一种新型超高强铝锂合金的力学性能与微观组织演化

铝锂合金作为一种轻质高强的结构材料,广泛应用于航空航天制造领域。为进一步提高铝锂合金强度,制备了一种含Cu为4.68%（质量分数）、Li为1.36%（质量分数）的Mg+Ag+Zn多元微合金化的新型超高强铝锂合金,并且系统地研究了该合金冷轧薄板（厚2 mm）的T6时效态（170 ℃）及T8时效态（4%预变形/150 ℃）的微观组织和力学性能。研究结果表明：该新型超高强铝锂合金,其T6时效态抗拉强度最高达637 MPa、T8时效态抗拉强度最高达685 MPa,强度达到峰值后伸长率随时效时间的继续延长从8%缓慢下降;该合金主要强化相为T1相（Al₂CuLi）和θ′相（Al₂Cu）,T8时效态加速了T1相析出,从而加快了时效响应速度,同时增加了T1相数密度,提高了合金强度。说明,通过调整铝锂合金的时效状态可影响强化相总量及各析出相体积分数,从而获得更高强度的铝锂合金。     

一种高Mg含量Al-Cu-Li合金的力学性能与微观组织演化

研究了2060铝锂合金2 mm薄板的T8态时效时力学性能和微观组织演化.研究结果表明,2060铝锂合金有较强的时效响应及良好的强韧性配合性,2060铝锂合金T 8态时效析出相有θ′相、T1相和S′相.在整个时效过程中(0～140 h),T1相析出数量最多.时效0～100 h区间内,T1相及θ′相析出密度时效时间的延长而增大;时效100 h后,θ′相析出密度降低,但T1及θ′相的尺寸均增加,而S′相析出密度在整个时效过程中持续增加.     

Cu,Li含量对新型超高强铝锂合金力学性能及微观组织的影响

利用力学性能测试和TEM分析测试手段,计算出铝锂合金Al-(3.6%~4.15%)Cu-(1.1%~1.4%)Li中非固溶Cu,Li原子摩尔分数总和及Cu/Li原子摩尔分数比,分析了强度和微观组织之间的影响机理.结果表明,合金中的主要时效强化相为大量T1相(Al2CuLi)和少量θ′相(Al2Cu),Li含量较高的合金可能析出的极少量δ′相(Al3Li).在上述成分范围内,随Cu含量或Li含量增加,合金强度提高,且Li含量的增加幅度不同,对合金强度的提高幅度存在明显的差异.非固溶Cu,Li原子摩尔分数总和及其比例共同作用,通过影响析出相总量、类型及各析出相分数决定合金强度.要获得铝锂合金的超高强度,在提高Cu,Li原子摩尔分数总和的同时,还要提高其比例.     

Zn,Ag在Al-3.3Cu-1.1Li-0.4Mg-0.1Zr铝锂合金中的微合金化作用

采用透射电子显微镜和力学性能测试,研究了0.4, Zn,0.4, Ag在Al-3.3Cu-1.1Li-0.4Mg-0.1Zr铝锂合金不同热处理状态的微合金化作用.结果表明,T6态时效(175℃)时,含Zn的2070合金强度明显低于含Ag的2050合金;T8态时效(5,冷轧预变形+155℃时效)时,两种合金的强度提高,延伸率增加,但强度差值减小.T6态和T8态时,两种合金析出相均为大量T1相(Al2CuLi)和部分θ''相(Al2Cu).T6态时效时,2070合金中T1相密度低于2050合金;T8态时效时,两种合金中T1相密度增加,但差别减小,即T8时效时,由于位错的引入掩盖了Mg+ Zn与Mg+Ag的微合金化作用效果.     

2050铝锂合金厚板的断裂韧性及微观组织

通过力学性能测试及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),对2050铝锂合金厚板150℃T8态时效时不同方向的拉伸性能、断裂韧性及微观组织进行了研究.结果表明:随着时效的进行,2050铝锂合金厚板强度逐渐升高,伸长率和断裂韧性逐渐降低;时效至30h时,合金达到时效峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为598MPa,568 MPa,9.6%;继续延长时效时间,合金的拉伸性能和断裂韧性均趋于稳定.T1相和θ′相的析出有利于合金强度的提高,但T1相的长大易导致应力集中和微孔形成,从而降低合金的断裂韧性.该合金在L-T方向(轧向)的拉伸性能明显优于T-L(横向)和S-L(厚向)两个方向,且断裂韧性存在明显的方向依赖性.在时效各阶段,合金的断裂韧性值在L-T,T-L,S-L三个方向上依次降低;合金晶界在L-T方向的数量较少且裂纹扩展无方向性,断裂韧性和拉伸性能较优.     

Al-Cu合金析出相的原子键强与性能

应用固体经验电子理论(EET),对Al-Cu合金时效过程中θ″、θ′和θ相的键络进行计算.结果表明,时效初期形成的θ″相中,最强共价键为Al-Cu键.合金中θ″相溶解并析出相时,Cu原子状态发生明显变化,使得Cu原子的共价电子数有较大幅度的提高,此时形成的亚稳相的最强共价键仍为Al-Cu键,较θ″相的最强Al-Cu键提高一倍.时效后期,合金析出稳态θ相,最强键由θ′相的Al-Cu键转为Cu-Cu键,而Al-Cu键成为次强键.依靠Cu原子提供较多的共价d电子,使θ相的共价键络较θ′亚稳相的共价键络强度进一步提高.     

微量氮元素添加对Zr基非晶合金力学性能影响的研究

采用铜模吸铸法,成功地制备了直径3 mm的(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)非晶合金棒材。利用氮氧分析仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜等手段,系统地研究了氮含量对(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x非晶合金的力学性能的影响。同时,对氮元素添加时非晶合金体系的剪切带与断口形貌进行了分析讨论。结果表明：不同氮含量的(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x合金中,氮含量（原子百分数）分别为0.08%、0.49%、1.18%、1.48%、1.73%;在添加微量氮元素前后,块体合金(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x均呈现完全非晶结构;原始Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅非晶合金的显微硬度值为478.62 HV,添加氮元素后显微硬度随氮含量增加而递增,显微硬度最高为519.16 HV;添加氮元素前,Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅合金的抗压强度为1 738 MPa、塑性形变量为2.1%;当x=0.5时,抗压强度降至1 719 MPa、塑性形变量降至1.0%;当x≥1.0时,抗压强度持续下降且塑性较差。     

Al含量对铸造CuAlxFe3组织和性能的影响

利用合金化方法制备了一种铝青铜合金,通过XRD、扫描电镜、HRS-150洛氏硬度仪等研究了不同含量Al元素对铸造CuAl_xFe₃合金组织和性能的影响规律。结果表明,试验铝青铜合金铸态下的显微组织由α、β＇γ₂和k相组成,随着Al含量的增加,合金的硬度显著增加,抗拉强度先增后降,延伸率和断面收缩率随着Al含量的增加而降低。当Al含量为10%时,合金具有良好的综合力学性能。     

新型钴基高温合金长期时效组织演化研究

新型钴基高温合金具有比镍基高温合金更高的γ′强化相稳定温度,其有望替代镍基高温合金应用于涡轮盘等服役环境苛刻的工程部件。为了解决钴基高温合金长期服役环境下的组织稳定性,对两种不同C含量的新型钴基高温合金进行900℃长期时效研究,系统解析了铸造态和固溶时效2种处理条件下γ′相和碳化物的尺寸、分布、成分和形貌演化规律。研究结果表明：两种钴基高温合金中γ′相的粗化均遵循LSW熟化理论,固溶时效态合金中γ′相的粗化速率高于铸态合金;含C钴基高温合金中的碳化物形貌和尺寸在长期时效过程中未见明显变化,当时效时间达到5000 h后,碳化物周围出现无析出区,并且固溶时效态合金中碳化物周围的无析出区面积更大,这主要是Ta、Ti等元素扩散降低了γ′相的热稳定性并发生溶解造成的。     

非晶合金热稳定性及晶化过程研究

在三种不同的深冷时间条件下对非晶合金Fe₇₀Al₅Ga₂P_9.65B_4.6Si₃C_5.75进行预处理,研究深冷处理对非晶合金的热力学参数和晶化过程的影响.研究发现与淬态退火相比较深冷处理后晶化相的种类增多并且随着深冷处理时间的延长,玻璃转变温度T_g和比热容ΔC_p,g及晶化峰值温度T_P1,2都出现了变化,但无明显规律,只有晶化起始温度T_x随着深冷时间的延长逐渐降低。     

挡板槽帮的结构拓扑优化

由于工况恶劣、受力情况复杂,按传统方法对挡板槽帮进行优化,效果并不理想。把基于有限元分析技术的拓扑优化方法引入到挡板槽帮的设计中,阐述并分析了运用有限元分析方法进行挡板槽帮拓扑优化设计的数学模型和关键步骤。对某型号的挡板槽帮优化结果表明,应用有限元法进行拓扑优化设计是一种有效的优化方法,它可以为挡板槽帮的设计提供重要参考。     

岩石点荷载强度与标准抗压强度的相关性研究

从大量的点荷载实验入手,对点荷载实验得到的抗压强度进行了统计分析,同时用相差系数分析了点荷载实验得到的抗压强度与室内实验得到的抗压强度的接近性,并计算分析了点荷载转化系数的特点。研究结果表明,点荷载试验强度与单轴抗压强度之间有良好的相关性,但其转化系数的取值在22周围波动,精确的转化系数需要做一定的试验求得。     

粉煤灰与煤矸石混凝土压剪强度试验研究与分析

通过普通混凝土试样、10%粉煤灰混凝土试样、20%粉煤灰混凝土试样和煤矸石混凝土试样进行28 d抗压强度和抗剪强度试验。试验结果表明:10%粉煤灰混凝土试样、20%粉煤灰混凝土试样和煤矸石混凝土试样相比于普通混凝土试样28 d抗压强度分别下降了45.25%、55.89%、17.11%;4种混凝土试样抗剪强度与剪切角关系分别采用线性拟合和指数拟合,普通混凝土试样、10%粉煤灰混凝土试样和20%粉煤灰混凝土试样抗剪强度随剪切角衰减变化符合指数模型,煤矸石混凝土抗剪强度随剪切角衰减变化符合线性模型。     

煤样抗压、拉强度与点荷载指标关系的试验研究

通过对漳村煤矿3#煤层煤样进行单轴压缩、巴西劈裂、捣碎法以及点荷载试验,对试验结果进行分析。结果表明:捣碎、巴西劈裂、单轴压缩和点荷载试验结果的离散程度依次增大;非规则试样与规则试样相比,点荷载试验结果的离散程度明显偏大,规则试样平行层理与垂直层理加载方式得到的点荷载强度结果大致相同;煤样的坚固性系数、单轴抗压强度、抗拉强度与点荷载强度具有关联性,能够实现相互转换得到相应参数,转换后的强度参数可为煤体强度分级指标的确定提供了依据。     

几种岩石点荷载强度与单轴抗压强度的相关性

通过对某矿区的矿岩进行单轴抗压强度试验及点荷载试验,用Shapiro-Wilk正态检验法对点荷载试验数据进行正态分布检验,用Grubbs准则对可疑数据进行取舍,再将得到的点荷载强度(I_(S(50))、PLS)与单轴抗压强度(UCS)进行对比分析,研究其相关性。结果表明:点荷载试验结果符合正态分布,其离散程度大于单轴压缩试验;6种岩石的点荷载强度与单轴抗压强度高度正相关,因此能够相互转换,转换得到的抗压强度可作为该矿山岩体分级的依据。     

高强度绳索取芯钻杆接头螺纹强度分析

绳索取芯钻杆壁薄,坑道水平孔施工时,受重力影响,易振动,钻杆与孔壁摩擦造成钻杆损坏。新研制的高强度绳索取芯钻杆采用杆体与公、母接头焊接的结构形式,公、母接头加厚来提高强度。针对钻杆的接头螺纹部位易损坏的现状,建立公、母接头的轴对称分析模型,经过网格划分、约束、载荷的添加和数据分析,得到钻杆在拉扭、压扭载荷作用下应力分布情况,分析结果显示,钻杆公、母接头强度满足强度要求。     

岩土强度准则及其参数估算研究

岩-土-砼结构的强度参数估算是桩基、基坑与有支挡结构斜坡数值模拟和稳定性计算不可缺少的工作之一。在变形协调条件下推导出求支档结构(桩)的单轴抗拉和抗压强度公式，在二维应力和三维应力状态分别与莫尔-库尔科直线和莫尔抛物线强度准则组合成四种情况下，推导出求岩、土、支挡结构(桩)的粘聚力、内摩擦角及其单轴抗拉和抗压强度公式，最后进行误差分析。该研究结果具有重要的理论意义和工程应用价值。     

喷射混凝土强度检测方法与比较

对喷射混凝土强度的各种检测方法进行了分析和比较,认为点荷载法和拔出法应用于煤矿井下喷射混凝土强度检测具有成本低、易操作、速度快、可靠性好等一系列优点,值得大力推广应用。     

节理化岩体强度分析与应用

针对露天矿边坡岩体节理化强度的分析与确定,通过实例论述了Hoek—Brown经验破坏准则在节理化岩体强度评价中的应用,详细阐明了Hoek—Brown经验破坏准则在工程实践应用过程中的步骤与使用方法。     

低合金高强度结构钢焊接强度试验研究

以低合金高强度结构钢HQ70和HQ80C为例,分析了焊接过程焊缝区切痕、裂纹、内应力和变形等缺陷产生的原因。讨论了损伤特征表面缓慢破坏的机理及特征范围、金相组织、残余应力、热影响区等变化以及裂纹速度耗电量与损伤表面形状的关系,最后得出采用固有焊接流的加热方法,能够消除缓慢破坏过程,提高焊接质量。