利用SRIM分析辐照对碳化物和氧化物陶瓷的影响

弥散强化在改善合金性能方面发挥着重要作用,而碳化物和氧化物陶瓷作为常用的弥散强化颗粒,其稳定性对于应用于恶劣环境的核反应堆中的合金非常重要,因此研究SiC、TiC、ZrC、Al₂O₃、Y₂O₃ 和 ZrO₂的抗辐射性具有重要意义。利用 SRIM 程序模拟了不同能量、不同类型的入射离子对不同材料的影响,分析了不同辐照剂量下氧化锆的辐照损伤。结果表明,随着入射离子能量的增加,入射离子在靶材中的分布趋于均匀,入射离子的停止位置和靶材的损伤深度有所增加。入射离子的种类不同,对靶材的损伤程度也大不相同,不利于对比材料的抗辐射能力。在相同的辐照条件下,入射离子的分布随辐照剂量的增加保持不变,但辐照损伤会不断累积直至饱和。在6种物质中,氧化锆和碳化锆的抗辐射性能较好。对氧化锆增强的钨合金在700 ℃进行碳离子辐照实验,发现氧化锆具有良好的辐照性能。     

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF DEPOSITING LOW–ENERGY ATOM Ti ON Ti(0001) SURFACE

采用嵌入原子势, 运用分子动力学 (MD) 研究了Ti(0001) 表面低能沉积不同能量Ti原子时表面吸附、溅射和空位的变化. 低能Ti原子沉积Ti(0001) 表面过程
中, 存在一个溅射能量阈值, 其值大约为40---50 eV. 入射原子能量低于溅射阈值时, 入射原子可以认为是沉积原子; 入射原子能量大于溅射阈值时, 溅射产额随入射原子能量的增加而线性增加. 表面吸附原子和溅射原子的分布都呈现6次旋转对称, 当入射原子能量大于溅射阈值时, 表面吸附原子主要是基体表层原子, 入射原子直接成为表面吸附原子的概率很小. 空位缺陷主要分布在基体的最表层, 当入射原子能量大于溅射阈值时, 基体次表层产生的空位缺陷随入射原子能量的增加而增多.     

Ti(0001)表面低能沉积Ti原子的分子动力学模拟

采用嵌入原子势,运用分子动力学(MD)研究了Ti(0001)表面低能沉积不同能量Ti原子时表面吸附、溅射和空位的变化.低能Ti原子沉积Ti(0001)表面过程中,存在一个溅射能量阈值,其值大约为40-50 eV.入射原子能量低于溅射阈值时,入射原子可以认为是沉积原子;入射原子能量大于溅射阈值时,溅射产额随入射原子能量的增加而线性增加.表面吸附原子和溅射原子的分布都呈现6次旋转对称,当入射原子能量大于溅射阈值时,表面吸附原子主要是基体表层原子,入射原子直接成为表面吸附原子的概率很小.空位缺陷主要分布在基体的最表层,当入射原子能量大于溅射阈值时,基体次表层产生的空位缺陷随入射原子能量的增加而增多.     

金属Nb级联碰撞的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究了bcc结构Nb在辐照损伤初期因辐照诱发位移损伤形成和演化的微观过程以及原子机制。选取初级离位原子(primary knock-on atom,PKA)能量5～50 keV,模拟温度300 K,研究了Nb中级联碰撞产生的缺陷数量及其分布随模拟时间的演化,PKA能量对稳定Frenkel缺陷数目的影响,缺陷团簇的分布等。研究结果显示,级联碰撞会在体系中产生辐照缺陷,Frenkel缺陷对数目和不同的PKA能量区间(5～30 keV和30～50 keV)之间满足不同的幂函数关系,所形成的缺陷大多数以点缺陷的形式存在,空位团簇成团率17%～35%,间隙原子团簇成团率23%～40%,PKA能量越高,空位越容易形成较大的团簇;级联碰撞产生的间隙原子形成了大量的沿<110>方向的哑铃型结构;当PKA能量高于30 keV时,级联碰撞将产生1/2<111>间隙型位错环和<100>空位型位错环。     

磁控溅射制备AlN薄膜的蒙特卡罗模拟

应用蒙特卡罗程序TRIM对Ar+轰击AIN的微观过程进行了模拟.对不同能量以及不同角度下Ar+轰击AlN引起的溅射产额进行了系统的研究.随着入射离子能量的逐渐增加,AlN的溅射产额呈上升趋势.AlN的溅射产额随入射角增加而逐渐升高,在75°左右达到峰值,超过75°后,溅射产额急剧下降.实验发现垂直入射时和斜入射时,Al和N两元素的分溅射产额的比值变化规律有着明显的不同.     

混合辐照场对烧结Nd_2Fe_(14)B永磁体的影响

研究了混合辐照场对烧结Nd_2Fe_(14)B永磁体磁性能的影响。混合辐照场对45SH和52N两种永磁体有不同的影响,磁体的磁通量经辐照后都有所降低。52N磁体的磁通量降低较为明显,达到了6.205%,而45SH磁体磁通量仅降低了0.205%。辐照后将永磁体再次磁化至技术饱和,磁通恢复率均在99.8%以上,说明辐照没有改变永磁体的晶体结构,XRD分析也证明了这一点。辐照退磁机理与入射粒子的能量和剂量有关,当入射粒子剂量较低时,辐照退磁与热退磁机理相同。     

钛在模拟空间环境下的摩擦学性能

为了明确钛及其合金在空间环境下的摩擦磨损行为,利用中科院兰州化学物理研究所自主研发的空间摩擦学试验系统对钛在模拟空间环境(高真空、原子氧和紫外辐照)下的摩擦磨损性能进行了研究。用X光电子能谱仪(XPS)分析了钛在原子氧辐照后表面元素价态的变化。采用扫描电镜(SEM)对磨损后试样和对偶钢球的磨痕形貌进行分析,利用能量色散光谱仪(EDS)对钢球磨痕元素面分布进行分析,揭示了钛在模拟空间环境下的摩擦磨损失效机理。结果表明:钛在原子氧辐照后表面发生了氧化;钛在大气环境条件下的摩擦磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损,在高真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理主要为严重的粘着磨损、磨粒磨损和塑性变形。相比于大气环境条件下,钛在高真空、原子氧和紫外辐照下的粘着磨损加剧,摩擦因数增加。     

强流脉冲离子束辐照45钢表面热效应的模拟

以Fourier瞬态传热方程为基础,确定了强流脉冲离子束(HIPIB)热效应的基本传热方程,对靶材45钢进行不同能量参数的HIPIB辐照热效应的模拟计算.针对离子注入金属内部的情况,在模拟束流加载方式上分别采用体加载和面加载,比较了两种加载计算结果之间的差距.本算法的另一个改进就是在高能量辐照下,用单元死活法对蚀坑部分材料的消失进行模拟.结果表明,用单元死活法模拟单元的失效,更能符合HIPIB辐照金属表面热效应的蚀坑机制;单元死活法对靶材的升温过程没有明显影响,但对冷却阶段,可以显著提高模拟的精度.     

空间环境因素对涂层型自润滑关节轴承磨损寿命影响规律及机理

目的 探究典型空间环境因素对涂层型自润滑关节轴承寿命的影响。方法 通过非平衡磁控溅射技术在GE17型关节轴承表面沉积了H-DLC(含氢类金刚石)薄膜,并使用自主研发的关节轴承磨损试验机,分别在大气、真空、原子氧侵蚀、紫外辐照4种环境下,对关节轴承进行了全寿命试验,通过扫描电子显微镜和白光三维轮廓仪等仪器,对关节轴承内外圈磨痕进行了表征。结果 在不同环境下关节轴承磨损过程中的摩擦扭矩信号和摩擦面温度信号都可以作为轴承磨损失效的物理信号,但是温度信号的突变点要早于扭矩信号;在大气、真空、原子氧侵蚀、紫外辐照4种环境下,关节轴承平均磨损寿命分别为87.48、30.55、17.06、29.37 h,轴承在4种环境下都主要发生黏着磨损和磨粒磨损,在原子氧侵蚀后的轴承还存在一定的氧化磨损。此外,轴承内圈磨损比轴承外圈更加严重,轴承外圈更容易吸附大量球状磨屑。结论 真空环境导致轴承内外圈产生的摩擦热不能快速排出,因此轴承摩擦接触面温度较高,H-DLC薄膜性能下降,导致轴承磨损寿命大幅度降低,原子氧侵蚀会导致H-DLC薄膜部分氧化分解,在原子氧侵蚀后轴承磨损寿命进一步降低,而紫外辐照对轴承磨损寿命影响不大。     

THERMAL EFFECT SIMULATION OF 45# STEEL SURFACE IRRADIATED BY HIGH INTENSITY PULSED ION BEAMS

以Fourier瞬态传热方程为基础, 确定了强流脉冲离子束(HIPIB)热效应的基本传热方程, 对靶材45钢进 行不同能量参数的HIPIB辐照热效应的模拟计算. 针对离子注入金属内部的情况, 在模拟束流加载方式上分别采 用体加载和面加载, 比较了两种加载计算结果之间的差距. 本算法的另一个改进就是在高能量辐照下, 用单 元死活法对蚀坑部分材料的消失进行模拟. 结果表明, 用单元死活法模拟单元的失效, 更能符合HIPIB辐照金属表 面热效应的蚀坑机制; 单元死活法对靶材的升温过程没有明显影响, 但对冷却阶段, 可以显著提高模拟的精度.     

热输入对QT900对接焊CGHAZ韧性的影响

文中采用热模拟技术、显微分析技术和断口分析等手段,研究了焊接热输入对QT900连续油管对接焊焊接热影响区粗晶区冲击韧性的影响规律及其脆化机理.结果表明,5 kJ/cm的焊接热输入下热影响区粗晶区可获得板条束细小的针状贝氏体,有利于吸收冲击能量,冲击韧性优良;随着焊接热输入从5 kJ/cm增大到10 kJ/cm,热影响区粗晶区晶粒尺寸增大,贝氏体铁素体板条变宽,并且沿着原始奥氏体晶界析出了网状的仿晶型铁素体,导致热影响区粗晶区韧性的恶化.     

低合金高强钢大热输入焊接热影响区组织性能

利用MMS-200热力模拟试验机研究了610 MPa级低合金高强度钢不同热输入焊接热影响区粗晶区(coarse grain high affected zone,CGHAZ)的组织和性能.结果表明,随着热输入的增加,试验钢CGHAZ组织逐渐粗大,低温冲击吸收功下降,但在80～100kJ/cm的大热输入冲击下,热影响区仍...     

铝合金薄板搅拌摩擦焊温度场模型

根据能量检测系统得出的搅拌摩擦焊接实时功率,结合M.Song等人提出的热输入模型,在此提出了简化的热输入模型.在深入考虑焊接过程的具体条件后,利用ANSYS有限元分析程序建立随热源一起移动的坐标系,模拟出瞬态温度场以及焊缝及母材区任何位置上的热循环曲线.通过模拟结果与热电偶测得的特征点温度曲线的比较,验证了热模型和模拟方法的正确性.     

X70管线钢焊接热影响区组织和韧性研究

通过焊接热模拟的方法，研究了焊接线能量对X70管线钢焊接热影响区组织和低温韧性的影响。结果表明，在25kJ／cm的焊接线能量下，热影响区粗晶区的组织发生粗化，韧性显著降低；随着焊接线能量增加，低温韧性进一步恶化。然而，焊接线能量对细晶区的组织和低温韧性影响不大，在60kJ／cm的大焊接线能量下．细晶区仍能获得优良的低温韧性。     

Microstructure and mechanical properties of heat-affected zone of 680MPa grade steel endured thermal cycle of double-wire SAW

Based on the measured thermal cycle of double-wire submerged arc welding (SAW), the gleeble thermal test was performed. Meanwhile, the Charpy V-notch impact test at -50℃ and hardness test at room temperature were carried out after the thermal test. Thermally cycled microstructure and fracture surfaces were observed too. The results indicate that impact toughness of heat-affected zone (HAZ) at -50℃ is lower than that of parent metal with different wire spacing and welding speed. The microstructure of coarse-grains heat-affected zone (CGHAZ) is mainly made up of lath bainite with serious brittleness. The study also shows that a smaller energy input could be adopted to ensure the toughness of welded joints at the welding process in a common molten pool, while a higher energy input could be exerted to enhance welding efficiency at the welding process in two separate molten pools.     

船板生产工艺对高热输入焊接性能影响的对比与分析

利用热模拟技术研究了两种成分船板分别通过传统热轧和热机械轧制生产,经高热输入焊接后热影响区各区域的性能,观察了组织形态和晶粒尺寸的变化.结果表明,完全重结晶区性能与母材无关,部分重结晶区和粗晶区性能与母材性能有直接关系.粗晶区是热影响区中性能最薄弱的部位.碳当量是决定组织形式和韧性的主要因素,采用TMCP工艺有利于提高高热输入焊接性能.低碳当量设计和TMCP工艺相结合是生产具有良好高热输入焊接适应性船板的合理方法.     

Selective ion-induced grain growth: Thermal spike modeling and its experimental validation

Ion-bombardment-induced selective grain growth is a process that allows for full control of the orientation of vapor-deposited thin films, which can be converted from fiber-textured polycrystalline to single-crystal films. The main mechanisms behind this phenomenon are explained by a new thermal spike model, which takes into account and compares the different driving forces governing the film microstructure evolution upon irradiation and emphasizes the importance of the thermal spike shape and volume. The strong agreement between model and experimental data confirms that selective grain growth is driven by the minimization of the volume free energy.     

12Cr1MoV耐热钢管焊接温度场模拟与试验验证

为了得到珠光体耐热钢12Cr1MoV合理的钢管焊接热输入,准确预测焊接热影响区宽度,能够提供典型位置的热循环曲线,掌握和预测焊后热影响区及附近区域组织转变规律,采用ANSYS有限元软件对钢管焊接过程进行数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行比较.结果表明,采集特征点热循环曲线与模拟结果非常吻合;焊接热影响区宽度模拟值与实测值基本一致;焊缝区以针状铁素体为主,热影响区主要是先共析铁素体和伪共析索氏体,过热区有少量铁素体和粒状贝氏体.     

Effect of Zr Addition on the Microstructure and Toughness of Coarse-Grained Heat-Affected Zone with High-Heat Input Welding Thermal Cycle in Low-Carbon Steel

Microstructures and toughness of coarse-grained heat-affected zone (CGHAZ) with high-heat input welding thermal cycle in Zr-containing and Zr-free low-carbon steel were investigated by means of welding thermal cycle simulation. The specimens were subjected to a welding thermal cycle with heat inputs of 100, 400, and 800 kJ cm^?1 at peak temperature of 1673 K (1400 °C) using a thermal simulator. The results indicate that excellent impact toughness at the CGHAZ was obtained in Zr-containing steel. The Zr oxide is responsible for AF transformation, providing the nucleation site for the formation AF, promoting the nucleation of AF on the multi-component inclusions. High fraction of acicular ferrite (AF) appears in Zr-containing steel, acting as an obstacle to cleavage propagation due to its high-angle grain boundary. The morphology of M-A constituents plays a key role in impact toughness of CGHAZ. Large M-A constituents with lath form can assist the micro-crack initiation and seriously decrease the crack initiation energy. The relationship of AF transformation and M-A constituents was discussed in detail.     

工业纯铝焊接热影响区晶粒生长的模拟

结合焊接工艺试验和热模拟试验,运用蒙特卡罗(MC)技术模拟了工业纯铝L1060焊接热影响区(HAZ)晶粒生长过程。首先应用试验和统计学的方法确定了工业纯铝L1060晶粒生长的动力学模型,然后计算了焊接热循环,同时基于蒙特卡罗技术编制了模拟程序,最后在不同焊接热输入情况下,模拟了晶粒生长过程。模拟结果与试验结果非常接近,为评定焊接工艺和材料焊接性提供了依据。