Nb—Ti及其合金的上临界磁场和高场临界电流密度的进一步研究

本报告叙述的工作是研究通过加入合金元素来提高Nb—Ti上临界磁场的可能性,该研究属于12T磁体计划的内容。以前,我们曾发表过这方面初期工作的报道。在本文的第一部分将报道Nb—Ti—Ta和Nb—Ti—Hf系合金之Hc_2的进一步测量结果。尽管发现这些合金的μ_oHc_2(4.2k)比二元合金NbTi仅高～0.3T,即提高很少;然而,在很宽的Nb—Ti—Ta合金成份范围内,2k下的μ_oHc_2(2k)超过15T,其最大值达15.5T,这意味着比未合金化的Nb—Ti提高1.3T。相比之下,Nb—Ti—Hf系合金的μ_oHc_2(2k)只提高了～0.3T。Hc_2提高及含Ta与含Hf合金性能不同的原因将在下面扼要地讨论。在本文的第二部分,将讨论四种商品Nb—Ti复合线的高场临界电流密度曲线的共同特点,并根据它来估计使用Nb—Ti—Ta及其合金后能提高高场Jc。     

医用Ti-15Mo-3Nb合金稳定化处理过程中的组织性能

对医用Ti-15Mo-3Nb合金熔炼、锻造、热处理过程中发生的组织和性能的变化进行的研究。并结合相图与JMatPro-4.0软件的模拟结果来确定再结晶退火温度。结果表明,铸态和锻态下的Ti-15Mo-3Nb医用β钛合金的组织和性能很不稳定,不适合直接用于临床。该合金经再结晶退火或固溶时效处理后,合金组织均被细化,抗压强度提高,且再结晶退火后,该合金的压缩弹性模量为19.4 GPa,与人体密质骨的(17-18.9GPa)最为接近,更能满足其作为植入体对生物力学适应性的要求。     

Ti6Al7Nb和Ti6Al4V合金的热氧化行为

在600～900℃温度下,0.5～72 h时间范围内空气气氛下对Ti6Al7Nb进行热氧化,根据增重曲线计算其氧化动力学规律,利用XRD、XPS分析表面氧化层的相组成、成分和价态,并以Ti6Al4V合金做为比照.结果表明,Ti6Al7Nb合金较Ti6Al4V合金抗氧化能力更强.同等氧化条件下,Ti6Al7Nb合金的氧化速率常数(k)更小.对短时间(1 h)氧化的样品的表面分析显示:各合金元素均以最高价态或稳定价态存在,其中Al和V被富集,而Nb则贫化;另外,Ti6Al7Nb合金和Ti6Al4V合金氧化层主要由金红石型TiO2(R-TiO2)组成,Al2O3相仅出现在900 ℃Ti6Al4V合金样品中.     

退火时间对冷轧态Ti86.5Nb7.5Mo4Sn2合金显微组织及其超弹性的影响

用水冷铜模吸铸法制备Ti86.5Nb7.5Mo4Sn2(at%,下同)合金,将合金在室温下进行了冷轧(变形量为80%),然后在973 K,不同保温时间下对合金进行了退火。研究了退火时间对合金显微组织及其超弹性的影响。结果表明,冷轧后得到了晶粒细长的变形组织,该组织在973 K下固溶处理后发生了再结晶,形成了细小的等轴晶粒组织。冷轧后的合金组织主要由β相以及少量的α′′相组成,而固溶后的合金组织主要由β相以及少量的α相和α′′相组成。随着固溶时间延长,合金的晶粒尺寸逐渐增大。固溶处理后的合金在室温下表现出超弹性,其马氏体诱发临界应力σSIM与晶粒尺寸的关系满足Hall-Petch方程。因此,减小合金晶粒尺寸,可有效提高合金的超弹性性能。     

Ti-50.6%Ni合金室温受压时的伪弹性表现

在室温下研究了Ti50．6％Ni(原子百分数)合金在7种状态(拉拔、回复、再结晶、同溶、低温时效、中温时效、高温时效)下的压缩伪弹性。结果表明，合金在室温受压时有明显的伪弹性表现，总回复率可达90%。合金的压缩伪弹性主要与应力诱发R相有关。热处理丁艺对合金的室温压缩伪弹性有显著的影响。高温时效态的压缩回复率最高，回复态和中温时效态的较低。     

形变退火态Ti-50.8Ni-0.1Nb合金的相变和形状记忆行为

用XRD、光学显微镜、示差扫描量热仪和拉伸实验研究退火温度(t_a)对冷拉Ti-50.8Ni-0.1Nb(摩尔分数,%)合金组织、相变和形状记忆行为的影响。结果表明:350～700℃退火态Ti-50.8Ni-0.1Nb合金由马氏体M(B19′,单斜结构)和母相A(B2,Cs Cl型结构)组成。随t_a升高,合金组织形貌由纤维状变为等轴状,再结晶温度约为580℃;合金冷却/加热相变类型由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型向A→M/M→A型转变(R-R相,菱方结构),R相变温度降低,M相变温度和热滞先升高后降低,R相变热滞为6.7～9.8℃。350～550℃退火态合金的抗拉强度高于600～700℃退火态合金的,伸长率则远低于后者的。400～550℃退火态合金呈形状记忆效应,350℃退火态和600℃及以上温度退火态合金呈超弹性。随应力-应变循环次数增加,合金应力-应变曲线的平台应力下降。400～550℃退火态合金的形状记忆效应和600℃及以上温度退火态合金的超弹性稳定性良好。     

Nb、Ti低合金高强度冷轧薄板退火工艺对机械性能的影响

采用硬度法测得Nb、Ti低合金高强度冷轧薄板的再结晶温度为600℃,再结晶温度以下退火时,钢的屈服强度随温度和时间的增加而降低,延伸率则增大;再结晶温度以上退火时,钢的屈服强度及延伸率变化不明显。实验提出合理选择热轧钢坯的强度,可避免不必要地增大冷轧机的负荷。     

时效温度对Ti-50.8Ni-0.1Nb合金相变和形状记忆行为的影响

采用X射线衍射仪、示差扫描量热仪、激光扫描共聚焦显微镜、TEM和拉伸实验研究了时效温度(t_(ag))对(300,400,500,600℃;1h)时效态Ti-50.8Ni-0.1Nb形状记忆合金相变、组织和形状记忆行为的影响。结果表明:300～600℃时效态Ti-50.8Ni-0.1Nb合金的相组成为B2和B19′。随t_(ag)升高,合金冷却/加热相变类型发生由A→R→M/M→R→A型向A→M/M→A型转变(A—母相B2,Cs Cl结构;R—R相,菱方结构;M—马氏体相B19′,单斜结构),R相变温度先升高后降低,M相变温度先降低后升高再降低;R和M相变热滞分别在3.8～12.0℃和8.7～131.7℃之间变化。随t_(ag)升高,合金中Ti_3Ni_4析出相的形态发生由点状→针状→透镜状→片状转变。400、500℃时效态合金的抗拉强度高于300、600℃时效态合金的,其伸长率则低于后者。300、400、600℃时效态合金呈超弹性,500℃时效态合金呈形状记忆效应。随应力-应变循环次数增加,合金的应力-应变曲线平台应力下降并趋稳,300、400℃时效态合金的超弹性稳定性良好。     

合金化元素Ti对Laves相Cr_2Nb力学性能及耐蚀性的影响

采用真空非自耗电弧熔炼工艺制备了Cr2Nb-XTi(X=5,10,15,at%)合金,利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD)仪,扫描电镜(SEM)对电弧熔炼态铸锭的组织进行了研究,探讨了合金化元素Ti的含量对Laves相Cr2Nb力学性能及耐蚀性的影响。结果表明:3种成分的电弧熔炼态合金凝固组织主要由C15-Cr2(Nb,Ti)相和六方的β-(Ti,Nb)以及体心立方结构的β-(Nb,Ti)相组成。在5Ti和10Ti合金冷速较小的铸锭上部凝固组织中出现了亚稳相C14-Cr2(Nb,Ti)。通过对合金力学性能研究表明,随合金化元素Ti含量的增加,Laves相Cr2Nb合金的显微硬度逐渐降低,断裂韧性增大,当Ti含量达到15at%时,合金的断裂韧性达到了3.1 MPa·m1/2,比单相Laves相Cr2Nb提高1倍。另外,对腐蚀性能的测试表明,Ti含量增加材料腐蚀性能下降,但15Ti合金仍表现出良好的耐蚀性。     

Nb含量及退火温度对FeCrAl合金力学性能的影响

通过添加不同含量的Nb,采用MTS测量拉伸性能,并结合OM、SEM、EDS分析热轧态及退火态组织,研究了Nb含量及退火温度对耐事故燃料FeCrAl合金力学性能的影响,从而优化合金成分及热处理工艺。结果表明,Nb含量为1.2%Nb(质量分数)时较为合适,其影响机制与热处理过程中形成的第二相相关。建议热处理工艺为:去应力退火温度为600℃,部分再结晶退火温度为800℃,完全再结晶退火温度为1000℃。     

贝氏体与马氏体相变及应用的研究

系统总结了清华大学相变及复相新材料研究组近年来在贝氏体相变领域关键性的最新研究成果，包括三维巨型及纳米台阶存在的客观性和普遍性，台阶阶面的可动性，贝氏体条的内部超精细结构，贝氏体浮突的特征及本质，贝氏体碳化物的来源及形成模型，马氏体浮突的扫描隧道显镜及原子力显微镜研究。     

贝氏体和马氏体相变及应用的研究

系统总结了清华大学相变及复相新材料研究组近年来在贝氏体相变领域关键性的最新研究成果，包括三维巨型及纳米台阶存在的客观性和普遍性、台阶阶面的可动性、贝氏体片条的内部超精细结构、贝氏体浮突的特征及本质、贝氏体碳化物的来源及形成模型、马氏体浮突的扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）及原子力显微镜（ＡＦＭ）研究；进一步论述贝氏体相变的激发形核－台阶长大（ＳＮＬＧ）机制，并用ＳＮＬＧ机制解释了贝氏体的多层次复杂亚结构；同时，还论述了空冷贝氏体／马氏体复相钢的工业应用。     

粘涂与电刷镀复合技术的开发与应用

介绍了将粘涂和电刷镀两种不同的表面修复技术合二为一的新型表面修复技术。     

TiAl的脆断行为及其组织和氢化物产生的影响

研究了TiAl金属间化合物的组织结构和氢化物含量对屈服强度σ_(ys),解理断裂强度σ_F以及断裂韧性K_(Ic)的影响.结果表明,对单相γ,随等轴晶粒尺寸降低,σ_(ys)和σ_F略有升高,如出现层状结构(α+γ2两相),则σ_(ys),σ_F和K_(Ic)明显上升,氢化物使σ_(ys)上升但使K_(Ic)下降,层状结构的氢脆敏感性要比等轴γ的小. 合金中解理裂纹形核的阻力随着裂纹的扩展而不断增大,呈现稳态扩展,跟踪裂纹的形核和扩展,发现当裂尖塑性区及其变形量发展到临界值后,解理裂纹在塑性区中沿滑移带形核。     

铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况

分析了铝与钢的焊接性,综述了国内外铝与钢异种金属焊接的研究与发展状况,重点介绍了目前应用于铝与钢连接的焊接方法,并对各种焊接方法的优缺点作了分析比较.     

氢及形变对Fe-Cr-Ni-Mn-N系不锈钢组织和性能的影响

用金相显微镜、X射线衍射仪、透射电镜、磁强计等技术结合拉伸试验,研究了气相充氢与拉伸形变对三种奥氏体稳定性不同的Fe-Cr-Ni-Mn-N不锈钢马氏体转变和力学性能的影响,取得了一些定量的数据.结果表明,拉伸形变促进ε和α’马氏体在奥氏体不稳定的钢中的生成,而氢的存在能促进ε马氏体转变但抑制α’的产生.奥氏体不稳定的Fe-Cr-Ni-Mn-N钢比奥氏体稳定的同类钢抗氢脆能力差得多,这与ε马氏体的出现有关.     

某油气厂污水系统腐蚀及结垢原因分析与防护

利用一家滨海油气处理厂停产检修的时机检测了污水处理系统管道的腐蚀及结垢情况,结果表明腐蚀速率最高可达2.2 mm/a,结垢速率达12～14mm/a.本文还对腐蚀及结垢的原因进行了初步分析,并提出了防护意见.     

20钢渗硼过程中硼化物形核和生长的TEM观察及室温形变的影响SCIEI

本文采用单向减薄制样法在透射电镜下直接观察了20钢渗硼初期硼化物的形核和生长特性及室温形变的影响。X射线及电子探针分析结果表明:渗硼初期试样表层仅有Fe_2B形成;表层硼原子浓度与形变量之间具有单调增长的关系;偏聚于位错胞壁之中的硼原子阻碍了形变组织的恢复和再结晶,加速了硼化物的形核和长大。     

AZ91 Mg—Al合金中β—（Mg17Al12）析出相的形态及其晶体学特征

应用透射电镜研究了时效AZ91 Mg-Al合金连续析出相的显微组织形态及晶体学特征。发现四种不同形态和晶体学特征的β-（Mg17Al12)析出相,共中占绝大多数的是板条状板出相,沿基面（0001）α析出的板条析出相与基体保持Burgers位向关系,生长方向为[7,2,-/9,0];其晶体学特征与由不变线应变原理预测的完全一致,第二类析出相是其轴线与其面垂直的六棱柱体,六个棱柱面都是{1100}α{110}β与基体保持对称性好的Crawley位向关系,另有少量短棒状同相与基体保持Porter位向关系,实验中还观察到一种未见报道过的位向关系。讲座了形态不同形态和晶体学特征的机制。     

铀材料制备与铀部件成形技术发展综述

金属铀作为一种战略核材料,在人类历史上起着举足轻重的作用。在核工业需求的牵引下,铀及其合金部件的成形制造技术也在不断发展。本文从工程角度梳理了铀材料制备及铀部件成形技术的发展,具体介绍了铀合金制备和铀材料纯化技术,并主要从塑性成形和铸造成形两方面说明了铀部件的制造方法。针对铀部件制造的特殊性,指出面向未来其技术更加关注于安全性、环保性和智能化的发展趋势。