激光精密制造先进多物相化复合材料研究及应用

主要介绍激光精密制造先进多物相化复合材料技术的研究现状和发展趋势。激光加工技术属无接触加工方式，且激光束能量及移动速度均精准可调，可实现对多物相化高熵合金基复合材料（HEACs）的精密加工及制备。激光精密增材HEACs为梯度功能材料制备提供了一种新途径，所制备多物相化HEACs具有优异的耐磨、耐蚀及抗高温氧化性。目前，激光精密制造HEACs在能源化工、生物医学、航天航空等领域均具有十分广阔的应用前景，该类材料研发具有非常重要的工业应用价值。     

基于数字孪生的含裂纹焊接结构可靠性评价混合实践教学模式

为了适应当前新工科教育的需要,提高材料成型及控制工程专业实践教学质量,培养学生创新能力,以含缺陷焊接结构可靠性评价实训课程为研究对象,进行了材料成型及控制工程专业实践教学改革的探索。将当前教育领域的探究式教学理念、虚实融合方法及数字孪生技术方法融入材料成型及控制工程新工科实践教学改革,构建了基于“虚拟+数字孪生”环境的焊接结构裂纹扩展混合实践教学平台,将理论学习、虚拟仿真试验和实际“实验操作”结合一体;同时针对实际工程案例,学生独立自主设计试验方案,完成数据分析及应用,实现理论与实践的统一。利用此混合实践教学模式,解决了新工科项目式教学设计难题,有利于促进学生的自主学习,激发学生工程实践的探究兴趣,增强学生的实践动手能力和创新能力,从而有效提高实践教学效果。     

自主研发焊材制备的新型Fe-Cr-Ni合金焊接接头的显微组织与晶界工程（英文）

研究由自主开发的成分匹配焊材制备的先进耐热合金焊接接头的显微组织、织构与屈服强度。采用扫描电镜、能谱仪和电子背散射技术进行表征。针对焊件开展不同参数的晶界工程,测试经历晶界工程前后焊件在973K下的屈服强度,其实验结果与预测值相近。通过观察晶界工程处理后试样的重合位置点阵、晶粒取向差和再结晶现象,发现试样中位错密度和"特殊晶界"比例的增大是晶界工程处理后焊件屈服强度上升的主要原因。高温拉伸断后伸长率和冲击韧性随着不同晶界工程处理参数的变化趋势相近,这与碳化物的粗化行为有关。     

6063-T6铝合金搅拌摩擦焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)对10mm的6063-T6铝合金分别进行单、双面焊接,并探究焊接速度对接头微观组织及力学性能变化的影响。结果表明,单双面焊接接头"S"线形貌基本保持一致且集中在前进侧轴肩影响区,单面焊有更明显的洋葱环形貌。焊核区中部区域等轴晶晶粒尺寸小于上部轴肩影响区,且单面焊焊核区晶粒尺寸大于双面焊。搅拌摩擦焊旋转速度为1 500r/min,焊接速度由300mm/min增至1 400mm/min时,接头力学性能先升高后降低,且双面焊接头力学性能始终优于单面焊。接头抗拉强度峰值为187MPa,断裂位置多位于后退侧热影响区,与接头最低硬度位置保持一致,主要断裂模式为韧性断裂。     

P92钢的高温低周疲劳行为及寿命预测

采用RPL50型动蠕变试验机对P92钢进行630℃和不同应变幅下的低周疲劳试验,研究了P92钢的高温低周疲劳行为;基于塑性应变能密度与硬度、应力幅和低周疲劳寿命的关系,采用基于能量的硬度法对其低周疲劳寿命进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明:P92钢是一种循环软化材料,其初始归一化应力幅随应变幅的增加而增加,且不同应变幅下的归一化应力幅均随循环周次的增加而降低;随着应变幅的增加,弹性应变幅保持稳定,塑性应变幅近似线性增加,软化率也相应增加,并最终稳定在0.3左右;硬度与应变幅满足良好的线性关系;基于能量的硬度法可以较准确地预测P92钢在630℃时的高温低周疲劳寿命,计算得到的预测寿命均位于试验寿命的±1.5倍标准偏差内。     

5754铝合金钨极氩弧焊和搅拌摩擦焊接头的疲劳性能及断裂机理

分别采用钨极氩弧焊(GTAW)和搅拌摩擦焊(FSW)对10mm厚5754铝合金进行双面同步焊接,对比研究了应力幅为162,135,117,108,99MPa时焊接接头的疲劳性能,并对其疲劳断裂机理进行了分析。结果表明:在指定应力幅下,5754铝合金GTAW接头的疲劳强度明显高于FSW接头的,在50%和95%存活率下,GTAW接头的疲劳强度特征值比FSW接头的分别提高了27%和30%,GTAW接头的疲劳性能优于FSW接头的;GTAW接头与FSW接头的疲劳断裂机理基本相同,疲劳裂纹均起源于接头熔合区的外表面,随着应力幅的降低,疲劳裂纹扩展区在断口中的占比增加,且同等应力幅下GTAW接头疲劳裂纹扩展区的占比高于FSW接头的;同等应力幅下GTAW接头的疲劳辉纹间距比FSW接头的小,GTAW接头的疲劳寿命长于FSW接头的。     

不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为

通过腐蚀疲劳试验研究了在H₂S环境中不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为及机理,对试样的微观组织、断口和裂纹扩展路径进行了观察.结果表明,X65管线钢焊接接头焊缝的微观组织主要由先共析铁素体、粒状贝氏体和M/A组元构成,M/A组元增大了焊缝的脆性.粗晶热影响区主要由板条贝氏体和粒状贝氏体组成,焊缝和粗晶热影响区的硬度较高,韧性较差.在不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳机理均为阳极溶解+氢脆混合机制,但低应力幅下腐蚀作用带来的损伤更加显著.随着应力幅的增大,试样的腐蚀疲劳寿命显著降低,裂纹扩展的速率也越快.此外,二次裂纹主要沿着贝氏体板条束的晶界扩展,裂纹尖端在针状铁素体和先共析铁素体处产生了钝化现象,这两类组织有着良好的抗氢脆能力.     

不同环境下X65管线钢摩擦塞焊搭接焊接头组织和力学性能分析

为了研究摩擦塞焊搭接接头的金相组织和力学性能,分别在空气中和水下对圆锥形搭接试样进行试验. 结果表明,在空气中焊接时,没有焊接缺陷的产生;在水下焊接时,低的焊接工艺参数导致接头产生未填充和未连接两种焊接缺陷. 接头中焊缝和热影响区组织为上贝氏体,母材为细小的铁素体和珠光体组织. 接头的硬度分布为母材最低,热影响区次之,焊缝最高,水下搭接接头的硬度一般高于空气中接头的硬度. 在空气中焊接时,只有塞孔底部的拉伸试样断裂在结合线处;而在水下焊接时,靠近塞孔底部的两个拉伸试样在结合线处发生断裂.     

P92钢焊接接头蠕变本构关系

通过热处理方法模拟焊接热循环,在 3.53 K/s 的升温速度下制备 P92 钢焊接热影响区各微区的模拟组织试样,通过单轴蠕变试验获得 923K 下 P92 钢熔敷金属、热影响区各微区和母材组织不同应力水平下的单轴蠕变数据,用最小二乘法拟合得到 P92钢焊接接头各区域组织在稳态蠕变条件下的蠕变本构方程.结果表明,相比焊接接头其它微区组织,试验应力较低时,细晶区的蠕变应变率最大,因此在低应力下细晶区容易发生蠕变开裂;随着应力水平的增加,焊接接头和母材蠕变速率逐渐超过细晶区,蠕变断裂易发生在焊缝或母材上.

Abstract：

The welding heat thermal cycle was simulated through the heat treating method, and the simulated microstructures of the coarse grain heat-affected zone (CGHAZ), fine grain heat-affected zone (FGHAZ) and intercritical heat-affected zone (ICHAZ)of P92 steel were prepared by using a furnace at 3.53 K/s of heating rate. The uniaxial creep data of the base metal, deposited metal and simulated CGHAZ, FGHAZ and ICHAZ specimens were obtained through the creep tests under the temperature of 923 K, and the creep constitutive equations of each material were obtained too. The result shows that the creep strain rate of FGHAZ is higher than the other zones of the welded joint under the low stress. So the creep rupture is easy to occur in te FGHAZ. In addition, the creep properties are obviously different among the CGHAZ, FGHAZ and ICHAZ, which indicate the HAZ has the obvious material heterogeneity.     

热喷涂技术在电站锅炉"四管"防护上的应用

简要分析了火电厂锅炉“四管”的腐蚀原因,介绍了锅炉管道防腐技术的发展概况,并着重介绍了热喷涂技术在锅炉管道热腐蚀防护上的应用成果及高铬镍合金涂层优异的高温防腐性能。指出电弧喷涂特别是高速电弧喷涂技术在电站锅炉管道防腐上具有很广的应用前景。