金属/氧化物界面形成机理原位研究

金属/氧化物界面是控制反应机理和宏观性质的关键区域.原位表征手段可以实时、连续、动态地对金属/氧化物界面形成过程进行研究,其观察和分析结果对理解界面形成过程及其应用有重大学术意义和工程价值.本文综述国内外原位表征金属/氧化物界面的研究工作,主要关注原位透射电子显微镜、原位同步辐射技术、原位中子技术等先进表征分析金属/氧...     

残留奥氏体转变行为对冷轧TRIP钢力学性能的影响

通过基于同步辐射技术的高能X射线衍射实验,对具有相同组织特征的低合金冷轧TRIP钢进行了室温和低温(-40℃)下的原位拉伸,观察拉伸变形过程中其残留奥氏体相的转变行为。结果表明:低温情况下TRIP钢组织中的残留奥氏体相稳定性降低,在弹性变形阶段以及塑性变形的前期便有大量残留奥氏体相发生马氏体转变,试样表现出较高的加工硬化能力。随着组织中残留奥氏体相的大量提前消耗,当变形进入高应变阶段时,TRIP钢组织因缺乏足够的马氏体转变,加工硬化能力快速下降,造成颈缩的提早出现,伸长率的降低。室温变形TRIP钢组织中残留奥氏体相的转变在整个变形过程中呈较平稳的趋势,TRIP效应能够持续发挥作用,特别是在变形的中后期仍能使组织保持较高的加工硬化能力,从而获得了较好的综合力学性能。     

先进高强钢微观组织调控研究现状及发展趋势

钢的相变复杂和多样性使其具备了不断提升性能的潜力,因此微观组织的设计、控制及对性能影响机制的研究至关重要。特别是在汽车、工程机械、船舶以及建筑行业对钢的性能不断改进和提升的强烈需求下,促进更多学者致力于钢强度提升的研究。研究低成本高强钢在动态和多因素耦合作用下的相变规律和引发的性能变化,具有重要的理论和实际意义。本文对国内外低合金高强钢的相关研究进行了总结和分析,描述了先进高强钢发展历史和趋势,从微观缺陷的角度分析了强化机制发挥作用的方式,初步阐明了钢中微观组织与力学性能的关系,探究了热变形和后续冷却对钢相变的影响规律,提出了先进高强钢发展过程中首要解决的问题。     

基于同步辐射成像技术的原位观察装置及金属凝固过程原位表征研究进展（英文）

金属材料的凝固过程对其最终显微组织和性能起着决定性的作用。因此,采用先进的原位表征技术探究金属的凝固过程具有重要意义。同步辐射X射线成像技术是直接观察金属凝固过程的有效手段。本文作者总结了与同步辐射光源相配套的凝固装置的发展,包括定向凝固装置、电阻炉、多场耦合装置、半固态成形装置、气动悬浮装置和激光增材制造装置。重点介绍了应用同步辐射X射线成像技术揭示不同原位环境下金属凝固行为的最新研究进展,并对该技术在凝固领域的前沿研究方向进行了展望。可以预见,同步辐射X射线成像技术的发展将在不同尺度上深入理解金属和其他材料的凝固过程发挥重要作用。     

快速加热技术在第3代先进高强钢中的应用

快速加热是新一代先进高强钢热处理技术,具有高效率、环保低碳等优点。大量研究表明:相比于慢速加热,高强钢在快速加热过程中会出现复杂的再结晶、元素扩散以及固态相变等非平衡热动力学竞争行为,因而通过快速加热技术可以调控出新型非平衡微观组织,拓展了高强钢微观组织和力学性能的调控空间。介绍了近年来快速加热技术在第3代先进高强钢(Q&P钢和中锰钢)中的应用,讨论了快速加热对高强钢微观组织和力学性能的影响规律。同时,对快速加热高强钢领域所面临的科学与工程问题进行了讨论和展望。     

同步辐射X射线原位三维成像在金属增材制件缺陷评价中的应用

增材制件内部特有的缺陷会导致高端复杂金属构件在不同服役载荷、环境下的损伤演变特性不同,传统无损检测技术无法对材料内部微观结构的变化进行实时动态表征。而同步辐射X射线断层扫描技术具有穿透性强、时空分辨率高、三维可视化等特点,在增材制件缺陷的原位、动态、无损表征方面具有独特优势。对同步辐射X射线断层扫描原理与特点进行分析,以增材制造钛合金为例,简要介绍了其对材料内部缺陷尺寸、形貌及分布特征,分析了缺陷致疲劳损伤行为的原位观测,以及其在基于三维成像数据的含真实缺陷结构特征的有限元仿真等研究中的典型应用,展望了基于高能同步辐射光源的X射线三维成像技术在增材制造金属材料领域的广阔应用前景。     

航空材料组织与残余应力评价对中子散射与同步辐射技术的需求

航空材料是航空装备发展的基础，航空材料及其构件从研发、制造、服役、维修到重大事故（故障）的失效分析等全寿命周期中，检测与表征技术起着关键性作用。本研究以问题与需求为导向，结合具体案例，阐述了航空材料及其构件在新材料研发、构件制造、产品服役与可靠性评估、重大事故（故障）的失效分析中，现有检测手段存在如不能无损地开展构件内部组织结构、残余应力等表征与评价方面的不足，以及航空材料在组织结构、残余应力等表征与评价中对于中子散射和同步辐射大科学装置技术的迫切需求，提出了发展航空中子应力谱仪、加强中子散射与同步辐射技术在航空材料中的技术开发与应用研究等建议。     

高强7050铝合金超低温大变形加工与组织、性能调控

通过低温冷却+轧制变形的方法研究了高强7050铝合金的低温塑性变形及其对合金组织性能的影响。结果表明,高强7050铝合金经液氮冷却预处理后可实现与温/热轧相比较高的轧制变形加工量,并产生大量亚结构和高密度位错,使合金显著强化,其中低温下的高变形能力主要与合金在低温下具有高的加工硬化能力密切相关,而强度提升主要来自于固溶强化和变形位错强化的贡献。虽然超低温变形能够明显加快淬火态高强7050铝合金的时效进程,但直接时效处理可使超低温变形态7050铝合金保有较高的强度和一定延伸率,其中析出和位错强化是其强化主因,而时效引起的回复和强化相析出共同促进延伸率的改善。淬火态高强7050铝合金在室温变形过程中,形变热引起基体中析出的溶质原子团簇(或GP区)和η′相与变形位错发生交互作用,导致大量剪切带(失稳区)形成,从而易引发轧板开裂或边裂,而超低温变形过程中溶质扩散受阻以致强化相析出被抑制,从而明显降低了剪切失稳区的发生,使合金能够获得均匀、稳定的塑性变形或良好的加工硬化,确保获得较高质量的超低温轧板。高强铝合金在低温下所表现出来的优异塑性变形和加工能力有望成为改善高强铝合金难变形加工的有效途径。     

高强钢中厚板不充分变形的矫直工艺研究

针对不同屈服强度的高强钢,提出了不充分变形的小压弯量3道次矫直方案,并采用ADINA有限元软件模拟矫直过程,研究屈服强度对高强钢长度方向应力、最大矫直力和宽度方向不平度的影响.最后在生产线上验证了最大矫直力和宽度方向的不平度.结果 显示,板材变形主要集中于长度方向;随着矫直道次的增加、高强钢塑性变形的累积,高强钢长度方...     

原位反应TiC_p/7075铝合金等温压缩时的性能变化研究

对原位反应TiC_p/7075铝合金与7075铝基体合金进行试验观察,绘制真应力-真应变曲线。研究原位TiC颗粒对7075铝合金塑性变形机理的影响。结果表明:流变应力随变形温度的降低而增大,随变形速率的升高而增大。在7075铝基复合材料的塑性变形过程中,在较低的变形温度和较高应变速率下,原位TiC颗粒对基体的强化作用明显;当变形温度为450℃,变形速率为0.001s^(-1)时,原位TiC颗粒已失去其强化作用。     

高强韧QPT工艺的先进钢组织调控和强韧化研究进展

先进高强钢经历了从第一代至第三代的高速发展，为汽车工业中轻量化及安全性的持续提升提供了重要保障。作为第三代先进高强钢的代表钢种之一，淬火-配分(QP)钢和淬火-配分-回火(QPT)钢近10年来发展迅速。本文从以下几个方面对QP钢及QPT钢的制备工艺和强韧化机理进行了综述：(1)从QP到QPT的工艺设计发展历程及其原理；(2)配分过程中的C配分和组织演变规律；(3)亚稳奥氏体的稳定性及其对相变诱发塑性(TRIP)效应的影响；(4)纳米析出强化的QPT钢的组织和热处理工艺设计；(5)热成形QPT钢一体化工艺；(6)QP钢、QPT钢的强韧化机制和使用服役性能。并对今后QP钢和QPT钢的制造与使用前景作出展望。     

贫铀在钢弹50m/s撞击下的显微组织演化（英文）

通过激光共聚焦、背散射衍射、透射电子显微镜和显微压痕相结合的技术研究贫铀在钢弹50 m/s撞击下显微组织的演变过程。结果表明,贫铀在钢弹撞击下会形成球冠状弹坑,弹坑直径和深度分别为5.45和1.01 mm。从弹坑边沿到基体内部,变形组织可划分为4个区域:孪晶碎化区、高密度孪晶区、低密度孪晶区和基体组织区。贫铀在动态变形过程中的主要塑性变形方式是孪生。除孪生外,位错滑移在协调塑性变形时也发挥着重要作用。最后,提出贫铀在高速撞击条件下显微组织的演变过程。     

激光冲击强化前处理对AISI9310齿轮钢低温渗碳的影响*

AISI 9310 钢是一种高强度渗碳齿轮钢，具有较好的韧性。服役过程中，齿面极易发生磨损和接触疲劳失效损伤。为有效改善 9310 齿轮钢的耐磨损和抗接触疲劳性能，实现磨损和接触疲劳性能协同强化，提出采用激光冲击（LSP）+渗碳（LC） 复合强化的技术思路，采用激光冲击强化技术对 AISI 9310 钢基体进行前处理，再对其开展低温渗碳热处理。为进一步研究 LSP 和 LC 对 9310 齿轮钢微观组织形貌的影响规律，利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射表征渗碳层微观组织形貌和截面方向的晶体学特征，并对试件截面方向的硬度进行考核。研究结果表明，AISI 9310 钢的渗碳层厚度约为 14 μm, 最大硬度约为 305.67 HV，硬化层厚度约 300 μm；LSP 前处理后，渗碳层厚度提升到 23 μm，最大硬度提升到 328.87HV，硬化层厚度提升到约 700 μm。对比发现，LSP 前处理分别可将 9310 钢低温渗碳层厚度提升 64.3%，渗碳层硬度提升 23.17 HV， 硬化层深度提升 133%。这主要是低温渗碳对 9310 钢的 Kernel 平均取向差（KAM）和小角度晶界影响较小，但是 LSP 前处理可引入塑性变形并提升小角度晶界比例，有助于碳元素扩散，促进 9310 钢低温渗碳行为，提升渗碳层厚度、硬化层硬度和厚度。初步解决了 LSP 前处理诱导微观组织缺陷促进碳元素扩散的问题，可为 LSP 复合强化提升航空齿轮关键部件服役寿命提供技术支撑。     

高碳珠光体钢挤压变形过程中的组织演变

在试验温度为650℃的情况下,对原始材料组织为层片状高碳珠光体的T8钢进行等通道角多道次挤压变形,同时根据AFM、TEM和SEM表征了材料在挤压变形过程中其渗碳体片层的组织演变过程。结果表明,层片状渗碳体有较强的塑性变形性能,通过产生扭折、断裂及弯曲等方式来缓和塑性变形所带来的剧烈影响;从二维角度观察到的变形过程及结果与从三维立体角度观察的相吻合。     

P91钢的形变强化行为

采用静力拉伸试验法研究了P91钢在566 ℃和室温时的形变强化与组织结构变化规律.结果表明,P91钢在室温条件下拉伸时自屈服至颈缩前的均匀塑性变形过程中的形变强化分3个阶段,颈缩至断裂前的局集塑性变形过程中的形变强化也分3个阶段.而在566 ℃时自屈服至颈缩前的均匀塑性变形过程中的形变强化为2个阶段.在局集塑性变形过程中,回火板条马氏体顺拉伸方向伸长变形的相对伸长量与颈缩量成双对数线性关系,马氏体板条束的位向朝拉伸方向转动的位向角与颈缩量也成双对数线性关系.塑性变形时位错组态出现胞状结构,随塑性变形量的增大,位错胞尺寸减小,并且顺拉伸方向伸长.形变强化能力决定了该钢在室温时的抗过载能力强.     

高强韧中锰钢研究现状及发展趋势

汽车轻量化的迫切需求使得具有优异性能和较低成本的汽车先进高强钢之一——中锰钢成为了研究热点。针对中锰钢的相关研究成果，分别从热处理工艺、残留奥氏体稳定性和强塑性机制3个方面进行了详细汇总。包括最新的热处理工艺，合金元素、相尺寸及形貌、取向和基体组织等对残留奥氏体稳定性的影响，层错能与变形强化机制等。最后，展望了中锰钢工业化应用的研究和发展方向。     

高强高导铜合金的研究现状与发展趋势

概述了高强高导铜合金材料的发展历程及其典型强化机理,以及不同强化机理对合金强度和导电性的影响.目前制备高强高导铜合金的几种重要方法有:铜基原位复合材料法、高密度孪晶强化法、快速凝固法、Conform+冷加工法和大塑性变形法.展望了高强高导铜合金及其制备技术的发展趋势,指出了新型大塑性变形组合加工法是制备超细晶高强高导铜基导电材料的有效方法,应努力实现其工业化生产.     

超声滚压表面复合强化研究综述

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。     

时效对含Nb低合金高强钢显微组织和力学性能的影响

研究了含Nb低合金高强钢在不同时效工艺下的力学性能和显微组织,并采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)及原位分析方法研究了时效过程中试验钢的位错组态和含Nb碳化物的析出规律。结果表明,与原始态相比,随着时效温度的增加,试验钢的强度增加,塑性和韧性降低。显微组织TEM观察和原位分析结果表明,在200～300℃时效温度范围内,随着时效温度的增加,试验钢中的位错密度大幅降低,时效诱发了含Nb碳化物的大量析出,时效后试验钢的强度增加是NbC析出强化的结果。     

等通道角挤压变形中高碳珠光体钢的组织演变

在650℃对原始组织为层片状珠光体的T8钢进行Bc路径的多道次等通道角挤压(ECAP)变形,借助SEM、TEM和AFM研究了变形过程中渗碳体片层的演变情况.结果表明:渗碳体片层表现出强烈的塑性变形能力,主要以剪切断裂、扭折、弯曲等变形方式来适应剧烈的塑性变形;四道次温变形后得到晶粒尺度均在亚微米量级的超微细复相组织(α+θ);球化完全的渗碳体颗粒粒径呈双峰分布,从三维的角度表征渗碳体的组织演变及其特性与从二维角度观察分析的结果相吻合.