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高能X射线为铸铁行业提供一种低成本优化方法
发布:kittyll   时间:2015/12/18 8:43:32   阅读:831 
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通过对铸铁的生产工艺流程进行优化能够有效改善铸铁的一些如强度等的基本性能
 
通过对铸铁的生产工艺流程进行优化能够有效改善铸铁的一些基本性能,例如强度和耐久性等。这将使得这种材料的应用领域更加广泛,如用于机械和运输行业等。
 
当设计高性能的桥梁、工具和引擎部件等时,对于铸铁通常都有很高的要求,包括具有良好的耐磨性、抗形变能力、防腐蚀、抗锈性等。
 
材料的生产加工是一门大学问

有时虽然生产出了较好的铸铁产品,但却没有完全挖掘出这种材料的全部潜力。并且,生产过程中的铸造参数与铸铁期望性能之间的联系一直在被不断研究和争论。
 
受限于传统的工业二维成像技术和耗时持久的实验室内三维成像技术,研究人员一直无法确定:为了得到适合不同领域的,具有理想性能的铸铁所需要的确切的工艺参数。
 
因此,找到一种能够深入观察这种材料,但却简单的方法以得出确切的参数就变得至关重要。这不仅会提高金属材料产业的竞争优势,对于消费者而言也是极为有益的。

根据一项发表在《Scripta Materialia》杂志上的最新研究可知,高能同步X射线就是解决的方法!
 
“通过理解材料的结构,人们有望制备出力学性能和热性能更好的金属合金材料。这意味着在某些应用领域中,例如在汽车的发动机或发动机零件中,人们将能够使用更加少量的材料,进而减少车辆的总重量,这些都将大大的节省汽车燃料”。来自美国阿贡国家实验室中心的材料热-机械性能研究组的组长,同时身为本研究的技术领导者Dileep Singh说道。
 
在交通运输行业,通过优化材料的生产工艺以制备出高性能的材料有助于研究人员研究开发出更加节能、高效、耐热性更好、使用寿命更长的发动机或发动机零件。
 
“卡特皮勒公司的研究人员正积极地寻求办法以提高我们对铸铁合金材料的理解,目的就是为了能够给我们的客户提供创新的产品解决方案”。美国卡特皮勒公司的技术组组长Richard Huff说道。该公司为本研究提供了发动机合金铸件。
 
该研究结果表明:利用高能X射线断层扫描技术能够揭露铸铁材料中石墨颗粒的一些之前未知的性质,例如结节的增长等。此外,X射线还能明确的对与材料性质有关的颗粒类型进行分类,这对于了解材料结构与加工工艺之间的联系非常重要。所有这些的关键都在于通过一些加工处理方法对其中的石墨的原子结构进行调控,例如改变熔体的化学性质或者改变添加到铸铁液中的变质剂等。
 

(a)图为两个铸件,其中一个直径为2mm的棒状铸件利用电火花加工而来;(b)图为从该项研究中获得的一个典型的层析图像;(c)图为在与(b)中同样区域内利用光学显微镜得到的未刻蚀显微形貌;(d)图为(b)中石墨颗粒的重建三维模型,该图表明从(b)和(c)中观察到的二维特征属于一种具有扁平和圆形分支的珊瑚树状结构;(e)图中左边为切片表面,石墨结构就位于表面之下。右边为在不同方向切片得到的蠕墨铸铁结构。该图表明利用二维分析方法对于同样特征(红色箭头)要么将其归为球墨铸铁,要么归为蠕墨铸铁,这主要取决于切片的方向。
图片来源:Scripta Materialia
 
该研究小组成员包括卡特皮勒公司的Huff,阿贡国家实验室的研究人员Singh,Chihpin Chuang等人。
 
对于观察评估石墨的微观结构,同步高速X射线分析技术相比于传统技术具有许多优势!
 
石墨的三维结构在合金中的空间排列以及连接形式等都是影响铸铁材料性质的关键因素。这些因素难以通过目前的工业二维测试技术而得到。不过,也有一些不经常使用但比较有效的方法,如利用聚焦离子束和透射电子显微镜法也能够得到高分辨率的三维图像。但这属于劳动密集型方法,需要消耗大量的时间,并且会损坏样品。
 
高能X射线能够在实际操作条件下穿透不均匀样本多达1厘米的厚度,能够克服利用聚焦离子束和透射电子显微镜法遇到的困难,同时还能够提供更好的关于参数的统计学数据。
 
该研究小组发现同步y加速器表征方法能够对某些问题提出更深入的见解,例如,为什么卡特皮勒公司用于重型机械部分中的蠕墨铸铁比球墨铸铁传热更好,同时能够保持良好的延展强度。答案就是铸铁中石墨颗粒的形状、大小及其分布不同所造成的。
 
“了解材料的三维结构特征将有助于人们了解材料的结构组成,以及结构和性质之间的联系”。Huff说道。
 
译自:phys.org
来源:材料与测试
译者:vince
 
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