半固态成型加热工艺对镁合金组织与耐腐蚀性能影响[精选]

第一篇：半固态成型加热工艺对镁合金组织与耐腐蚀性能影响[精选]

大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

调研报告

1.课题来源及意义

镁是地壳中含量最丰富的元素之一，其丰度居第8位，约占地壳组成2.5％，主要以白云石(碳酸镁钙)、菱镁矿存在，此外，海水中含镁约0.13％，可谓取之不尽[1]。镁合金密度小、比强度高、弹性模量大、减振、抗冲击性能好，成为21世纪材料体系中的重要组成部分，在航空、航天、汽车等众多领域得到广泛应用[2，3]。然而镁合金仍暴露出力学性能偏低和耐蚀性能差等问题。

本次课题研究了半固态重熔工艺对镁合金组织与耐腐蚀性能的影响。半固态等温热处理是20世纪90年代中期发展起来的一种半固态合金的制备方法，该方法将合金加热到固液两相区并保温以获得特殊的组织形态，是一种消除铸件中枝晶粗大的有效方法。

本课题的主要意义是通过加强镁的力学性能、耐蚀性的相关研究，积极探索增强镁合金强度、耐蚀性的途径，推动镁合金作为结构材料的应用。

2.镁合金的发展概况

2.1国内外镁合金材料应用的现状

（1）通讯电子行业

镁合金在电子行业中的应用以3C产品(手机、笔记本电脑、数码相机)为主导, 用镁合金制造的壳罩与传统塑胶壳罩相比, 具有如下优缺点。优点: 1)强度、刚度高, 镁合金强度比塑胶的大4~ 5倍、刚度大20倍, 用作外壳, 可以做得更薄、更轻;2)散热性好, 镁合金的散热性是塑胶的200倍~ 300倍, 比热也比塑胶的大, 不易过热;3)镁合金导电性能佳, 有电磁屏蔽作用, 可防止电磁干扰和对人体的伤害, 不必另作导电处理。缺点: 1)制造周期长, 镁合金制品制造工序冗长, 开模耗时长, 成型后还需二次加工和后续处理;2)生产成本高, 原料贵, 制造工序多, 产品的良品率低, 使镁合金制品成本偏高;3)色彩变化少, 镁合金本身为银灰色, 只能用涂装印刷变色, 无法如塑料壳那样混色出多种色彩与纹路。综上所述, 镁合金与塑胶各有所长, 但随着镁合金制件加工方式的改进, 镁合金具有越来越强的竞争力。（2）汽车行业

为减轻汽车重量以降低油耗, 以及“环保型汽车”对材料可回收性的要求, 镁合金在汽车工业中的应用日益广泛。目前汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。美国福特、通用、克莱斯勒3家公司在每辆汽车上采用的镁合金铸件分别达到30个, 45个和20个。瑞典最新推出的沃尔沃CP2000车型全重700 kg, 所用镁合金件达50kg, 包括轮毂、离合器箱、转向齿轮箱、后悬臂、发动机架、进气歧管、气缸体等重要部件。我国汽车厂使用镁合金件还刚刚开始, 目前一汽、东风和上海大众等厂家已在使用, 上海桑塔纳轿车的变速箱壳体、壳盖和离合器外壳等使用镁合金量约8.5 kg。大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

（3）自行车行业

自行车是人力驱动的工具, 减轻质量可以方便使用。作为自行车架, 镁合金具有密度小、含量丰富、可加工性好、减振性能优异(单位减振性能比硬铝高100倍、比合金刚高20倍, 比钛合金高300倍~ 500倍)等优点。另外, 镁合金制品具有较高的抗侧向冲击与负载的能力。中国台湾自行车工业研究发展中心联合多家自行车厂, 已经开发完成镁合金自行车。（4）生物医用材料

镁作为硬组织植入材料, 具有一系列突出的优点, 如: 密度小(约为1.7g /cm3, 接近人骨的密质骨密度1.75g /cm3)、比强度和比刚度高、加工性能好、弹性模量较低(和人体匹配, 能有效缓解应力遮挡效应)等。另外, 镁参与人体内一系列新陈代谢过程, 包括骨细胞的形成, 加速骨愈合能力。但是由于镁及镁合金的耐蚀性较差, 很难在腐蚀性较强人体生理环境的中长期发挥作用。因此, 增强耐蚀性成了镁合金在生物材料领域应用的关键。

日本在1999年9月启动了/高级镁合金科技研究平台0项目, 拟在“ 新合金的开发”、“表面改性”、“生态材料”和“镁合金的新功能与应用”4个方面对镁及镁合金进行研究与开发。其中, 镁合金应用于生物材料的研究作为该项目的一个重要分支已取得了一定的成果。

2.2镁合金成型方法

镁合金零件的成形有压力加工和铸造, 铸造以适应性广、成形性好而具有一定的优势。镁合金零件的铸造成形方法有砂型铸造、重力金属型铸造、低压铸造、消失模铸造、压力铸造、挤压铸造以及新型的半固态铸造。（1）传统铸造方法

砂型铸造投入少、工装准备时间短, 适于大件、小批生产。砂型铸造精度低, 加工余量大。重力金属型铸造因采用了冷却能力强的合金材料作为铸型, 与砂型铸造比, 生产效率高, 铸件组织细化, 性能得到改善, 但工艺出品率低。低压铸造克服了重力铸造的缺点, 通过调节填充气氛的流量和压力, 控制液态合金的充填速度和充型形态, 并在一定的压力下凝固。低压铸造的工艺出品率大大提高, 充型缺陷得到有效控制, 但浇道的开设和冒口的布置缺乏一定的灵活性;同时工序较多, 有一定的密封性要求。（2）消失模铸造

消失模铸造能方便地焊接、装配模样, 不用取模, 可以生产高精度、复杂的铸件。从20世纪90 年代起, 真空负压造型的消失模铸造在中国获得快速发展。镁合金采用消失模铸造具有的优点是:a.采用干砂, 避免了普通砂型铸造由水分引起的镁合金燃烧问题, 且消失模汽化形成的还原性气氛还可以抑制镁合金氧化燃烧;b.镁合金线收缩率是铝合金的1.12倍, 热裂倾向大, 干砂退让性好, 可以有效解决这个问题。目前, 消失模铸造应 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

用于镁合金的生产已取得了初步进展。（3）压力铸造 传统压铸。压力铸造属于高压成形方法。成形的液态金属以很高的速度充型, 并在很高的压力下凝固。压力铸造成形性好, 生产效率高, 生产的零件质量好, 特别适合薄壁零件的生产。镁合金在压铸方面存在如下优势:液粘度低、流动性好,易于充型;铸件铸造斜度小,仅为115 b(铝合金是210b~ 315b);铸件尺寸精度高;熔点和结晶潜热低, 压铸过程中对模具的冲蚀小, 其模具寿命长;压铸周期短, 生产率高。这些优势使得压铸成为镁合金最主要的成形工艺, 世界镁合金铸件的93%是用压铸工艺生产的。真空压铸及充氧压铸。真空压铸是在压铸过程中抽出型腔内的气体,以减少或消除在压铸件内的气孔和溶解于合金中的气体, 提高压铸件的力学性能和表面质量。充氧压铸是一种无孔压铸, 该法在充型前将氧气或其它活性气体充入型腔以置换型内空气, 充型时, 活性气体与镁合金液反应生成弥散分布的金属氧化物, 达到消除压铸件内气体和气孔的目的。用该法生产的压铸件可以进行热处理强化。(4)挤压铸造

挤压铸造是使金属液在较高的压力下成形和凝固, 该工艺充型速度相对较小, 补缩作用强, 极大地减少铸件的疏松和气孔缺陷, 提高铸件的致密度, 获得的铸件可热处理;同时, 该工艺能有效地增大合金与铸型间的传热系数及冷却能力, 获得的铸造组织晶粒细小, 是一种具有广泛应用前景的先进成形工艺技术。挤压铸造最重要的工艺参数是铸型温度、浇注温度、合挤压压力、保压时间和挤压速度, 这些因素与铸件的结构密切相关。挤压铸造的充型压力比重力金属型铸造要高几个数量级, 要获得无气孔的挤压铸件, 凝固温度区间越大所需的充型压力越大。(5)半固态铸造

半固态是指合金内既存在球团状固相又存在流体液相的两相状态。半固态铸造是合金在凝固过程中, 进行剧烈搅拌或控制固-液温度区间, 得到半固态组织, 然后浇注成形的方法。该工艺成形温度低,凝固收缩小, 成形零件精度高, 质量好, 是一种大有前途的镁合金零件的成形方法。镁合金半固态铸造可分为: 流变铸造、触变铸造和触变注射成形。镁合金半固态流变铸造。镁合金半固态流变铸造, 是将经搅拌等工艺获得的半固态浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态铸造, 由于半固态金属浆液的保存和输送很不方便,因而这种方法投入实际应用的较少。有人直接在压铸机压室中用电磁搅拌方法制备半固态金属浆液,然后将其挤入模具型腔成形。该工艺的关键是制得固相为球团状的半固态组织。目前常用的半固态组织的制备工艺有: 机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法和半固态等温热处理法、化学晶粒细化法、形变热处理法、喷射沉积法等。镁合金半固态触变铸造。触变铸造也叫触变成形, 是将经搅拌等工艺获得的半固 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

态坯料冷却凝固后, 按所需尺寸下料, 再重新加热到半固态温度, 然后放入模具型腔中进行成形加工。

华东科技大学的万迪庆[4]研究了半固态重熔加热工艺参数对AZ91D镁合金半固态组织演变及其耐蚀性的影响。结果表明：AZ91D镁合金在液固双相区进行重熔处理时，合金中低熔点共晶组织首先发生熔化并隔离α-Mg树枝晶，其后被隔离的粗大α-Mg树枝晶逐步演化成为类球晶甚至发生合并长大现象。半固态重熔处理中合金组织内部共晶组织分散程度或枝晶球化程度越高越有利于提高合金的耐蚀性。注射成型。半固态触变注射成形的工艺过程接近于注塑成形。首先将镁合金锭加工切制成细颗粒状, 将此种镁合金颗粒装入料斗中, 强制输送到粒筒中, 粒筒中旋转的螺杆驱使镁合金颗粒向模具方向运动, 当其到达粒筒的加热部位时, 合金颗粒呈部分熔融状态, 在螺旋体的剪切作用下, 具有枝晶组织的合金料形成了具有触变结构的半固态合金, 当其累积到一定体积时, 被高速(5.5m / s)注射到抽成真空的预热型腔中成形。半固态合金在外力作用下可以像热塑性塑料一样流动成形, 但触变注射成形的温度、压力和螺杆旋转速度远远高于注塑设备的。成形的加热系统采用了电阻和感应加热的复合工艺, 将合金加热至(582±2)℃, 固相体积分数达60% , 同时通入氩气进行保护。

2.3镁合金表面防腐处理

镁合金优异的物理和机械性能使其近年来得到广泛关注。镁合金具有较高的比强度和比刚度，较强的电磁屏蔽和抗辐射能力，以及良好的减震性、切削加工性能等特点，在汽车、摩托车等交通工具，3C产品、航空航天、兵器工业等领域的应用日趋广泛。但是镁是一种电负性极强的金属，标准电极电位为－2.37V，在潮湿，CO2，SO2，Cl-的环境里极易发生腐蚀。除此之外，镁合金由于杂质元素和合金元素的存在，还容易产生电偶腐蚀、应力腐蚀开裂以及腐蚀疲劳，大大限制了镁合金在工业、军工等领域的广泛应用。目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究，以期通过有效的表面处理方法来提高镁合金表面的抗腐蚀能力，使其能够在不同的领域得到更为广泛的应用。（1）化学转化膜处理

镁合金化学转化膜的防腐蚀效果优于自然氧化膜[5],并且化学转化膜可提供较好的涂装基底。传统的化学转化法是铬化处理，其机理是金属表面的原子溶于溶液后，引起金属表面的pH值上升，在金属表面沉积铬酸盐与金属胶状物的混合物的过程，这种混合物在未失去结晶水时具有自修复功能，因而耐蚀性好。但由于铬酸盐处理工艺中含Cr6+离子，对环境造成污染且废液的处理成本高，现已被其它的化学转化膜法所取代，如磷酸－高锰酸钾转化膜、稀土转化膜等。磷酸－高锰酸钾转化膜处理方法主要是在镁合金表面形成以Mg3(PO4)2为主的组成物，同时含有铝、锰等化合物的磷化膜。经过该处理所得的膜层为微孔结构且与基体结合牢固，并具有良好的吸附性、耐蚀性，因而可作为镁合金涂装中的底漆层使用。赵明[6]等人对镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理工艺进行了研究，发现pH值为4，K2HPO4的质量浓度为150g/L,KMnO4的质量浓度为40 g/L的 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。在盐雾试验温度为30℃，盐雾沉积率为0.0138 mL/（cm2·h）的条件下，连续喷雾24 h后，镁合金表面所得膜的腐蚀率为8%，而铬酸盐处理工件表面腐蚀率为21%。这说明镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理能提高镁合金表面抗蚀能力。

Rudd等研究发现镁及镁合金在经过pH值为8.5的铈、镧和镨等稀土盐溶液浸泡处理后，可以显著提高镁及其合金的表面耐腐蚀性能。但随着浸泡时间过长，涂层的保护性能开始恶化，导致镁合金表面的耐腐蚀性能也随之降低。因此，为了得到较好的表面处理效果，在形成稀土转化膜后应立即进行封孔处理。（2）阳极氧化处理

阳极氧化处理[7,8]是镁合金现今应用较广的一种表面处理方法。阳极氧化不同于化学氧化，它是通过电化学反应，在金属表面得到具有一定厚度、稳定的氧化膜层，从而提高金属表面耐腐蚀性能。

DOW17法和HAE法是20世纪50年代开发的阳极氧化技术。DOW17法生成的氧化膜是由Cr2O3，MgCr2O3及Mg2FPO4构成，该氧化膜的耐蚀性和耐磨性好，但脆性较大。用HAE法制成的氧化膜是由MgO与MgAl2O4 构成，膜层坚硬，耐磨性好，进一步喷漆后盐雾试验可达到500h。但这两种工艺都含有剧毒的六价铬离子，含铬的化合物对环境和人类健康都有着不同程度的危害。因此，目前各国着力于研制一种环保型的电解液用于镁合金的阳极氧化。等离子微弧阳极氧化是对阳极氧化工艺的继承和发展。等离子微弧阳极氧化在阳极区产生等离子微弧放电，微弧氧化电压[9]在140V～220V之间，火花放电短时间（1s～2s）里使金属表面局部温度升高至1000℃以上，从而使氧化物熔覆在镁合金表面，形成陶瓷质的阳极氧化膜，大大提高了普通阳极氧化膜的硬度和致密性。因此等离子体微弧阳极氧化比普通阳极氧化膜的耐蚀性和抗磨性均有提高。薛文彬等在浓度为10g/L的NaAl2O3溶液中用30kW的等离子微弧氧化装置对镁合金MB15进行2 h的微弧阳极氧化处理，对氧化膜分析发现，基材表面中的Zn元素会进入溶液，而溶液中的Al元素参与化学反应并进入氧化膜内，在膜表面形成贫Zn富Al层。将处理过的样品在0.1%的H2SO4溶液中浸泡4 h后，白色氧化膜开始出现腐蚀坑，而未处理的镁合金放入同一溶液中几秒钟后就出现明显的析氢腐蚀。这表明镁合金经微弧阳极氧化处理后耐蚀性得到较大的提高。（3）金属涂层处理

化学镀是在镁合金表面制备金属涂层的常用方法。该方法制备的金属涂层是通过溶液中的金属阳离子还原为金属原子沉积于镀件表面来实现的，其中反应所需的电子由基体金属直接提供。其优点有：可以在形状复杂的样品，特别在孔洞及深凹处制备厚度比较均匀的镀层。目前已应用于镁合金的化学镀层主要有Cu/Ni/Cr，Ni/Au，化学镀镍等。化学镀镍是近年来应用广泛的一种方法。化学镀镍主要有浸锌法和直接化学镀镍2 种。浸锌法其工艺流程与电镀相同，其工艺过程为：表面处理－活化－浸锌－镀铜－化学镀 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

镍/电镀，但其工艺复杂，镀液中含有CuCN，KCN，NaCN 等毒性较大的物质，易对环境造成污染。直接化学镀镍是通过还原剂将水溶液中的镍离子催化还原为金属镍并沉积到零件表面的方法。直接化学镀镍法工艺简单、毒性小、废水处理容易，而且镀层的结合性能较好。玄兆丰等人对AZ91D镁合金[10]进行了直接化学镀镍工艺的研究。工艺流程为：制样－超声波清洗－碱洗－水洗－酸洗－水洗－活化－水洗－化学镀镍－水洗－烘干。生成的化学镀镍层经显微硬度测试，镀层HV 硬度为5500MPa～6000MPa，在经过300h连续喷雾的中性盐雾试验检验后，镀层未出现腐蚀斑点，表明镀层具有良好的耐蚀性，为镁合金基体提供了良好的保护。此外，热喷涂也是在镁合金表面制备金属涂层的一种方法。热喷涂是通过火焰、电弧或等离子体等热源，将线状或粉状的材料加热至熔化或半熔化状态，随后将其形成高速熔滴，喷射于镁合金基体表面，经过冷却后，在表面形成金属涂层。该方法可以对镁合金表面进行强化，从而提高镁合金表面耐磨和耐腐蚀性能。常用的镁合金表面热喷涂处理方法有表面热喷涂铝、喷涂纳米和陶瓷涂层材料等。

（4）有机涂层处理

有机涂层也是一种镁合金防腐蚀的重要方法。有机涂层的种类很多，如油或油脂能在短时间内保护镁合金；环氧树脂涂层由于具有很强的黏附力，与水不发生浸湿，并且强度高，从而应用较为广泛。尽管有机涂层的品种很多，操作简单，适应范围较广，是一种较为经济的镁合金表面处理方法。但是，一般比较薄（厚度小于1μm）、有孔隙、机械性能差，在强腐蚀介质、冲刷、冲击、腐蚀、高温下容易脱落，因此，只能在短时间内对镁合金进行保护。粉末涂层也是有机涂层的一种。该方法首先将添加颜料的树脂涂层粉末涂于基体表面，然后加热使其聚合熔合形成匀、无孔的膜层。由于环保，操作简单，并能在粗糙表面形成均匀的厚度的膜层，同时涂层材料损失很小，且可使用不溶于有机溶剂的树脂作为涂层粉末，故可作为涂漆工艺的理想替代涂层。镁基体上得到的环氧基粉末涂层在盐雾试验和腐蚀循环试验中表现出良好的耐腐蚀性能。（5）有机镀膜

森邦夫等研究开发的有机镀膜技术[11]，是一种赋于金属材料表面多功能化和高性能化的有效方法[12]。该方法采用三电极工作方式，镀液为含有特殊功能基团的三氮杂嗪硫醇类有机化合物水溶液，在施加一定的电流或电压和较短时间的条件下，有机化合物单体在镁合金表面通过电化学反应生成纳米级厚度的有机功能薄膜，从而对镁合金表面进行改性。由于该有机薄膜是通过三氮杂嗪类有机物中所含的功能基团与镁合金表面反应生长并相互聚合增厚得到，且该薄膜生长致密、排列有序，因而经有机镀膜处理后的镁合金表面具有良好的抗腐蚀性能。此外，由于镀液为功能基团可选的三氮杂嗪硫醇类有机材料，因而可以通过选择不同的功能基团（如疏水、亲水），达到镁合金表面多功能化改性。

（6）物理气相沉积 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)是在真空条件下，采用各种物理方法，将固态的镀料转化为原子、分子或离子态的气相物质后，沉积于基体表面，形成固体薄膜的过程。按沉积薄膜气相物质的生成方式和特征可以将其分为真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀膜3种。中国科学院金属研究所霍宏伟等人尝试通过磁控溅射的方法对AZ91D镁合金表面进行改性。试验选用纯Al材料作为靶材,试验采用氩气压力为0.2Pa，功率15kW，基体温度300℃，溅射时间1.5h。然而由于AZ91D镁合金和Al之间的线性热膨胀系数的差异，溅射Al薄膜层与镁合金表面的结合力并不理想。Senf[13]等用PVD的方法在AZ91镁合金表面沉积了Cr和CrN的多层膜。结果表明，这些膜层解决了膜层与基体结合力和耐磨性的问题，但是由于制得的膜层具有较多的孔洞，而导致表面的防腐能力较差。

（7）快速凝固和其它表面改性处理

快速凝固技术[14]是一种能够有效的提高镁合金耐蚀性的方法，其原因有2个方面：一是快速凝固合金的成分和组织均匀，能抑制局部腐蚀；二是快速凝固技术能提高合金的固溶度，使有害杂质固溶于合金基体中，不易使有害相析出，从而减轻了腐蚀倾向；同时还能形成非晶态的氧化膜，提高合金的耐蚀性。实验结果表明，快速凝固工艺可以将镁合金的腐蚀速率降低至少2个数量级，并且点蚀电位大大提高。发生应力腐蚀开裂时，快速凝固镁合金的再钝化速度和钝化膜的完整性也大大高于普通铸造镁合金。除此之外，离子注入、激光表面热处理和激光表面合金化等表面改性技术也能够显著的提高镁合金的抗蚀性能。离子注入法是一种较新的表面改性方法，实验证明，通过往金属表面注入耐蚀性好的Al，Cr，Cu等元素，可大幅度的提高合金的耐蚀性。

3．课题的研究目标和内容

目标：本课题主要研究目标是半固态重熔工艺对镁合金组织与耐腐蚀性能的影响。内容：主要针对应用最广泛的AZ91镁合金进行研究，通过考察对比铸态树枝晶与挤压后的球形晶两种初始状态重熔加热后的组织的变化，探讨用于获得半固态组织的较佳的初始状态，为镁合金的半固态成型奠定基础。

（1）AZ91镁合金试样加工，确定获得半固态组织的等温处理工艺参数；（2）改变等温温度、等温时间，对不同工艺参数下得到的试样组织进行金相观察；（3）进行浸泡腐蚀试验；（4）分析讨论试验结果；（5）撰写论文，准备答辩；

4．实验方案可行性分析及已具备的实验条件

工厂可以提供原材料，学院试验设备能保证基本的组织观察。成形专业已经学习了成型原理，合金熔炼及镁合金的一些相关知识，有一定的专业基础，同时通过实验课程的学习学生已具备了基本的应用检测仪器的能力，会制作金相试样，会进行组织观察。这些都保证了毕业设计能顺利的进行。大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

参考文献

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第二篇：熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响

熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响

GH690合金是一种镍基固溶强化变形合金。该合金抗多种水性介质和高温气氛侵蚀，具有较高的强度，良好的冶金稳定性和优良的热加工特性，在航天、航海、核工业等领域有着广泛的应用前景。GH690合金被广泛应用于第三代核电站反应堆中二回路介质的核心部件—核电蒸发器传热管。

钢铁科研人员以添加混合稀土La和Ce的GH690合金为研究对象，探讨真空感应熔炼（VIM）和电渣重熔（ESR）双联熔炼法对合金成分和组织的影响。通过对铸锭的成分和组织进行分析，探讨两种不同熔炼工艺下合金成分差异和组织特征，对合金中杂质元素的去除、组织的控制和加工性能的提高具有重要意义。为达到高温合金对S、P、H2、O2等杂质元素控制的要求，所选用的熔炼原料

Ni的纯度为99.2%，Cr的纯度为99.5%，Fe的纯度为99.6%。添加的稀土为混合稀土（34.7%La＋65.3%Ce）。按照合金成分要求配好料之后，在烤箱中焙干备用。真空熔炼工艺流程如下：清洗炉膛，然后装炉。将烘烤干的炉料放入两个金属铸模中，抽真空。随后通入氩气清洗炉膛气氛。打开水冷系统，充入适量的氩气。待真空度维持在2Pa左右时，开始升温。在1h之内，温度升至1530℃并恒温80min。出炉空冷至室温，去除模具。

电渣重熔实验使用国产38kg电渣炉，工作电压45～50V，工作电流2400～2800A。电渣重熔具体熔炼工艺如下：先焊接电极，安装电极，紧接着倒入熔渣。加载合适电压和电流熔炼即可。试验结果如下：

（1）真空感应熔炼GH690-Re合金的显微组织为粗大的枝晶，晶界处有大量Cr23C6析出物。经电渣重熔后显微组织为细短枝晶，晶界处无明显析出物，且晶

粒细化。

（2）真空感应熔炼后，Ni含量从60.39%上升至61.65%；Cr含量从29.61%下降至29.03%；Fe含量从8.00%上升至8.70%；C含量从30ppm降低至21ppm；S含量基本上维持不变；P从0.005%上升至0.011%；没有检测到Cu的存在。电渣重熔后，Ni含量从61.65%上升至62.55%；Cr含量从29.03%上升至29.10%；Fe含量从8.70%下降至7.76%；C含量从0.021%下降至0.012%，基本上达到了脱碳的效果；S含量基本上维持不变；P含量从11ppm下降至8ppm；真空熔炼引入的Al杂质明显减少。

（3）真空感应熔炼，再经电渣重熔后，表层晶粒细化，组织为等轴奥氏体晶粒，心部为细短枝晶，晶界处无明显析出物，合金成分被优化，基本达到脱碳

效果，热加工性能得到改善。

第三篇：稀土对TIC基金属陶瓷耐磨堆焊材料组织性能的影响

稀土对TIC基金属陶瓷耐磨堆焊材料组织性能的影响

陕西航空职业技术学院

专业：焊接技术及自动化

姓名：周国刚

学号:28 摘要：应用扫描电镜、透射电镜等测试手段和冲击试验、磨损试验，研究了(基金属陶瓷堆焊材料中加入稀土氧化物，对堆焊材料的组织、界面相结构、显微硬度、冲击韧性和磨损性能的影响，初步探讨了稀土氧化物改善界面显微结构、提高胎体金属韧性的作用机制。研究结果表明，稀土氧化物能细化堆焊层胎体金属组织，消除胎体金属的缺陷，细化胎体金属断口韧窝并使撕裂棱数量增加，提高堆焊层冲击韧性性塑性，促使金属基陶瓷与胎体金属界面形成多晶过渡区和局部非晶态物相，提高界面的结合强度。稀土氧化物的加入对胎体金属显微硬度的影响不大，但能显著提高堆焊层干摩擦磨损状态下的耐磨性，具有一定的减摩作用。关键词：稀土氧化物；(基金属陶瓷；组织结构；力学性能；耐磨性金属陶瓷复合耐磨堆焊材料由软的胎体金属和金属陶瓷颗粒组成，具有高的耐磨性和较高抗冲击性能，已经广泛地应用于石油、煤炭、地质和矿山等工业中一些受严重磨损工件工作面的堆焊，尤其作为油田井下作业中的磨鞋、铣鞋、扶正器等工具的强化材料，已取得很大的经济效益。其中耐磨相主要采用1(基金属陶瓷，其耐磨性相对较低。而(2）基金属陶瓷不仅具有密度低，弹性模量、硬度和强度高，高温抗氧化性、耐蚀性和耐磨性好，而且其强韧性是陶瓷的两倍多［3］，因此，如果能利用金属基陶瓷部分或全部代替现有的金属陶瓷，将具有重要的经济意义。但是由于(基金属陶瓷的焊接性较差，与胎体金属的润湿性差，堆焊时熔池的流动性差，导致成形不良。为了改善堆焊层的组织性能，本文尝试在胎体金属中加入少量的稀土元素，研究稀土元素对堆焊材料组织性能的影响。

1.试验材料及方法

试验用金属基陶瓷及胎体金属的主要化学成分及性能见表。将金属陶瓷颗粒、钎料及稀土元素按一定的比例混合，并加入适量的特制熔剂，置于石墨模中，入电阻炉中加热制备成的棒状焊条，采用碳弧堆焊方法堆焊到," 钢表面，并利用线切割方法将堆焊层制备成各种试样。应用光学显微镜、型扫描电镜对堆焊层的组织进行观察与分析，采用型透射电镜观察金属基陶瓷与胎体金属结合界面的组织形貌。采用=(型摆锤式冲击试验机进行无缺口试样的冲击试验，摩擦磨损试验在型磨损试验机上进行，下试样为金属陶瓷环状试样，试验条件为：块5环接触滑动干摩擦方式，法向载荷为2%，滑动速度8.9 %，滑动距离3 9。用工具显微镜和测长仪测定磨痕长度!和宽度计算磨损体积，其中是下试样半径。2.试验结果与分析

显微组织与相结构稀土氧化物对胎体金属显微组织的影响在堆焊过程中由于金属陶瓷颗粒不熔化，其组织、性能变化不大。但胎体金属的组织性能对堆焊层的韧性、成形性能等影响很大。图1 为堆焊层胎体金属的显微组织。当不加入稀土氧化物时，堆焊层的组织主要是粗大的胞状枝晶（图6（3）），具有明显的方向性，同时局部区域产生缺陷（见图6（A））；而添加稀土氧化物后胎体金属的显微组织得到显著细化（图6），堆焊层中的缺陷消除。

上述组织特征形成的主要原因是：在未加入稀土氧化物时，由于焊后胎体金属的冷却速度较快，熔池中胞状枝晶具有定向凝固特征，且由于温度降低金属的粘度增加，液态金属的流动性变差，从而形成缺陷；加入稀土氧化物后，虽然具有较高的稳定性，但仍有一部分稀土氧化物在高温电弧作用下分解形成活性离子，吸附在晶核原子表面阻碍晶核在较大过冷度下的快速长大；还有一部分稀土氧化物作为夹杂物成为非均匀形核的核心，促进胎体金属的形核，从而起到细晶变质作用。其作为夹杂物非均匀形核能力的大小取决于夹杂物作为形核基底与结晶相之间的界面能，而基底与结晶相间的点阵错配度是决定界面能的主要因素。根据定义的二维错配度的定义进行计算.与面心立方结构!相的错配度，结果表明，稀土夹杂物作为胎体金属!相的非均匀形核的核心是相当有效的。稀土对金属陶瓷与胎体金属界面结构的影响堆焊时胎体金属与金属陶瓷结合是通过元素的扩散、反应，形成固溶体或共晶体。在没有加入稀土元素时，界面上的组织基本上是!等物相，往往由于冷却速度较大，界面上产生很大的应力，在组织内形成大量的位错及滑移线。当加入稀土元素后，界面层的物相较复杂，而且在金属基陶瓷周围包覆一层的细晶过渡层（图4（3）、（A）），甚至在局部区域胎体金属形成的非晶玻璃相（见图4，该相的能谱分析见图4（N），其成分，质量分数）等元素在该处聚集。形成非晶态物相的机制目前尚不清楚，可能是由于界面处存在大量的缺陷（位错、晶界），使稀土原子首先在表面缺陷处吸附，同时还将大量的等原子也带到这些缺陷处，大大降低该处基体的图6 堆焊层胎体金属的显微组织特征

（3）不加稀土的胎体金属显微组织；（A）不加稀土的胎体金属局部缺陷；加稀土后胎体金属显微组织特征王新洪等RE对TIC基金属陶瓷耐磨堆焊材料组织性能的影响图2 加入稀土后界面的TEM 形貌界面的细晶过渡区显微组织；（a）中TIC,Cu,Ni 的衍射图；（c）局部非晶态物相显微组织；

（d）（c）中Cu 的非晶衍射图；（e）非晶物相的EDAX 能谱线表面能，从而使成核部位增加。大量的原子被吸附在基体表面上，有效地阻止了晶核的继续长大，这样就促使细晶与非晶结构的形成。形成这些物相后不仅提高界面的抗冲击性能和结合强度，而且也改善了胎体金属对碳化物的润滑性，使胎体金属与金属陶瓷能较好地结合。2.2 力学性能

当在堆焊材料中加入少量的稀土元素后，堆焊层的冲击韧性变化较大，而堆焊层的显微硬度变化不明显。图1 是堆焊层金属基陶瓷与胎体金属界面近显微硬度的分布，从图中可以看出，加入稀土元素后虽然得到细小的胎体金属组织，但对其硬度影响不大，仍保留较好的塑性和韧性。堆焊时金属基陶瓷本身不熔化，硬度变化也不大，堆焊后其扩散烧损较小。堆焊材料的冲击功是金属基体和金属陶瓷两部分共同吸收的冲击能量的度量，其中金属陶瓷的韧性较低。耐磨堆焊材料的冲击功主要是其中金属基体吸收的冲击能量的结果。因此，堆焊层的显微组织形态对其冲击韧性的影响很大。图2 是堆焊层冲击韧性的曲线，表明在加入稀土元素后堆焊层的的韧性增加.图5(a），（b）是堆焊层胎体金属的断口形貌。从图中可以看出，胎体金属的断裂主要是韧性断裂，并具有较大的塑性变形，断口上存在许多韧窝和一定数量的白色撕裂棱。在韧窝断口的底部有 可能存在引发裂纹起源的夹杂物或第二相粒子由于较大尺寸夹杂物更易对位错滑移形成阻碍，产生的应力集中更大，因此，更易引发裂纹源。撕裂棱是塑性变形的特征，它是在各单独裂纹扩展至相互连接，最后撕裂而形成，在撕裂棱处产生较大量的塑性变形。两者不同在于断裂前塑性变形的程度不同，在图5（a）中所示的胎体金属断口韧窝较大，撕裂棱的数量少，而图5（b）中所示的胎体金属的断口上可见较小的韧窝，撕裂棱的数量也较多。因此，表明加入稀土元素能提高胎体金属的韧性和塑性。此外，在没有加稀土元素的堆焊层中，由于焊后冷却速度较快，造成堆焊层局部的胎体金属在凝固过程中局部区域得不到液态金属的补充，产生疏松等缺陷，从断口形貌上看胎体金属中存在自由生成的表面（见图&），因此，在冲击力作用下产生应力集中，使胎体金属的冲击韧性明显降低而当胎体金属中加入少量稀土元素后明显改善胎体金属的韧性，这主要是由于稀土元素可以去除杂质、净化胎体金属，提高液态金属的流动性，消除缺陷，提高金属陶瓷润湿性以及与胎体金属的结合强度，细化胎体金属的组织，从而提高其韧性。磨损性能图是堆焊层抗摩擦磨损的关系曲线。从图中可以看出，加入稀土氧化物后堆焊层的耐磨性提高。产生这种现象的原因可能是加入稀土元素后，基体组织显著细化，塑、韧性改善，使堆焊层具有更好的减摩作用和稳定的摩擦学特性。此外，加入稀土氧化物后，增强了金属基陶瓷与胎体金属的结合强度，使其不易脱落，能更有效阻止堆焊层从轻微磨损状态向严重磨损状态转化，起到均匀载荷和减摩抗磨作用，因此磨损抗力增加。图6 堆焊层胎体金属缺陷处断口形貌 3.结论

1.堆焊材料中加入稀土氧化物能细化胎体金王新洪等RE 对TIC基金属陶瓷耐磨堆焊材料组织性能的影响属，增强胎体金属与金属基陶瓷的润湿性； 稀土氧化物能消除堆焊层的缺陷，提高胎体金属的冲击韧性，促使胎体金属的韧窝尺寸变细和撕裂棱数量增加。加入稀土氧化物后，金属基陶瓷与胎体金属形成细晶过渡，提高界面的结合强度，促进界面非晶物相的形成,稀土氧化物的加入对胎体金属的显微硬度影响不大，但能提高堆焊层抗摩擦磨损的性能。

第四篇：果寡糖与甘露寡糖对仔猪生产性能的影响

果寡糖与甘露寡糖对仔猪生产性能的影响

摘要：为了探索不同组合的果寡糖与甘露寡糖对仔猪生产性能的影响，选择健康的日龄,体重相同或相近的15~20Kg的仔猪（杜长大）60头，随机分成10个组，每组6头，分别饲喂不同配比的寡聚糖，测定各组仔猪的日增重，饲料转化率，死亡率和腹泻率。结果表明：①果寡糖与甘露寡糖能提高仔猪的日增重，其中试验6组仔猪日增重比对照组提高22.31，差异极显著（lt;0.01），试验8组仔猪日增重比对照组提高19.23，差异显著（lt;0.05）。②果寡糖与甘露寡糖能明显降低仔猪的饲料转化率，试验6组与试验8组比对照组分别降低18.57和20.85。③果寡糖与甘露寡糖不同配比对仔猪腹泻也有不同程度的降低，试验6组与试验8组比对照组分别降低100和83.33。从仔猪的日增重，饲料转化率及腹泻率来看，试验6组与试验8组可作为果寡糖和甘露寡糖在仔猪日粮中的适宜配比添加量。

关键词：日增重饲料转化率死亡率腹泻率添加量

theInfluenceofFOS&amMOStorheProdutivePerformanceofPiglets

(Atract：InordertotesttheinfluenceofthedifferentadditiveproportionandvolumesofFructooligosaccharides(FOS)andMaanOligosacharides(MOS)tothegrowthperformanceofpiglets,60healthypiglets[Duroc♂×clandrace♀×Yorkshire♀]aboutthesimilarbirthdateandbodyweight(15~20kg)wererandomlyallkttedto10grou(6pigletspergroup).EachgroupwasfeddifferentproportionandvolumesofFOSandMOS.Dailyweightgain,feedconversionrate,deathrate,anddiarrhearatioofeachgroupwermeasuredreectedly.Theresultsindiceatindicate:①TheadditiveofFOSandMOSintherationcanincreasethedailyweightgainofpiglets.Theaweragedailygai(ADG)ofthe6ththe8thtreatmentgroupwere22.31(lt;0.01)and19.23(lt;0.05)morethanthecontrolgroupreectedly.②TheadditiveofFOSandMOScandecreasethefeedconversionrate(FCR)inpigletsobviously.theFCRsofthe6thandthe8thtreatmentgroupwere18.57and20.85lethanthatofthecontrolgroupreectedly.③Thedifferentadditiveproportioandvolumescandecreasethediarrhearatioofpigletsindifferentdegrdees.Reestedlythediarrhearatiosofthe6thandthe8thGroupwere100and83.3lethanthecontrolgroup.TheADGs,FCRsanddiarrhearatiosindicatethattheadditivevolumesandproportiointhe6thandthe8thtreatmentgroupareproperinpigletration.Keywords:ADGFCRdeathratetherateofdiarrheatheadditivevolumes

寡聚糖是一种功能性活性物质1，是由2-10个相同或不同的单糖经脱水缩合由糖苷链连接形成的具有直链或支链的低聚合糖类的总称。因其不能被动物自

分泌的酶消化，但能被肠道中的有益菌利用，从而达到调节肠道微生物区系的作用，同时寡聚糖能激活免疫系统，增强机体免疫功能2。是目前被认为是一种有较大应用前景的畜禽饲料添加剂。近年来国内外对果寡糖，甘露寡糖，异麦芽糖等低聚糖的研究报道较多，但是有关低寡糖之间联合作用及其作用机理却很少见报道。为此，本试验为了探索果寡糖与甘露寡糖联合作用对仔猪生产性能的影响，探索果寡糖和甘露寡糖在仔猪日粮中的适宜配比添加量。为推广寡聚糖在畜禽生产中的应用提供依据。

1．试验材料与方法

1．1试验材料与试验处理

1．1．1试验材料的来源及其添加量的确定

果寡糖由河北维尔康制药有限公司提供，其含量为95。甘露糖由北京中科院深蓝公司提供，其含量为95。

1．1．2试验动物及分组设计

试验动物由**省农科院试验猪场提供的杜长大三元杂交仔猪，选用胎次

相同或相近，健康的体重15~20Kg的仔猪15窝（每窝8~11头仔猪），按初始体重相同或相近，公，母一致的原则随机分成10组，每组6头仔猪（见表1）。经统计检验差异不显著。试验开始后进入预试期7天，期内完成编号，驱虫，正常疫防注射。预试开始分别饲喂不同的试验日粮，各组的基础日粮相同（不添加任何抗生素药物），其营养水平根据NRC（98版）仔猪的营养需要和试验需求设计配方，试验日粮及营养水平（见表2）。预试结束，称重，并且组间体重经统计检验差异不显著，进入正式试验期,正式试验期为30天。

表1Table1试验设计Experimentdesign

组别Grou添加量additivevolumes

试验1组0.15果寡糖 0.05甘露寡糖

试验2组0.15果寡糖 0.10甘露寡糖

试验3组0.15果寡糖 0.15甘露寡糖

试验4组0.30果寡糖 0.05甘露寡糖

试验5组0.30果寡糖 0.10甘露寡糖

试验6组0.30果寡糖 0.15甘露寡糖

试验7组0.45果寡糖 0.05甘露寡糖

试验8组0.45果寡糖 0.10甘露寡糖

试验9组0.45果寡糖 0.15甘露寡糖

对照组空白组(不加寡糖)

表2试验日粮配方及其营养水平

Table1.2compositionandnutrientlevelsoftheexperimentaldiets

成份含量()营养成份含量

IngredientContent()NutrientLevelContent

玉米Cor63消化能DE(MJ/Kg)13.80

豆粕Soybeanmeal23粗蛋白CP（）18.0

乳清粉whey4钙Ca()0.9

鱼粉Fishmeal4磷P（）0.7

植物油Plant2赖氨酸Lys()1.2

5磷酸氢钙CaHPO1.5蛋氨酸Met()0.45

石粉Limestom0.75

食盐salt0.30

赖氨酸Ly0.35

蛋氨酸Met0.11预混料1Premix1

合计Total100

*1预混料为每千克全价料提供:Cu200mg,Fe120mg,Zn120mg,Mn50mg,Co2.0mg,Se0.3mg,I0.45mg,维生素A800IU，维生素D31800IU，维生素E30IU，维生素B11.8mg,维生素B26mg，维生素B120.024mg，叶酸0.3mg，生物素0.44mg，烟酸3.2mg,，胆碱800mg。

1．1．3试验时间及地点

试验于2003年9月30日~10月29日在**省农科院试验猪场进行。

1．2试验方法

1．2．1饲养试验

试验猪各组条件一致，关养在座北朝南，砖瓦结构水泥地面，单列式猪舍中，分10栏饲养，由同一名饲养员负责日喂3次，自由饮水，上下午打扫清理粪便及运动场地各一次。试验进行过程中观察仔猪精神状况，分别记录各组每天仔猪腹泻次数，于试验结束时对仔猪进行个体称重，记录各组仔猪饲料消耗量。

1．3测定项目与方法

1．3．1日增重和饲料转化率

分别于试验初和试验结束时的清晨进行每头空腹称重，计算平均体重和平均日增重，同时于试验结束时秤量各组猪的饲料消耗量，计算各组试验猪的饲料转化率。

1．3．2死亡率及腹泻率

试验全期观察猪群的健康状况，记录各组试验猪的死亡数和腹泻数，试验结束时统计猪群的死亡率和腹泻率。

1．4统计分析

基本处理使用Excel软件，数据以平均数±标准差表示，采用单因子方差分析进行T显著性检验。

2．结果与分析

2．1日增重和饲料转化率

各试验组猪的初始重，末重，日增重及饲料转化率的影响情况（见表1.3）。

表1.3各寡糖组对仔猪日增重及饲料转化率的影响

组别初始重（Kg）末重（Kg）日增重（g）日采食量（g）饲料转化率

GroustartingweightfinishingweightADGADFIFCR

试验1组16.96±1.1727.25±4.46343.06±57.91935.652.7

3试验2组16.67±1.0828.17±3.20383.33±48.201019.662.66

试验3组16.59±1.2926.84±4.52341.67±60.10949.842.78

试验4组16.00±0.7426.08±2.60336.11±38.17883.972.63

试验5组16.67±1.5828.46±2.98393.06±42.321010.032.59

试验6组16.71±1.2329.96±2.20441.67±34.561104.182.50

试验7组16.59±1.2027.71±3.85370.83±53.761045.742.8

2试验8组16.17±0.8029.09±1.25430.56±27.481046.262.43

试验9组16.60±1.3929.10±3.10416.67±49.151075.012.58

对照组16.75±0.8727.58±3.11361.11±50.37a1108.613.07

表1.3可以看出，试验1，试验3，试验4组日增重比试验10组(即对照组)略低，但差异不显著（gt;0.05）,饲料转化率分别比对照组下降11.07,9.45,14.33;试验2，试验5，试验7，试验9组日增重比试验10组即对照组有所提高，分别提高6.15,8.85,2.69,15.39,但差异不显著（gt;0.05）,饲转化率分别比对照组下降13.35，15.64，8.14，15.96；试验6组日增重比对照组提高22.31，差异极显著（lt;0.01），试验8组仔猪日增重比对照组提高19.23，差异显著（lt;0.05）；饲料转化率试验6组和试验8组分别比对照下降18.57和20.85。

2．2死亡率和腹泻率见（表1.4）

腹泻率=总腹泻头日数/（试验猪头数×试验天数）×100

表1.4试验全期各处理组仔猪的死亡率及腹泻率

组别死亡数死亡率（）腹泻数腹泻率（）

ItemDeathdeathrateDiarrheaTherateofdiarrhea

试验1组00158.33

试验2组0031.67

试验3组0095.00

试验4组00105.65

试验5组0010.56

试验6组0000

试验7组0010.56

试验8组0021.11

试验9组116.7105.56

试验10组00126.67

表1.4可以看出除试验9组有1头死亡外，其它各组均无死亡。腹泻数除试验6组为0以外，其它各组均有不同程度的腹泻，其中以试验1组最高为15次，腹泻率为8.62，其次为对照组12次，腹泻率为6.90，其它各组均低于对照组，试验2，试验3，试验4，试验5，试验7，试验8，试验9组腹泻率分别比对照组下降75，25，16.67，91.67，91.67，83.33，16.67。

3．讨论与小结

本研究结果表明：

(1)果寡糖与甘露寡糖能提高仔猪的日增重,在仔猪日粮中添加0.45果寡糖 0.10甘露寡糖日增重比对照组提高19.23，差异显著（lt;0.05）。添加0.30果寡糖 0.15甘露寡糖日增重比对照组提高22.31，差异极显著（lt;0.01）。这与前人的研究结果基本一致。Canada2（1993）在仔猪饲料中添加1.8g/kgMOS（甘露寡糖），日增重提高13.56％。而试验1组（0.15果寡糖 0.05甘露寡糖），试验3组（0.15果寡糖 0.15甘露寡糖），试验4组（0.30果寡糖 0.05甘露寡糖）日增重比试验10组(即对照组)略低，但差异不显著（gt;0.05）,这可能是与试验组仔猪比对照组采食量偏小有关，这与前人报道，寡聚糖能提高仔猪的采食量结果相矛盾，具体原因有待进一步研究。

（2）果寡糖与甘露寡糖都能明显降低仔猪的饲料转化率，试验6组与试验8组比对照组分别降低18.57和20.85，户福庄等3（1999）在日粮中添加FOS（果寡糖）发现，仔猪日增重提高6.4％，单位增重的饲料消耗下降11.7％，饲料效率提高10％。

（3）从腹泻情况来看，果寡糖与甘露寡糖不同组合对仔猪腹泻也有不同程度的降低，除试验9组有1头死亡外，可能与低聚糖加入过多反而提高腹泻率有关（Judith和iegel等，1994）4，其它各组均无死亡。腹泻率试验6组与试验8组比对照组分别降低100和83.33，这可能与寡聚糖能促进有益菌增殖，抑制有害菌繁殖有关。Morishita5等（1993）在日粮中添加1寡果糖，结果肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌都有所增加，有益菌得到增殖。王亚军等6（2000）报道仔猪日粮中添加0.1％FOS，提高断奶仔猪日增重19.88％（P﹤0.01），降低料重比2.2％（P﹥0.05），降低腹泻率46.7％。具体作用机理待进一步研究。

本试验结果从日增重，饲料转化率以及腹泻率来看，试验6组与试验8组可作为果寡糖和甘露寡糖组合在仔猪日粮中的适宜配比添加量。

参考文献

1．杨曙明，寡糖在动物营养研究中的进展动物营养学报，1999，11（1）：1-9

2．石宝明、单安山，寡聚糖在饲料中的研究与应用，饲料研究，2000，（4）：13-18

3．卢福庄、戴贤君等，果聚寡糖在断奶仔猪中的应用，中国饲料，1999，11：12~15

4．徐秀容等，异麦芽低聚糖对早期断奶仔猪生产性能的影响，饲料与畜牧，2000年第五期，10~12

5．邹志恒等，寡聚糖在动物营养中的研究应用及前景展望，动物科学与动物医学，2002,3,34~36

6．王亚军等，寡果糖及其在饲料工业中的应用，[J]饲料工业，1999，10：21-23

《果寡糖与甘露寡糖对仔猪生产性能的影响》

第五篇：浅析路基压实强度对路面性能的影响与控制措施

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浅析路基压实强度对路面性能的影响与控制措施

浅析路基压实强度对路面性能的影响与控制措施

摘要：高等级公路施工质量控制对路面性能影响极大，路基压实度控制是保证工程质量所必须注意的重大问题，它的控制情况将直接在路面性能中体现出来。

关键词：高等级公路；质量控制；路面性能；压实度控制

Abstract: The high grade highway construction quality control of the great influence on the performance of the pavement, subgrade compaction control is a major problem to ensure the engineering quality control must be aware, it will directly in the pavement performance is reflected.Key words: high grade highway;pavement performance;quality control;compaction control

中图分类号：U416.2

路基是公路的重要组成部分，它的施工质量好坏，直接影响到整个公路的质量。路基又是路面的基础，它与路面共同承受行车荷载的作用。实践证明，没有坚固、稳定的路基就没有稳固的路面。路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件，也是决定一条公路寿命长短的关键因素。保证路基质量就必须从控制路基压实度入手，路基压实达到同等级公路的压实度后，路基的性能才可能保证，从而决定优良的路面性能。为了延长公路的寿命，保证公路路基的质量，采取切实有效的方法保证使路基达到要求的压实度，才能铺筑一条高标准、高质量的公路。

一、为了从理论上得到压实度改变对路面使用性能（路面寿命）的定量影响。现以土力学及路基路面工程学基本理论为依据，推导结果。

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由于一般的土粒容重γs变化幅度不大，通常可采用经验值，可视为常数。ρ为路基土的最大干密度，可由标准击实法得以，也可视为常数。故（5）式可说明压实度k仅与孔隙

率e的变化有关。则同理有

地基土在压缩下发生变形，由土力学有关公式可以得到压缩变形△h与孔隙率变化

e的关系如下

假定由于路基压实度不足，导致路面变沉增大，且弯沉改变量△l=△h由路面设计弯沉计算公式

式中Ne——设计年限内一个车道上累计当量轴次

ld——路面设计变觉值，0.01mm，该值是标准温度、标准轴载作用下，测定的路面回弹弯沉值。

Ac——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2

As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0;热拦沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面为1.1；沥青表面处治为1.2；中低约路面为1.3；

Ab——基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm，取1.0若面层与半刚性基层之间设置等于或小于15cm，底基层为半刚性下卧层时为1.6;根据路面结构设计理论，设计年限内对累计交通量Ne的预告公式

其中tr是代表改变压实度后的使用年限

已知一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。预测该路段峻工后的第一年的交通组成如表

轴载分析：路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载

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轴载换算：采用如下公式

累计当量轴次计算

根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数

是0.4~0.5，取0.45则

设计弯沉值的计算

根据路面设计弯沉值的计算公式，该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.1，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，工层类型取1.0。

则ld=600Ne-0.2AcAsAh

=600×9332998-0.2×1.0×1.0×1.0

=24.2222(0.01mm)

在式（14）中，令压实度降低1%即令k1=0.99k

设计年限取15年

同理，若路基压实度下降2%，则路面寿命下降6.54%。

若设计年限取20年，其它条件不变，同样令压实度降低1%即令k1=0.99k可计算出使用年限下降率为3.34%，若路基压实度下降2%，则路面寿命下降为6.683%。

从以上计算分析可知：对于已知的高等级公路，若设计年限取15年，路基压实度每下降1%，路面使用寿命就下降3.27%。路基压实度下降2%，则路面使用寿命下降6.544%。若设计年限取20年，路基压实度每下降1%，路面使用寿命就下降3.34%。路基压实度下降2%，则路面使用寿命下降6.683%。基本上是成正比例地减少路面使用寿命。

路基压实度是公路工程施工中质量管理一个重要指标，压实度检测成果的准确与否关系到正确地反映工程质量，只有采取切实有效的方法保证路基达到压实度的要求，才能铺筑一条高标准、高质量的公

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路。

二、路基压实度的控制措施

（一）试验路段

铺筑试验路段的目的是了解填土本身的力学特性和压实性能、压实工艺、土方机械的合理配备，确定不同土质的填土厚度、压实机械的相互配合效果以及达到压实度标准的压实遍数，总结压实规律，指导路基施工的全过程。通过作试验路段获得不同土质、不同填土厚度、不同的压实机具在最佳含水量的情况下，达到压实度标准的碾压遍数。

（二）填土厚度的控制

压实厚度对压实效果具有明显的影响，相同压实条件下（土质、湿度与功能不变）实测土层不同深度的密实度（压实度），密实度随着深度逐渐减小。如果填土厚度过大，超过压实机具影响范围，土体的密实度就达不到要求。所以，填方作业应分层平行摊铺，每层松铺厚度应根据试验路段确定的填土厚度、松铺系数、并且按施工规范规定最大松铺厚度不应超过30cm，填筑至路床顶面最后一层的最小厚度，不应小于8cm原则，计算出单位面积的用土量，用灰线标出方格网，每个方格网内铺筑固定的土方量，现场由专人负责指挥。每排填土分布相互错开，以便于平整。在碾压前由现场施工管理技术人员会同现场旁站监理检查松铺厚度，符合要求方可碾压。为了解决每车运输土体的体积一致性，车辆应采用同吨位的车辆，且在取土场装车时采用推土机配合挖掘机或装载机由操作手严格控制每车的斗数，尽可能做到每车运输土体积一致。

（三）含水量的控制

根据路基压实机理，土的最大干容重随着含水量的变化而变化。含水量过小，土颗粒间的摩阻力增大，在相同压实机具作用下不易将相邻土颗粒挤紧，孔隙增大，达不到密实的目的。含水量过大，土颗粒间孔隙被水占据，而水一般不为外力所压缩，在碾压过程中土体产

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生流动，出现“弹簧”现象，同样达不到压实的目的。只有在施工过程中严格控制在最佳含水量状态下，进行碾压才能达到土层最大的压实度。所以，在分段分层填土时，采用同一土场的土源，并且尽可能地在短时间内集中填土，这样就能够使一个工作段的填土的含水量基本一致。在碾压前取样测定填土的含水量，达到或接近最佳含水量时进行碾压。含水量过小或过大，承包人应调整摊铺材料的含水量。含水量的调整，应根据需要将水加入土中并充分拌均，或用旋耕机翻晒风干到适合的含水量。

（四）碾压程序的控制

压实机具的选择，以及合理的操作，是影响路基压实效果的另一个综合因素。压实机具的选择应根据工程规模、场地大小，填料种类、气候条件、压实机械等，通过试验路段解决压实机具的配备问题，一个工作段应配备推土机、平地机、旋耕机、18t振动压路机、洒水汽车各一台，在上述压实机具、土层厚度、碾压遍数已选定的条件下，压实操作必须遵循“第一遍应不振动静压，然后先慢后快，由弱振至强振，先边后中，相邻两次的轮道重合轮宽的三分之一”的原则。为了保证质量，碾压工作尽可能安排在白天作业，防止夜间视线不良造成的平整度差，特别是距路床下三层内必须严格控制填土路基的横向度和纵向坡度，为路面工程能够达到较好的平整度打下良好的基础。

（五）压实度的检测

路基的填土压实度反映了松散的土体在外力作用下达到的密实程度，能否达到规定的标准，关系到路基的强度和稳定性。工地的压实度检测必须遵循检验方法可靠、简便和快速的原则，并根据路基填料种类、土质，决定采用何种检验方法，一般采用灌砂法或环刀法，采用核子仪法时，应先进行标定和对比试验，在工地实验室测定含水量采用烘干法。每一压实层均应检验压实度，检验频率为每2000m2检验8点，不足200m2时，至少应检验2点。经监理工程师抽验合格后继续填筑第二层，依此类推，直至达到路基标高。

总之，公路施工过程中，质量控制从基础抓起，压实度的控制是重量指标之一，为确保工程质量，要按照规范要求，对压实度加以控制，还应建立建全必要的质保体系，加大质量管理的力度和深度，施

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工人员应树立强烈的责任感，从我做起，按规范施工，重视施工中的每一个小环节，一方面保证工程质量，另一方面减少不必要的资金浪费。注重试验资料保管和收集，才能确保路基施工的顺利完成。

参考文献

衣庆海，杨广茂.公路路基压实度控制的有效方法和措施.[J].辽宁交通科技，2005(11)

魏信地，丛培茂.公路路基压实度控制的有效方法和措施.[J].丹东海工.2007(12)

苏升坚.浅谈公路路基压实度控制[J].大众科技.2009(06)

黄振坤.公路路基压实度的控制[J].华章.2010(07)

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