700℃超超临界锅炉材料GH4700镍基合金组织演变研究

通过热压缩实验、组织分析同时结合热力学和动力学计算方法,对700℃超超临界锅炉材料GH4700镍基合金组织演变进行研究,结果表明:GH4700镍基合金具有较高的变形温度和应变速率敏感性,随着变形温度的下降和应变速率的增大,合金的流变应力迅速升高,其动态再结晶形核方式为典型的应变诱导晶界迁移形核;其热变形激活能及晶粒长大激活能分别为345.0948kJ/mol和252.05kJ/mol。     

退火温度对GH3600合金箔材组织与性能的影响

目的 探究退火温度对GH3600镍基高温合金箔材微观组织及力学性能的影响。为制备综合性能良好的GH3600箔材提供参考。方法 将厚度为2 mm的铸态板材反复轧制退火得到组织均匀的0.3 mm厚度带材,再利用四辊冷轧机将带材轧制成厚度为0.1 mm和0.05 mm的箔材,然后将2种厚度箔材在950、1 000、1 050 ℃下保温1 h后空冷。通过金相观察、电子探针、EBSD检测及XRD分析来研究箔材的微观组织演变。通过拉伸实验检测箔材的室温拉伸性能。结果 随着变形程度的增大,轧制态箔材晶粒沿轧制方向被拉长得更加明显。在相同热处理参数下,0.05 mm退火态箔材晶粒尺寸更小。退火后,箔材晶粒发生了回复再结晶并析出了细小的碳化物。随着退火温度的升高,晶内碳化物逐渐减少,孪晶界比例增大,再结晶程度及晶粒尺寸增大。0.05 mm箔材在1 050 ℃退火时,其晶粒迅速粗化,在厚度方向上出现单层晶,导致箔材的抗拉强度及延伸率出现异常降低的现象,即“越小越弱”的尺寸效应。结论 适宜的热处理工艺有助于改善箔材的微观组织,进而提高其力学性能。0.05 mm箔材在950 ℃下退火1 h时,其延伸率为19.1%,屈服强度以及抗拉强度分别达到293 MPa和560 MPa,综合力学性能良好。     

液相烧结大晶粒UO2及其烧结动力学分析

大晶粒二氧化铀(UO₂)芯块因具有低辐照肿胀、低裂变气体释放及优异的燃料包壳相互作用效应(PCI),而成为未来先进反应堆关注的候选燃料。本文采用液相烧结工艺制备大晶粒UO₂芯块，研究了液相烧结对UO₂芯块烧结性能、显微结构和烧结动力学的作用机制和影响规律。结果表明：通过添加金属铀粉形成的液相烧结可明显促进UO₂芯块的致密化速度，液相烧结UO₂芯块的烧结特征指数为2.937,烧结机理主要为晶界扩散，烧结激活能为103.00 kJ/mol,低于普通UO₂芯块的烧结激活能(110.65 kJ/mol);液相烧结UO₂芯块晶粒生长指数为2.831,晶粒生长活化能为463.97 kJ/mol,低于普通UO₂芯块晶粒生长激活能(510 kJ/mol),加入的金属铀粉形成的液相烧结可促使晶粒长大；添加金属铀粉液相烧结工艺具有不引入非铀杂质元素、加快芯块致密化速度和增大芯块晶粒尺寸的多重作用。     

冷轧及中间退火过程中GH4700镍基合金管组织演变规律研究

利用光学金相显微镜研究了GH4700合金在冷轧以及中间退火过程中的组织演变规律,建立了中间退火过程中再结晶晶粒长大方程。实验结果表明:随着冷轧变形量增大,晶粒的变形均匀性逐渐变好,GH4700合金的屈服强度和抗拉强度增大,延伸率降低;当退火温度为1130℃、保温时间为15min时,组织发生完全再结晶且分布均匀,是较合适的一次冷轧中间退火工艺;所建立的晶粒长大模型预测结果与试验值吻合较好。     

GH3625合金管材冷变形行为及热处理工艺研究

通过室温压缩试验、数学模型拟合、光学显微镜和洛氏硬度计等手段,并建立GH3625合金管材冷变形本构方程,研究了冷变形及热处理对GH3625合金管材组织和性能的影响。研究表明,GH3625合金管材加工硬化规律基本符合Hollomon方程,其中冷变形量是影响加工硬化的主要因素;随着冷变形量的增大,晶粒的变形程度增大,晶粒的变形均匀性逐渐改善,平均晶粒尺寸减小;合金的平均晶粒尺寸随热处理温度的升高呈现出先减小后增大的趋势,在1 100~1 250℃范围内晶粒长大激活能为180.46kJ/mol;硬度随热处理温度的升高而降低,且在晶粒长大过程中合金的硬度值与平均晶粒尺寸满足Hall-Patch关系式。     

轧制ZK61镁合金板材晶粒长大行为

通过对热轧的ZK61镁合金板材试样分别进行不同温度和不同保温时间的退火实验,利用金相显微镜(OM)观察显微组织,对晶粒尺寸进行分析和处理,并建立数学模型,系统研究了轧制ZK61镁合金的晶粒长大行为。研究结果表明,晶粒尺寸随着退火温度的升高与退火时间的延长而粗化,退火温度对晶粒长大的影响比退火时间的影响明显。对于ZK61镁合金在250~450℃温度区间的晶粒长大过程,其晶粒尺寸与加热时间的关系可用Beck方程D~n-D_0~n=kt描述,其中k=k_0exp[-Q_g/(RT)]。计算可得晶粒长大指数n为3.5,长大激活能Qg为45kJ/mol。     

脉冲电流处理对冷轧态GH3030合金再结晶组织性能的影响

目的 探究不同工艺参数下脉冲电流处理对冷轧态GH3030合金静态再结晶组织的影响.方法 利用电子背散射衍射(EBSD),探究脉冲电流处理(EPT)和常规退火处理(CHT)对GH3030合金静态再结晶的影响.探究了两种热处理方式下不同退火温度和时间对冷轧态GH3030合金静态再结晶体积分数、晶粒尺寸以及硬度的影响,计算两种热处理方式下不同工艺参数的静态再结晶动力学方程与激活能.结果 与常规退火处理相比,脉冲电流处理可以快速提高冷轧态GH3030合金的静态再结晶体积分数,并且得到了尺寸更加均匀的晶粒,而脉冲电流处理的合金其硬度值均小于相同条件下常规退火处理的合金.根据静态再结晶动力学方程的结果可知,脉冲电流处理的合金再结晶激活能低于常规退火处理的合金,脉冲电流处理下发生完全再结晶所需时间远远少于常规退火处理下所需时间.结论 脉冲电流处理促进了冷轧GH3030合金静态再结晶行为,并且加速了再结晶晶粒的成核和长大,但脉冲电流处理对改善GH3030合金的硬度效果不明显.     

复合成形轧制铜极薄带变形局部化的晶体塑性有限元模拟

随极薄带厚度的进一步减薄，轧制极薄带变形由于轧件厚度/晶粒尺寸比值小的尺寸效应和变形程度导致各向异性与局部化已完全不同于轧制厚件时的变形特性。采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机开展系列厚度铜极薄带的箔轧实验，结果表明复合成形轧制工艺和极薄带尺寸显著影响轧制力能参数与箔材质量。宏观有限元理论已不再适用出现这些新现象的极薄带轧制变形的建模。将嵌入初始晶粒形貌和取向等微观组织结构信息的介观晶体塑性有限元模型(CPFE)用于复合成形条件下铜极薄带轧制变形局部化的模拟与分析，指导箔轧工艺优化和提高箔材质量。晶粒层次的晶体塑性有限元模型，准确预测了单层晶铜极薄带轧制变形局部化的现象和趋势，模拟与实验的轧制力吻合较好，尤其是各向异性。随上下工作辊异速比的增大，箔材厚度方向剪切变形增强，变形带、滑移带形成且局部化趋势显著。晶粒变形局部化的差异，对轧制制备极薄带材的控形控性造成困难。     

搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒长大规律

TA2工业纯钛经过转速180 r/min、行进速度25 mm/min搅拌摩擦加工后发生剧烈塑性变形,获得晶粒尺寸均匀(平均晶粒尺寸为2μm)的细晶组织。在500～600℃对搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛进行不同时间的退火处理,利用场发射扫描电子显微镜进行组织观察及织构表征,计算晶粒生长指数和激活能,并建立数学模型,系统研究搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒长大行为。研究结果表明,搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒长大过程中织构具有稳定性,退火处理后晶粒c轴平行于加工方向。当退火温度为550℃时,部分晶粒优先长大,600℃受热下,晶粒快速长大。在500～600℃内,搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒的生长指数为3,生长激活能为328. 5 kJ/mol。研究表明,通过搅拌摩擦加工获得的细晶组织具有较好的晶粒稳定性。     

多元纳米复合氧化锌压敏陶瓷的晶粒生长

研究了多元纳米复合ZnO电压敏粉体在高温下的烧结行为.应用晶粒生长的动力学方程Gn-G0=K0texp(-Q/RT),确定了晶粒生长的动力学指数n和激活能Q.实验结果表明,随着烧结温度的提高和保温时间的延长,ZnO压敏陶瓷的晶粒不断长大,其动力学指数n=3.2,激活能Q=(185±28)kJ/mol.     

固溶处理对GH3625合金板材组织及性能的影响

通过OM、SEM、EDS能谱分析和万能拉伸试验机以及洛氏硬度计等手段研究了固溶处理对GH3625合金板材组织和力学性能的影响。结果表明:固溶处理后合金的晶粒基本上呈等轴状态,且内部存在大量退火孪晶;当固溶温度高于1 130℃时,合金中的碳化物几乎完全溶解到基体中;在890~1 190℃固溶时,晶粒尺寸随温度的升高而增加,且晶粒长大激活能Qg为227.18kJ/mol;在不同的固溶温度下,晶粒尺寸与GH3625合金的室温力学性能符合Hall-Petch关系,合金的强化机制主要为细晶强化;随着温度的升高,GH3625合金板材的断裂方式由脆性断裂逐渐演变为明显的韧性断裂。     

GH141合金的显微组织控制

研究了热处理对GH141合金显微组织的影响规律。结果表明，1080～1120℃固溶处理过程中合金晶粒的长大与主要强化相γ’及碳化物的溶解密切相关。固溶空冷试样在760～900℃时效过程中，主要强化相γ’按“台阶机制”由最初的球形颗粒逐渐粗化成为规则排列的立方体形貌，符合点阵扩散控制的“Ostwald”熟化规律，粗化激活能为276．8kJ／mol。     

定向凝固Fe-6.5wt%Si合金热压缩变形行为研究

采用Gleeble 1500热模拟机对定向凝固Fe-6.5%(质量分数)Si合金进行热压缩变形研究。结果表明,Fe-6.5%(质量分数)Si合金柱状晶组织热形变过程中很难发生动态再结晶,以动态回复为主,易产生严重的变形带;在无序相区间,在柱状晶晶界处发生动态再结晶形核,但长大受到限制,仅局限于晶界附近。与锻态等轴晶组织相比,有序相区间,两种组织形变行为基本一致,受温度影响剧烈,在无序相区间,随温度升高,等轴晶组织的形变激活能略有升高,平均值约为294kJ/mol,而柱状晶组织的形变激活能逐渐降低,平均值约为260kJ/mol。     

Nd2Fe14B/(α-Fe,Fe3B)复合纳米晶的生长动力学研究

采用X射线衍射分析(XRD)研究了Fe-Co-Nd-Dy-B非晶合金晶化过程中α-Fe、Fe3B纳米晶的生长动力学.根据纳米晶生长达到稳定状态所需的时间常数tE与退火温度Ta的关系,计算了α-Fe和Fe3B纳米晶的生长激活能为Egα-Fe=95±2 kJ/mol和E Fe3B=133±13 kJ/mol.该值远小于α-Fe和Fe3B两相的表观晶化激活能Ecα-Fe=555 kJ/mol和EcFe3B=481 kJ/mol.这表明Fe-Co-Nd-Dy-B非晶合金晶化过程中α-Fe和Fe3B纳米晶的形成主要由成核所控制.     

中间退火对高纯铝箔立方织构的影响

采用晶体取向分布函数（ODF）研究和分析了中间退火对高纯铝箔立方织构的影响。研究结果表明：中间退火对高纯铝箔冷轧形变织构影响不大,但对成品退火箔材中立方织构和R织构含量产生重要影响,在300C/2h中间退火条件下,成品箔材中再结晶立方织构物取向密度最大,R织构含量较小。     

锌硼玻璃掺杂低压ZnO压敏电阻电性能及晶粒生长动力学研究

研究了锌硼玻璃掺杂量对低压ZnO压敏电阻微观结构和电性能的影响.结果表明,当掺杂量x=0.1wt%时,可以得到较好综合性能的ZnO压敏电阻:E1mA=36.7V/mm,α=30.4,IL=0.1μA.并应用晶粒生长动力学唯象理论研究了锌硼玻璃掺杂低压ZnO压敏电阻的晶粒生长规律,探讨了锌硼玻璃掺杂对低压ZnO压敏陶瓷晶粒生长的作用机理.当烧结温度T≤1000℃时,其晶粒生长动力学指数n≈4.54,激活能Q≈316.5kJ/mol,这是由于未熔融的锌硼玻璃通过颗粒阻滞机理阻碍了ZnO压敏陶瓷晶粒的生长;而当T1000℃时,其晶粒生长动力学指数n≈2.92,激活能Q=187kJ/mol,这是由于熔融的锌硼玻璃通过液相烧结机理促进了晶粒的生长.     

GH742合金中γ''''相粗化动力学研究

采用场发射扫描电镜观察和定量金相分析等方法,研究了GH742合金在900,950,1050℃时效时,基体中γ'相的粗化规律.结果表明:合金在一定温度时效时,基体中初期析出的高密度细小γ'相随时效时间延长逐渐长大为低密度粗大γ'相,即发生Ostwald熟化;在1050℃时效2880min后γ'相形貌出现方化并沿一定方向排列;合金在时效过程中γ'相长大规律符合传统的LSW理论,并且随时效温度增高,γ'相粗化速率增加;用作图法得出了GH742合金中γ'相粗化激活能为(289.53±1.48)kJ/mol,这同Al,Ti等元素在Ni中的扩散激活能相当,说明GH742合金中γ'相的长大粗化主要由Al,Ti等元素在Ni基体中的扩散所控制.     

1235铝合金冷加工过程中组织演变

为进一步掌握铝箔坯料在冷加工过程中的组织演变规律,以1235铝合金双零箔坯料为研究对象,探究其7.0 mm厚铸轧坯料冷轧至3.8,1.8,0.9,0.5 mm过程中第二相形貌、尺寸的变化情况。结果表明,铸轧坯料冷轧一道次后均匀化退火未改变第二相的属性,只是在一定程度上改变了相的尺寸,组织内的θ相(FeAl₃)会发生溶解和均匀化扩散,且在高温下部分θ析出相形貌发生了变化,长大变成针状;后在一道次冷轧至1.8 mm过程中针状相发生了明显的“折断”,但在随后的冷轧过程中,针状相被破碎至5～8μm范围内以后再很难被进一步破碎,验证了针状第二相“硬而脆”的特性,说明在退火过程中控制尺寸>5μm第二相的数量的重要性。     

铜在碳钢中扩散及其对碳钢耐腐蚀性的影响

用水溶液电沉积法在碳钢表面电镀铜并进行高温扩散退火,用Den-Broeder法计算铜在碳钢中的扩散系数,研究了铜在碳钢中的扩散行为及其对碳钢耐腐蚀性的影响。结果表明,铜在碳钢中的扩散主要沿晶界进行,铜的扩散抑制了热处理过程中碳钢晶粒的长大。铜在碳钢中的扩散系数为1.11×10-16～3.03×10-11 cm2/s,扩散系数随着退火温度的提高而升高,随着铜浓度的提高而降低。铜在碳钢高温奥氏体区中扩散所需的激活能为126～167 kJ/mol,在高于低温铁素体+奥氏体混合区中激活能为90～108 kJ/mol。通过铜在碳钢中的扩散制备的Cu-Fe梯度材料,具有优良的耐腐蚀性。     

冷压缩和冷锻AZ31镁合金的组织演变和静态再结晶动力学研究

对AZ31镁合金进行了冷锻和冷压缩变形,并研究了其在此过程中的组织演变和再结晶动力学.实验结果表明,再结晶分数与退火时间之间的关系可以用JMAK等式采描述.根据动力学分析,可以计算出冷锻和冷压缩的再结晶激活能分别为53.5kJ/mol和85.1kJ/mol.冷压缩处理后的AZ31镁合金的再结晶激活能高于冷锻变形的,这主要与冷锻变形提供了更多的形核点有关.