热轧温度对Ti-Zr-V-Nb-Si合金微观组织和力学性能的影响

采用真空电弧熔炼制备了密度仅为6.1 g/cm^(3)的(TiZrV_(0.5)Nb_(0.5))_(99.4)Si_(0.6)轻质高熵合金,并分别选取900℃、1000℃和1100℃的热轧温度对合金进行轧制改性处理,探究了不同热轧温度对微观组织与力学性能的影响。结果表明:真空电弧熔炼制备的合金经轧制后强度和延伸率均得到提高,在900℃下热轧的合金具有的1164.5 MPa的拉伸断裂强度以及14.7%的延伸率,性能提升最佳,较铸态合金分别提高了13.9%和950%。随着热轧温度的进一步升高,合金平均晶粒尺寸变大、力学性能不断下降。900℃下热轧后合金优异的综合力学性能是位错增殖、固溶强化、第二相强化和晶粒细化四种强化机制共同作用的结果。

变形诱导析出相实现Ti_(45)Zr_(40)A_(l5)Nb_(5)V_(5)轻质高熵合金强塑性协同提升

钛基高熵合金具有比强度高,低密度等优越性能,被军工业和科研界广泛关注。然而,如何寻找并通过改进加工手段获取兼顾强度和塑性的钛基高熵合金材料,建立起加工方式、材料微观组织和力学性能之间的联系仍需深入研究。文章通过真空悬浮熔炼制备了一种密度为5.6 g/cm3的新型高熵合金Ti45Zr40Al5Nb5V5,进一步采用多级轧制法强化并增韧合金。研究发现多级轧制诱导了Ti45Zr40Al5Nb5V5合金中B2和HCP析出相的形成。同时将晶粒尺寸由387μm减小到89.5μm。析出相和细晶强化相结合的方式协同提高了Ti45Zr40Al5Nb5V5材料的强度和塑性,材料的拉伸屈服强度提升了35.2%至1149 MPa,延展性提升到10%,相较于铸态合金提升了34.0%。

热轧加工协同提升Ti_(45)Zr_(40)Al_(5)Nb_(5)V_(5)轻质高熵合金强韧性能

文章制备了一种密度为5.6 g/cm^(3)的新型轻质Ti_(45)Zr_(40)Al_(5)Nb_(5)V_(5)高熵合金,并研究了热轧温度对该合金的微观结构和力学性能的影响。从提升合金强韧性出发,采用不同的热轧温度对Ti_(45)Zr_(40)Al_(5)Nb_(5)V_(5)合金进行了轧制处理。并测定了同等40%变形量下(厚度从22 mm变为13.2 mm),700℃~1000℃的热轧温度时该合金的相结构、微观组织和拉伸力学性能。结果表明,热轧后Ti_(45)Zr_(40)Al_(5)Nb_(5)V_(5)合金始终保持单相BCC结构,晶粒尺寸下降了25.6%~53.7%,而且拉伸强度随热轧温度先升高后下降,延伸率不断升高。最佳的热轧温度为800℃,此时合金具有202μm的平均晶粒尺寸、917 MPa的拉伸屈服强度和11.3%的延展性,晶粒细化和位错强化是其性能提升的根本原因,该研究有望为高强韧化轻质金属结构材料的研发提供理论依据。

低层错能CrCoNi基(中)高熵合金的强化方法研究

低层错能的CrCoNi基(中)高熵合金在室温或低温下具有优异的断裂韧性。同时,在冲击条件下变形机理的多样性使CrCoNi基(中)高熵合金具有优异的抗变形能力,有望作为抗冲击结构材料被应用于极端环境中。然而,金属材料“强度-塑性”的倒置关系在CrCoNi基(中)高熵合金中依然存在,低的屈服强度限制了CrCoNi基(中)高熵合金的潜在应用。因此,选择合适的强化方法,提高CrCoNi基(中)高熵合金的屈服强度,同时保持高塑性,成为目前高熵合金研究的热点。本文从固溶元素、晶内缺陷、相结构3个方面介绍了目前应用在CrCoNi基(中)高熵合金中的强化方法,从固溶原子、间隙原子、位错、孪晶、相变、梯度结构等多方面讨论了强韧化机制,并以CrCoNi基(中)高熵合金的变形机理为切入点,分析了不同方法对合金性能的提升机理,为低层错能高强韧合金的设计提供了思路。

基于机器学习的梯度点阵材料优化设计

点阵材料具有轻质、抗冲击、高能量吸收等特性,因而在航天飞行器承载部件设计等领域有广阔应用前景.通过对点阵材料内部杆径进行合理的梯度设计,可以提高点阵材料在高速冲击载荷作用下的动态力学性能.利用仿真模拟数据,基于随机森林模型实现了梯度点阵材料的动态力学响应预测和结构参数优化.以面心立方(face center cubic,FCC)结构梯度点阵材料为研究对象,通过对杆径参数的调整实现点阵材料密度的梯度化设计.通过LS-DYNA软件计算了密度分布不同的梯度点阵材料受到冲击载荷作用时的动态力学响应,包括冲击端面与支撑端面接触应力随时间的变化曲线.基于随机森林模型,以各层胞元的相对密度为输入,实现对点阵材料端面峰值应力的预测,并基于Gini指数分析出对不同端面处峰值应力影响最大的胞元层.将网格搜索算法与训练好的随机森林对接,分别以两个端面上的峰值应力最高作为优化目标,获得点阵材料各层胞元相对密度的最优值.模型对梯度点阵材料端面峰值应力的预测误差在5%以内.数值模拟验证结果表明,优化后所得梯度点阵材料相应端面上的峰值应力高于仿真数据集内任何结构.

基于仿真的M54超高强度钢真空自耗重熔工艺优化

采用Meltflow-VAR软件,选取稳态熔速为3.6、3.9、4.2、4.5、4.8、5.1 kg/min六种工艺曲线,对M54超高强度钢Φ660 mm大锭型真空自耗重熔工艺进行仿真。计算结果表明,随熔速增加,熔池深度和体积增加,熔速4.8 kg/min及以上熔池与结晶器完全接触,冷却效果得到改善。一次枝晶间距随熔速增大单调上升,局部凝固时间和二次枝晶间距在3.6~4.8 kg/min范围随熔速增加下降、在4.8~5.1 kg/min无明显变化。选取4.2 kg/min熔速开展工业化试制验证,熔池形状与计算结果吻合良好。钢锭宏观偏析程度较低,但微观偏析(枝晶偏析)的程度可达30%以上。微观偏析在有二次枝晶结构存在的位置与二次枝晶间距正相关,在无二次枝晶结构的位置与一次枝晶间距正相关。综合考虑熔速对熔池形状、枝晶间距、元素偏析的影响,建议稳态熔速优化为4.8 kg/min。

增材制造中高强铝合金的缺陷与力学性能研究进展

铝合金是一种重要的轻质金属结构材料,广泛应用于航空航天和交通运输等领域。行业的快速发展对铝合金零件的服役性能和制备过程都提出了更高的要求,传统减材制造已难以满足对铝合金零件高效敏捷、绿色环保的制备要求。增材制造作为一种新兴的快速成形技术,为铝合金零件的制备提供了一个崭新的思路。然而,由于增材制造的工艺特点和铝合金的本征性质,通过增材制造技术制备的中高强铝合金零件中易形成诸多缺陷,严重损害其力学性能,限制其实际生产应用。本文综述了增材制造中高强铝合金零件中的缺陷类型及其成因,并从优化工艺参数、合金成分和添加形核剂三个方面,重点讨论了目前消除增材制造中高强铝合金零件中缺陷,改善其力学性能的进展及发展趋势,并指出未来改善增材制造中高强铝合金微观组织和力学性能的努力方向应为综合调控工艺参数和合金成分,进一步探索增材制造铝合金的最佳热处理工艺,从而获得高强塑性增材制造铝合金。

M54超强钢的热变形行为及显微组织研究

用Gleeble-3500热模拟试验机和电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)研究了M54超强钢在温度为900~1 100℃、应变率为0.01~10 s-1时的热压缩变形行为和显微组织演变,并构建本构方程。结果表明:在热压缩过程中,M54超强钢的流变应力随温度的升高而降低,随应变率的升高而增加;本构分析表明M54超强钢的应力指数为6.7,热变形激活能为429.656 kJ/mol;M54超强钢在该变形条件下均发生了动态再结晶,且高温低应变率下的再结晶晶粒更粗大均匀,其动态再结晶机制为非连续动态再结晶和连续动态再结晶。

轧制温度和压下量对Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料的影响

Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料由TiNi水泥和分布在其中的Ti_(2)Ni砖块组成,可以通过热轧Ti_(2)Ni/TiNi叠层复合材料进行制备。轧制温度和压下量分别对砖块宽度和间距有重要的影响。当压缩方向垂直于堆叠方向时,所有的样品均出现分层断裂,力学性能大幅降低。当压缩方向平行于堆叠方向时,太大的砖块宽度和太小的砖块间距都会促进Ti_(2)Ni和TiNi之间发生分层的现象。在700℃进行压下量为60%的轧制,砖砌复合材料得到最高的强度((1923.11±70.78)MPa)和最大的断裂应变(0.190±0.017),这是由于合适的砖块宽度和间距阻碍分层失效并促进裂纹的偏转。由此可见,通过优化砖块宽度和间距,可以进一步提高力学性能。

不同头部形状长杆弹侵彻过程的数值模拟

采用数值模拟技术研究了4种不同头部形状长杆弹体侵彻半无限厚轧制均质装甲(RHA)靶板的过程,重点考察弹体头部结构对侵彻过程的影响。结果表明:当靶板为高强度材料时,在相同的条件下,长杆弹体的侵彻深度是由弹体材料的失效机制决定,弹体头部形状对其影响较小;但长杆弹体头部的轮廓在撞击初始阶段对靶板的破坏有一定的影响,尤其是靶板开坑截面的大小。

垂直侵彻钢靶过程中钨合金壳体破坏机理研究

进行了钨合金壳体垂直侵彻45钢靶板的实验,成功地获得钨合金壳体侵彻钢靶板时变形破坏演变的完整过程。通过对回收的钨合金壳体微组织结构的观察与分析,发现钨合金壳体的主要破坏机制是危险截面区域形成绝热剪切带;其次,内腔前端区域发生粘结相撕裂。建立了壳体侵彻过程危险截面区域失效演变的3个阶段:绝热剪切带的形成、带内微裂纹的萌生和剪切裂纹的扩展。材料的失效方式与壳体存在应力集中区域密切相关,只有在壳体的结构设计中尽可能降低局部的应力集中系数,钨合金材料才能既可以发挥优异的侵彻性能,又可以保证侵彻过程完整性的要求,从而实现工程应用和军事应用。

新型自锐化钨合金材料研究

采用粘结相成分设计方法制备了一种新型自锐化钨合金材料,对所获得的材料进行了微观分析和性能测试。结果表明:与相同钨含量的常规钨合金相比,所制备的新型钨合金材料的动态抗压缩强度很高;在动态压缩加载条件下,材料的破坏形式为沿着试样加载方向(轴向)发生劈裂脱落,基本不出现塑性变形行为,这种特殊的失效模式有利于弹体在侵彻过程中产生“自锐化”现象。

钨合金壳体侵彻混凝土靶板过程壳体应变的实验测试

通过自行设计的弹载存储测试系统 ,进行了钨合金壳体垂直侵彻混凝土靶板的实验 ,获得了钨合金壳体危险截面处的应变—时间历程。实验结果表明 :在侵彻混凝土目标的过程中 ,钨合金壳体受到了动态压缩和动态拉伸载荷的反复作用 ,壳体能够很好地保持结构的完整性 ;同时 ,实验研究获得的钨合金壳体危险截面处应变—时间历程曲线 ,既可以为壳体设计提供理论支撑 。

Mn掺杂ZnO稀磁半导体的化学合成及磁性研究

采用化学方法制备了名义组分为Zn0.993Mn0.007O的Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料,并研究了退火温度(Ts=400,600,800℃)对其结构和磁性的影响。结果表明:在退火温度低于600℃条件下,合成的样品为单一纤锌矿结构的ZnO颗粒材料;当退火温度为800℃时,合成的样品中除了纤锌矿结构ZnO外还观察到ZnMnO3第二相的存在。磁性研究表明:经过600℃退火后的样品,其室温铁磁性最强,而经过800℃退火后的样品,其铁磁性几乎消失,并表现为增强的顺磁性。结合对样品的Raman光谱和紫外-可见吸收光谱的分析,表明Mn元素进入了ZnO晶格中并替代了ZnO中的Zn离子。样品的室温铁磁性是源于(Zn,Mn)O的本征特性,并排除了样品中第二相导致其具有室温铁磁性的可能性。

Ti-15Mo-3Al-2．7Nb-0．2Si钛合金绝热剪切带的微观结构演化

采用分离式Hopkinson压杆技术对Ti-15Mo-3Al-2.7Nb–0.2Si钛合金的帽形试样进行了强迫剪切试验,通过扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)研究了Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金在动态加载下绝热剪切带的微观结构演化。结果表明:Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金由于其组织以bcc晶格的β相为主,具有较好的变形能力,因此其绝热剪切带的形成是位错运动的结果;剪切带的微观结构演化过程为:晶粒在外加切应力作用下拉长变形—拉长晶粒的破碎—形成呈一定方向排列的细小等轴晶;带内形成的细小等轴晶尺寸为0.2～0.4μm。

ZnO纳米颗粒薄膜的制备与光致发光特性研究

利用高分子包覆法(Polymer Capping Method)在Si衬底上生长了颗粒分布均匀、致密的纳米ZnO薄膜。样品的形貌和光学性能分别使用SEM,AFM和PL谱进行表征。实验发现,前驱体溶液的pH值对纳米颗粒的分散性和尺寸有很大影响,进而影响紫外发光峰位。在本实验条件下,随纳米颗粒尺寸增大,PL谱的紫外发光峰红移,符合量子尺寸效应。

钨合金空心弹体垂直侵彻过程研究

进行了钨合金空心弹体垂直侵彻钢靶板和混凝土靶板的实验。通过对回收空心弹体的分析 ,指出钨合金空心弹体破坏的典型宏观特征和主要微观机制分别为 :空心弹体危险区域的塑性大变形及断裂和危险截面处材料的绝热剪切失效。通过自行设计的弹载存储测试系统 ,成功地获得钨合金空心弹体危险截面处应变的时间历程。应变历程曲线真实地反映出侵彻目标过程中应力波效应致使弹体受到动态压缩和动态拉伸载荷的反复作用 ,压应力远高于拉应力 ,而且应力水平与目标靶板的材料性能密切相关。研究结果不仅有助于空心弹体侵彻模型的建立 。

纳米SiO_(2)改性传统陶粒混凝土及力学性能研究

针对传统铁尾矿陶粒混凝土力学强度较低的问题,通过纳米二氧化硅对陶粒混凝土进行改性,并对改性后混凝土力学性能进行研究。试验结果表明,最高掺量条件下纳米二氧化硅改性铁尾矿陶粒混凝土最小坍落度和扩展度分别为177、376 mm,铁尾矿陶粒不出现上浮现象;在所有掺量范围内,混凝土表面密度均未超过1 950 kg/m^(3),表现出良好的工作性能。当养护龄期为28 d时,纳米二氧化硅掺量为0.3%的改性铁尾矿陶粒混凝土抗压强度最高为52.8 MPa,较普通陶粒混凝土提升了约16.8%;劈裂强度为3.69 MPa,较普通陶粒混凝土提升了约26%,具备良好的性能。

线形结构的ZnO生长与光致发光特性研究

采用模板生长法在Si衬底上制备了具有线形结构的ZnO。样品的晶体结构、形貌及光致发光性使用XRD、AFM、SEM及PL谱进行表征。结果表明所制备的线形ZnO为六方纤锌矿型晶体结构，线宽度大约为1μm，长度约10-30μm，具有良好的发光特性。我们对这种线形结构的形成作了推测。

回火温度对50SiMnVB钢壳体形成破片性能的影响

为了获得不同回火温度条件对壳体形成破片性能的影响规律,选取3种回火温度下的50Si Mn VB钢作为壳体材料,通过破片初速测定试验与水井静爆破片回收试验研究了50Si Mn VB钢壳体形成破片的速度及质量分布等性能,并应用AUTODYN-3D有限元软件仿真研究了50Si Mn VB钢壳体膨胀破碎形成破片的过程及破片速度、质量变化规律。研究结果表明,随着回火温度的不断升高,50Si Mn VB钢壳体的破碎程度随之降低,形成破片的总数逐渐减少,但质量在1.0 g以上的有效破片数目逐渐增加,相对提高了77.4%,而不同回火温度条件对50Si Mn VB钢壳体形成破片初速影响不大。