塑料螺栓的注塑模具設(shè)計(jì)

塑料螺栓的注塑模具設(shè)計(jì),塑料螺栓的注塑模具設(shè)計(jì),塑料,螺栓,注塑,模具設(shè)計(jì) 摘要 該研究顯示了對(duì)Ti-6Al-4V混合1–5 wt.%釓的調(diào)查結(jié)果，Ti-6Al-4V加釓的合金類型由使用Ti-6Al-4V和基本的釓金屬粉末的金屬注塑模而制成的 在先前的調(diào)查研究中，顯示TiB沉淀在通過微觀提純技術(shù)由金屬注射模制成的Ti-6Al-4V中，然而隔絕氧氣可以改善延展性。因此，稀土元素可能把兩者影響合二為一，通過從鈦矩陣中和氧氣反應(yīng)并且通過形成導(dǎo)致晶粒細(xì)化的微小氧化物。 因?yàn)榈拇_沒有Ti-6Al-4V加釓合金的相關(guān)研究，該研究主要是給出第一個(gè)概述來顯示Ti-6Al-4V的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性是如何改變的。 為了提供這個(gè)概述，該研究顯示了通過金屬注塑模技術(shù)準(zhǔn)備合適且同質(zhì)的Ti-6Al-4V混合釓的冶金粉末是有可能的。將釓加到Ti-6Al-4V中混合而成的粉末并且通過金屬注塑模進(jìn)行反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致重要的晶粒細(xì)化和氣孔大小和形狀的細(xì)微變化。但是強(qiáng)度和延展性會(huì)由于釓的加入而降低。 1 介紹 稀土元素可以在數(shù)量穩(wěn)定拓展的現(xiàn)代材料應(yīng)用中找到，它增強(qiáng)其性能甚至成為其功能性的基礎(chǔ)。它們經(jīng)常僅僅被用在少量合金中，但對(duì)材料性能產(chǎn)生巨大的改變。 例如汽車排氣催化劑，特種鋼，鎳氫蓄電池，高性能永磁鐵中的應(yīng)用。稀土元素也可以存在發(fā)光材料、特種玻璃和硬盤驅(qū)動(dòng)器的化合物中。此外，稀土元素可用來去除金屬熔體中的氮、氧、硫、氫等雜質(zhì)元素。在此基礎(chǔ)上，它們可以改變鋼和鑄鐵中硫化物和石墨的形態(tài)。如果在不銹鋼中加入稀土元素，就可以提高可加工性。在鋁和鎂合金，提高強(qiáng)度和塑性[ 5 ]。 粉末冶金方法，特別是金屬注射成型（MIM）提供了一種可以廣泛應(yīng)用的成本效益高的方法來制造鈦合金[ 6 ]?，F(xiàn)在，很可能通過金屬注射成型使Ti–6Al–4V粉末反應(yīng)形成在一定范圍的鍛件材料有拉伸性能的零件。然而，為了進(jìn)一步提高機(jī)械性能，如由MIM制成的Ti–6Al–4V的疲勞強(qiáng)度，兩個(gè)主要問題需要解決：在燒結(jié)過程中由碳和氮、氧氣產(chǎn)生的晶粒粗化和污染。 在[ 8 ]研究表明，在MIM制成的Ti–6Al–4V中的鈦沉淀會(huì)導(dǎo)致組織細(xì)化，而[ 9 ]表明，隔絕氧氣提高延展性。 因此，稀土元素可以將兩者影響結(jié)合在一起，通過與鈦基體中的氧反應(yīng)，并通過形成使晶粒細(xì)化小的氧化物。此前的研究是關(guān)于鈦–釓合金[ 10-12]具有細(xì)化晶粒，且晶粒提高合金的強(qiáng)度，眾所周知的是釓是吸氧劑[10,12]。因此，本研究釓有被選擇加入Ti–6Al–4V的可能性，因?yàn)閷?shí)際上沒有關(guān)于Ti–6Al–4V與釓的調(diào)查，本研究主要進(jìn)行了Ti–6Al–4V微觀結(jié)構(gòu)變化的概述說明。 2 實(shí)驗(yàn)步驟 對(duì)試樣制備球形，德國(guó)曾經(jīng)使用氣霧化Ti–6Al–4V5級(jí)粉與TLS技術(shù)提供的直徑小于45輕金屬。釓粉末是通過銼鋼銼得到一些固體釓而獲得。為了防止氧氣和其他元素的污染，鈦粉和釓都在充滿氬氣的手套式操作箱中處理。釓碎屑的分類每個(gè)都在光鏡下形成的，表現(xiàn)出粒子的長(zhǎng)度從140至575流明。碎屑混合鈦合金粉為了生產(chǎn)三個(gè)分別還有1、3和5 wt.%釓的原料。對(duì)于所有原料，粘結(jié)劑體系的餾分保持10的常量，相當(dāng)于約35 vol.%. 粘結(jié)劑體系由35 wt.%的聚乙烯醋酸乙烯酯（伊娃）、5 wt.%硬脂酸和60 wt.%的石蠟組成。造粒后，原料被用10 Mpa力壓成直徑8毫米，高度約10毫米的圓柱形樣品。此外，在氬氣條件下，使用Z型攪拌機(jī)生產(chǎn)含有1 wt.%釓的原料，用于注射成型的拉伸樣品。造粒后，將原料注射成標(biāo)準(zhǔn)的‘狗骨’形拉伸樣品〔13〕，其標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)度約為89毫米，厚度約為5毫米。接下來，將不同的原料分別加入到Ti64＋1Gd、Ti64＋3Gd和Ti64＋5Gd中，以分別得到含有1, 3和5 wt.%的Gd的Ti-6AL -4V。由純鈦-6AL -4V制成的參比樣品被表示為Ti64。綠色部分是溶解在含有己烷 L?MI EBA-50設(shè)施（運(yùn)行時(shí)間：900分鐘在313 K溫度下）。此后，在真空（10Pa）以及1623 K的最高溫度下，在無陶瓷Xerion XVAC爐中，將樣品加熱并融化120分鐘。鉬板用作特殊規(guī)格的支撐物。融化后，試樣以10 K min -1的速率冷卻。 （1） （2） 燒結(jié)試樣的密度Q由阿基米德方法根據(jù)ASTM：B311。為了估算實(shí)際孔隙度，首先計(jì)算理論密度QTH。根據(jù)公式（1）計(jì)算，其中QI表示每個(gè)元素的密度， VI表示在合金中體積分?jǐn)?shù)。 根據(jù)此值，根據(jù)公式（2）計(jì)算試樣孔隙率P。 在室溫下用維氏硬度試驗(yàn)方法測(cè)定試樣硬度。用EnCoStor硬度測(cè)試儀以49 N的負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于每個(gè)樣本，四個(gè)檢查點(diǎn)的距離為1.2毫米沿樣品中心設(shè)置一條線。 為了進(jìn)行圖像分析，將樣品嵌入、研磨、拋光并用克羅爾試劑（2毫升HF（40%）和4毫升HNO 3（66%）在1000毫升水中）部分蝕刻（14）。從每個(gè)合金中，制備一個(gè)拋光的和一個(gè)蝕刻的樣品用于圖像分析。用拋光后的試樣測(cè)定孔的形狀因子和最小值、最大值和平均孔徑。它們也用于表1中孔隙度的計(jì)算。蝕刻的標(biāo)本被用來阻止利用A線挖掘A群的平均大小。相交法在200倍的圖像上，線平行于100 Lm的距離。由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，無法用軟件來控制，所以需要手工設(shè)置截面點(diǎn)。僅使用完整的截面點(diǎn)，而在圖像的邊界處的截面點(diǎn)不包括在分析中。所有的圖像分析都是通過OLYUS分析軟件PRO進(jìn)行的。 （3） 對(duì)于拉伸試樣，使用LeCo TC-436AR分析儀測(cè)定氧和硝基的含量。用LeCo CS-44分析儀測(cè)定碳含量。從每個(gè)標(biāo)本三個(gè)不同的片段進(jìn)行了分析。利用方程（3）〔15〕計(jì)算出氧當(dāng)量- alent Oeq，分別為Cc、Cn和CO分別表示Con Bon、氮和氧的濃度。 在一臺(tái)100 kN的稱重傳感器上，在一臺(tái)伺服液壓拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)試樣在室溫下沿垂直方向拉伸斷裂，橫移速度為0.2毫米/分鐘，對(duì)應(yīng)于應(yīng)變率為1.2 10-5 s-1。對(duì)標(biāo)本進(jìn)行X光檢查，以確保它們不受裂痕的影響。 通過掃描電子顯微鏡（SEM）和光學(xué)顯微鏡觀察了各合金顯微組織的圖像。SEM的圖像在SE和BSE模式中進(jìn)行，工作頻率為10毫米，加速電壓為15千伏。此外，進(jìn)行EDS線分析。 3 結(jié)果與討論 在圖1A中，示出了Ti64的典型的MIM層狀微結(jié)構(gòu)，由具有Ne B片層的A-菌落組成。黑色夾雜區(qū)域代表燒結(jié)后的殘余氣孔?；诒∑∠颍梢宰R(shí)別單個(gè)。圖1B示出Ti64＋5Gd的微觀結(jié)構(gòu)。與TI64相比，大小明顯較小。微觀結(jié)構(gòu)的這種變化將在后面更詳細(xì)地討論。必須指出的是，在圖1B中，與圖1A相比，也出現(xiàn)了深色沉淀。這種差異在圖2a和b中變得明顯，因?yàn)樵贐SE模式中的密度對(duì)比，孔隙和預(yù)浸的容易識(shí)別是可能的。 在這里，只有黑色的區(qū)域代表毛孔，而白色的區(qū)域是沉淀的。圖2a（Ti64＋1Gd）展品 只有少數(shù)沉淀幾乎完全位于孔隙附近。相反，隨著釓含量的增加，圖2B（Ti64＋5Gd）表現(xiàn)出分布在鈦基體上的沉淀物。 圖1（a和b）：放大200倍的Ti64 （1a）和Ti64＋5Gd（1b）的腐蝕微結(jié)構(gòu)。 圖2（a和b）：在BSE模式下，放大200倍Ti64＋1Gd（2a）和Ti64＋5Gd（2b）的拋光組織。白色區(qū)域是富含釓的沉淀。 圖3a-c示出了高鎂合金中的析出物，因此，對(duì)于不同的合金更詳細(xì)。Ti64—1Gd的微觀結(jié)構(gòu)（圖3A）在孔周圍和鈦基體內(nèi)部呈現(xiàn)出深灰色的沉淀物。相反，在Ti64＋3Gd（圖3b）中可見第二類沉淀物（在灰度級(jí)印刷中為藍(lán)色或中等灰度）。此外，在燒結(jié)Ti64—5Gd（圖3C）中存在第三種析出物，呈現(xiàn)為兩相。 圖4示出了在圖3A中示出的深灰色著色沉淀的EDS線分析。研究表明，析出物中釓和氧含量明顯較高，而鋁、釩和鈦含量在基體的邊界處迅速降低。猛然扔下。從這個(gè)結(jié)果，因?yàn)獒徥潜娝苤难跷狡鱗6，16]，可以假定這種沉淀物是氧化物。根據(jù)[11，17]，可能的相是Gd2O3和/或Gd2TiO5。 圖5a示出了在圖3c中可見的兩相沉淀的EDS線分析。該研究顯示沉淀物內(nèi)的釓和鋁含量增加，而氧含量幾乎保持不變。此外，沉淀液中鋁的含量也不同。這是由于圖5b所示的析出物的亞結(jié)構(gòu)，圖5b中的裂紋可能是殘余應(yīng)力的指示，并在EDS線分析中引起氧基峰。在這里未示出的進(jìn)一步的EDS研究確定圖5B中的亞結(jié)構(gòu)由釓和AlGd2組成。綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)三種沉淀物。它們的發(fā)生取決于釓的添加量：在所有樣品中都存在釓氧化物，而對(duì)于3和5wt%的濃度則發(fā)現(xiàn)純釓。AlGd2僅發(fā)生在添加5重量%釓的樣品中。根據(jù)表1，所有Gd添加合金的殘余孔隙率為5%，高于純Ti64的殘余孔隙率。然而，由于釓的高密度，燒結(jié)密度隨著釓含量的增加而增加。盡管釓含量不斷增加，但孔隙率仍然是出乎意料的，但通過圖像分析證實(shí)了這一點(diǎn)。表1還示出了試樣的硬度。TI64來說，結(jié)果表明，平均硬度沒有顯著增加或減少。在這一研究的框架下，不能解釋這種行為的原因。 圖3（a-c）：放大1000倍的Ti64＋1Gd（3A）、Ti64＋3Gd（3B）和Ti64＋5Gd（3C）的拋光組織 圖4放大1000倍，從Ti64＋1Gd沉淀物的EDS線分析，以任意單位給出的強(qiáng)度來表示單個(gè)元素的依賴性。 圖5a：放大1000倍，Ti64＋5Gd沉淀的EDS線分析。以任意單位給出的強(qiáng)度來表示單個(gè)元素的依賴性。 圖5b:圖5a中由富含釓沉淀物放大5000倍，，該子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高鋁含量 此外，表1示出了與Ti64有關(guān)的平均孔徑和平均形狀因子隨釓含量的增加的變化。結(jié)果表明，Ti64＋1Gd的平均孔徑最小。 圖6顯示了這一顯著的轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的孔隙。直徑小于10 Lm的孔的膨脹能力從42%（Ti64）提高到63%（Ti64＋1Gd）。結(jié)果還表明Ti64＋3Gd具有最大的孔隙形狀因子，這意味著孔隙形狀最接近球體。 表1不同釓含量圓柱試樣在1623 K的最高溫度下燒結(jié)的顯微組織特征 合金 燒結(jié)礦密度(g/cm3) 多孔性(vol.%) 硬度(HV5) 平均孔徑 平均孔隙形狀因子（-） 平均A菌落大小 Ti64 4.25 3.6 257 ± 25 13 ± 7 0.56 ± 0.22 148 ± 20 Ti64 + 1Gd 4.21 ± 0.02 5 ± 0.5 273 ± 7 10 ± 5 0.59 ± 0.19 77 ± 44 Ti64 + 3Gd 4.25 ± 0.03 5 ± 0.6 262 ± 23 14 ± 7 0.74 ± 0.16 78 ± 43 Ti64 + 5Gd 4.29 ± 0.01 5 ± 0.3 195 ± 73 . 14 ± 7 0.62 ± 0.19 56 ± 30 圖7示出了其它合金的孔隙形狀因子的顯著性差異?？紫缎螤钜蜃哟笥?.7的概率從30%（Ti64）增加到65%（Ti64＋3Gd）。 表1中給出的最后結(jié)果是平均A菌落大小。純Ti64的A-菌落大小與Gd添加合金的大小有一定的差異，尤其是Ti64＋5Gd。這種差異在圖1A和B中已經(jīng)提到過，很可能，晶粒尺寸的減小是由冷卻過程中形成的沉淀物引起的，當(dāng)β相通過β-反式轉(zhuǎn)變成α?xí)r，作為額外的成核位點(diǎn)起著額外的成核作用。我們。由于析出物的數(shù)量取決于Gd含量，Ti64＋5Gd合金具有嵌套菌落大小。 圖6 Ti64和Ti64與釓合金化的孔徑的累積概率，1wt%的GD在較小的孔隙中的百分比增加 圖7 Ti64和Ti64與釓合金形成的孔隙形狀因子的累積概率，3wt%的Gd不能降低不規(guī)則形孔的百分率。 表2顯示了Ti64和Ti64＋1Gd的氧、氮、碳含量。結(jié)果表明，在Gd添加合金的情況下，每個(gè)元素的增加很小。然而，在脆化方面，Ti64（18，19]和SIG-Ni均低于臨界極限的MIM研究中，所有的值都很好（20）。 測(cè)得的拉伸性能如表3所示。與Ti64比較，Ti64＋1Gd的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均降低約70 MPa。這種下降是乍一看，因?yàn)檩^高的氧當(dāng)量和較小的晶粒尺寸的Ti64＋1Gd合金意味著更高的強(qiáng)度。因此，可以假定析出物起斷裂起始點(diǎn)的作用。與Ti64＋1Gd試樣的孔隙率較高相比，這導(dǎo)致Ti64樣品的強(qiáng)度降低。 表2拉伸試樣的化學(xué)成分 合金 氧含量 (lg/g) 氮含量 (lg/g) 碳含量 (lg/g) 氧當(dāng)量 (lg/g) Ti64 2318 ± 44 172 ± 24 409 ± 23 2969 ± 109 Ti64 + 1Gd 2395 ± 19 219 ± 47 487 ± 12 3158 ± 79 表3拉伸試樣的力學(xué)性能 合金 極限拉伸強(qiáng)度 (MPa) 屈服強(qiáng)度(MPa) 伸長(zhǎng)(%) Ti64 824 ± 4 720 ± 2 13.4 ± 0.7 Ti64 + 1Gd 749 ± 3 655 ± 2 9.9 ± 0.3 4 結(jié)論 研究表明，用MIM與預(yù)合金Ti64粉末和元素Gd粉末的混合物可以制備出合理的均勻粉末冶金Ti-6AL—4V合金。將Gd加入到Ti64中，導(dǎo)致晶粒尺寸明顯增大，孔徑和形狀略有變化。較小的晶粒尺寸被認(rèn)為是在疲勞行為方面的，這在以后的研究中應(yīng)該被證實(shí)。然而，在這一研究中，Gd的加入降低了材料的強(qiáng)度和延展性。 從本研究的結(jié)果可以得出以下詳細(xì)結(jié)論： 1、將Gd加入到Ti-6AL—4V中，孔隙率從3.6%增加到5%。 2、燒結(jié)溫度對(duì)Ti64中釓的溶解度很低。 3、添加1wt%的GD，在較小孔隙的年齡百分比中有顯著增加。 4、添加3wt%的Gd顯著降低不規(guī)則形狀孔隙的百分率。 5、加入Gd顯著降低鈦大小。 6、Ti64中的釓與釓氧化物反應(yīng)。因此，從氧中獲得基質(zhì)的SCAV可能是可能的。 7、加入3wt%的Gd或更多的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致富含鋁的亞結(jié)構(gòu)的釓沉淀。 8、在1wt% Gd添加的情況下，與純MIM處理的純Ti-6AL- 4V合金相比，強(qiáng)度降低了70 MPa。 參考文獻(xiàn) [1]Shinjoh H. 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