大尺寸Al-Zn-Mg-Cu铝合金铸锭均匀化工艺研究

为了解决生产过程中大尺寸Al-Zn-Mg-Cu合金铸锭的均匀化问题,利用金相分析、热分析、扫描电镜和透射电镜观察等方法,研究了不同均匀化工艺对Al-Zn-Mg-Cu合金超大铸锭组织及过烧现象的影响。研究结果表明:合金铸锭在420℃均匀化4 h后,基体中析出了大量弥散分布的Al_3Zr相,继续提高温度,合金铸锭在475℃均匀化时发生了过烧现象。经470℃/8 h均匀化后合金的低熔点峰值向高温方向移动,枝晶组织以及富Zn、Mg相基本消失,能谱显示残留第二相主要由富Cu、Mg相和富Cu、Fe相组成,过烧温度达到480℃。为进一步减少富Cu、Mg相的影响,继续提高温度到478℃时,未发现过烧现象,第二相含量进一步减少。本研究确定了Al-Zn-Mg-Cu合金超大铸锭的均匀化温度为420℃/4 h+470℃/8 h+478℃/12 h,此时铸锭未出现过烧现象,第二相含量明显减少。     

微量Ce对亚快速凝固Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

通过DSC,XRD,SEM,EDS,静拉伸实验等材料分析方法研究了Ce对亚快速凝固方式铸造Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织与力学性能的影响,探求合理的均匀化热处理工艺。结果表明,添加Ce能减小合金枝晶间距,细化晶粒,消除分散缩孔,起到细晶和净化的作用。添加Ce使合金低熔点共晶相的初熔温度降低3℃,相同均匀化条件下微量Ce能促进低熔点共晶相溶入基体,改善合金的均匀化效果。合金A的均匀化温度应低于480℃,合金B的均匀化温度应低于470℃,添加Ce降低了合金的均匀化温度,提高均匀化效率。添加Ce还大幅度提高了合金抗拉强度。     

锻造热处理工艺对Al-7Si-1.6Cu合金组织和力学性能的影响

通过力学性能测试以及OM、SEM和TEM的组织观察,研究了锻造热处理工艺对Al-7Si-1.6Cu合金组织与力学性能的影响。结果表明,合金经过均匀化(500℃,8h)、锻造(锻造温度380~450℃,应变速率60~90s-1,道次压缩比10%~20%)、热处理(固溶480℃,2h,70℃,水冷;时效180℃,6h)之后,较铸态相比硬度提高18%、抗拉强度提高了52%、延伸率提高了54.5%。多向锻造过程中共晶Si相发生碎断与球化,时效过程中析出的纳米级第二相对合金起强化作用。开创性地从位错密度方向解释锻造过程强度提高的原因,通过Zener-Hollomon参数来说明锻造过程中流变应力与变形速率和变形温度之间的关系。     

镍基单晶高温合金固溶处理制度的研究进展

单晶涡轮叶片是航空发动机的关键热端部件,需要在高温和高腐蚀的环境下长时服役,这就需要单晶涡轮叶片具有优异的高温力学性能、较高的抗氧化和抗腐蚀性能,而镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的首选材料,近几十年来一直受到研究者的关注。为进一步提高先进镍基高温合金的承温能力,需不断提高先进镍基单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量。同时,铸态镍基单晶高温合金中存在成分不均匀(严重的显微偏析)和组织不均匀(大量的枝晶间析出物)的缺陷,这种成分和组织的不均匀性如果不能被高温固溶处理消除,则将显著恶化单晶高温合金的力学性能与长时服役性能。因此,有必要探索适用于先进镍基单晶高温合金的固溶处理工艺。固溶处理工艺的发展可以分为两个阶段。第一阶段:第一代单晶高温合金,由于合金中不含Re元素,合金只需要在γ'回溶温度和初熔温度之间保温较短的时间即可实现合金组织和成分的均匀化。第二阶段:从第二代单晶高温合金开始,合金中难熔元素(尤其是Re元素)的含量不断增加,合金的成分均匀化难度显著增大,即固溶温度显著升高、固溶时间显著延长。因此,先进镍基单晶高温合金固溶处理工艺的研究重点从关注合金中各相的溶解温度和合金的初熔温度转变为合金中各元素的均匀化程度。大量的研究结果表明,低温段固溶的目的是通过固态相变的方式消除枝晶间析出物,而高温段固溶的目的是通过固相扩散的方式消除或降低合金元素的显微偏析。随着单晶高温合金的发展,先进单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量显著提高,一方面,难熔合金元素在Ni中具有较低的互扩散系数;另一方面,难熔元素在铸态单晶高温合金中的显微偏析程度较高。因此对于先进镍基单晶高温合金,实现元素均匀化和制定合理的固溶处理工艺的难度显著提高。同时,单晶高温合金的相变温度也受到固溶处理工艺的影响。本文归纳总结了单晶高温合金固溶处理制度的研究进展,详细介绍了第二代和第三代镍基单晶高温合金的固溶处理制度,阐述了固溶处理对显微组织和成分分布的影响规律,对比了单晶高温合金传统的台阶式升温固溶处理工艺和新型的连续升温固溶处理工艺,并对重熔固溶处理工艺进行了介绍。     

均匀化过程中铸态GH742合金的组织转变

铸态GH742合金中存在复杂的第二相组织和严重的枝晶偏析,Nb、Ti大量富集于枝晶间和MC碳化物、Laves相、δ相、(γ γ′)等析出相中.本文确定了γ基体的熔化温度为1160℃,并通过不同的均匀化处理确定了γ′相、(γ γ′)共晶、MC碳化物、Laves相、δ相、Ni_5Ce相及含氧硫稀土相等析出相的溶解温度.由于稀土相在1120℃发生熔化,提出一种GH742合金低温预处理加高温扩散的二次均匀化制度来扩大其均匀化温度区间,提高扩散退火温度,从而获得均一的组织.元素扩散计算结果表明,提高均匀化温度可以提高元素的扩散系数;Nb的偏析系数比Ti的小得多,达到完全均匀化需要很长的时间.     

7050铝合金锻造工艺塑性的研究

本文对7050铝合金的锻造工艺塑性进行了研究。研究结果表明该合金的最佳均匀化制度是465±5℃,24～30小时;最佳锤锻温度为420～280℃。铸锭的过烧温度为490℃。     

化工防腐用Ta40Nb合金板材加工工艺研究

用电子束熔炼得到Ta40Nb合金铸锭,研究了Ta40Nb合金的锻造和热处理工艺,结果表明,采用"轴向镦粗径向拔长+三向循环镦粗拔长"锻造工艺、"大加工率"的开坯轧制工艺,能更充分破碎Ta40Nb合金铸态组织,合金板材具有细小均匀的等轴晶。Ta40Nb合金板材成品处理采用1 200℃×90 min热处理工艺制度,能使材料最终获得均匀、细小的等轴晶组织,晶粒度达到8级以上。     

Ta5W合金板材高质化加工工艺研究

用电子束二次熔炼得到Ta5W合金铸锭,研究了Ta5W合金的锻造和热处理工艺。结果表明,采用"十字交叉镦拔"锻造工艺和大加工率"换向开坯"开坯轧制工艺,能更充分破碎Ta5W合金铸态组织,采用1 400℃×60 min热处理工艺,能使材料最终获得均匀、细小的等轴晶组织,晶粒度达到6.5级以上。     

超轻Mg-Li-Al系变形镁合金冷轧及热处理后的组织和性能

研究了超轻变形镁合金Mg (5% ~ 22%)Li 2%Al冷轧性能,热处理特性以及机械性能。合金的密度为1.206~1.642g/cm3。在室温条件下β相合金(16%和22%(质量分数)Li)具有非常良好的延展性,压下极限可达到90%以上。研究了Mg Li Al 系变形镁合金铸锭经不同温度、时间均匀化退火后的组织性能。对均匀化后的合金锭进行了冷轧,轧后板材在不同温度下进行了退火,研究其再结晶行为及组织性能。结果表明, Mg 9Li 2Al 2Ca合金在573K温度均匀化退火12h后合金铸锭组织均匀,有利于冷轧开坯变形;而对于Mg 9Li 2Al 合金, 523K 温度均匀化退火24h后组织较好。冷轧合金板材在573K温度退火1h 可发生完全再结晶,生成细小均匀的等轴晶组织。     

一种新型高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的热处理工艺

采用热顶直冷半连续铸造法制备了一种Zn元素含量达9.6%(质量分数)的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金。利用金相显微镜、透射电镜进行微观组织观察,采用差热分析仪测试相转变温度。测试了硬度、拉伸性能并利用扫描电镜进行断口分析。表明:铸锭的铸态组织细小,晶间共晶相较少,共晶相的熔化温度为473.4℃。铸锭的均匀化工艺为465℃/24h,经均匀化处理后,晶界变为断续状,晶界相明显回溶。通过挤压法制备合金棒材,系统研究挤压棒材在不同温度下的单级和三级时效硬化曲线。表明在135℃/12h的单级时效制度下,合金挤压棒材的峰值硬度为197.7HBS,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为727.5,718.0MPa和9.3%;在120℃/24h+190℃/5min+135℃/3h的三级时效制度下,合金挤压棒材的峰值硬度为204.7HBS,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为764.0,749.0MPa和7.2%。     

万能试验机高温拉伸装置的改造升级

为满足高温拉伸试验标准的控温精度和温度均匀性的要求,对现有的某万能试验机的高温拉伸装置进行了技术改造升级,增加了双移动对开式电阻加热炉,改造了高温拉伸夹具,并升级了温度控制器。结果表明:改造升级后明显提高了试验机高温拉伸试验的工作效率、控温精度和温度均匀性,使其完全能满足高温拉伸试验标准的要求。     

热透波材料技术研究进展

热透波材料技术是高超声速飞行器实现通讯与精确导航的关键技术,文章从热透波材料体系、热透波材料热电行为和高温电性能测试技术等方面对热透波材料及其相关技术的发展现状进行了简要介绍。在材料体系方面,石英陶瓷及二氧化硅基复合材料是目前应用的主要材料品种,多孔氮化物陶瓷及陶瓷基复合材料是未来发展的重要方向。在热电行为研究方面,对典型氧化物、氮化物、氮氧化物材料热电行为规律及杂质离子对材料热电行为的影响等方面的研究获得重要进展,并获得试验验证。在高温电性能测试方面,近年来突破了1 600℃高温宽频测试关键技术,并获得了氧化硅熔融态介电性能实测数据,国外和国内已实现8 MW/m2热透波实时测试。     

A comparison of high temperature defect assessment methods

Cracked high temperature components which are subjected to creep or creep-fatigue loading may fail by crack growth, net section rupture or a combination of both processes. In this paper, models are presented for describing these modes of failure in terms of fracture mechanics concepts, limit analysis methods and cumulative damage laws. It is shown that these models form the basis of a number of high temperature defect assessment procedures that are available for plant. These procedures are then applied to a semi-elliptical defect in a plate which is subjected to creep-fatigue loading. It is found that the predictions are sensitive to the crack initiation criteria assumed and the limit analysis solutions adopted.     

高温高湿环境下弹药储运包装温湿度研究

目的为确保弹药的储存质量与安全运输,对高温高湿环境下的弹药储运包装进行研究。方法采用温湿度理论分析和数据拟合,从包装属性和环境湿度变化规律出发,研究弹药储运质量和使用可靠性与环境温湿度的关系。结果南方高温高湿地区弹药集装需考虑各种外部环境影响,可得到其内部温度变化模型。通过计算可得箱体包装的内部温度达到70.77℃,可将某地的弹药包装箱体内部最高温度定为75℃。结论弹药储运环境温湿度过高或过低是促使弹药质量变化的主要因素,环境温湿度过高或过低都会加速弹药各部件及材料老化。     

High temperature cross-weld characterisation of steel weldments by microtensile testing

Abstract

Study of local material properties and damage mechanisms are undertaken in order to characterise weldments that show significant variation of properties across weldments. One of the methods to characterise the local variation of properties is microtensile (MT) testing of specimens machined out of specific narrow zones of weldments. The literature data, though limited, on microtensile specimen testing are reported at their low temperature behaviour. On the other hand, systematic study of crossweld local material properties at high service temperatures have not yet been reported. In the present study, MT tests are conducted across similar welds of P22 and P91 steels at 550 and 600°C, respectively. In order to study deformation mechanisms and the role of surface condition on properties, specimens with different surface conditions (i.e. machined, polished and electropolished surfaces) are tested. Two different loading rates of 0.2mm/min and 0.5mm/min are used to study the effect of loading rate on deformation and mechanical properties. Variations of material properties yield strength (R_p0.2) and ultimate tensile strength (R_m), for the weldments are presented as a function of surface conditions of specimens and loading speeds. Higher loading rates yield higher values of R_p0.2 and R_m, and specimens with machined and polished surfaces show consistent and higher values of R_p0.2 and R_m compared to specimens with an electropolished surface finish. Deformation behaviour is studied on the side surfaces of tested microtensile specimens using an SEM. Deformation is correlated to microstructural constituent that is observed on specimen side surfaces. The metallographic information is used to interpret the variation of mechanical properties determined in tension at high temperatures. The MT data are compared with standard tensile data obtained on specimens with simulated microstructures. The prospects of using MT tests for characterising the material at high temperatures and feasibility of use of data for assessment of components under service loading conditions are reported.     

热轧钢管用限动芯棒表面失效形貌分析

利用数码相机、光学显微镜、扫描电镜以及能谱仪等仪器,对某参与钢管轧制后失效报废的限动芯棒进行了解剖分析,对失效芯棒的各种表面缺陷进行了观察和分类,并探讨了缺陷产生的原因。结果表明:限动芯棒经过轧制后产生的表面缺陷主要有片状脱落、网状裂纹、沟状缺陷和环状裂纹等,高温氧化和高温磨损是限动芯棒表面失效的主要原因;在轧制初期,芯棒头部和中部表面的镀铬层被磨损,随后形成氧化膜,氧化膜在压力、摩擦力及热应力的作用下发生起泡乃至开裂、脱落;裂纹首先从表面萌发,逐渐向芯棒心部扩展、交汇,在摩擦或内应力的作用下极易脱落,甚至形成大面积的严重磨损;芯棒表面的网状缺陷或大面积的氧化膜剥落进一步恶化,裂纹逐渐变宽,伴随着表层的块状脱落,形成了较深的磨损沟,并且在高温、润滑剂以及腐蚀液的作用下,沟状缺陷的内表面发生氧化,这些氧化皮的破裂和脱落加速了裂纹的扩展和局部脱落,因此当限动芯棒表面出现沟状缺陷时,意味着其失效速度将明显加快。     

Al4SiC4陶瓷的高温抗氧化性能和高温力学性能的研究

对Al4SiC4陶瓷的高温抗氧化性能及高温力学性能进行了研究.结果表明,Al4SiC4陶瓷具有优良的高温抗氧化性能,其高温氧化动力学符合抛物线氧化规律.氧化层由三层构成:致密的外氧化层,具有较大孔洞的内氧化层和具有较多细小孔洞的反应层.该陶瓷显示了独特的高温弯曲强度特性,即在1000～1300℃的测试温度范围内,Al4SiC4陶瓷的高温弯曲强度随温度的升高而升高.1300℃时其值为449.73MPa,与室温弯曲强度(297.10 MPa)相比,其增幅为50%左右.     

添加剂LiF对FeNi粉末触媒合成金刚石的影响

研究了添加剂LiF对FeNi粉末触媒合成金刚石的影响.实验中将一定比例的无定形LiF、粉末直接添加到FeNi-C粉末体系中并均匀混合,利用高温高压条件,进行掺LiF合成金刚石的研究.实验结果表明,由于体系中LiF的掺入,对金刚石的合成条件没有明显的影响;借助X衍射测试发现,在高温高压下,体系中LiF的成份并没有发生变化;借助于光学显微镜发现,FeNi-LiF-C体系合成出的晶体晶形完整,但透明度变的很差且表面变得很粗糙,包裹体增多;通过扫描电子显微镜(SEM),对两种体系所合成金刚石表面的形貌进行了观察,发现FeNi-LiF-C体系所合成的晶体表面有凹坑出现.     

Pd-C高温共晶点复现装置研制

主要针对Pd-C高温共晶点复现装置的组成进行介绍,其中包括复现用高温均热炉炉体、温度控制系统、真空泵、充气保护装置、水冷系统、复现用的石墨坩埚、二等B型标准热电偶和Pt-Pd热电偶等。针对石墨坩埚的灌注和共晶点复现过程进行了描述,根据复现的试验数据进行了相应的分析。     

高露点湿度标准装置的研制

目前我国湿度计量基准中露点温度溯源的最高上限为80 ℃,为满足更高露点温度下的湿度参数溯源需求,研制了一套基于双温双压法原理的高露点湿度标准装置。该装置由恒温系统、预饱和系统、饱和系统、测量室和温度、压力测量与控制系统等部分组成,能够产生的露点温度范围为80～150 ℃,对应测量室的温度范围为80～200 ℃,绝对压力范围为0～1 MPa,扩展不确定度为0.34～0.80 ℃（k=2）。该装置准确性好、操作方便,弥补了国内在露点温度高于100 ℃时,温度计校准的不足。