纳米/超细晶18Cr-8Ni奥氏体不锈钢力学性能及变形机制

采用应变诱发马氏体退火逆相变的方法制备了18Cr-8Ni奥氏体不锈钢的纳米/超细晶组织,并对其力学性能和变形机制进行了分析。通过对奥氏体不锈钢进行室温轧制(压下率为70%)以及分别进行710℃×10 min,760℃×5 min和950℃×5 min的退火处理来获得不同晶粒尺寸的组织。结果表明:纳米/超细晶的平均晶粒尺寸为400 nm,屈服强度为878 MPa,伸长率为33%。对粗晶和纳米/超细晶钢的变形行为进行研究发现,纳米/超细晶钢断口处的显微组织存在大量的应变诱发马氏体和少量的孪晶。然而,在粗晶钢的断口处观察到了应变诱发马氏体、高密度位错和剪切带组织。     

基于形态特征的超细晶钢全形态晶粒测量与分类方法

为了探明超细晶钢中的所有晶粒形态、粒径及其分布对钢力学性能的影响规律,必需对其进行精确测量和分类。针对目前此项工作人工模式的精度及效率偏低等问题,依据超细晶钢晶粒形态特点,作者提出了能够对其进行有效分类的新的特征参数,通过对晶内极小角、圆形度、形态系数等特征参数的定量分析,实现了对全形态晶粒的自动测量、数值化表征与精细分类。结果表明,该方法对晶内孔洞缺陷具有很好的填充效果,可准确识别出类圆、类多边形、条状、粗针状及尖针状晶粒,为超细晶钢微观组织定量分析提供依据。     

SPD制备纳米/超细晶金属材料的成形方法

为了探索SPD法制备纳米/超细晶金属材料的新工艺方法,对ECAP、HP1等经典工艺方法制备纳米/超细晶金属材料的晶粒细化特点进行了分析,结果显示目前SPD工艺存在的问题主要表现在:成形效率低、变形过程中出现疲劳裂纹、制件尺寸小、显微组织不均匀.指出今后SPD的研究应从晶粒细化机理和纳米结构与材料性能的关系等方面展开.     

异构片层结构304不锈钢的制备及其力学性能

采用形变诱导马氏体退火逆转变工艺制备了异构片层结构(HLS)的304奥氏体不锈钢。通过扫描电镜和X射线衍射仪分析了304奥氏体不锈钢的显微组织和物相组成,并采用室温拉伸试验研究了其力学性能。结果表明,通过变形量为34%的热轧、75%的冷轧以及700 ℃退火12 min后,试验钢中的马氏体相逆转变为奥氏体相,部分残留奥氏体发生再结晶,获得了由微米再结晶晶粒与超细晶/纳米晶晶粒以及残留奥氏体晶粒组成的异构片层结构,微米再结晶晶粒和残留奥氏体被超细晶/纳米晶晶粒所包围。异构片层结构304奥氏体不锈钢的屈服强度为940.1 MPa,断裂总延伸率为43.1%,获得了良好的强度-塑性匹配。     

搅拌摩擦焊接与加工研究进展

本文结合本研究组的研究结果,简述了异种材料、高熔点材料、铝基复合材料的焊接,以及温度场模拟、复合材料/超细晶材料制备等搅拌摩擦焊接与加工领域几个热点问题的研究进展.分别对影响异种金属材料焊接的关键因素与界面结合机理,高熔点材料(钢、钛合金)焊接过程中的组织演变及焊接工具的发展,铝基复合材料接头组织性能与工具磨损,温度场热源模型及温度场的影响因素与变化规律,搅拌摩擦加工复合材料及超细晶材料的组织特点及性能等内容进行了总结与评述.同时,对未来相关领域的研究方向进行了展望.     

超细晶钢微观组织与力学性能的各向异性研究

通过温轧技术,成功制备了平均晶粒尺寸约1μm的超细晶钢。利用扫描电镜、电子背散射衍射和室温拉伸等检测手段,研究了超细晶钢板的微观组织与力学性能的各向异性。结果表明：制备的超细晶钢板不同方向的微观组织和力学性能具有明显的各向异性;纵截面表层和心部的晶粒大多呈现拉长的形态,同时表层的晶粒拟合椭圆长/短轴比相较于心部更小,形状更加接近于圆形,横截面的晶粒拉长状特征相较于纵截面减弱,更接近等轴态,晶粒在三维空间呈细长的扁梭形态;各向强度由高到低依次为轧向、横向、与轧向成45°方向;长梭形晶粒组成的微观组织形态和织构是导致超细晶钢板力学性能各向异性明显的主要原因。     

切削法制备超细晶材料研究进展与展望

综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响,分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等,探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中,材料受低应力高速、高频撞击的影响,会发生严重的塑性变形,表面大尺寸的晶粒得到细化,同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构,进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合,高效制备具有功能微结构的超细晶材料,为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。     

超细/纳米晶无黏结相WC硬质合金的研究进展

无黏结相WC硬质合金（Binderless tungsten carbide,BTC）因具有传统硬质合金无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性,在耐冲蚀、高耐磨的工具、精细刀具以及石油、页岩气开采等领域有很好的应用前景。超细/纳米晶BTC制备的关键问题之一是如何控制WC晶粒的长大,本文从超细/纳米WC粉末的制备技术、BTC材料成分设计及成型工艺和烧结技术等方面对超细/纳米晶BTC的相关研究成果进行综述,强调了原料WC粒度、第二相化合物添加、先进成型工艺和烧结技术在BTC致密化过程中的关键作用,对比了不同成分体系、不同烧结工艺下超细/纳米晶BTC材料的性能差异;指出超细/纳米晶BTC制备过程中存在的主要问题为致密化和强韧化,可通过已开发的多种先进烧结技术及第二相增强增韧技术来解决,但尚未实现工业化应用;最后,阐明了超细/纳米晶BTC的发展趋势为在低温低压下获得更细的致密烧结体。     

非晶合金炉内退火和通电退火纳米晶化的比较

对于一些含Ｃｕ的和含Ｎｂ的铁基非晶合金晶化热处理时 ,通过控制部分晶化过程可获得超细晶组织 (纳米晶 )。这种纳米晶合金的特点 ,是具有优越的软磁性 ,亦即具有很高的饱和磁化强度和低的矫顽力。铁 类金属非晶合金通常采取 50 0～ 6 0 0℃退火即可实现部分晶化。这类非晶合金之所以形成纳米晶相 ,往往与合金中有少量铌和铜的存在有关 :铜实际上不与铁混溶会形成局域原子丛聚 ,从而促成了纳米晶组织的形核 ;加铌会使剩余非晶相稳定化并阻止晶粒长大。印度和意大利的研究者比较研究了ＦｅＣｕＮｂＳｉＢ非晶合金采取炉内退火和通电退火对其…     

超细WC-Co复合粉制备及快速烧结技术研究进展

超细WC-Co复合粉是制备高性能超细/纳米晶硬质合金的重要原料之一,近年来发展了多种复合粉的制备技术。本文综述了其中的喷雾转换工艺法、化学沉淀法、原位还原碳化法、化学气相反应合成法和机械合金化法的研究和应用状况。同时简要介绍了一些新型的快速烧结技术的原理,以及这些新型的快速烧结技术制备的超细/纳米晶硬质合金上的研究进展,并对快速烧结技术在硬质合金领域发展前景进行了分析。     

Plastic flow characteristics of ultrafine grained low carbon steel during tensile deformation

In order to explain steady-state plastic deformation, i.e. the absence of strain hardening in ultrafine grained low carbon steel during tensile deformation, steel of different ferrite grain sizes was prepared by intense plastic straining followed by static annealing and then tensile-tested at room temperature. A comparison between the ferrite grain size of ultrafine grained steel and the dislocation cell size of coarse grained steel formed during tensile deformation revealed that uniform dislocation distribution with high density and cell formation were unlikely to occur in this ultrafine grained steel. This is ascribed to the fact that the ultrafine grain size is comparable to or smaller than the cell size at the corresponding stress level. In addition, from a consideration of dynamic recovery, it was found that the characteristic time for trapped lattice dislocations to spread into the grain boundaries was so fast that the accumulation of lattice dislocation causing strain hardening could not occur under this ultrafine grain size condition. Therefore, the extremely low strain hardening rate of ultrafine grained low carbon steel during tensile deformation is attributed to the combined effects of the two main factors described above.     

400 MPa级超级钢专用焊条

焊缝金属的强韧化是超级钢焊接中的一个技术难题,要实现焊缝的强韧化,并避免冷裂纹,需开发与母材性能相匹配的焊接材料.对400 MPa级超级钢主要通过合金化控制焊缝组织使其获得针状铁素体即可获得理想的强韧性.通过大量工艺试验研究,结合400 MPa级超级钢的组织性能特点,研制开发了一种400 MPa级超级钢专用焊条.检测结果表明,该种焊条形成的焊缝金属组织为细小针状铁素体,焊缝金属屈服强度为435 MPa,抗拉强度为612 MPa,冲击吸收功为148 J,其组织和性能同400 MPa级超级钢能很好的相匹配,达到了预期目的.     

纳米粒子对钢/钢摩擦副摩擦学性能影响的试验研究

选用合成极压蜗杆油、未加油性剂和极压剂的半成品蜗杆油作为基础试验油 ,将超微金刚石粉、纳米铁粒子和纳米铜粒子分别以两种不同质量比分散到半成品蜗杆油中。在 MM-2 0 0型磨损实验机上 ,考察纳米粒子的抗磨减摩性 ,并与传统的油性剂、极压剂进行比较。同时探索应用于钢 /钢副硬齿面的新型抗磨减摩添加剂。试验结果发现 :平均粒径尺寸为 5 nm的超微金刚石粉具有优于传统油性剂、极压剂的抗磨减摩性能 ,可以大大降低钢 /钢副的摩擦 ,减小磨损。但钢 /钢副中不宜使用含有纳米铁粒子的润滑油。     

喷水冷却对400MPa级超细晶粒钢焊接接头组织和性能的影响

采用手工电弧焊焊接400MPa级超细晶粒钢，并对不同冷却条件下的焊接接头显微组织及力学性能进行分析。结果表明，400MPa级超细晶粒钢手工焊焊接接头热影响区存在着严重的晶粒长大和强度下降现象；焊接过程中采用喷水冷却可明显提高焊接接头强度，实际生产中可以应用手工电弧焊水冷处理方法焊接400MPa级超细晶粒钢。     

Grain refinement and tensile strength of carbon nanotube-reinforced Cu matrix nanocomposites processed by high-pressure torsion

In recent years, the processing of metallic materials via severe plastic deformation has been widely applied to manufacture bulk specimens of ultrafine grained/nanocrystalline structures. In this study, bulk nanocomposites of carbon nanotube-reinforced Cu were manufactured by consolidation of mixtures of coarse grained Cu powders and CNTs of two volume fractions (5 vol% and 10 vol%) using high-pressure torsion, a typical SPD method. The effects of CNT reinforcements on the microstructural evolution of the Cu matrix were investigated using electron backscatter diffraction and scanning/transmission electron microscopy; the results showed that the Cu matrix grain size was reduced to ～114 nm, and the CNTs were well dispersed in the matrix. Due to the effect of the UFG Cu and CNTs, the tensile strength (350 MPa) of the nanocomposite was higher than that (190 MPa) of Cu processed by the powder HPT process without CNTs. However, the Cu-CNT 10 vol% indicated a decreased tensile strength due to an increased interface area between the matrix and CNTs at high volume fractions of CNTs.     

纳米材料在硬质合金中的应用

WC晶粒不断细化是硬质合金发展的一个重要特征。从硬质合金的纳米原料、纳米硬质合金、纳米材料助长或增强超粗晶硬质合金以及硬质合金的纳米涂层材料等4个方面论述了纳米材料在硬质合金中的应用,着重报道了中国在这些方面的优势。纳米粒径原料的制备是首要难题,1997年发明的“紫钨原位还原”技术利用传统工艺制备纳米、超细碳化钨粉末,碳化钨粉的粒径可小于20 nm。纳米硬质合金技术利用低压热等静压或热等静压,克服了烧结过程中 WC异常长大的难题,制备100～200 nm纳米硬质合金,抗弯强度在5000 MPa以上,使用性能优于亚微或超细晶硬质合金,已用于生产。利用“纳米颗粒溶解法”制备的超粗晶硬质合金晶粒度可达12μm;而含有纳米Co2 W4 C增强相的超粗晶硬质合金产品,使用寿命比普通合金产品提高了2～3倍。涂层材料纳米化,是硬质合金工具的一个发展方向,在耐磨性、硬度和抗裂纹扩展方面有明显优势,加工工件表面质量更好,工具使用寿命更长。     

Enhanced mechanical stability of ultrafine grained steel through intercritical annealing cold rolled martensite

The ultrafine grained ferritic steels possess high strength but low ductility due to the shortage of work hardening.Fine grained ferrite-martensite dual phase microstructure was obtained in a microalloyed steel and low carbon steels through intercritical annealing of the cold rolled martensite.The dual phase microstructure was uniform and the ferrite grain size was smaller in the microalloyed steel resulted from the pinning effect of microalloyed precipitates.But ferrite grown apparently and the volume fraction of the martensite was much higher without the addition of microalloying elements.By introducing martensite into the fine grained ferrite,the work hardening was effectively improved,leading to better mechanical stability.As a result of the fine ferrite grain size as well as uniform distribution of the martensite,the work hardening was enhanced,showing better strength-ductility balance in the microalloyed dual phase steel.     

Preparation of an ultrafine-grained Fe-40Al intermetallic compound

An ultrafine grained Fe-40Al intermetallic compound is fabricated by a selfpropagating high temperature synthesis(SHS) casting.The XRD result shows that the Fe-40Al intermetallic compound consists of the B2 FeAl phase.The Fe-40Al intermetallic compound presents ultrafine grain size in the range of 100-600 nm,leading from the high nucleation rate and the low growth rate.The Fe-40Al intermetallic compound exhibits high hardness(3.4 GPa) and high bending strength(830 MPa) and high compressive strength(2700 MPa...