高温结构弛豫对非晶复合材料力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备了Cu40Zr44Al8Ag8非晶复合材料(BMGCs),在玻璃转变温度(Tg)退火不同时间(5,10,15,20,25,40,60,85min)后,采用单轴压缩实验测试了试样退火前后的力学性能,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和同步差示扫描量热仪(DSC)等手段对退火前后试样的显微结构和断口形貌进行分析。结果发现:所制备铸态试样主要为非晶结构,非晶基体中弥散分布着少量的纳米级及微米级的Al3Zr金属间化合物。随着退火的进行,非晶复合材料中微米级晶体相的尺寸和形貌并不发生变化,这些晶体相是裂纹形成的源泉;但是纳米级晶体相不断增加,最终析出产物相为Al3Zr,Cu10Zr7和Ag3Al相。非晶复合材料中自由体积与析出晶体相共同控制着该BMGCs的力学性能。退火初期,试样的强度和塑性缓慢增长,至退火15 min时达到极值,最高强度达到1.77 GPa,最大塑性应变量达到1.67%;但是继续退火,试样内自由体积大量减少,强度和塑性均迅速下降;其断裂方式也由单一剪切面断裂转变为多剪切面断裂,最后发生脆性劈裂。     

Fe81Zr5Nb4B10非晶合金的晶化过程及其磁性研究

采用单辊快淬法制备Fe81Zr5Nb4B10非晶合金带,并在不同温度下对其进行退火处理,利用XRD和振动样品磁强计(VSM)测试了合金自由面和贴辊面的结构及磁性能。结果表明:随着退火温度的增加,淬态合金由完全的非晶态结构转变为非晶与纳米晶的混合结构,晶粒尺寸、晶化体积分数增大,晶粒间的非晶层厚度减小。和自由面相比,贴辊面的晶粒尺寸较大,晶化体积分数较小,晶粒间的非晶层厚度较大。合金的矫顽力和比饱和磁化强度σs随着退火温度的升高逐渐增大。     

半固态处理对(Cu_(0.7)Fe_(0.3))_(88-x)Al_(12)Zr_x非晶复合材料组织和力学性能的影响

对Cu-Fe非晶合金基复合材料进行了成分设计,研究了半固态处理工艺对(Cu0.7Fe0.3)88-xAl12Zrx组织和力学性能的影响。结果表明,Zr含量增加能够提高(Cu0.7Fe0.3)88-xAl12Zrx的非晶形成能力,x=50时试样为全非晶结构,过热吸铸试样其过冷液相区宽度ΔTx为92.4 K,约化玻璃转变温度Trg和γ参数分别为0.415和0.361,试样具有良好的热稳定性和非晶形成能力,且其断裂强度显著高于复合材料,压缩断裂强度高达1734 MPa。x=10的试样中马氏体相对塑性的提高有一定效果,但是缺乏非晶基体的强度。随着Zr的添加,Fe的比例降低,试样中塑性相消失,析出脆性金属间化合物较多,试样脆性大。半固态处理试样的非晶热稳定性降低,有利于晶体相的析出,且母合金经半固态处理过后试样的组织更加均匀,力学性能得到明显改善。     

均匀化处理对Cu-Cr-Zr合金显微组织的影响

采用OM、SEM和TEM分析手段对Cu-Cr-Zr合金的铸态和均匀化组织进行研究.结果表明,Cu-Cr-Zr合金的铸态组织呈典型的枝晶状组织,主要由网状的Cr枝晶、共晶组织和基体组成,其中共晶组织是由基体和层片状的Cu5Zr相组成.在Cu-Cr-Zr合金的均匀化退火过程中,发生共晶组织的溶解和Cr相的析出.随着均匀化退火温度和时间的升高和延长,共晶组织逐渐溶解,Cr相的析出体积分数逐渐减小.合理的均匀化退火制度为900℃×12 h.     

高温快速处理对铜基非晶合金摩擦磨损性能的影响

采用铜模吸铸法制备Cu50Zr42Al8非晶合金,并对其进行高温快速处理,通过X射线衍射(XRD)观察分析其组织结构。利用球-盘往复式摩擦磨损试验机进行干摩擦磨损试验,研究铸态Cu基大块非晶合金的摩擦磨损行为及高温快速处理对其摩擦磨损性能的影响。结果表明:经高温处理后的试样均有CuZr2,ZrCu和AlCu2Zr相析出,且析出相体积分数随处理温度的升高而升高。经925℃处理的试样ZrCu相含量减少,而出现了新相Al2Zr3和AlZr3的晶体衍射峰。经825和875℃处理后的试样摩擦性能得到很大提高,当温度继续升高,摩擦性能下降。经825℃处理后的试样摩擦磨损性能最好,磨损面积、磨损率和平均摩擦系数均为最小值1.31×10-4mm2,0.011×10-4mm3·N-1·m-1和0.11;经925℃处理后的试样摩擦性能最差,其磨损面积和磨损率远远超过其他试样,分别为240.83×10-4mm2和2.01×10-4mm3·N-1·m-1。     

Gd含量及热处理对Mg-Gd-Zr合金显微组织和力学性能的影响

采用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)以及X射线衍射(XRD)等手段,研究了不同Gd含量(1%,2%,3%,原子分数)与不同热处理状态(铸态,固溶态,时效态)对Mg-Gd-Zr合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:铸态组织中,Gd元素富集在晶界,随Gd含量增加,共晶组织增多,并逐渐呈网状分布,合金的晶粒逐渐变小。经过535℃,24 h固溶处理,共晶组织分解,残留相主要为富Gd的方块相,数量随Gd含量升高增加,晶粒尺寸比铸态组织长大。再经过220℃,24 h时效处理,合金中析出第二相,晶粒尺寸与固溶态差别不大。合金的抗拉强度,屈服强度和硬度(R_m,R_(p0.2),HB)随Gd含量增加呈上升趋势,断后伸长率随Gd含量升高呈降低趋势。经过535℃,24 h固溶处理,消除了铸造应力,且使合金晶粒长大,降低了合金强度。时效处理后,合金中析出第二相,合金强度升高,且Gd含量越高析出第二相越多,强化效果越明显。拉伸断裂后,铸态合金呈解理断裂,固溶态合金呈穿晶断裂,时效态合金呈沿晶断裂。     

形状记忆晶相强韧化Ti基非晶复合材料的组织和力学性能

设计了具有形状记忆效应和较强非晶形成能力的(Ti50Ni50-yMy)100-xCux合金,采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法,通过组元调控制备具有组织连续梯度的形状记忆合金/非晶基复合材料,并研究其组织和力学行为。结果表明:B2-Ti(Ni,Cu)过冷奥氏体相和B19'-Ti(Ni,Cu)热诱发马氏体相析出在铸态非晶基体上,加载断裂应力诱发马氏体相变,马氏体衍射峰比铸态增强且马氏体择优取向。凝固过程的温度梯度决定了复合材料的组织梯度,由表及里,主要为非晶相、马氏体相和奥氏体树枝晶相。加载时形变诱导相变对非晶基体同时增强增韧,复合材料的综合力学性能优异,以连续屈服和强烈的加工硬化为主要特征,(Ti0.5Ni0.48Co0.02)80Cu20断裂强度高达2464 MPa,塑性应变达到13.6%。复合材料断裂表面存在大量密集均匀的脉络纹,析出相周围形成的多重剪切带和玻璃基体上剪切带,扩展方向分别与加载方向呈90°和45°角。     

低温退火对CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大及超弹性的影响

研究了循环热处理中低温退火对CuAlMnNi记忆合金显微组织及后续晶粒异常长大的影响,并进一步分析了晶粒异常长大对合金超弹性等性能的影响.结果表明,低温退火析出的α相会显著影响后续高温退火时的晶粒异常长大过程,低温退火时析出的α相体积分数越高,则后续高温退火时越容易发生晶粒异常长大,且最大异常晶粒尺寸随着α相体积分数的...     

AlCoCrFeNi高熵合金铸态及退火态的组织和性能研究

采用真空电弧熔炼法熔炼出Al CoCrFeNi高熵合金,并在600,800,1000℃下进行了真空退火处理。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)及维氏硬度实验和压缩实验对合金退火前后的组织结构和性能进行了研究。XRD测试结果表明合金在铸态和3种温度的退火态下均没有复杂结构的脆性金属间化合物生成,在铸态和600,800℃退火处理后合金均由简单的BCC结构构成,在1000℃退火处理后,合金由BCC+FCC双相结构组成。SEM发现在铸态和600,800℃退火处理后,合金等轴晶晶界明显,在等轴晶晶内又分布着花瓣状树枝晶,1000℃退火处理后树枝晶消失,在原来基础上析出了大量的FCC结构的短棒状物质,形成了(BCC+FCC)的复相组织。硬度试验和压缩试验表明合金在铸态和3种温度的退火态下都表现出了良好的综合机械性能,有很好的抗回火软化能力。在4种状态中,600℃退火态的硬度和屈服强度最大,分别为HV 684和1630 MPa; 1000℃退火态由于大量的FCC相的析出,导致其硬度和强度最低; 800℃退火态有最好的综合机械性能。     

搅拌摩擦加工超细晶2024铝合金热稳定性研究

采用搅拌摩擦加工技术(friction stir processing,FSP)成功制备出平均晶粒尺寸为600 nm的超细晶2024铝合金,观察和测量了超细晶材料不同温度退火后的显微组织及室温力学性能,对超细晶材料的热稳定性进行研究,研究发现:当温度为150~200℃时,超细晶铝合金呈现退火强化现象,力学性能较退火前略有提高;当温度为250~350℃时,晶粒及析出相长大导致细晶强化及第二相强化作用减弱,超细晶材料的热稳定性较差。随着温度的升高,超细晶铝合金的晶粒和析出相逐渐粗化,呈现明显的软化现象。当温度为400℃时,细晶铝合金的晶粒尺寸已经超过2μm,受到高温固溶强化效应作用,材料的抗拉强度比350℃加热试样的抗拉强度提高了54 MPa。结果表明:退火温度为200℃时,超细晶材料的热稳定性最佳,超细晶材料的平均晶粒尺寸为0.807μm,硬度为HV110.7,抗拉强度为359 MPa。     

热处理对高温钛合金TG6铸造组织及性能的影响

对熔模精铸TG6合金进行了热等静压和退火热处理试验,研究了其铸态、热等静压态和退火态的显微组织和力学性能。结果表明,该合金在铸态下为晶粒粗大的魏氏组织,组织中存在缩松缺陷,合金抗拉强度为871.3MPa,塑性0.8%,合金组织中的疏松缺陷为断裂的裂纹起始源;通过热等静压后该合金抗拉强度及伸长率提高到950.7 MPa和3.7%;经过750℃退火热处理后,组织中β板条部分溶解,并析出(TiZr)6Si3硅化物,合金的室温拉伸延伸率提高到5%以上,强度相对于热等静压未发生明显改变,断口表现为解理断裂。     

Al含量对Zr基块体非晶合金力学性能的影响

用铜模吸铸法制备了(Zr64.8/90Cu14.85/90Ni10.35/90)90+xAl10-x(x=-4,-3,-2,0,2,4,6)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜(SEM)研究了Al含量对Zr基块体非晶合金力学性能的影响。结果表明:随着Al含量的减小,合金先是从非晶相为主的非晶/晶体复合材料转变为完全非晶材料,接着转变为以晶体相为主的非晶/晶体复合材料,最后转变为完全晶体材料。表明通过调整Al的含量,可以制备出具有完全非晶结构的Zr基块体非晶合金。当x=-2时,即合金成分为Zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12时,合金为完全非晶结构,该合金的室温压缩塑性应变达到20.6%,应力-应变曲线体现出了"加工硬化"特性,屈服强度σs、极限强度σm和断裂强度σf分别为1740.6,2030.7和1510.5 MPa。表明通过调整Al的含量,可以制备出具有优良室温压缩塑性的Zr基块体非晶合金。随着Al含量的减小,合金试样的显微硬度的总体趋势为先增大再减小。当x=2时,合金为非晶/晶体复合材料,该合金具有较高的显微硬度HV719.8。     

退火温度对含铜高强无取向硅钢强度和铁损的影响

新能源汽车驱动电机用硅钢需要具有高强度和低铁损，但两者难以兼得。利用纳米B2富铜析出相与基体错配度低的特性，通过退火工艺调控组织和铜析出相来实现无取向硅钢高强度和低铁损的协同优化，研究了退火温度对含铜无取向硅钢组织、析出相、强度和铁损的影响，制备出了高强度且低铁损的高性能无取向硅钢。结果表明，退火板中有高密度的纳米B2富铜析出相，随着退火温度升高，析出相尺寸先缓慢增大后显著增大，数密度和体积分数先显著减小后缓慢减小；在纳米B2富铜析出相的钉扎作用下，晶粒先显著长大后缓慢长大；纳米B2富铜相的析出强化贡献先减小后增大，细晶强化贡献逐渐减小，在两者的作用下，强度先降低后增加；由于纳米B2富铜析出相与基体错配度低，对铁损恶化作用较小，且晶粒尺寸增大使铁损降低，铁损先显著降低后缓慢增加。在950～1 000℃退火时，纳米B2富铜析出相尺寸和密度合适，可提高屈服强度200 MPa以上，且不会明显恶化铁损，此时能实现无取向硅钢高强度和低铁损的协同优化。     

冷轧TRIP590钢带的成分优化

 化学成分和热处理工艺是影响TRIP钢力学性能的关键因素。通过热模拟试验方法研究了不同成分试验钢在临界区退火过程中的微观组织变化规律。结果表明：随着两相区退火温度的升高,铁素体平均晶粒尺寸逐渐减小,铁素体体积分数随着加热温度的升高而降低;残余奥氏体量和其中的C质量分数先随着退火温度的升高而降低,达到一个低谷以后,再随退火温度的升高而升高;在相同的退火温度下,随着Nb的加入,多边形铁素体晶粒尺寸细化,铁素体体积分数逐渐减少;既加Nb又高Si的试验钢钢中残奥数量最多,不加Nb的试验钢中残奥数量最少。TRIP钢试制结果表明,钢带组织类型为典型的TRIP钢组织,多边形铁素体平均晶粒尺寸约8μm,体积分数67%,残余奥氏体体积分数为5.58%,残余奥氏体中C质量分数为1.34%,同时,力学性能也完全满足TRIP590的性能要求。     

Nb-Ti微合金高强度钢1.5mm冷轧板退火组织和第二相析出行为

用透射电镜实验研究了(%):0.08C-1.0Mn-Nb+Ti<0.10微合金高强度钢经53%冷变形1.5 mm板650℃和680℃退火的组织和第二相析出行为。结果表明,试验钢中的第二相为(Ti,Nb)(C,N)复合析出相,第二相粒子尺寸一般为20~30 nm,随退火温度提高,第二相粒子的数量增加。由于退火过程第二相析出强化和第二相粒子抑制晶粒长大,使钢中晶粒细小,该钢650℃退火组织具有较高强度(屈服强度≥480 MPa)。     

Fe基块体非晶合金的结构转变及其对力学性能的影响

通过铜模吸铸法制备了尺寸不小于2 mm的块体非晶合金Fe45Co7Cr14Mo10Y2B6C15,采用热处理的方式实现非晶合金的结构转变过程,通过组织形貌观察及热力学分析表征非晶合金的结构变化,并且就非晶合金的结构转变对压缩强度及硬度的影响进行了探讨。试验结果表明:非晶合金的结构转变受热力学和动力学因素共同影响;而晶化相的存在会对力学性能产生影响,含部分晶化相的非晶合金硬度升高,压缩强度下降。     

微量Hf对变形TiAl合金组织和力学性能的影响

对比观察含Hf和不含Hf的TiAl合金的变形组织和热处理组织,发现在1 310 ℃/1h/AC热处理后均获得近全层片组织,平均晶粒尺寸为50～70 μm,γ相的体积分数为12%左右;退火温度升高至1 320 ℃,则均获得了全层片组织,平均层片团尺寸为200～300 μm. 在同为近全层片组织下进行力学性能试验发现:添加合金元素Hf,使TiAl合金800 ℃高温拉伸强度提高60 MPa和800 ℃,150 MPa应力持久寿命由84 h提高到128 h.     

四种状态下Mg-10Gd合金微观组织及力学性能研究

采用OM、SEM、TEM、EBSD、XRD和万能材料试验机等手段研究了铸态、退火态、热变形+时效态、固溶态等四种状态下Mg-10Gd稀土镁合金的微观组织和力学性能。结果表明,铸态合金组织由α-Mg基体和晶界处的不连续Mg_5Gd共晶相组成;退火态合金组织为α-Mg固溶体;热变形+时效态合金主要由动态再结晶组织和弥散分布在晶粒内部的β′-Mg_7Gd相组成;固溶态合金组织为α-Mg固溶体,β′相完全溶解。由于β′相的析出强化作用,四种状态合金中热变形+时效态合金具有最高的抗拉强度为371MPa。铸态合金的断口处伴随着晶界共晶相的破裂,其主要断裂形式为准解理断裂。热变形+时效态合金拉伸断裂形式为撕裂棱和微孔聚合复合作用形成的准解理断裂。退火态和固溶态的断裂形式是以撕裂棱为主的准解理断裂。     

时效对大型发电机转子用Cu-Ni-Si合金槽楔组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、抗拉强度和电导率测试等方法研究了不同温度时效后大型发电机转子用Cu-Ni-Si合金槽楔组织和性能变化规律。结果表明:合金在热挤压过程中发生动态回复与再结晶,热挤压后为再结晶组织,晶粒内部有贯穿整个晶粒的退火孪晶。在时效阶段屈服强度和抗拉强度随温度变化表现为先升高后下降的趋势,在430℃时过饱和固溶体发生有序化转变和第二相析出,基体上弥散分布的细小析出相和长程有序相会阻碍位错运动,提高力学性能。在550℃时效阶段合金处于过时效状态,析出相主要为Ni_2Si,已经明显长大,对位错阻碍作用减弱,合金力学性能下降,但电导率始终保持上升的趋势。随时效温度升高,试样拉伸断口形貌逐渐由解理型转变为韧窝型,表明合金塑性逐渐提高。实验结果表明,在430℃时效3 h Cu-Ni-Si合金具有最佳的综合性能,屈服强度为650 MPa,抗拉强度为760 MPa,电导率为43.2%IACS。     

含银H70铸态黄铜合金组织及性能

添加不同含量银元素制备含银H70铸态黄铜合金,通过光学显微镜、硬度测试、线性极化曲线和交流阻抗谱等方法分析铸态试样的组织和性能.研究结果表明,试样的低倍组织由柱状晶区和等轴晶区2部分组成,银元素的添加能显著细化晶粒尺寸,银质量分数为0.1%时晶粒尺寸最小;随着银质量分数的增加,金相组织中析出相逐渐减少,枝晶偏析程度增加;硬度值先升高后降低,银质量分数为0.1%时取得最大值,HV硬度为80.8;人工汗液电化学试验表明,银质量分数为0.5%时自腐蚀电流密度最低,点蚀倾向性最小,H70的Rp值最大,耐腐蚀性能最好.