控轧控冷工艺对高强度锚杆钢组织和性能的影响

随着矿井深度的增加,对锚杆支护强韧性的要求越来越高,为了应对这一情况,需要研发出更高强度的锚杆钢。利用锚杆钢研究了轧制工艺、冷却工艺与珠光体、铁素体相比例,析出相析出行为及力学性能的关系。研究结果表明,在中轧后、精轧前采用适当水冷+回复段处理的复合工艺可使晶粒更细小、组织更均匀。对超高强度锚杆钢进行热压缩变形试验,由热模拟试验结果确定相转变温度为A_c1=737 ℃、A_c3=886 ℃。最终筛选出入精轧温度为810 ℃、回复段温度为800 ℃时,可获得的晶粒尺寸达4 μm,珠光体体积分数为66.8%,铁素体体积分数为33.2%,珠光体片层间距达200 nm;另外调整V、Cr、N等析出以提高锚杆钢的强韧性,较低的回复温度有利于细小、弥散、V(C/N)析出相的析出,V(C/N)的析出可进一步改善锚杆钢的力学性能。由该控轧控冷工艺轧制的锚杆钢屈服强度为780 MPa、抗拉强度为930 MPa、硬度为291HV、伸长率为20%。     

压力对Ni_3Pt电子结构和力学性能的影响:第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波赝势方法,研究了压力对γ'-Ni_3Pt电子结构和力学性能的影响。本研究在0~50 GPa压力范围内每隔5 GPa对γ'-Ni_3Pt进行一次加压计算。计算结果表明:0 GPa压力下的平衡晶格常数与他人的实验研究和理论计算结果十分一致;不同压力下的总态密度和分波态密度表明化合物表现出金属特性,且随着压力的增大,体系稳定性先增强后减弱;此外,根据Voigt-Reuss-Hill(VRH)法计算了Ni_3Pt的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)和泊松比(v),发现随着压力的增大,Ni_3Pt晶体的硬度提高,延性和塑性增强。研究表明,压力对Ni_3Pt电子结构和力学性能的影响很大。     

微波加热与常规加热时高碳铬铁粉固相脱碳动力学对比研究

以内配碳酸钙高碳铬铁粉为研究对象,对不同加热方式下固相脱碳的动力学行为和活化能进行研究。内配碳酸钙高碳铬铁粉在微波加热场和常规加热场分别加热到900、1000、1100和1200℃,并分别保温脱碳0、20、40和60 min。结果表明,随着脱碳温度的升高和脱碳保温时间的延长,微波加热场和常规加热场中的脱碳物料的脱碳率都提高,在相同的脱碳温度和脱碳保温时间下,微波加热场中脱碳物料的脱碳率远高于常规加热场中的。微波加热场中固相脱碳反应的表观活化能为109.76 kJ/mol;常规加热场中固相脱碳反应的表观活化能为169.65kJ/mol。微波加热场能改善固相脱碳的动力学条件,提高内配碳酸钙高碳铬铁粉固相脱碳反应速率,促进碳在高碳铬铁粉中的扩散,降低脱碳反应的活化能。     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。     

5d过渡金属在Ni3Al中掺杂效应的第一性原理研究

5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Ir被广泛地应用于第4、5代镍基单晶高温合金中,但对于其机理却没有系统的理论研究。采用基于密度泛函理论(density functional theory)的第一性原理平面波超软赝势方法研究5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Ir掺杂镍基单晶高温合金γ′-Ni3Al相前后系统的晶格常数、形成热、结合能、态密度、差分电荷密度及电荷布局。计算结果表明:5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Ir掺杂Ni3Al系统后有优先占据Al原子位置的倾向,且与周围的Ni 3d电子和Al 3p电子发生强烈的轨道杂化,使电子被束缚,离域性变小,峰变窄;掺杂前系统中主要是Ni原子与最近的Al原子之间的共价键作用,掺杂后系统中主要是Ni原子与最近的X原子(Hf、Ta、W、Re、Ir)之间的共价键作用,且随原子序数的增大共价键逐渐增强。     

压力下Mg-Al-Ca合金中Al_2Ca相结构、弹性及电子性能的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了不同压力下Al2Ca相的结构、弹性与电子性能。计算所得0 GPa下Al2Ca的晶格参数与实验和其他理论值相吻合。结果表明:随压力增大,Al2Ca相的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E增大,材料的硬度增大;且压力低于30 GPa时,Al2Ca为脆性相,之后随压力的增大,材料呈延性,增大压力提高了材料的塑性和延展性。态密度计算结果表明:在压力0~50 GPa下,随压力增加,结构稳定性变差,但其结构仍然是稳定的,没有发生相转变。     

Al、Zn对Mg-Li相界合金化效应的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势平面波方法,研究了Al、Zn对Mg-Li合金中α-Mg/β-Li相界断裂强度的影响。体系结合能的计算结果表明Al、Zn固溶于Mg-Li合金后其结构更为稳定;从所得断裂功、态密度以及电荷密度的结果来看,Al更容易固溶于α-Mg固溶体中,对断裂强度的增强作用优于占位于α-Mg/β-Li相界面;Zn占位于α、β晶内、相界面的倾向性不明显,但均可使体系的断裂强度提高;Al、Zn复合合金化后使体系稳定性得到提高,断裂强度等得到进一步的改善。环境敏感镶嵌能的计算结果表明Zn比Al更容易偏聚于相界面;Al、Zn合金化对体系稳定性、断裂强度产生的影响主要是由于Al-3s3p轨道电子、Zn 3d轨道电子贡献产生了新的成键峰,以及Mg 2p轨道及Li 2s轨道电子在费米能级处共同作用的结果。     

第一性原理研究压力对Ni-Mo二元化合物力学性能和电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对Ni-Mo二元化合物Ni_4Mo、Ni_3Mo(DOa)、Ni_3Mo(DO_(22))、Ni_2Mo力学性能和电子结构的影响。研究表明:0~40 GPa压力范围内,随着压力的增大,相对体积V/V_0不断减小且趋势减缓;形成热均为负值,且随着压力的增大形成热减小,说明增大压力可提高化合物的合金化能力;体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H的计算结果表明压力可提高4种化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度。另外,B/G和泊松比v表明所有化合物均为延性和塑性的;进行态密度的分析,阐明增大压力可提高4种化合物的稳定性及硬度。     

Cr对Ni_3Al合金化效应的赝势平面波方法

基于第一性原理赝势平面波方法研究了Cr加入Ni-Al合金后对Ni3Al几何和电子结构的影响,计算了不同强化相的晶胞总能量、形成热、结合能、费米能级下的成键电子数以及态密度、电荷密度,从不同角度出发,研究了不同强化相的稳定性.计算结果表明Ni-Al合金中添加Cr,Cr优先置换Al位且析出的新强化相较原强化相Ni3Al更为稳定,原因在于含Cr的新强化相在低能级处强烈成键,提高了其稳定性,其中Ni6Cr2最为稳定,但只在590℃下稳定存在,Ni5AlCr2、Ni6AlCr、Ni4Al2Cr2、Ni5Al2Cr稳定性依次降低.     

大理石、萤石对不锈钢焊条熔滴过渡及熔滴中夹杂物的影响

采用水中收集熔滴、光学显微分析、电子扫描能谱分析、计算机图像分析及平板堆焊等试验方法，分别研究了大理石、萤石对不锈钢焊条熔熵过渡行为，以及它们对熔滴中非金属夹杂物及焊缝中气孔的影响。结果表明焊缝和熔滴中的非金属夹杂物呈圆球形，它们是熔滴反应区化学反应的产物，属“内生”性质；药皮中大理石含量增大时，熔滴尺寸与熔滴中夹杂物含量的波动变化存在对应关系，焊条工艺性变差，焊缝中气孔敏感性未减小；药皮中氟化稀土和萤石比值增大，熔滴细化，熔滴中夹杂物含量增大，焊条工艺性能有所改善，焊缝中气孔倾向未减小。