钢锭开坯过程空洞缺陷闭合过程的数值模拟研究

采用数值模拟技术结合实际锻造工艺,研究钢锭开坯过程空洞缺陷的闭合规律。研究结果表明:沿轴线分布的空洞直径为钢锭直径130时,当镦粗压下量为50%时,除难变形区的空洞外,其他位置的空洞都可以闭合;当空洞直径不大于钢锭直径120时,空洞尺寸对空洞闭合表征参数Q的临界值没有影响,其值为0. 3;对于镦粗过程难变形区未闭合的空洞,在后续经过5道次拔长,完全可以闭合。该研究结果对钢锭开坯过程空洞缺陷压实具有一定的指导作用。     

25Cr2Ni4MoV钢锻造过程孔洞缺陷愈合规律研究

实测了核电转子用25Cr2Ni4MoV钢的高温应力应变曲线和热物性参数,基于ABAQUS软件建立了锻造过程孔洞闭合的有限元模型,模拟了不同温度和变形量下的孔洞闭合行为.研究发现,典型的孔洞闭合过程分为3个阶段,即闭合速率减小-增加-再次减小.模拟结果表明,900—1200℃时孔洞几乎在同一压下率(约25%)下闭合,即孔洞闭合对变形温度不敏感.在模拟结果的基础上,进一步设计了孔洞闭合后焊合过程的物理模拟实验,研究了恒应变速率(0.01s~(-1))下压下率(25%-45%)和变形温度(900-1200℃)对闭合孔洞焊合过程的影响.焊合界面的拉伸实验结果表明,较高的温度和闭合后持续的塑性变形能极大地促进闭合界面的焊合,当变形温度大于1000℃,压下率为35%时,闭合界面结合强度可达基体强度,孔洞实现完全焊合;当温度降至900℃时,孔洞需45%的压下率才能完全焊合.最后,基于拉伸断口的形貌,对影响孔洞焊合的因素进行了讨论.     

应变速率对充氢SA508-III钢氢脆敏感性的影响

采用高温高压气相热充氢方法将氢充入SA508-III钢,通过比较不同应变速率充氢钢的拉伸变形行为,考察氢对SA508-III钢氢脆敏感性的影响。结果表明,随应变速率降低,钢的屈服强度增加幅度减小,而钢的氢脆敏感性增强。钢的氢脆主要取决于氢与位错的相互作用,当应变速率高于5.21×10~(-3)s~(-1)时,柯氏氢气团的迁移速率跟不上位错的滑移速率,氢对位错源开动的阻碍作用增强,因而屈服强度增加幅度加大。当应变速率低于5.21×10~(-3)s~(-1)时,柯氏氢气团随可动位错一同运动,此时氢对位错源开动阻碍作用减弱,因而屈服强度增加幅度减小,但位错可将氢传递到碳化物与基体界面处,造成局部氢浓度升高,形成氢致裂纹,裂纹扩展进入铁素体基体内形成准解理断裂,故SA508-III钢的氢脆敏感性增加。保持SA508-III钢低氢脆敏感性的最大应变速率为5.21×10~(-3)s~(-1)。     

核压力容器用SA508Gr.4N钢加热过程中的奥氏体相变

采用Formastor-FⅡ型热膨胀装置测定了SA508Gr.4N钢在不同加热速率下连续奥氏体化过程的热膨胀曲线,研究了该钢的连续奥氏体化相变行为,发现当加热速率较低时,相变开始温度较低,且相变温度区间延长。建立了SA508Gr.4N钢奥氏体化相变的Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)方程,并根据试验数据拟合得出奥氏体化相变激活能Q约为1.151×10~6J/mol,J-M-A方程参数n=0.67,lnk_0=129.6。根据J-M-A动力学方程推导出不同温度下等温奥氏体相变动力学曲线,随着保温温度的升高,奥氏体化进程加快,奥氏体化相变速率增大。根据等温奥氏体相变动力学曲线获得了SA508Gr.4N钢的温度-时间-转变量曲线。     

钛合金TC4真空自耗熔炼工艺参数对宏观偏析影响

采用Fluent软件模拟了钛合金TC4真空自耗熔炼过程中温度场、流场和溶质场相互作用,研究了与铸锭直接相关的3个工艺参数(熔速、铸锭上表面温度和冷却强度)对铸锭宏观偏析的影响规律。结果表明：不同熔炼条件下,在铸锭1000 mm高度处的铁元素径向偏析均呈钟形分布,即铸锭芯部为正偏析,表面区域为负偏析,且负偏析程度均大于正偏析。熔炼速度对铸锭温度场和宏观偏析的影响最为明显：当熔炼速度由0.15 mm/s增加到0.18 mm/s时,铸锭达到稳定熔炼阶段时的高度由1200 mm增加到1600 mm,熔池深度由494 mm增加到738 mm。当距铸锭中心距离小于130 mm时,偏析随熔炼速度增加而减小,在熔炼速度为0.15 mm/s时达到最大值,为3.36%;当距铸锭中心距离大于295 mm时,偏析随熔炼速度增大而增大,在熔炼速度为0.21 mm/s时达到最大值6.23%。铸锭上表面温度和冷却强度对宏观偏析和熔池深度的影响不明显。通过正交分析得到3个主要工艺参数对宏观偏析影响程度为：熔炼速度>冷却强度>铸锭上表面温度,并得到最优工艺参数为熔炼速度0.15 mm/s、铸锭上表面温度21...     

甲烷与氢气的流量比在高功率下对金刚石膜生长的影响

目的 在实验室自制的10 kW微波等离子体化学气相沉积装置中,系统分析甲烷与氢气的流量比在高功率微波等离子体环境中对金刚石膜生长的影响。方法 利用等离子体发射光谱诊断分析高功率微波等离子体放电环境的特征,同时利用SEM及Raman光谱对不同沉积条件下获得的金刚石膜的形貌及质量进行表征,以确定高功率微波馈入情况下甲烷流量的调控原则。结果 微波功率的提高可以有效地增加等离子体中的电子密度,产生更多活性H原子以及CH和C2等有利于金刚石膜生长的含碳气团。在保持微波功率为5000 W、氢气流量为300 mL/min、腔体气压为13 kPa和基片温度为(950±20) ℃的实验条件下,当Q(CH4)/Q(H2)<1.0%时,金刚石膜中二次形核现象明显,晶粒尺寸较小;当1.0%≤Q(CH4)/Q(H2)≤2.0%时,可获得晶粒完整且质量较高的金刚石膜;当Q(CH4)/Q(H2)>2.0%,金刚石膜可获得较大的晶粒,但易产生孪晶。结论 提高微波功率利于活性氢原子的产生,可更充分地活化含碳大分子气体。在本实验条件下,当1.0%≤Q(CH4)/Q(H2)≤ 2.0%时,所制备的金刚石膜具有较高的质量。     

铝含量对(Zr_(0.761)Cu_(0.147)Ni_(0.092))_(93-x)Al_(7+x)非晶合金的热稳定性及其力学性能的影响

采用铜模吸铸法制备(Zr_(0.761)Cu_(0.147)Ni_(0.092))_(93-x)Al_(7+x)(x=0,1,2,3,5,7(摩尔分数,%))块体非晶合金,采用同步示差扫描量热仪(DSC)、万能试验机和显微硬度计测试各试样的过冷液相区、压缩塑性和显微硬度,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段对其微观结构和力学性能的关系进行分析。结果表明:随着Al含量的增加,(Zr_(0.761)Cu_(0.147)Ni_(0.092))_(93-x)Al_(7+x)非晶合金的玻璃转变温度T_g、初始晶化温度T_x均呈现增大的趋势,而过冷液相区ΔT_x先增大后减小,在x=3时达到最大的94 K。合金塑性变形ε_p随着Al含量的增加先增大后减小,在x=3时达到最大值为15.82%;合金屈服强度σ_s和显微硬度HV都呈现增强的趋势,在x=7时取得最大值,分别为1713和4095 MPa。     

碳纤维复合吸波材料的频散特性影响规律研究

目的归纳总结碳纤维长度和含量对碳纤维复合吸波材料(CFCAM)频散特性的影响规律。方法以水性聚氨酯(PR)为基体树脂,碳纤维(CF)为填料,制备了不同长度和含量的CFCAM,采用扫描电镜和X射线衍射仪对CF改性前后的微观形貌和物质结构进行表征,用矢量网络分析仪测试CFCAM介电常数(ε),归纳总结出CF长度、含量对CFCAM的频散特性的影响规律。结果随着CF长度的增大,CFCAM的ε先增大后减小,当CF长度为3 mm时,CFCAM不仅具有较好的频散特性,实部(ε′)和虚部(ε′′)都较大;随着CF含量增大,CFCAM的?增大,当CF质量分数为0.9%时,ε′达到18左右,ε′′达到9左右,预示着该含量下CFCAM有较大的储存能量的能力,并且对电磁波有较强的电损耗能力。结论 3 mm碳纤维在质量分数为0.9%时具有较好的频散特性,适宜用来制备吸波性能强、频带宽的雷达吸波涂层材料。     

载荷比对AP1钢轨门坎值的影响

测定轨钢疲劳裂纹扩展的门坎值ΔK_(th),可为钢轨的疲劳设计、选材、工艺、热处理制度以及钢轨的维修养护提供重要的参数和依据。本文用降载法研究了应力比R对ΔK_(th)值的影响。指出由于存在裂纹闭合现象,R-ΔK_(th)为两段曲线:当R≥0.582时,ΔK_(th)=19.09kg·mm~(-3′2);当0.2≤R≤0.582时,ΔK_(th)=30.01-18.76R。     

氧化硅气凝胶对Al-4Cu-0.1Sn合金组织与性能的影响

采用铸造、冷轧和T6热处理制备了SiO₂气凝胶(SA)增强铝基复合材料。研究了SA含量对Al-4Cu-0.1Sn合金显微组织(铸态与冷轧T6态)与力学性能的影响。结果表明,SA能有效地加入到Al-4Cu-0.1Sn合金中,并以球状形式均匀的分布在晶粒内部。铸态下,随着SA含量的增加,合金的显微硬度呈上升趋势。当SA含量为0.02%时,合金平均硬度(HV)达到最高85,相对于未添加SA的合金提升了49%,但铸态下添加SA的合金拉伸性能略微下降;冷轧T6态下,当SA含量为0.02%时,合金硬度(HV)为138。随着SA增加,合金的屈服强度与抗拉强度先升高后降低,当SA含量为0.04%时,合金屈服强度达到320 MPa,抗拉强度达到401MPa,相比于未添加SA的合金提升了10.3%和10.7%。添加SA能够提高铸态Al-4Cu-0.1Sn合金硬度的机理是其细化了铸态合金的晶粒,并使晶界处第二相由粗大的骨骼状变成细小的非连续状。添加SA提高冷轧T6态强度的机理是细化了Al₂Cu相并消除了Al₇Cu₂Fe相。     

溶液pH控制合成Ni(OH)_2花状微球

以氢氟酸为溶液中镍离子配位剂,然后加入氨水,调节溶液pH值的同时,作为镍离子补充配位剂,制备了由纳米片花瓣组成的Ni(OH):花状微球.Ni(OH)2花状微球的晶型和微观结构的调控可以简单通过改变溶液pH值来实现.当溶液在7.5≤pH≤8.8范围时,能够得到大量、均匀的Ni(OH)2花状微球.当溶液在7.5≤pH≤8.0范围时,Ni(OH)2微球为a-Hi(OH)2晶型;当溶液在8.0＜pH≤8.8范围时,Ni(OH)2微球为a-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2的混合晶型.Ni(OH)2花状微球直径在0.6～1.3μm范围内随溶液pH值的变化而变化.Ni(OH)2花状微球由几十个相互连接的纳米片状花瓣组成.纳米片花瓣厚度约60 nm,长度在80～230 nm之间随溶液pH值的变化而显著变化.     

Bi含量对Cu/Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu微焊点蠕变性能的影响

采用光学显微镜、电子显微镜和动态力学分析等方法研究Bi含量对直径为400μm、高度为200μm的无铅Cu/Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)/Cu微尺度焊点的显微组织及蠕变性能的影响。结果表明:当焊点中Bi含量较低(1%(质量分数))时,其基体组织细小,Cu_6Sn_5为粗大块状,Ag_3Sn分布不均匀;当焊点中Bi含量较多(3%(质量分数))时,基体组织与Cu_6Sn_5进一步细化,Ag_3Sn在细化的同时分布更均匀,界面扇贝状IMC层更平直。另外,温度为80~125℃、应力为8~15 MPa条件下,拉伸蠕变试验得到SAC0307微焊点的蠕变激活能(Q)和蠕变应力指数(n)分别为82.9 k J/mol和4.35;当钎料中Bi含量由1.0%增加到3.0%时,焊点的Q值从89.2 k J/mol增加到94.6 k J/mol,n值由4.48增加到4.73,钎焊接头的抗蠕变能力明显提高,所有焊点的蠕变变形机制主要受位错攀移控制。     

纳米单晶γ-TiAl合金应变速率效应分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟不同应变速率下纳米单晶γ-TiAl合金中裂纹的扩展,利用速度加载方式对预置裂纹的单晶γ-TiAl合金进行动态单向拉伸,模拟过程中施加应变速率为5.0×10~7～7.5×10~9 s~(-1)。结果表明:不同的应变速率范围下裂纹的扩展形式差异很大。在不敏感区(ε≤4×10~8s~(-1)),裂纹呈解理扩展;在敏感区(4.0×10~8s~(-1)ε≤1.0×10~9s~(-1)),前期呈现解理扩展特征,后期裂纹扩展通过裂尖发射滑移位错,位错塞积萌生空洞,空洞形核长大形成子裂纹,ε≤5.0×10~8s~(-1)时,子裂纹发生偏向,与主裂纹呈45°方向串接,5.0×10~8s~(-1)ε≤1.0×10~9s~(-1)时,子裂纹与主裂纹同向串接,最终导致裂纹扩展直至断裂;在突变区(ε≥1.0×10~9s~(-1)),因应变强化作用使裂纹不在应力最大时刻启裂,出现裂纹扩展后应力持续增加一段时间后减小的现象,高应变速率导致裂尖前端多处区域的原子结构局部非晶化,最终在原子结构混乱处萌生微裂纹,微裂纹扩展导致"试件"多处开裂。     

动态应变时效处理对SA508-Ⅲ钢组织性能的影响北大核心CSCD

通过对SA508-Ⅲ钢进行动态应变时效处理,得到了不同应变和应变速率下的显微硬度值,并结合光学显微镜、扫描电镜及透射电镜进行微观组织结构的观察,研究了应变量及应变速率对SA508-Ⅲ钢性能和组织的影响,结果表明:在500℃时,不同应变速率下动态应变时效处理后试样的显微硬度均随应变量的增加而升高,且高应变速率试样的显微硬度均高于低应变速率试样;经过动态应变时效处理,材料的微观组织仍为典型的上贝氏体,未发生明显变化;位错密度随应变的增加而增加,加工硬化效果增强,使得硬度升高;析出的碳化物主要为MC和M23C6(M为Mo,Cr和Mn等)型,且数量随应变增加而增加,沉淀强化效果增加,对材料的显微硬度的变化产生了重要影响。     

多孔TiC/NiAl复合材料的孔洞形貌及抗压强度

通过控制Ti、C、Ni、Al粉末之间的反应,利用自蔓延技术原位合成多孔TiC/NiAl复合材料,研究Ti-C(摩尔比1∶1)含量对多孔材料孔洞形貌和抗压强度的影响。结果表明:多孔材料孔洞形貌主要受反应物吸附气体挥发和液相流动的影响,Ti-C含量增加,孔隙率和孔径增大。当Ti-C含量为0～25%时,孔洞分布均匀,形貌以近球形为主,孔径大小在20～70 μm之间;多孔材料抗压强度随Ti-C含量增加逐渐增大。当Ti-C含量为30%时,除近球形孔洞外,还出现了一些尺寸大于100 μm的形状不规则孔洞和狭长形孔洞,抗压强度下降。     

中小型铸态铁素体球铁件化学成分的选择

生产中小型铸态铁素体球铁件时,当(%)P≤0．05、S≤0.025、Mn≤0.55、C=3．4~3．65、Mg残=0．03~0．055、RE残=0．02~0．045、QT450—10的Si含量为2．75~3．25%最佳。其力学性能可达到δ_b≥450MPa、δ≥15%、常温ε_K≥60J/cm~2、低温(-40℃)a_k≥40J/cm~2。     

挤压态ZM61-Sn合金的显微组织及高温力学性能

利用金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和高温拉伸对挤压态ZM61-xSn(x=2, 4, 8 wt. %)合金的显微组织,高温力学性能和断裂机制进行了研究。结果表明添加Sn 元素可有效细化合金组织且细化效果随Sn 含量的增加而增强。挤压态ZM61-xSn(x=2, 4, 8 wt. %)合金的平均晶粒尺寸分别为11, 8和4 μm。随 Sn 含量的增加,合金的力学性能先升高后降低。 在所有的实验合金中ZM61-4Sn合金的强度最高,当在180 ℃下进行拉伸实验时,其极限抗拉强度和屈服强度分别为216和173 MPa。合金的延伸率随Sn 含量的增加而增加,当拉伸温度为300 ℃时,ZM61-xSn(x=2, 4, 8wt. %)合金的延伸率分别为183.8%, 235.8% 和258.6%。ZM61-4Sn合金具有最好的强度和塑性的结合。试样最后的断裂主要由局部缩颈引起以及试样的主要断裂机制为显微孔洞的聚集。当在260和300 ℃下拉伸时,合金发生了不完全的动态再结晶。     

DC铸造Al-12Si-0.65Mg-xMn合金中第二相的形成

采用LSCM、XRD、SEM、TEM及其附带的EDS,结合相图分析研究了半连续铸造(DC铸造)Al-12Si-0.65Mg-(0~2.27)Mn(质量分数,%)合金铸锭中的第二相及其形成过程。结果表明,Al-12Si-0.65Mg合金铸锭中存在α-Al、共晶Si、Mg_2Si和p相(Al_8Mg_3FeSi_6),它们分别是在567℃通过L+Al_5Fe Si→α-Al+Si+Al_8Mg_3FeSi_6、555℃通过L→α-Al+Si+Mg_2Si及550~554℃通过L→α-Al+Si+Mg_2Si+Al_8Mg_3FeSi_6反应形成的。当合金中添加Mn时,α-Al枝晶明显细化,同时合金铸锭中出现α-Al(FeMn)Si相;当Mn含量(质量分数,下同)从0.10%增加至2.27%时,α-Al枝晶形貌、尺寸及数量无明显变化,α-Al(FeMn)Si数量增多而尺寸不变;当Mn含量达到1.07%时,合金在647℃通过L+Al_6Mn→α-Al+Al_9Mn_4Si_3反应生成尺寸约80 mm的Al_9Mn_4Si_3,其中溶解了少量Fe形成Al_9(FeMn)_4Si_3,随Mn含量增加其数量增多而尺寸不变;经550℃均匀化处理后,合金中的Mg_2Si相溶入基体消失,共晶Si、p相和α-Al(FeMn)Si相球化成颗粒状,Al_9(FeMn)_4Si_3相形貌、尺寸及数量几乎不变,Al-12Si-0.65Mg-(0.10~2.27)Mn合金基体中析出尺寸约几百纳米的Al_9(MnFe)_2Si_3弥散相粒子,其数量随Mn含量增加而增多。     

高铝双相钢HC420/780DP的烘烤硬化特性

研究了预应变量对高铝双相钢HC420/780DP烘烤硬化值和显微组织的影响。对高铝双相钢HC420/780DP分别施加0%、2%、4%、6%、8%、12%预应变再经170℃×20 min烘烤硬化处理后,测定烘烤硬化值,并结合OM、SEM、XRD等分析手段对不同预应变量的试样进行检测分析。结果表明,烘烤硬化值的大小与位错密度的高低有直接关系。随着预应变量的增加,位错密度不断增加,马氏体含量增加,烘烤硬化值也随之增加。当预应变量≤2%时,位错密度较小,烘烤硬化值不足30 MPa。预应变量达到8%时,位错密度最大,约0.208 m^-2,烘烤硬化值达到38 MPa。当预应变量≥8%时,位错密度保持不变,烘烤硬化值继续增大,最高可达72 MPa。XRD结果表明,不同预应变量烘烤前后均没有发现残留奥氏体。     

Sr对Mg-10Zn-4Al-0.3Mn合金显微组织和力学性能的影响

以Mg-10Zn-4Al-0.3Mn为基体合金,分别加入不同含量的Sr元素,制备了3种合金。试验观察可知,Mg-10Zn-4Al-0.3Mn基体合金的铸态组织由α-Mg基体与沿晶界分布的准晶相Q组成。加入Sr后,亚稳态准晶相Q转变为平衡相τ相Mg32(Al,Zn)49与共晶相ε相(Mg51Zn20)。随着Sr添加量的增加,合金的抗拉强度、屈服强度以及断后伸长率均呈先上升后下降的趋势,有效提高了合金的拉伸性能。当Sr含量为0.3%时,三者均达到最佳值,抗拉强度、屈服强度以及断后伸长率分别达到195 MPa、147 MPa和7.4%,同时平均晶粒尺寸也减小到最小值37μm。