亚稳态β钛合金的成分设计、变形机制与力学性能研究进展

本文介绍了当前孪晶塑性/相变塑性(TWIP/TRIP)钛合金的研究现状和设计方法,统计了TWIP/TRIP钛合金中发生{332}<113>、{112}<111>双孪晶钛合金β相的晶粒尺寸、屈服强度和加工硬化率。讨论了Bo-Md图在多组元钛合金设计上的应用和局限性,特别是析出不同二次相(α相与ω相)对基体β相稳定性的影响。从基体β相稳定性、析出相、β相晶粒尺寸和晶体学取向三方面归纳了亚稳态β钛合金TWIP/TRIP变形机制的影响因素,并对其中存在的一些问题和不足进行了分析,简要总结了双孪晶机制对钛合金力学性能的影响。通过综述最新的研究进展及相关问题,对未来高强韧钛合金的发展提出新见解。     

TC18合金大型锻棒冲击韧性的横纵向差异研究

针对TC18合金大型锻棒冲击韧性的横纵向差异及其内在原因进行了系统研究。夏比冲击实验显示,锻棒头部、中部和尾部3处C-L试样的冲击韧性均高于C-R试样。示波冲击实验发现,抵抗裂纹萌生的能力是决定合金冲击韧性的关键因素,C-L试样的裂纹萌生功明显大于C-R试样。断裂形貌分析表明,裂纹以微孔聚集方式萌生,主要起源于试样缺口附近的强化相界面处(如晶界α相)。C-L样品中微观组织的拉长方向和开裂方向平行,但和微孔萌生后聚集生长的方向垂直,裂纹不易生长至临界尺寸进行纵深扩展,因而消耗的裂纹萌生功较高,表现出较好的冲击韧性;相反,C-R样品的初生α相(包括晶界α相)和裂纹萌生的方向相同,裂纹容易顺着强化相界面生长至临界尺寸而失稳扩展,从而导致较低的冲击韧性。     

高熵合金薄膜制备、微观结构与性能的研究进展

相较于传统的薄膜,高熵合金薄膜具有更加优异的力学性能和独特的物理化学性能,在近14年获得了长足发展.概述了近年来有关高熵合金薄膜的研究进展,首先介绍了高熵合金薄膜的制备工艺方法(溅射沉积、等离子喷涂、激光熔覆、等离子转移电弧熔覆、电化学沉积以及阴极电弧沉积等),详细说明了应用范围最广的溅射沉积技术的分类和特点,并且阐述了各工艺技术的优缺点及应用范围.其次,总结了高熵合金薄膜的微观结构特征和性能(力学性能、耐腐蚀、耐磨损、抗辐照以及耐高温氧化性能等).高熵合金打破了传统合金通过添加其他合金元素来获得特定性能的设计准则,是一种多主元合金固溶体,因此微观结构更加致密,相结构更加稳定且体系更加复杂,这使得高熵合金薄膜/涂层同样表现出比传统涂层更加优良的综合性能.最后,讨论了目前研究工作的问题和不足之处,主要存在的问题是针对结构和性能之间关系的研究不够透彻,内在机理尚不明确,未来的研究应该着重于此.     

Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金中α相的析出行为及对力学性能的影响

对比研究了Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金双时效和单时效对α相析出行为及力学性能的影响。组织观察显示,合金固溶淬火后得到等轴β晶粒。经过低温预时效后,在β晶内获得均匀弥散的α相团簇组织,但在β晶界出现无析出区(PFZ)。这种β晶内/晶界分区析出特征直接影响后续高温时效形貌。双时效后,在β晶内析出细小均匀的α相,但在β晶界,α相呈粗大片状。与之相比,单时效后,α相分布较为均匀,都为粗大层片。拉伸结果表明,与单时效试样相比,双时效试样抗拉强度高达约1630 MPa,但延伸率较差(约2%)。这种高强度归结为组织中亚微米、纳米量级α粒子强烈的析出强化效应,而急剧的延性损失主要源于β晶界处粗大α片诱发的形变局域化进而导致早期沿晶脆性断裂。     

Cu-Cr纳米金属多层膜屈服强度/硬度的尺寸依赖性

采用磁控溅射方法分别在聚酰亚胺基体以及单晶硅基体上制备恒定调制比(η)以及恒定调制周期(λ)的Cu-Cr纳米金属多层膜;通过单轴拉伸试验以及纳米压痕试验系统研究Cu-Cr多层膜屈服强度及硬度的尺度依赖性。微观分析结果表明:基体对多层膜的微观结构无影响,Cu-Cr多层膜在生长方向上均呈现Kurdjumov-Sachs取向关系,即{111}Cu//{110}Cr和-110-Cu//-111-Cr。力学测试结果表明:调制比恒定的Cu-Cr多层膜的屈服强度及硬度随调制周期的缩短而增加;调制周期恒定的Cu-Cr多层膜的屈服强度/硬度随调制比的增加而增加。Cu-Cr多层膜变形机制在临界调制周期(λc≈25 nm)和临界调制比(ηc≈1)由Cu层内单根位错滑移转变为负载效应。     

Cu/NbMoTaW纳米叠层材料具有尺寸效应的力学性能及变形机制（英文）

高熵合金(HEA)由于其在恶劣环境中优异的力学性能引起了研究者的广泛关注.我们将高熵合金NbMoTaW引入到纳米叠层材料中,制备出等层厚的Cu/HEA纳米多层膜,综合研究了其具有尺寸效应的力学性能及变形行为.实验表明,Cu/HEA纳米多层膜的硬度随着层厚h的减小而增加,随后在h≤50 nm的区域到达一个平台,而应变速率敏感性出现了一个最大值,这是由于Cu和HEA两相对应变速率敏感性的影响从协同转变为竞争.在层厚较大时,非共格界面导致Cu/HEA多层膜在变形后出现了剪切带,并且软相Cu层主导变形.     

纳米金属多层膜的变形与断裂行为及其尺寸效应

如何有效地协调和平衡材料强度与韧性之间的矛盾,大幅提高结构材料的损伤容限,是设计微观结构敏感性材料的巨大挑战.纳米金属多层膜材料由于其灵活可调控的微观结构特征以及优异的力学性能已成为目前高性能微元器件以及互连结构的核心材料体系,其服役过程中的变形损伤与断裂是导致系统失效的关键因素.本文结合当前国内外有关金属多层膜塑性变形与断裂行为研究的最新进展,阐述了金属多层膜(微柱体)微观结构-尺寸约束-服役性能三者之间的关联性,揭示了金属多层膜(微柱体)变形与断裂模式的内在规律及机制,并对金属多层膜研究的发展趋势进行了展望.     

交变电流对60 nm厚纳米晶铜互连线变形失效行为的影响

原位观察交变电流作用下纳米晶铜互连线的表面损伤形貌演化过程,重点研究了交变热-机械载荷作用下硅基铜互连线的电致热疲劳性能。结果表明,铜互连线电致热疲劳寿命随着电流密度的增加而减小;载流铜互连线表现出新的变形方式,具有独特的电致热疲劳行为特征。在低电流密度(j10 MA/cm~2)条件下,在电致热疲劳中应力控制的晶粒挤出损伤机制起主导作用;而在高电流密度(j10 MA/cm~2)条件下,交变电流产生的焦耳热效应起主导作用。     

关于用声呐测量海床物质尺寸的研究

水下声呐换能器已经在伯明翰大学研制成功，它能在４００至６００ＫＨｚ频带以内有效地工作。利用这一换能器已经制成一种实验性自动水声测位仪，以测量海底表面的频响。声响系统在这个带宽内，发射单个脉冲并用微处理机为基础的频率分析仪来获取频率响应。当发生多次布喇格散射时，利用这个系统测量响应曲线上的共振峰可以测出粒子的大小。     

滚动轴承腔内气液固三相流场数值模拟

为了研究高速轴承内气液固三相流动状态,基于VOF模型和DPM模型,建立三维轴承腔多相流模型,在考虑接触角及石墨烯含量的条件下,分析不同进气速度、转速下轴承腔内液固两相分布状态。结果表明：轴承外圈滚道润滑油膜形成与转速和进气速度有关;不同工况下,进入轴承腔内的石墨烯数量不同,随着转速的提高,石墨烯在轴承腔内沿周向的扩散速度加快,进气速度的提高使得石墨烯沿轴向扩散的速度增加。在转速为9 000 r/min时,润滑油易生成较为均匀的润滑油膜。