多级结构的金属材料强韧化机理研究进展

强度和塑韧性是金属结构材料主要的性能指标,然而通常会出现强度与塑韧性倒置的现象,即传统的固溶强化、纳米晶强化、弥散强化和加工硬化在追求强度的同时会不可避免地牺牲金属材料的塑韧性.根据多级多尺度仿生结构可协同提高强度和韧性的思路,系统介绍了两级Ti-TiBw/Ti复合材料、不锈钢复合板、多层复合钢、层/网耦合结构钢和超细纤维晶钢的构型设计,并揭示其强韧化机理和断裂机制,通过改变裂纹的扩展方式与裂纹的竞争机制,以及残余内应力的释放等途径,有效实现材料的强韧化,可为金属材料强韧化提供新的设计思路和技术支撑.     

真空热轧法制备不锈钢复合板组织和力学性能

 为了研究轧制温度对复合板界面结合强度的影响,采用真空热轧法制备了不锈钢复合板,利用OM、EPMA观察分析了不锈钢复合板界面组织和合金元素扩散。结果表明,碳钢中碳、铁元素向不锈钢扩散,不锈钢中铬、镍等元素向碳钢扩散,界面处出现Si-Mn-O三元化合物,合金元素扩散随轧制温度的升高而趋于严重。远离界面碳钢的组织为铁素体和珠光体组织,靠近界面碳钢的组织为铁素体组织。碳钢至界面处硬度先减小后升高,界面至不锈钢内部硬度先升高后下降,距界面约40 μm碳钢侧的维氏硬度值最低约为121.8HV,距界面约20 μm不锈钢侧的维氏硬度值最高约为245.5HV。从1 100到1 300 ℃,剪切强度随轧制温度的升高而升高,1 300 ℃轧制获得的界面剪切强度为463 MPa,远远超过基体的剪切强度。     

层状金属复合材料断裂和增韧机理的研究进展

层状金属复合材料在航天航空,汽车和核能领域发挥越来越重要的作用。对比于单一金属或合金,层状金属复合材料呈现出超高的强度、断裂韧性、延伸率和成型能力。综合介绍承载变形过程中层状金属复合材料各种力学性能,断裂行为和增韧机制。通过调控层状结构参数,复合材料可获得较高的性能指标,在宏观尺度下,界面结合状态和层厚尺度可有效地影响层状金属复合材料的断裂韧性和断后延伸率,这两种性能一般不符合混合法则,而层状金属复合材料的弹性行为、屈服强度和抗拉强度基本符合混合法则。在微观尺度下,层状金属复合材料的断裂行为和增韧机制会呈现明显的尺度效应。     

多层金属复合材料的应变局部化延迟和抗断裂失稳机理

多层金属复合材料在航天航空、汽车、船舶、核能电力领域中起着非常重要的作用。相比于传统单一金属,多层金属复合材料具有超高的塑性变形能力和断裂韧性。综述了多层金属复合材料在塑性变形过程中的应变局域化延迟和抗断裂失稳的特征和机理,归纳出周期性颈缩、脱层断裂、隧道裂纹、弥散剪切带对抑制多层金属复合材料塑性失稳的作用机理,并阐明脱层断裂、裂纹分叉、隧道裂纹对多层金属复合材料的增韧机理,和对韧脆转变行为的作用规律,可为金属材料强韧化提供新的设计思路和技术支撑。     

新型网状增强体分布的原位自生TiB_w/Ti6Al4V复合材料的热变形行为(英文)

通过原位自生反应热压法制备出TiB晶须增强Ti6Al4V(TC4)合金基复合材料(TiBw/Ti64)。通过热压缩实验研究这种新型复合材料的高温变形行为,变形温度区间为900~1100°C,变形应变速率区间为0.001~10s1。结果显示,该复合材料的流变应力随变形温度的升高与应变速率的降低而降低。当应变速率达到10s1时,出现了非连续屈服与流变失稳现象,特别是在β相区变形时,这种现象更加明显。根据应力—应变曲线上获得的峰值流变应力,分别获得了α+β双相区与单一β相区的流变应力方程。根据流变应力方程,获得了α+β双相区塑性变形激活能为822.3kJ/mol,单一β相区塑性变形激活能为209.4kJ/mol。增强体网状组织结构与基体组织结构变形形态较大程度上取决于变形区域与变形参数。     

复杂黄铜摩擦磨损性能与显微组织的关系

通过电子探针、扫描电镜、X射线衍射仪、摩擦磨损试验机等研究了3种成分复杂黄铜的摩擦磨损性能和显微组织的关系。结果表明:复杂黄铜的磨损机制和基体组织有较大的关系,基体组织为β+α相时,其磨损机制主要为黏着磨损,基体组织为单一β相时,其磨损机制主要为磨粒磨损;基体组织对复杂黄铜摩擦磨损性能的影响更大,基体组织为β+α相时的磨损率明显低于基体组织为单一β相的,基体组织为单一β相时,含Fe_3Al硬质相的复杂黄铜的摩擦磨损性能优于含Mn_5Si_3硬质相的。     

控温大应变孔型轧制纤维细晶钢增韧机理的研究进展

孔型轧制纤维细晶钢是日本国立物质材料研究所于2003年研制成功的高强高韧钢铁材料,在受到强大冲击载荷时,断裂路径通过多重脱层断裂方式,能做到“打断骨头连着筋”的增韧效果。系统介绍了控温大应变孔型轧制纤维细晶钢的制备流程,纤维状细小晶粒组织和纤维织构的形成机理,以及冲击过程中的裂纹扩展路径。阐明了孔型轧制过程中温度和压下量对纤维细晶钢组织和力学性能的影响规律,总结了其在冲击和拉伸过程的增韧方式,以及韧脆转变过程中所表现出的逆温度效应,这种多尺度组织和似“筷子折断”式断裂方式为金属材料的强韧化提供了理论基础和实验支撑。     

铌含量对Fe-C-Cr-Nb系表面熔覆金属组织及耐磨性的影响

目的 提高钢表面熔覆层的硬度、耐磨性及其综合性能。方法 运用气体保护焊堆焊不同Nb含量的Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料,采用JmatPro软件模拟计算不同铌含量的熔覆层CCT曲线和平衡冷区曲线,分析铌含量对熔覆组织转变和析出相的影响。运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察晶粒尺寸和熔覆组织形貌,并对析出相进行分析。利用洛氏硬度计和滑动摩擦磨损试验机,分别对熔覆金属进行宏观硬度和耐磨性的测定。结果 不同铌含量熔覆组织均由马氏体和少量贝氏体组成,基体有大量的MC型碳化物析出。当Nb含量为1.5%时,碳化物弥散分布在熔覆组织中,强化效果最佳,此时硬度最高,为55.3HRC。此外,MC型碳化物有明显的细化晶粒作用,显著提高了熔覆组织的韧性。硬质相与韧性基体的配合,使熔覆组织的耐磨性在铌含量为1.5%时达到最佳。结论 通过调整Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料中铌的含量,可以有效地控制熔覆金属组织类型及碳化物组成和分布,从而提高熔覆层的综合性能。