不同成分780MPa级双相钢的显微组织和力学性能

在相同工艺条件下生产了高碳(碳质量分数达到0.157％,高碳系)和低碳并添加铌、钼元素(Nb-Mo系)的2种成分780 MPa级双相钢,对比研究了2种钢的显微组织、拉伸性能、扩孔性能,以及软硬相的纳米压痕硬度.结果表明:2种钢的显微组织均为铁素体和马氏体;与高碳系试验钢相比,N b-Mo系试验钢的铁素体晶粒得到细化,屈服强度和屈强比提升,并具有更高的扩孔率;高碳系试验钢中的马氏体因碳含量较高而硬度较大,且硬度分布更发散,N b-Mo系试验钢中马氏体的硬度分布较集中;N b-Mo系试验钢中铁素体和马氏体两相的纳米压痕硬度差更小,因此扩孔性能更优.     

单晶硅微桥式梁力学性能的弯曲测试

微梁是微电子机械系统(M EM S)中常见的结构,单晶硅是M EM S最基本、最常用的材料之一,其材料力学性能需要精确的评价。应用光刻等技术加工了六组不同尺寸的微桥式梁试件,并进行了弯曲测试,梯形截面的试件可代表矩形、方形等截面的常见微梁。弯曲测试选用的纳米压痕法适用于弹塑性材料,且可同时获取弹性模量、硬度和弯曲强度等多种力学性能参数。实验测得单晶硅的平均弹性模量为(170.295±2.4850)GPa,没有呈现尺寸效应;弯曲强度在3.24~10.15GPa范围内变化,有较强的尺寸效应,平均硬度为(9.4967±1.7533)GPa,尺寸效应不太明显。     

超级双相不锈钢中σ相力学性能的纳米压痕表征

为了预测金属间化合物σ相的析出对00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢力学性能的影响,采用纳米压痕技术对加热缓冷后该钢的σ相进行了表征,并对其显微组织进行了观察。结果表明:钢中σ相的体积分数为36.7%,其纳米压痕硬度范围为14.0～17.1GPa,平均值为15.7GPa,弹性模量范围为262～380GPa,平均值为317GPa;测试结果基本排除了基体效应的影响。     

纳米金属材料宏观弹性模量的数值模拟研究

将分子动力学模拟方法与连续体的有限元模拟技术相结合,进行"复合有限元"方法的探索与研究.首先,将纳米金属材料看作由晶粒、晶界、三叉晶界组成的复合材料,基体是具有不规则原子结构的界面相,夹杂是具有理想晶格的晶粒相,用有限元源程序自动生成系统fepg软件模拟材料的宏观弹性模量,并进一步调整晶粒尺寸,研究晶粒尺寸对材料宏观弹性模量的影响.研究结果表明,随着晶粒尺寸的减小,晶界、孔洞等所占的体积比增大,材料的弹性模量也随之下降.     

纳米压痕法测试电刷镀镍镀层的硬度和弹性模量

介绍一种新型的多功能纳米材料性能测试仪,阐述仪器工作原理和压痕数据分析法。应用该仪器对钢基体上的电刷镀镍镀层的硬度、弹性模量以及抗压痕形变能力等微观力学性能进行测试,并研究镀层力学性能随镀层厚度的分布规律。结果显示,镀层表层和亚表层存在硬度和弹性模量较高的区域,镀层内部存在缺陷区域的硬度和弹性模量降低,在镀层与基体的界面处存在过渡区。除此以外,整个镀层的力学性能较为一致,没有明显的梯度分布,其平均硬度和弹性模量分别为7.02GPa和183GPa,其中硬度为钢基体的2.9倍。在试验载荷下镍镀层具有比钢更好的抗压痕形变能力。为改进镀层工艺、开发新型体系材料以及扩大镀层应用领域提供了有效数据。     

用纳米压痕法研究拉伸变形对电沉积镍镀层力学性能的影响

用纳米压痕法对受不同程度拉伸变形后的电沉积镍镀层试样的硬度、弹性模量和蠕变性能进行了研究.结果表明:随着变形量从零增加到28.3%,镍镀层的硬度及其弹性模量都有明显降低,硬度从9.37 GPa下降到6.13 GPa,弹性模量从242.51 GPa下降到116.23 GPa;而蠕变位移随变形量的增加而增加,从未拉伸试样的1.25 mm增加到伸长率为28.3%试样的4.52 mm.     

表面纳米化处理对Cr5Mo钢流动加速腐蚀性能的影响

采用超声喷丸(USSP)技术对Cr5Mo钢表面进行纳米化处理,研究了试验钢表面的组织及显微硬度,并对超声喷丸前后试样在含H2S流动去离子水溶液中的流动加速腐蚀性能进行了研究,并对腐蚀产物膜的微观形貌进行了观察。结果表明:经USSP处理后,试样表面形成了一定深度的纳米晶层,该晶层内的平均晶粒尺寸约为20nm;表面纳米化能够明显提高试样表层的显微硬度,并且处理时间越长,显微硬度越大,变形层厚度越大;与原始粗晶试样相比,表面纳米化试样的抗流动加速腐蚀性能增强,表面生成的腐蚀产物膜较致密;随着USSP处理时间的延长,腐蚀产物膜的致密度和完整性变差,耐蚀性能逐渐下降。     

渗铝45钢力学性能影响分析

借助能谱(XRD)、硬度测量仪等对热处理后渗铝45钢力学性能进行研究分析,发现渗铝层硬度大于基体硬度,退火后渗层硬度下降;渗铝后抗拉强度和弹性模量明显增大,950℃退火后抗拉强度略高于850℃退火试样,而弹性模量则相对较低.     

纳米CeO2/Zn-4.5Al-RE复合材料的力学性能及表观粘度

测试了不同增强颗粒质量分数的纳米CeO2/Zn-4.5Al-RE复合材料的力学性能,测定了柱形试样熔化前后的高度变化率,讨论了复合材料的表观粘度,并研究了纳米CeO2含量对两者的影响规律.结果表明:CeO2的加入提高了基体的力学性能,当其含量为3%时,复合材料的维氏硬度、弹性模量和抗拉强度分别达到96.7 HV,17.1 GPa和176.5 MPa,较基体分别提高了41.2%,34.6%和34.2%,而伸长率则降低了4.6%;随着CeO2含量的增加,复合材料的高度变化率△H/H0大大降低,粘度急剧增大.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接接头组织和力学性能分析

利用搅拌摩擦焊方法对10 mm厚7075铝合金板材进行对接焊接试验,并对不同焊接工艺参数的接头进行微观组织观察和力学性能分析。结果表明:焊核区和热机影响区的晶粒,当焊接速度一定,旋转速度与晶粒尺寸呈正相关;焊核区的晶粒,当旋转速度一定时,焊接速度与晶粒呈负相关。焊接接头维氏显微硬度值呈现出不左右对称的"W"形,焊核区的硬度值比热机影响区和热影响区高;前进侧热影响区的硬度值比后退侧热影响区的硬度值小,且为整个焊接接头维氏硬度最低值,焊接接头在前进侧的热机影响区断裂,为韧性断裂;搅拌摩擦焊焊接接头前进侧存在"软化"现象;当旋转速度为900 r/min、焊接速度为90 mm/min时,试件的抗拉强度为454 MPa、延伸率为5.9%,力学性能最好。     

脉冲喷射电沉积纳米镍涂层的组织与耐腐蚀性能

采用脉冲喷射电沉积方法在45钢基体表面制备了纳米镍涂层,用扫描电镜和X射线衍射仪研究了平均电流密度对镍涂层表面形貌、微观组织结构及平均晶粒尺寸的影响,并进行了耐腐蚀性试验.结果表明:用该方法制备的纳米镍涂层表面比较平整、晶粒细小并且结合较致密,但晶粒间仍存在一定的孔隙;随着平均电流密度的增大,平均晶粒尺寸先变小再变大,当平均电流密度为39.8 A·dm-2时涂层最致密,平均晶粒尺寸最小(13.7 nm);纳米镍涂层试样的耐腐蚀性能有较大的提高,但经过一段时间后腐蚀速率有所上升,这可能与腐蚀介质的渗入有很大关系.     

TiAlN/AlON纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究

通过磁控溅射制取一系列不同AlON厚度的TiAlN/AlON纳米多层涂层,并用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能进行表征和测量。研究表明:非晶态的AlON在厚度约小于1 nm时,在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应,当AlON厚度为0.7 nm时,硬度和弹性模量分别最高可达38.1 GPa和385.6 GPa。当AlON厚度超过1 nm时,逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此利用这种机制可以制备出力学性能好、耐高温氧化性的刀具涂层,满足现代切削的需要。     

喷射电沉积纳米晶镍机理及工艺研究

采用极化曲线、循环伏安法研究了喷射电沉积制备纳米晶镍的阴极极化行为及其机理。并根据电化学测试结果,选取一定范围内的电流密度,利用扫描喷射电沉积在45钢基体表面制备了纳米镍涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计研究了电流密度对镍涂层表面形貌、微观组织结构、晶粒尺寸及表面显微硬度的影响,并进行了耐磨性试验。结果表明,喷射电沉积可以显著提高镍沉积的极限电流密度,并在高的过电位下促进晶体的形核,有利于获得纳米晶镍镀层;随着电流密度的增大,纳米晶镍的平均晶粒尺寸先变小再变大,当电流密度为130A/dm2时涂层最致密,平均晶粒尺寸最小,表面显微硬度也最高;经过喷射电沉积后,试样耐磨性能有了较大的提高。     

时效工艺对新型铸造铝铜合金微观组织和性能的影响

对不同时效工艺条件下新型铸造铝铜合金的力学性能、微观组织结构进行了分析,结果表明:新型铸造铝铜合金有很好的时效硬化特性,当保温时间为4 h时,硬度可达到较高值;经时效处理后试样的晶粒尺寸明显减小,晶界和晶粒内部均有大量析出相析出且分布均匀。     

基于梯度结构的Al2O3/ZrO2陶瓷刀具材料的制备及其力学性能

采用真空热压烧结方式制备了Al₂O₃/ZrO₂梯度复合陶瓷刀具材料,并对ZrO₂含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为2.0的AZE20梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(18.7±0.33) GPa,抗弯强度为(937±28.5) MPa,断裂韧性为(8.2±0.32) MPa·m^1/2,相比最佳ZrO₂含量的均质复合陶瓷刀具材料AZ20,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了22%、37.8%和43.8%。梯度结构的设计使表层形成残余压应力,晶粒得到一定程度的细化,更多的ZrO₂晶粒因残余压应力尺寸稳定在t相ZrO₂晶粒尺寸。在复合材料断口形貌中发现,其断裂方式为表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的结合,这种混合断裂方式使刀具整体力学性能得到提高。     

Fe_(60)Cr_5Mo_2Ni_2W_2Mn_1C_4Si_7B_(17)非晶合金的纳米压痕力学性能

采用甩带法制备出新型Fe60Cr5Mo2Ni2W2Mn1C4Si7B17非晶合金,在室温、不同峰值载荷(3,5,7,9,12mN)和不同加载速率(1,2,3,4,5mN·s-1)下对此非晶合金进行纳米压痕试验,研究了加载速率和峰值载荷对其弹性模量、纳米压痕硬度和蠕变行为的影响。结果表明:试验合金为完全非晶态,其纳米压痕硬度和弹性模量均较高;随着峰值载荷的增大(即压入深度的增大),试验合金的纳米压痕硬度减小,表现出较明显的尺寸效应,弹性模量略有降低;随着加载速率的增加,纳米压痕硬度和弹性模量均增大;在纳米压痕试验的保载阶段,试验合金发生蠕变,其最大蠕变位移随峰值载荷或加载速率的增加而增大,蠕变应力指数则随峰值载荷的增加或加载速率的减小而增大。     

应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜的力学性能

纳米压痕仪被称为材料机械性质微探针,它借助于加载-卸载过程中压痕对载荷和压入深度的敏感关系,使得测试始终在薄膜材料的弹性限度内,克服了维氏法和努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点,从而正确地、可靠地测试出薄膜材料的硬度和弹性模量等纳米力学性能.试验用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积技术,在不同偏压条件下制备三种类金刚石薄膜(DLC膜),用纳米压痕仪测试不同载荷下薄膜的硬度和弹性模量值.试验结果表明,材料的纳米硬度和弹性模量随着载荷的增大而逐渐减小.     

纳米压痕技术表征Al2O3/3%TiO2爆炸喷涂涂层的各向异性

利用纳米压痕技术研究了爆炸喷涂涂层的微观结构特征和力学性能的关系。结果表明:相对于涂层表面,涂层横截面存在着尺度分布较宽的孔洞和微裂纹等缺陷;涂层微观结构的各向异性使得涂层的弹性、塑性、硬度和弹性模量等出现各向异性;与涂层横截面相比,涂层表面具有较好的抵抗外加载荷的能力和卸栽后良好的弹性恢复能力;涂层表面的硬度和弹性模量分别为10．3 GPa和170．7 GPa,而涂层横截面的分别为2．9 GPa和234．5 GPa。     

人牙釉质和合成羟基磷灰石力学性能的对比研究

鉴于人牙釉质由96%～97%质量比的羟基磷灰石构成,选用合成羟基磷灰石作为空白对照样,通过纳米压痕仪、SEM、EDX等考察和分析不同载荷下人牙釉质和合成羟基磷灰石的力学性能,初步分析人牙釉质内部微观结构对其力学性能的贡献。结果表明:在相同载荷作用下,人牙釉质的硬度和弹性模量低于合成羟基磷灰石,且压痕较深。牙釉质和合成羟基磷灰石的硬度和弹性模量均随载荷增大而降低,压痕深度随载荷增大而增大,其中,合成羟基磷灰石的硬度和弹性模量随载荷增大而降低的幅度略大于人牙釉质。可见,人牙釉质的力学性能与其内部微观结构密切相关。     

超声波对Al-1％Si合金铸锭力学性能的影响

以Al-1％Si合金为对象,研究了超声波处理对其力学性能的影响,包括抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性。研究结果表明,合适的超声波处理时间可以大幅度提高合金的抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性值。通过对试样宏观组织和微观断口的分析,说明超声波的空化作用及声流作用可以细化晶粒,使其凝固组织致密,从而提高了合金的力学性能。