TG6钛合金冷却过程的块状转变机制研究

在近α型TG6钛合金两相区淬火过程中,对初生α相αP周围形成的块状组织αm进行表征研究,块状组织αm与αP存在明显的界面,合金元素Al、Sn和Zr浓度介于αP和β基体之间,EBSD分析结果表明αm取向与αP保持一致。在冷却过程中,αP周围β基体中合金元素扩散受到限制,进而在局部过渡成分区域通过扩散转变形成αm组织。当固溶温度从1040℃提高至1060℃,同时保温时间从30 min减少为5 min,溶质元素扩散受限,αm体积分数从5.2%提升至30.7%。     

基于机器视觉的钛合金焊接过程非平衡凝固组织性能智能控制

信息技术的发展使制造业逐步向“智造”转变。人工智能技术已成为精密铸造、焊接和增材制造等制造工艺由控形走向控性的共性关键技术。在这些工艺中非平衡凝固组织性能调控机理是限制其发展的基础科学问题。基于先进的人工智能技术发展控形控性一体化技术、构建完善的工艺质量体系对推动铸造、焊接、增材制造等制造工艺迈上新的台阶至关重要。与传统的物理冶金和铸造相比,增材制造、焊接、激光熔覆修复、单晶生长等过程的核心理念是“控制微区冶金过程”,即通过控制温度梯度、凝固速率、熔池尺度等关键工艺参量的作用机制,从微观上揭示非平衡条件下固液两相区组织结构和形貌演化规律,特别是合金元素的偏聚行为,界面的传热和传质特性、形核与长大、柱状晶-等轴晶转变、枝晶的竞争生长等。集成计算和实验方法的结合将为智能制造、增材智造和太空智造中先进金属材料的成分-工艺-组织-性能调控提供共性技术和理论支撑。本文以典型的焊接中非平衡凝固组织性能调控为研究方向,对近年来基于视觉传感的焊接调控技术取得的研究成果和进展进行了梳理。归纳了面向复杂工业环境的智能焊接关键技术、先进应用和技术挑战等,展示了基于数字孪生车间的钛合金焊接视觉学习结果。     

低膨胀高温合金晶粒长大规律及对其性能的影响

本工作研究了不同热处理制度对低膨胀高温合金析出相的行为以及晶粒长大的影响。实验结果表明,在Laves相析出峰温度范围（980～990℃）保温不同时间,Laves相尺寸逐渐增大,晶粒不长大。在1000～1040℃保温1 h后Laves相开始溶解,晶粒逐渐长大至4级、3.5级、3级、2级,因此在热加工过程中为避免晶粒长大,热变形加热温度不应超过1010℃,或在1000℃变形且保温时间不应超过1 h。晶界Laves相的含量对合金性能影响较小,而合金的晶粒度对其影响较大。     

真空自耗电弧熔炼过程中搅拌线圈参数对TC17铸锭成分和组织影响的数值模拟与实验验证

采用MeltFlow VAR软件建立了真空自耗电弧熔炼（VAR）过程中温度、电磁、流动和溶质场的耦合模型,通过数值模拟与实验验证的方法研究了搅拌电流和周期对TC17钛合金铸锭成分和组织的影响规律。结果表明,铸锭中心的Cr元素浓度从底部逐渐升高,在铸锭头部100 mm范围内出现激增,与铸锭边缘和1/2半径处表现出不同的趋势。施加搅拌磁场,有利于铸锭心部Cr元素的降低和1/2直径处等轴晶区域宽度的减小。增加搅拌线圈电流或延长搅拌磁场的周期,可以降低铸锭心部Cr元素含量并减小1/2直径处等轴晶区域宽度。这主要是因为搅拌磁场引起的角速度,加剧了熔池内湍流的速度。采用工程化规格的TC17铸锭实物解剖可知,铸锭下部柱状晶生长方向发生扰动的位置与Cr含量上升的位置相对应,均与该位置搅拌磁场的作用相关。数值模拟结果与实验数据吻合较好。     

短时加热条件下TC4合金β相长大动力学研究

通过Image-pro plus图像分析软件定量分析不同热处理温度和时间下的TC4合金β相含量和尺寸,获得了晶粒生长时间指数n和长大激活能Q。结果表明:随着加热温度和时间的增加,晶粒尺寸增大;β相生长时间指数n随温度的升高先增大后减小,长大激活能Q为95.28 kJ/mol。     

FeCoNiMnB_x高熵合金微观组织及力学性能的研究

采用真空电弧熔炼技术熔炼了FeCoNiMnB_x(x=0,0.0 5,0.1,0.15,0.20)高熵合金,然后对合金的微观组织及其力学性能进行测试。结果表明,未加入B元素时,合金组织具有单一FCC结构。当B含量≥0.05at%时,组织由基体FCC相+B_2Co_3组成;当B含量从0.05at%增加到0.20at%时,该合金的硬度逐渐增加,B含量为0.20at%时,该合金的硬度达到最大,为274 HV。     

多芯MgB2超导线材的挤压制备技术及微观结构研究

为了提高多芯MgB2超导线材中芯丝相互之间的结合强度和超导芯丝的致密度,将传统的热挤压技术引入到MgB2线材制备过程中。采用挤压工艺制备180芯导体结构的多芯MgB2/Nb/Cu超导线材,Φ64mm的复合包套通过单道次挤压工艺加工到Φ20 mm。挤压后的线材通过冷拉拔和中间退火热处理最终加工到Φ0.81 mm。对加工不同阶段的复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2超导芯丝分布良好,Nb阻隔层厚度分布较为均匀,无破损现象。通过该工艺已成功制备出百米量级长度的多芯MgB2超导线材。该技术为MgB2超导长线的制备提供了新途径。     

多芯MgB_2超导线材的挤压技术及其微观结构研究

为了提高多芯MgB_2超导线材中芯丝相互之间的结合强度和超导芯丝的致密度,将传统的热挤压技术引入到MgB_2线材制备过程中。采用挤压工艺制备180芯导体结构的多芯MgB_2/Nb/Cu超导线材,Φ64mm的复合包套通过单道次挤压工艺加工到Φ20 mm。挤压后的线材通过冷拉拔和中间退火热处理最终加工到Φ0.81 mm。对加工不同阶段的复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB_2超导芯丝分布良好,Nb阻隔层厚度分布较为均匀,无破损现象。通过该工艺已成功制备出百米量级长度的多芯MgB_2超导线材。该技术为MgB_2超导长线的制备提供了新途径。     

真空管道高温超导侧挂悬浮旋转运动系统改进

侧挂式磁悬浮回转系统拥有两根具有单磁场峰值的永磁轨道。在环形真空管道中,该系统的磁悬浮车可以在6 mm悬浮间隙下达到80 km/h的运行速度。在不大幅改变整体结构的条件下,探讨了一种增大系统运行速度的途径。通过将2个平行的永磁轨道合并成1个具有三磁场峰值的单轨,将显著增强系统的悬浮力,从而有望提高系统的运行速度。然而车体质量的增加将抵消悬浮力增加带来的效应。综合评估二者的影响,结果表明,相比较于具有单磁峰的双轨,具有三磁场峰值的单轨能让系统获得更高的运行速度。并且,对于三磁峰单轨系统,其最大运行速度随超导块数量的增加而增加。相比较于单峰磁轨而言,当超导块列数为17时,三峰磁轨系统的运行速度可以增大8.2%。     

高临界电流密度、低损耗Cu5Ni基NbTi线材制备技术研究

重离子装置中的加速器磁体均服役在±2.25T/s的高速脉冲条件下,因此要求该种磁体所用的超导线材具有较高的临界电流和较低的损耗。针对项目需求,本文设计及制备了两种新型结构的NbTi/Cu5Ni超导线材,芯数分别为12960芯和10800芯、铜比2.0、芯丝直径均小于5 μm。系统研究了两种新型结构超导线的芯丝截面形貌、芯丝表面形貌、磁滞损耗及不同时效热处理下的临界电流密度和n值。通过优化工艺后获得了Jc(5 T、4.2 K)为2902 A/mm_²,Qh(4.2 K,± 3T)为34.2 mJ/cm_³ 的千米级NbTi/Cu5Ni超导长线,并可实现批量化生产,为重离子装置的研制提供材料基础。