，在地震作用下，榫头与卯口会形成摩擦滑移，从而消耗一部分能量，可以有效减小上部结构的地震反应，减震效果明显。 单位换算 宋尺一尺约为现在国际单位制的32cm，宋斤一斤接近于0.625kg，为方便研究，本文将长度、质量单位统一换算为现行单位。 本文的几点假定 （1）裂缝、木节等缺陷严重影响节点与构件受力性能，较小的荷载便会导致裂缝扩展与加深，在裂缝或木节处突然断裂，发生脆性破坏，非常危险。 由于本文主要进行理论计算分析，故对此不予讨论，计算时，假定所有构件使用之木材纹理皆为顺丝且无任何瑕疵。 （2）古建筑为了抗震需要，常常会使木柱上端向内收敛，谓之侧脚。实验证明，地震作用时，侧脚作用明显。以殿堂为例，一般殿堂外围木柱，面阔方向侧脚1%，进深方向侧脚0.8%，因倾斜角极小，对本文演算之影响可忽略不计，故假定建筑柱身皆为竖直。 （3）因为柱脚以管脚榫与石础相连，柱脚之间连以地栿，且榫卯联接不能提供过大的弯矩，故假定柱脚与基础铰接。由于柱端受相连的斗栱、木枋等约束，故假定柱端受侧向支撑，但竖直方向自由。 （4）因为榫卯联接近似于铰接，结构之间允许较大的相对转角，因此结构体系对地基沉降并不敏感，是以假定微量的基础沉降不会使结构产生相应的附加应力。 （5）考虑到木材瞬时持荷的能力高于长久持荷的能力，计算时不考虑木材的塑性开展，即自中和轴到构件边缘，应力成线性分布，且构件边缘应力不高于

镁合金力学性能强化的几种途径

镁合金力学性能强化的几种途径 摘要对近几年镁合金力学性能强化的研究进行了总结，主要途径归纳为三个方面，一是热处理，二是合金化，三是加工工艺。 关键词：镁合金力学性能热处理合金化加工工艺 镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度和比刚度高的特点,而且还具有优良的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加工性能及较低的铸造成本。广泛应用于航空航天、汽车和电子等行业。但是,镁合金密排六方的晶体结构及较少的滑移系决定了其塑性变形能力较差,所以应该用一些方法来提高其力学性能，本文就近几年镁合金力学性能方面的研究进行总结，并提出建议。 1 镁及其合金的力学性能 镁是一种二价的碱金属元素，属于密排六方晶系，这种密排六方结构使之在力学和物理性能方面表现出强烈的各向异性。纯镁象其他纯金属一样，表现出相对低的强度。其弹性模量E=45GPa，切变模量K=17GPa，比弹性模量E/ρ=25GPa。因此必须用其他元素进行合金化以获得所需要的性能。目前主合金元素是Al、Zn 和Re等，这些合金元素使镁合金得到不同程度的强化。变形镁合金主要通过热变形和冷变形来提高强度。热处理是提高镁合金力学性能的重要途径。另外其他一些工艺或处理也能有效提高镁合金的力学性能，如颗粒增强复合材料、半固态铸造和熔体热速处理、表面处理等。 2强化途径 2.1 热处理 2.1.1铸造镁合金的热处理 铸造镁合金的室温和高温力学性能强化途径有固溶处理和失效处理[1]。对某高锌镁合金Mg-Zn-Al-RE进行热处理[2]，固溶处理温度340℃,保护剂为硫铁矿石,保温时间20 h,热水淬火,淬火介质采用70～75℃热水;时效处理温度180℃,保温时间10 h,出炉空冷。经固溶及时效处理后,合金的相成分主要为α-Mg,还有含微量稀土的其它固溶强化三元相。其中比较典型的固溶强化相有Ф相

镁合金热处理简介

镁合金热处理 各位领导、同事们： 很荣幸能在这里和大家共同学习。感谢公司领导给予我的机会！ 我进入公司的这两年多时间，从事了镁合金熔炼、铸造、压力加工、热处理等方面的一些工作。今天，仅就自己在镁合金热处理方面工作、学习的部分收获及心得，与各位进行讨论。由于水平有限，错误与不当处在所难免，请各位不吝赐教。 固态金属（包括纯金属及合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化，统称为金属固态相变。金属中固态相变的类型很多，有的金属在不同的条件下会发生几种不同类型的转变。例如钢铁的奥氏体、铁素体转变。掌握金属固态相变规律及影响因素，采取措施控制相变过程，以获得预期组织，从而使其具有预期的性能。常用的措施包括特定的加热和冷却工艺，也就是热处理。钢铁的淬火，为的是快速冷却以保持其高温相，从而达到所需要的性能。 对于镁合金，常采用的热处理方式包括：均匀化退火（扩散退火）、固溶（淬火）（T4）、时效（T5）、固溶+时效（T6）、热水淬火+时效（T61）、去应力退火、完全退火等。这里做以下方面简要介绍： 1.均质化退火，其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。那么，晶内偏析是如何形成的呢？这个，我们就需要了解结晶凝固过程，下图1为镁合金相图中最普通的Mg-Al相图： 以AZ61为例，从相图中我们可以看到，从液相线开始，熔体开始凝固，形核随着温度下降开始长大，在每一个温度点，液相和固相

图1 Mg-Al相图 成分分别对应于该温度时的液相线和固相线所对应的成分。造成了晶粒随温度下降而长大过程中的成分不均匀，也就是晶内偏析。均质化退火，主要作用就是将铸件加热到一定温度，使物质迁移作用明显，消除晶粒内浓度梯度。 对于固溶、时效等热处理手段，更确切的来说，是利用合金元素在基体中溶解度随温度变化这一属性。 2.固溶处理。基体不发生多型转变的合金系，室温平衡组织为α+β，α为基体固溶体，β为第二相。当合金加热到一定温度是，β相将溶于基体而得到单相α相固溶体，这就是固溶化。如果合金从该温度以足够大的速度冷却下来，合金元素的扩散和重新分配来不及进行，β相就不能形核和长大，α固溶体中就不可能析出β相，而且由于基体固溶体在冷却过程中不发生多型性转变，因此这时合金的室温

镁合金研究现状及发展趋势

镁合金研究现状及发展趋势 摘要：镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一，近年来已成为学术界的一个研究热点。本文主要综述了镁合金的研究进展和应用，介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。还介绍了镁合金成型技术的研究成果，最后展望了高性能镁合金的发展前景。 关键词：镁合金；高强高韧；成型技术；应用 1.引言 镁（Mg）是地球上储量最为丰富的元素之一，在陆地、湖泊和海洋中都广为分布，例如，其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%，仅次于占8.1%的铝和5%的铁，居第三位；海水中的镁含量达到2.1×1015吨，可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。此外，我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。同时，随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张，开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的，与其他同类材料相比，它具有密度小，比强度、比刚度较高，可以回收再利用且机加工性能优异，阻尼减震性好，电磁屏蔽效果佳等一系列优点，因此在交通运输（如汽车、摩托车、自行车等工业）、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3]，但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。 目前，从全球镁合金研发状况看，发展方向如图1所示[5]，我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展，形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。

图1 镁合金的研发方向[5] Fig. 1 Directions of Mg alloy development 2.镁合金的特点及分类 通过在纯镁中添加其他化学元素，可显著改善镁的物理、化学和力学性能。但镁合金同时存在着显著的缺点，下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。 2.1镁合金的优点[6 ~ 8] 1）密度小、质量轻。镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，根据合金成分的不同，其密度通常在1.75-2.10g/cm3范围内，约为铝的2/3，钢的1/4。 2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度高于铝合金和钢铁，但略低于比强度最高的纤维增强塑料。其比刚度与铝合金和钢铁相当，但却远高于纤维增强塑料。镁合金材料与其他相关材料的物理性能和力学性能分析比较如表1所示。 表1 镁合金和相关材料的物理和力学性能比较 Tab. 1 The comparison of physical and mechanical properties between magnesium alloy and other materials [9] 材料抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa 延伸率/% 弹性模量/Gpa 比强度镁合金AZ31 251 154 13.8 45 141 镁合金AZ91 275 145 13.8 45 151 镁合金AM60 240 140 15 45 134 铝合金380 315 160 3 71 106 碳钢517 140 22 200 80 塑料ABS 35 - 40 2.1 41 塑料PC 104 - 3 6.7 102 3）吸震阻尼性能好。镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有极好的滞弹吸震能力，其抗冲击性是铝合金的10倍，塑料的20倍。 4）良好的铸造性能。镁与铁的反应低，熔炼时可用铁坩埚，熔融镁对坩埚的侵蚀小，压铸时对压铸模的侵蚀小，与铝合金压铸相比，压铸模使用寿命可提高2-3倍，通常可维持20万次以上。镁合金的比热和结晶潜热小，所以流动性

镁合金热处理工艺及研究现状

镁合金热处理工艺及研究现状 摘要：镁合金具有较高的比刚度、比强度、良好的电磁屏蔽性、减振性能和散热性能，是最轻的结构金属材料之一，在航空航天领域具有广泛的应用前景。本文综述了镁合金热处理工艺及其研究现状。 关键词：镁合金热处理研究现状 多数镁合金都可通过热处理来改善或调整材料的力学性能和加工性能。镁合金能否通过热处理强化完全取决于合金元素的固溶度是否随温度变化。当合金元素的固溶度随温度变化时，镁合金可以进行热处理强化。镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。 镁合金热处理强化的特点是：合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢，因此固溶和时效处理时需要保持较长的时间。另外，镁合金在加热炉中应保持中性气氛或通入保护气体以防燃烧。 一、退火 退火可以显著降低镁合金制品的抗拉强度并增加其塑性，对某些后续加工有利。变形镁合金根据使用要求和合金性质，可采用高温完全退火（O）和低温去应力退火（T2）。 完全退火可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，恢复和提高其塑性，以便进行后续变形加工。完全退火时一般会发生再结晶和晶粒长大，所以温度不能过高，时间不能太长。当镁合金含稀土时，其再结晶温度升高。AM60、AZ31、AZ61、AZ60 合金经热轧或热挤压退火后组织得到改善。去应力退火既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。 二、固溶和时效 1、固溶处理 要获得时效强化的有利条件，前提是有一个过饱和固溶体。先加热到单相固溶体相区内的适当温度，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻碍位错运动，从而使基体得到强化。固溶后屈服强度的增加将与加入溶质元素的浓度成二分之一次方比。 根据Hmue-Rothery规则，如果溶剂与溶质原子的半径之差超过14%～15%，该种溶剂在此种溶质中的固溶度不会很大。而Mg的原子直径为3.2nm，则Li，Al，Ti，Cr，Zn，Ge，Yt，Zr，Nb，Mo，Pd，Ti，Pb，Bi等元素可能在Mg中会有显著的固溶度。另外，若给定元素与Mg的负电性相差很大，例如当Gordy定义的负电性值相差0.4以上（即∣xMg－x∣>0.4）时，也不可能有显著的固溶度。因为此时Mg和该元素易形成稳定的化合物，而非固溶体。 2、人工时效 沉淀强化是镁合金强化(尤指室温强度)的一个重要机制。在合金中，当合金元素的固溶度随着温度的下降而减少时，便可能产生时效强化。将具有这种特征的合金在高温下进行固溶处理，得到不稳定的过饱和固溶体，然后在较低的温度下进行时效处理，即可产生弥散的沉淀相。滑动位错与沉淀相相互作用，使屈服强度提高，镁合金得到强化： Tyield=(2aGb)/L+τ a （1） 式中Tyield为沉淀强化合金的屈服强度；τa为没有沉淀的基体的屈服强度；(2aGb/L)为在沉淀之间弯出位错所需的应力。 由于具有较低的扩散激活能，绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能在室温下长期保持淬火状态。部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理而是直接进行人工时效。这种工艺很简单，可以消除工件的应力，略微提高其抗拉强度。对Mg-Zn系合金就常在热变

超高锰钢热处理工艺优化及力学性能的提高

? ?基金项目：河南省杰出人才创新基金资助项目（项目编号：０６２１０００６００）。收稿日期：２００６－０３－２７收到初稿，２００６－０７－０３收到修订稿。作者简介：闫华（１９８２－），男，河南罗山人，硕士研究生，主要从事高强韧耐磨铸钢的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｈｕａ１９８２０９１５＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 闫 华１，谢敬佩１，王文焱１，李继文１，王爱琴１，张东海２，王 伟２ （１．河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳４７１００３；２．鞍钢集团鞍山矿山机械制造厂，辽宁鞍山１１４０４２） !!!!!" !" !!!!!" !" 摘要：优化了含Ｃｒ、Ｍｏ及ＲＥ－Ｓｉ－Ｆｅ变质处理超高锰钢的热处理工艺，研究了超高锰钢不同温度回火处理后的组织和力 学性能。结果表明，沉淀（弥散）强化使奥氏体晶内析出了弥散颗粒状Ｍ２３Ｃ６型碳化物，强化了奥氏体基体。优化出超高锰钢的最佳热处理工艺为，加热至１１００℃保温４ｈ，水淬，再经２５０℃保温４ｈ，空冷。该热处理工艺条件下奥氏体晶粒细小，晶内颗粒状碳化物均匀、弥散分布，力学性能得到显著提高，即σｂ＝９９４．５１ＭＰａ，σｓ＝４３０．９８ＭＰａ，αｋ＝２６０ Ｊ／ｃｍ２ ，ＨＢ２２７，δ＝５５．０３％。与常规水韧处理相比σｂ提高了１８．２％，σｓ提高了７％，αｋ提高了２２％，δ 提高了３０．３％，硬度提高了９．７％。 关键词：热处理工艺；力学性能；超高锰钢 中图分类号：ＴＧ１４２．７２；ＴＧ１４２．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４９７７（２００６）１０－１０６７－０４ ＹＡＮＨｕａ１，ＸＩＥＪｉｎｇ－ｐｅｉ１，ＷＡＮＧＷｅｎ－ｙａｎ１，ＬＩＪｉ－ｗｅｎ１，ＷＡＮＧＡｉ－ｑｉｎ１，ＺＨＡＮＧＤｏｎｇ－ｈａｉ２，ＷＡＮＧＷｅｉ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｎｇａｎｇＧｒｏｕｐＡｎｓｈａｎＭｉｎｉｎｇ－ｍａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｌａｎｔ，Ａｎｓｈａｎ１１４０４２，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌｗｉｔｈＲＥ－Ｓｉ－ＦｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓＣｒａｎｄＭｏｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓａｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｆｔｅｒｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｅｃｏｎｄ－ｐｈａｓｅ，ｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓＭ２３Ｃ６ａｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｇｒａｉｎｓ，ｗｈｉｃｈｉｎｔｅｎｓｉｆｙｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｍａｔｒｉｘｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｗａｔｅｒｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇａｔ１１００℃ａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｔ２５０℃ｆｏｒ４ｈｏｕｒｓ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌｉｓｆｉｎｅｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｅｖｅｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｍａｔｒｉｘ，ａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ：σｂ＝９９４．５１ＭＰａ，σｓ＝４３０．９８ＭＰａ，αｋ＝２６０Ｊ／ｃｍ２ ，ＨＢ２２７，δ＝５５．０３％．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅσｂ，σｓ，αｋ，δａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１８．２％，７％，２２％，３０．３％，ａｎｄ９．７％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌ应用技术 超高锰钢热处理工艺优化及力学性能的提高 ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆＳｕｐｅｒ－ｈｉｇｈＭａｎｇａｎｅｓｅＳｔｅｅｌ 由英国的Ｒ．Ａ．Ｈａｄｆｉｅｌｄ于１８８２年发明的高锰钢是历史最悠久的耐磨材料。高锰钢作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其优异的耐磨性是其他材料所无法比拟的。在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，并有高密度位错和形变孪晶相继生成，从而产生高耐磨的表面层，而此时内层奥氏体仍保持着良好的韧性。高锰钢的这种加工硬化特性使其长期以来广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中［１－５］。 随着现代工业的发展，在冶金、矿山等行业不断出现大型设备，如采矿、破碎、挖掘设备等，其抗磨 配件重达几吨到几十吨，有效厚度均在１００ｍｍ以上，传统高锰钢（ＺＧＭｎ１３）的热处理工艺、力学性能和耐磨性已不能满足这些大型厚壁耐磨件的要求［４］。经本课题组长期以来对耐磨材料的研究并跟踪厂家使用情况，超高锰钢代替传统的高锰钢能满足抗磨件大型化的需要，在高应力、强冲击工况条件下具备优异抗磨性能、高韧性、高水韧化能力，使用过程中使厂家获得了良好的工程效果和经济效益。 １ 试验内容和方法 １．１ 超高锰钢的化学成分 向奥氏体锰钢中加入Ｃｒ、Ｍｏ等合金元素，改进热 Ｏｃｔ．２００６Ｖｏｌ．５５ Ｎｏ．１０ 铸造 ＦＯＵＮＤＲＹ １０６７

中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展

中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展 【摘要】:榫卯连接是中国木结构古代建筑的重要特征。由于在地震作用下，梁柱等构件一般会处于弹性工作状态，节点的抗震性能就决定了整个建筑的安全，因此该领域已成为古建筑保护工作的研究热点方向。对中国古代建筑榫卯节点抗震性能研究进展情况进行了梳理，并提出了相应的见解。 【关键词】:木结构古建筑；榫卯连接节点；抗震性能；研究 引言 中国木结构古建筑具有良好的抗震性能，迄今尚存有许多已逾千年的建筑遗存，虽经历了许多地震灾害作用而仍能挺然直立的事实就是明证。一个结构减震耗能能力的大小，是其抗震性能好坏的重要标志。榫卯连接方式与斗棋结构是中国木结构古建筑的主要结构特征，也是中国古建筑区别于世界它系建筑结构的主要标志。在地震作用下，作为重要结构特征的榫卯节点与斗棋的抗震机制是一个值得深入研究的问题。 一、榫卯结构及其分类 榫卯结构是建筑或家具中相连接的两构件上采用的一种凹凸处理接合方式。凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)。这种形式在我国传统建筑与家具中达到很高的技艺水平，同时也常见于其他木、竹、石制的器物中。我国古建筑家具把各个部件连接起来的“榫卯”做法，是建筑家具造型的主要结构方式。各种榫卯做法不同，应用范围不同，但它们在每处建筑或每件家具上都具有形体构造的“关节”作用 几十种不同的“榫卯”，按构合作用来归类，大致可分为三大类型: 一类主要是作面与面的接合，也可以是两条边的拼合，还可以是面与边的交接构合。如“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿带榫”、“扎榫”等。如图（1）所示： 图（1） 另一类是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合，成角结合，交叉结合，以及直材和弧形材的伸延接合。如“格肩榫”、“双榫”、“双夹榫”、“勾挂榫”、“锲钉榫”、“半榫”、“通榫”等等。如图（2）： 图（2）

镁合金的强化处理方法研究_丁亚茹

2012年1月内蒙古科技与经济Januar y2012　第1期总第251期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.1T o tal N o.251镁合金的强化处理方法研究X 丁亚茹,韩建民 (北京交通大学,北京　100080) 摘　要:研究了镁合金的强化处理方法。不同元素对镁的影响不同,通过加入不同的元素得到不同性能的镁合金;有些合金元素加入后形成固溶体,起到固溶强化。有些元素可析出第二相,起到第二相强化作用。 关键词:镁合金;固溶强化;第二相强化 中图分类号:T G166.4 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)01—0101—02 工业纯镁强度很低,不能满足在结构材料使用时的性能要求,那么,就要通过一些方法来提高镁的性能。其中,最常用的手段是可以通过合金元素的加入,起到固溶强化和析出强化来提高镁的性能。 1　合金元素的固溶强化 合金元素的固溶强化是指将镁基体中溶入合金化元素,所添加的合金元素原子替换晶格点阵上的镁原子,形成固溶体,引起晶格畸变使镁金属强化。 形成固溶体的基本条件:原子半径和镁相差小于15%,Li、Al、T i、Cr、Zn、Ge、Z r、Nb、Mo、P d、Ag、Cd、In、Sn、Sb、T e、Nd、W、Re、P t、Au、Hg、P b及Bi 等元素皆可与镁形成固溶体。 形成无限固溶体的条件:原子半径和镁相差小于15%、与镁具有相同的原子价、与镁的晶体结构相似,Cd和Z n可与镁元素形成无限固溶体[2]。 合金元素原子可以阻碍镁原子的自扩散,使镁合金的弹性模量增大,镁合金的熔点也随之增大,镁的抗蠕变性能升高。 2　合金元素的析出强化 位错和第二相交互作用形成第二相强化,一般情况下第二相强化比固溶强化效果更加显著。第二相强化可分为析出强化和弥散强化。析出强化是通过相变热处理获得的,也称沉淀强化;弥散强化是通过粉末烧结获得的。 2.1　析出强化[3] 析出强化是金属在过饱和固溶体中溶质原子产生偏聚,由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而产生的一种强化。析出相阻碍了位错的滑移与运动,滑移位错间也可相互作用,阻碍彼此相对运动,从而提高了屈服强度。析出相还必须具有合适的尺寸、形状及物理性质,同时,与集基体间的界面性质也是关键因素。镁合金加入合金元素后会析出第二相,阻碍位错的滑移与运动,滑移位错间也可相互作用,阻碍彼此相对运动,从而提高了屈服强度。 起到析出强化作用的合金元素需要满足的条件:1高温下,合金化元素具有足够大的固溶度,且其固溶度随着温度的降低而减小。这样,随着温度的降低,才可逐渐析出第二相;o在基体中的合金化元素扩散速度不宜太快,这样可以减少位错的攀移;?镁的含量在析出相中所占比例足够大。在析出第二相时,镁元素析出的较多,合金用量降低。 2.2　弥散强化[4] 弥散强化的强化机制和析出强化相似,也是析出第二相,阻碍位错的滑移和攀升。析出强化的第二相是在固相中析出的,而弥散强化的析出相颗粒是在合金凝固过程中产生的,即从液相中析出。这些弥散强化相熔点高,且不溶于基体,具有优良的热力学稳定性。 在室温下,位错滑移受到弥散析出的颗粒相阻碍,将合金的性能提高;在高温下,析出相逐渐变得软化粗大,这就导致其失去了部分强化效果,却依然能阻止位错的移动,使合金依然具有较高的力学性能。 3　不同合金元素的强化作用[5] 3.1　铝元素 铝在固态镁合金中的溶解度较大,最大的固溶度可达到12.7%。温度改变时,铝的固溶度会随之改变,温度越低,固溶度越小,达到室温后,其固溶度只有2.0%左右。合金加入铝元素后,其可铸造性得以改善,进而铸件的强度得以提高。但是,晶界上析出了Mg17Al12,使合金的抗蠕变性能降低。特别是AZ91合金中Mg17A l12的析出量很高。铸造镁合金中,铝含量达到7%～9%。而变形镁合金中,铝含量一般可以控制在3%～5%。铝含量越高,耐腐蚀性越好,但应力腐蚀敏感性而增大。 3.2　锌元素 ? 101 ? X收稿日期:2011-11-28 作者简介:丁亚茹(1981-),女,内蒙古呼和浩特市,主要从事铝电解生产、氧化铝溶出等方面的研究。

材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响

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材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响 预习报告 姓名：崔立莹 班级：材科1202 学号： 2015年11月 材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响 一、实验目的 1. 了解热处理设备和几种热处理工艺的实际操作。 2. 了解材料成分、热处理工艺、组织和性能之间的关系。 3. 培养学生综合运用所学热处理理论知识和实验技术独立分析和解决实际问题的能力。 二、实验材料与设备 1. 45（Ф15mm）、40CrNi（Ф13mm）和T8（Ф16mm）钢试样 2. 箱式加热炉 3. 硬度计 4. 金相显微镜以及数码照相系统 5. 磨光机及金相砂纸 6. 抛光机及抛光液 7. 浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等

三、实验内容及要求 本实验采用的钢材有40、40CrNi和T8三种，对于每一种钢材，要求得到如下组织： 全班分三组，每组选一种钢材，每人选一种组织进行以下实验： 1. 根据所选钢种和组织，综合运用所学的热处理知识，制定合理的（或能得到所要求显微组织的）热处理工艺； 2. 按照制定的热处理工艺对钢进行热处理； 3. 测定热处理后钢材的性能(硬度、T8钢可作拉伸和冲击实验)； 4. 制备金相试样，观察组织并记录(照相)； 5. 总结并讨论实验结果。 本实验要求： 1. 每位同学均要首先根据实验总学时和实验要求制定实验方案（包括实验时间的具体安排）。注意本综合性实验为团队性实验，每位同学均无法单独完成，制定方案和时间安排时要与其他同学协调好； 2．在每个同学根据所选钢种和组织制定相应热处理工艺的基础上，以组为单位讨论并协调热处理方案； 3. 按照方案进行热处理、性能测定、组织观察与记录； 4. 以组为单位分析和总结实验结果，然后再以班为单位分析和总结实验结果。 四、实验准备内容 1、箱式电阻炉

榫卯结构种类及图片详解

榫卯结构种类及图片详解 Prepared on 22 November 2020

榫卯结构在中国的运用具有悠久的历史，是中国的一大特色。许多明清时期的红木家具距今已几百年的历史了，虽略显陈旧，但家具整体的结构仍然完好如初，其中，榫卯结构可是功不可没的。传统红木家具各连接部位，一律以榫卯相接，不仅严谨、牢固，还有装饰作用。榫卯结构的种类很多，就其使用的部位、功能和形态而言，大体可分为明榫、暗榫、套榫、夹头榫、插肩榫、抱肩榫、钩挂榫、燕尾榫、楔钉榫及走马销等。 燕尾榫结构图 燕尾榫：相传为鲁班发明，被后世尊称为“万榫之母”，是明清家具中不可缺少的榫卯连接法。燕尾榫是指两块平板直角相接时，为了防止受拉力时脱开，将榫头做成梯台形，形似燕尾，故名“燕尾榫”。

明榫结构图 明榫：制作好家具之后，在家具的表面能看到榫头的称为明榫。明榫多用在桌案板面的四框和柜子的门框处。 暗榫结构图 暗榫：制作好家具之后，在家具的表面不能看到榫头的称为暗榫，也称“闷榫”。暗榫的形式多种多样，就直材角结合而言，就有单闷榫和双闷榫之分。明式和靠椅的椅背搭脑和扶手的转角处常用暗榫。

楔钉榫结构图 楔钉榫：是用来连接弧形弯材的常用榫卯结构，它把弧形材截割成上下两片，将这两片的榫头交搭，同时让榫头上的小舌入槽，使其不能上下移动。然后在搭扣中部剔凿方孔，将一枚断面为方形，一边稍粗，一边稍细的楔钉插贯穿过去，使其不能左右移动。圈椅、的扶手一般都是使用楔钉榫。 套榫结构图套榫：椅子搭脑与腿料连 接时不用夹头榫，而是将腿料做成方形出榫，搭脑也相应的挖成方形榫眼，然后将二者套接，这类榫卯结构称为“套榫”。

浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用

浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 发表时间：2019-07-23T15:48:31.213Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：彭连光 [导读] 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。 身份证号码：37152519840910XXXX 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。因此，提高土木工程测量精度和简化测量操作流程是亟待解决的问题。本文以数字图像相关技术为研究对象，分析其在土木工程测量中的应用前景，本文的研究成果有助于推动该技术在工程测量领域的发展。 关键词：数字图像相关方法；土木工程测量；应用研究 数字图像相关方法是一种现代化全场光学测量技术，具有非接触、非干涉的特点，已广泛的应用于航空航天、土木工程测量以及物体形变监测等领域[1]。该方法首先运用在二维测量中，采用单个摄像机进行测量，通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像，匹配其对应点从而得到像面位移和应变。但在实际测量中，由于单个相机的局限性，要求相机垂直于被测物表面，同时被测物体表面的离面位移会对测量带来明显的误差，因此二维数字图像相关方法通常应用于平面物体的面内变形测量。而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限，通过标定相机与物体之间的相对位置关系，可以重构出各种形状物体的三维形貌。数字图像相关方法是立足于数字图像处理技术和数值分析技术的光学测量技术，是通过拍摄并匹配变形前后数字图像中的各个控制点，获得物体表面形变信息的技术，与其他测量技术相比而言，该技术具有更加简便的操作流程，能够适用于更加宽泛的使用环境，所获得的精度也更高，因此，在土木工程测量中的应用越来越普遍。 1 数字图像相关方法的应用概况 随着光学信息技术、计算机技术、图像识别技术的快速发展，数字图像相关方法得到了快速发展，逐渐因其测量精度高、非接触全场测量、环境要求低、操作简便等优点而应用于各领域中，主要包含了以下几个方面：（1）对各种材料形变特征和力学性能的直接测量。在土木工程中常用到类型较多的金属材料、复合材料等，那么这些材料是否满足土木工程建设的基本需求，需要进行相应的测量实验。将数字图像相关方法应用于土木工程相关材料的表面形变和力学性能监测，可以获得全场形变信息，进而借助数值分析模块可以获得材料的力学参数，如热胀系数、断裂韧性、弹性模量、应力强度因子、泊松比、表面粗糙度等[2]。因此，该技术的应用推进了土木工程建设中对材料各种参数的精确把控，提高了材料的综合利用价值。（2）在工程结构实际测量中的应用。评估土木工程结构、构件的安全性和可靠度是评估土木工程建设质量的指标之一，将数字图像相关方法应用于工程结构监测中，可以获得结构位移或者应变形变信息，如大型桥梁墙式基础参数的监测等，在此基础上评估结构、构件的安全性和可靠度。（3）借助有限元分析方法获得物体实际表面的形变信息。土木工程建设中通常要借助有限元分析方法进行实验设计结构是否合理，将数字图像相关技术融合至有限元模型中，就可以实现理论、仿真、实验三者数据参数的紧密联系，进而提高模型改进质量，完善建设模型，对提高土木工程建设整体质量有着积极的推动意义。 2 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用极为广泛，本文着重介绍该方法在木结构榫卯节点抗拉性能监测中的应用。众所周知，木结构建筑是我国具有民族特色的传统建筑物，一栋建筑物在没有一颗钉子的前提下可以经历数百年屹立不倒，显示出木结构强大的可靠性[3]。木结构中榫卯节点是建筑物承载的重要枢纽，因此，在研究木结构建筑物的力学性能时必须研究榫卯节点的力学特征。 2.1 应用条件分析 本文选用常用的杉木作为实验材料，按照传统木结构模型进行缩小比例尺制作，主要研究榫卯节点的力学性能变化以及形变信息。此外，纤维增强复合材料FRP 具有较高的强度、轻的质量等而广泛用于维修古建筑，在外侧涂抹防火涂料就可以实现既加固木质建筑物的目的，又达到了不破坏建筑外观的目的。因此，本文使用该材料作为研究实验的对照组，此外使用钢材对木质建筑物进行加固也是常用的方法之一，本文选用 Q235 钢进行实验。 2.2 加载及测量方案制定 为了尽可能的模拟木质建筑物构架柱脚的实际载荷，在底部增加单向铰支座，柱顶施加竖向载荷 20k N，并保持竖向载荷恒定不变。在实验过程中逐渐枋下侧单调向上加载，直至构建破坏为止。根据数字图像相关方法测量的参数要求，本文选择使用三维数字图像相关系统，并在实验模具表面用不同颜色的喷漆喷涂制成标志点，实验时采用 LED 直流光即可[4]。 2.3 实验结果对比分析 根据上述实验方案同步进行不同材料的实验，最终获得如下结论：对于木质榫卯节点而言，由于木材自身具有特异性，因此在载荷加载过程中的形变呈现出一定的差异性，但总体上破坏形态是一致的，也意味着木质结构的榫卯节点承载能力是大体相当的；随着载荷量的逐渐增加，榫卯节点边缘大约有 2.5mm 的拔出量，随着控制位移量的增加，榫头边缘的拔出量进一步增加。对纤维增强复合材料 FRP 制作成的节点而言，其形变特征以及拔出量与木质结构的榫卯节点变化差异较大，在载荷加载开始，节点转动刚度较大，承载力呈直线上升，随着载荷量的不断增加，纤维增强复合材料 FRP 榫卯节点的粘结胶逐渐剥落，当载荷持续增大时，纤维增强复合材料 FRP 材料逐渐出现褶皱并逐渐开始撕裂，进而承载能力下降[5]。综上所述，虽然纤维增强复合材料 FRP 材料属于脆性材料，但是由于木质材料具有独特的力学性能，将纤维增强复合材料 FRP 材料应用于木质结构建筑物的加固中，可以增强该材料的承载能力和延性。对照实验组使用钢材进行加固实验，当载荷加载开始时，加载处的承载力急剧上升，使得榫卯节点出现挤压现象，当载荷持续加载时，榫头上部挤压区变形较大，且钢箍在枋端连接段逐渐滑移，直至破坏。通过实验可知，采用钢材加固木质结构房屋，可以提高榫卯节点的极限承载力，虽然后期出现显著的滑移现象，但采用该种方法加固，可以进行拆卸，因此具有一定的应用前景。 3 结束语 综上所述，数字图像是一种非接触、全场变形测量技术，其相关方法在土木工程测量中具有极为宽泛的应用前景，在建筑物表面形变监测以及实验建筑材料力学参数等方面具有精度高、非接触、全场测量、环境适用性好、操作简便的优势，并且在实验过程中可以获得全场形变信息，具有广阔的应用前景。本文主要分析了数字图像相关方法在土木工程测量木质结构榫卯节点力学性能研究的应用，搭建适用于工程实际测量的自标定数字图像相关系统，并设计精度实验，通过两组对照组的研究表明，采用纤维增强复合材料 FRP 材料对木质结构