一种新型近β钛合金Ti684动态力学性能与抗弹性能的研究

以北京理工大学自主研发的新型近β型钛合金Ti684为研究对象,以Ti-6Al-4V为参比,研究了Ti684合金的微观组织、动态力学性能以及其作为装甲材料的抗弹性能。结果表明:经900℃/15 min/WQ处理后的Ti684组织由尺寸为150μm左右的等轴β相大晶粒组成;经应变率为2600s-1的动态压缩测试后,900℃/15 min/WQ处理的Ti684较Tβ以下固溶时效处理的Ti-6Al-4V具有更高的动态强度1870 MPa和断裂失效应变0.20。具有较好动态力学性能的同时,900℃/15 min/WQ处理的Ti684在靶试抗冲击过程中产生了应力诱发马氏体,延缓了绝热剪切带的形成,表现出了比Ti-6Al-4V试样更好的抗弹性能。     

金属／陶瓷颗粒与接触面的热相互作用数值仿真研究

本文利用ANSYS有限元程序,仿真了在等离子喷涂过程中熔融的金属、陶瓷颗粒与接触面的热相互作用,给出了“温度－时间”关系以及接触 界面处接触温度的研究方法;结合功能梯度材料的制备,研究了不同材料颗粒,包括金属Ni颗粒,Al2O3陶瓷颗粒与接触界面之间的热相互作用。其结果为研究涂层牢固结合的基本物理化学过程提供了必需的理论依据。     

Numerical simulation of temperature and velocity fields in plasma spray

Based on the turbulence jet model,with respect to Ar-He mixture plasma gas injecting to ambient atmosphere,the temperature filed and velocity field under typical working conditions were investigated.Given the conditions of I=900 A,FAr= 1.98 m3/h,FHe=0.85 m3/h,it is found that both the temperature and the velocity undergo a plateau region near the nozzle exit(0～10 mm)at the very first stage,then decrease abruptly from initial 13 543 K and 778.2 m/s to 4 000 K and 260.0 m/s,and finally decrease slowly again.Meanwhile,the radial temperature and radial velocity change relatively slow.The inner mechanism for such phenomena is due to the complex violent interaction between the high-temperature and high-velocity turbulent plasma jet and the ambient atmosphere.Compared with traditional methods,the initial working conditions can be directly related to the temperature and velocity fields of the plasma jet by deriving basic boundary conditions.     

钛合金装甲材料动态压缩力学性能及其抗弹能力关系

采用分离式Hopkinson Bar技术针对不同热处理制度的TC6、ATI425以及TC3钛合金Φ5 mm×5 mm圆柱形标样进行了动态压缩实验,测定得到了试样在3000 s~(-1)高应变率条件下的动态强度、动态塑性及冲击吸收功;同时开展了以钛合金为面板、A3钢为背板的复合装甲抗弹性能试验,分析了钛合金动态力学性能与其抗弹性能之间的关系。结果表明:钛合金面板的抗弹性能与其动态强度和动态塑性均密切相关;钛合金的动态强度对材料抗弹性能的影响比动态塑性更加显著,其抗弹性能主要取决于动态强度;同时,表征钛合金动态力学性能优劣的冲击吸收功不能直接反映钛合金的抗弹能力;较大区域的正面开坑和较小的剪切充塞可以明显提高钛合金面板的抗弹性能。     

等离子喷涂过程中飞行颗粒熔化状态的数值仿真

利用数值仿真方法,针对2r02陶瓷颗粒,分析讨论了等离子喷涂过程中飞行颗粒的表面温度变化过程,以及不同直径颗粒内部的受热状态、温度梯度变化以及相变过程。并在此基础上,进一步对喷涂距离进行了分析,确定了在何种情况下,才能达到理想的喷涂效果。研究方法与结果对于实际的喷涂工艺生产具有指导意义。     

TC6钛合金加热和冷却过程中的相转变研究

熔渗技术是制备CuW合金的有效方法,有效控制铜液熔渗过程对获得组织性能优异的CuW合金非常有意义.针对铜液在结构形貌复杂的骨架孔隙中的熔渗过程进行模拟和分析.讨论了二维微观模型下孔隙的形态参数:形状因子、曲折度、孔喉比对铜液充型过程的影响;预测了CuW合金熔渗过程中熔渗速度和界面前沿压力随时间的变化.结果表明:孔隙的均匀性越差,曲折度和孔喉比越大,熔渗时的速率变化越明显;熔渗前沿压力突变也越大.     

TC6钛合金加热和冷却过程中的相转变研究

采用迅速水冷保留高温组织状态的方法,研究TC6钛合金在两相区加热和冷却过程中的相转变。结果表明:在加热过程中,次生α相会在700~850℃时优先固溶,初生α相在900℃时才会固溶,能谱分析结果表明,初生α相中Al元素浓度高于次生α相中Al元素浓度,因此初生α相在高温下更加稳定。在冷却过程中初生α相优先长大,而次生α相由于是通过形核长大,表现为在较低温度段才开始析出,且次生α相析出会降低初生α相的长大速度;进一步研究发现,冷却过程中次生α相析出温度会随着保温温度的降低而逐渐降低。     

等离子喷涂热障涂层微裂纹模拟研究

采用有限元法模拟了片层粒子中微裂纹的萌生和扩展过程。模拟结果表明,在特定的基体粗糙表面上,横向裂纹在垂直方向(Y方向)应力作用下沿片层粒子与基体界面附近开裂,横向裂纹平均长度lh=0.37ds(ds为片层粒子直径);而纵向裂纹则由于在片层粒子的腰部区域存在几何突变,在该处呈现出更高的水平方向(X方向)应力,导致裂纹大部分以近乎与基体垂直角度贯穿片层粒子腰部区域,并普遍优先于横向裂纹开裂,纵向裂纹平均长度lv=0.37hs(hs为片层粒子厚度)。研究发现,横向裂纹长度随撞击速度的增大而变长,而纵向裂纹长度随撞击速度的增大而变短。     

材料适用性评价指标体系构建研究

材料在装备上的适用性评价是对材料技术成熟度和使用合理性的评价,为建立材料适用性评价指标体系,通过研究确定了构建原则,分析了材料适用性的主要影响因素是材料性能、技术成熟性、保障能力和经济可承受性.在此基础上采用层次分析法构建了具有有序递阶层次结构的评价指标体系,基本概括了材料获得工程应用时必须具备的关键要素.     

稀土锆酸盐焦绿石相结构的第一原理计算

基于第一原理,通过计算机模拟,对新型热障涂层粉体材料,即焦绿石结构稀土锆酸盐的相结构进行了较为深入的分析.通过比较不同稀土元素的焦绿石结构和Mulliken集居数,找出了由于稀土元素的掺入引起的原氧化锆晶格和原子间作用力的变化趋势,相关结果对于材料的本征热导率具有重要影响.XRD图谱和IR图谱的实验数据与本研究理论计算结果吻合良好,证实了本研究所建晶体结构的正确性.