含孔洞CoCrNiFeCu高熵合金纳米压入的分子动力学模拟

高熵合金具有优异的力学性能、耐磨耐蚀耐高温等性能,成为未来最有发展潜力的新型材料之一.因此,本文通过分子动力学模拟的方法探究了孔洞对CoCrNiFeCu高熵合金模型纳米压痕力学性能和位错演化的影响.结果表明,屈服点、载荷、杨氏模量和硬度等力学参数随着孔洞深度D的增加呈现先增加后稳定的趋势.孔洞的存在显著影响了位错形核的位置,随着孔洞深度的增加,初始位错优先在孔洞与表面之间形成,随后集中在模型表面形成,且位错环由平面圆环状转变为“翼状”.在孔洞深度较小时(D<40A),位错环沿(110)面水平扩展,随着孔洞深度的增加,位错环开始向下扩展.此外,在压痕深度为30?时,位错密度随着孔洞深度的增加逐渐增加.

FeCrNiCoCu合金疲劳性能及缺陷演变的分子动力学研究

疲劳失效是机械构件的重要失效形式之一,因此本文通过分子动力学模拟方法在应变量ε=0.08下,对高熵合金FeCrNiCoCu合金进行20次循环加载模拟,以探究了高熵合金FeCrNiCoCu合金的疲劳力学性能和组织演变.结果发现,在循环加载过程中,FeCrNiCoCu模型存在明显的循环软化和循环硬化现象,且循环软化和循环硬化交替出现.通过对模型组织分析发现每个循环周期结束后,有残余位错和层错,这些缺陷直接影响到下一周期的疲劳应力.通过对模型中总能量和无序原子百分比的统计分析可知,模型的总能量呈升高的趋势.模型中无序原子的百分比逐渐升高,最后稳定在0.09左右,无序原子对位错的生成和湮灭有直接的影响,进而影响循环硬化和循环软化.

TiC对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金非晶形成能力、微观组织及热稳定性的影响

铁基非晶合金存在非晶形成能力低、室温塑性差等问题,极大地限制了其在工程中的应用。基于“近混合焓+有效原子尺寸差”非晶合金成分设计理念设计了Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)全金属组元粉末,采用机械合金化球磨工艺成功制备出非晶态合金粉末,并研究了TiC陶瓷粉末的加入对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末非晶形成能力、微观形貌和热稳定性的影响。结果表明:Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末具有较好的非晶形成能力和热稳定性,TiC陶瓷粉末均匀稳定的分布于Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)非晶合金粉末中。添加质量分数15%TiC陶瓷粉末延缓了球磨过程中Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末的合金化和非晶化进程,降低了热稳定性,使得球磨后粉末粒度变小,分布范围变宽。该项工艺可制备出具有较大室温塑性的大块铁基非晶合金原始粉末。

大型变形薄壁筒体矫正工艺研究

在现代工业生产中,大型薄壁筒体由于其结构特性,在制造、运输或使用过程中容易受到外部负荷的影响而产生变形,这种变形不仅影响筒体的外观质量,更重要的是会降低其结构强度和稳定性,从而影响整个设备的运行安全和使用寿命,还会直接影响利用薄壁筒体做为模具所加工产品的产品质量。由于薄壁筒体加工成本较高,将变形筒体直接报废较为浪费,因此,研究和开发有效的薄壁筒体矫正工装及工艺,对于恢复筒体的几何精度和结构强度具有重要意义。针对这一问题,本文通过对实际生产现场中薄壁筒体的变形情况进行详细分析,设计了一套变形薄壁筒体的矫正工装。该工装操作简便,能够有效地对变形筒体进行矫正。在工艺设计上,本文综合考虑了筒体材料的力学性能、变形特点和预期的矫正效果,制定了详细的矫正工艺流程。为了验证工装及工艺的实际应用效果,进行了现场试验验证。试验结果表明,该矫正工装及工艺能够有效地矫正变形的薄壁筒体,恢复其几何精度和结构强度,满足后续使用的要求。该研究成果不仅对类似产品的制造和维护具有借鉴价值,也为相关领域的技术进步和创新发展提供了有益的参考。

Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

高熵合金主元元素的作用探讨

合金的性能首先取决于材料的组元,这是材料的基因,准确设计合金元素对材料力学性能的相应变化是建立成分-结构-性能关联性的关键环节。本文从高熵合金概念出发,综述了高熵合金的有关研究文献,详细介绍了多种常用高熵合金元素的功能作用,总结了主元元素对高熵合金组织和性能的影响,展望了高熵合金未来的发展趋势,以期对高熵合金开发和应用提供有益参考。

一种能温和产氢且具有高活性保持能力的Al-Bi-Zn基复合粉体

通过相图计算和气体雾化的方法,设计并制备Al-10Bi-7Zn和Al-10Bi-7Zn-1.5X (X:Cu, Fe, Ni)(质量分数,%)复合粉体。研究Cu、Fe和Ni对Al-Bi-Zn基复合粉体水解制氢性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及能量色散谱(EDS)分析对粉体的组成和形貌进行表征。水解制氢性能测试结果表明,添加Cu、Fe或Ni可以改变Al-10Bi-7Zn三元合金复合粉体的制氢速率,并且提高其抗氧化性能。在四元复合粉体体系中,Al-10Bi-7Zn-1.5Ni表现出最佳的制氢性能,在60℃下与蒸馏水反应时,500 min内的产氢率为75.3%(954.1 m L/g),在储存7 d后(30℃,相对湿度60%),1500 min内保持57.9%(733.7 m L/g)的产氢率。此外,机理研究表明,在Al-Bi-Zn基复合粉体中添加Cu、Fe或Ni可以稳定Al基体,抑制复合粉体在空气中的开裂,保持粉体的高活性。

金属颗粒增强镁基复合材料制备技术及性能的研究进展

镁基复合材料具有低的密度、优异的力学性能等特点,在汽车、电子、航空航天等领域有广阔的应用前景。本文综述了国内外金属颗粒增强镁基复合材料的研究进展,详细介绍了金属颗粒增强镁基复合材料常见制备方法的特点,分析了金属颗粒增强镁基复合材料的界面结构和主要强韧化机理。最后,对金属颗粒增强镁基复合材料制备材料及工艺的发展进行了展望。

储氢材料虚拟仿真实验的设计与教学实践

针对固态储氢材料制备及性能测试线下实验教学中存在的时间、空间和深度限制,设计建设了虚拟仿真实验。实验内容包含一类材料、两个体系、两类制备技术、三种性能测试方法,并且结合动画展示材料内部原子级别的反应机理,既让学生亲自体验、直接观察每一步实验过程,又能深入理解实验机理,实现了多个维度的以虚补实和探究型的实验教学,有利于培养学生的自主学习能力和实践创新能力,提升材料科学与工程专业实验教学的质量和水平。

镍基单晶高温合金近服役环境性能研究进展

航空发动机与燃气轮机作为国之重器,对保障国防安全和能源安全具有重要意义。随着发动机效率的不断提升,涡轮进气口温度不断提高。先进叶片往往采用高代次单晶高温合金材料制备,具有薄壁、多孔复杂冷却结构,且表面涂覆先进涂层,因而先进单晶叶片结构越来越精细复杂,服役过程中叶片不同部位温度场、应力场分布变化更大,其损伤机制无法通过传统棒状试样的变形损伤机制完全体现。基于先进单晶叶片的结构特点及服役环境特点,综述了叶片结构(薄壁、气膜孔)、二次枝晶取向(二次取向)及先进涂层等单一因素及多因素耦合作用对单晶合金拉伸、蠕变及疲劳等典型性能的影响规律及损伤机理研究,并对镍基单晶高温合金近服役环境性能研究的发展方向进行展望。

Al含量提高对IN 617合金持久性能及组织稳定性的影响

采用高温持久实验、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等研究了Al含量提高对IN 617合金持久性能及组织稳定性的影响。结果表明:Al含量提高后,基于超过4万小时的实验数据,IN 617合金700℃、10万小时的外推持久强度超过170 MPa,持久性能显著提高,合金的持久断裂机制仍以微孔聚集长大为主;Al含量的提高会明显促进IN 617合金中γ′相的析出,提高其含量,同时也会促进合金中μ相和σ相等TCP相(Topologically close-packed phases)的析出,从而提高合金的硬度与持久性能,但尚未发现TCP相会对合金持久强度产生不利影响;时效处理时间越长,晶界析出相尺寸越大且愈加连续,致使晶界结合强度降低,而Al含量的提高又会提高晶内强度。二者共同作用,会使IN 617合金的持久塑性降低。

FeCrNiCoCu纳米压痕性能的分子动力学研究

纳米压痕是研究金属特性最广泛的方法之一.因此,本文采用分子动力学方法研究了晶粒数、压痕半径和压痕速度对FeCrNiCoCu压痕性能的影响.结果表明,晶粒数从4增加到16,杨氏模量和硬度值逐渐减小,呈现反Hall-Petch现象;随着压头半径的增加,杨氏模量增大,硬度受接触面积的影响较大而减小,较大的压头半径有利于模型内部位错的产生和扩展;压入速度对杨氏模量和硬度的影响微弱,压入速度越快,位错密度越低,位错传播速度越慢.本工作以期为FeCrNiCoCu的研究提供理论指导.

激光定向能量沉积DD405单晶高温合金的裂纹形成机制研究

采用激光定向能量沉积技术制备了第二代单晶高温合金DD405薄壁结构,通过试验和理论相结合的手段对单晶高温合金在激光定向能量沉积过程中的热裂纹形成机制进行分析和探究。结果表明,热裂纹的形成是由应力集中、液膜稳定性和碳化物析出相3个因素所决定的。由于激光定向能量沉积过程的逐层叠加,残余应力随着沉积高度递增,因此沉积区存在高水平的残余拉应力。沉积区的晶界处会出现显著的应力集中,液膜在两侧拉应力作用下发生撕裂导致裂纹萌生。液膜稳定性与相邻晶粒间的晶界角度密切相关,当大角晶界大于40°时,会在拉应力的驱动下形成热裂纹。MC型碳化物析出相通过“钉扎作用”抑制液相补缩及弱化与基体之间结合强度等作用进一步促进了热裂纹形成。

(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(100-x)Al_(x)轻质中熵合金的力学与腐蚀性能

研究轻质(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(100-x)Al_(x)(x=0,5,7.5,10,摩尔分数,%)中熵合金在铸态和均匀化态下的显微组织、力学性能和腐蚀行为。结果表明,随着Al含量从0增加到10%(摩尔分数),铸态合金均由相同的相组成,即体心立方(BCC)相和少量TiCr2型Laves相组成。均匀化后,所有合金均由单相BCC组成。此外,(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(95)A_(l5)中熵合金表现出在铸态和均匀态条件下最优异的力学性能,屈服强度分别约为1048 MPa和1017 MPa,同时保持超50%压缩应变。与TC4和铸态(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(95)A_(l5)合金相比,均匀态(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(95)A_(l5)合金表现出更优异的耐腐蚀性能,这主要归因于均匀的显微组织与化学成分。

SPS烧结双主相Sm_(2)Co_(17)-Ce_(2)Co_(17)复合永磁体的微观组织

研究了放电等离子烧结(SPS)工艺和退火温度对双主相Sm_(2)Co_(17)-Ce_(2)Co_(17)复合永磁体微观组织的影响。结果表明:制备双主相Sm_(2)Co_(17)-Ce_(2)Co_(17)复合永磁体的最佳SPS工艺为:烧结温度750℃、压强64 MPa、烧结时间10 min,这样有利于减少稀土元素之间的扩散。退火可使烧结后磁体中存在的非晶相晶化。退火温度越高,双主相磁体中的稀土元素之间越容易相互扩散,Ce原子易扩散到Sm_(2)Co_(17)相中取代Sm原子,而Sm原子扩散到Ce_(2)Co_(17)相中取代Ce原子的机会就相对较少些,且在Sm_(2)Co_(17)相与Ce_(2)Co_(17)相的边界处形成一个过渡的富稀土区。

铜基偏晶合金的研究现状

铜基偏晶合金(Cu-Co、Cu-Fe、Cu-Cr等)具有优异的电、磁、力学等特性,受到国内外材料科学领域学者的广泛关注。在制备过程中,铜基偏晶合金由于发生液相分离行为并形成严重的偏析组织现象,被称为不混溶合金。过去的研究主要集中于寻求使铜基偏晶合金组织均匀的制备方法,然而近期研究表明,偏析组织异质结构的强度-韧性协同作用有利于提高材料的韧性,这为铜基偏晶合金的进一步发展提供了新思路。本文综述了目前国内外对铜基偏晶合金的液相分离和偏析组织形成机理的理论研究成果(包括液相分离组织结构演变、液相分离热力学以及第二相液滴形核生长动力学研究),归纳了目前主流的改善偏析组织方法(包括微合金化法、快速凝固法和激光成形法),阐述了铜基偏晶合金因液相分离特性产生的双相复合微观组织结构的强度-韧性协同作用,最后对铜基偏晶合金未来的研究发展方向进行了展望。

高流速离子源辉光放电质谱校正灵敏度因子法定量分析镍基高温合金中痕量稀土及贵金属元素

该文通过全面优化高流速辉光放电离子源分析高温合金痕量元素的仪器条件,系统研究高温合金复杂基体元素造成的质谱干扰,选取稀土元素和贵金属元素分析同位素与合适的质谱分辨率,确立了基于基体匹配的变形高温合金标准物质系列的校正灵敏度因子(RSF)定量方案,使测定结果的相对误差由4.0%~80%优化至7.7%~20%,并为痕量分析结果提供了可靠的计量溯源依据。基于此所建立的辉光放电质谱(GDMS)测定镍基高温合金中稀土元素和贵金属元素的方法检出限为0.0010~0.015μg/g,定量下限为0.0030~0.045μg/g。应用于变形高温合金和铸造高温合金实际样品中稀土元素和贵金属元素的分析,测定结果与湿法分析的参考值吻合较好,较好地验证了辉光放电固体样品快捷分析的优势,体现了高分辨质谱检出限低、线性范围宽、可分析元素多的特点,在高温合金材料质控中有着巨大的应用前景。

船用金属氢化物储氢技术研究综述

金属氢化物储氢是一种基于化学吸收原理的氢气储存方法,具有高体积储氢密度和高安全性的特点,在船舶储氢领域的应用潜力备受关注。在此背景下,对于金属氢化物储氢技术在船舶上的应用,有着材料性能、反应器性能、热管理系统、成本等一系列有待研究的问题。首先,对金属氢化物储氢技术进行归纳,总结梳理金属氢化物的工作原理及材料性能方面的研究进展,并介绍金属氢化物在船舶上的应用情况;然后,结合氢能船舶的应用环境及需求,分析金属氢化物储氢技术在船舶上应用的技术、经济可行性,并以满足氢能船舶对氢气储量和放氢速率要求为目标,介绍船用金属氢化物储氢系统的研究,包括储氢系统性能研究、储氢反应器结构、反应器结构优化、耦合船舶燃料电池的热管理系统和储氢系统设计思路;最后,结合上述研究内容,对船用金属氢化物储氢系统的研究方向进行总结与展望。

Ti元素对Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金性能的影响

以Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)为基础合金,研究了Ti元素添加对合金热稳定性和力学性能的影响。研究结果表明,添加适量的Ti元素能提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的热稳定性和非晶形成能力,随着Ti元素含量(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5)的增加,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金热稳定先增大后减小,当x=2时,非晶合金的非晶形成能力最强。Ti的适量添加也有利于提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)试样硬度、压缩断裂强度和塑性变形能力;当x=2时,非晶合金的硬度达到533.56,随Ti元素含量的增加,非晶合金强度、塑性先增大后减小;当x=0.5时,非晶合金的断裂强度为2111 MPa,塑性为5.02%,是不添加Ti元素的非晶合金塑性的1.8倍。

添加氧化镧对钼铼合金组织性能的影响

采用粉末冶金技术在钼铼合金中添加氧化镧制备了ODS-Mo-14Re,通过EBSD、XRD、维氏硬度计、电子万能试验机对氧化镧添加前后钼合金管材的显微结构、室温与高温力学性能进行了分析。结果表明,适量氧化镧的添加可以对钼铼合金起到很好的细晶强化与弥散强化作用;添加0.3%(质量分数)氧化镧使得钼铼合金的平均晶粒尺寸由22.6μm降低至7μm;氧化镧作为细小弥散的第二相添加在钼铼合金中,使晶粒内部位错密度增多,位错相互缠结,运动被阻碍,从而使钼铼合金的强度及塑性明显提升,弥散强化效果显著。室温和高温(1 300℃)拉伸时,Mo-14Re的抗拉强度为725.8、195.3 MPa,而ODS-Mo-14Re的抗拉强度达780.9、226.4 MPa,分别提升了7.6%和15.9%,表明氧化镧的添加使钼铼合金的室温以及高温力学性能得到明显提高。