C18150/316L扩散连接界面微观组织及性能研究

采用真空扩散连接技术制备了C18150/316L复合板,通过室温剪切试验对其结合性能进行了测试。采用光学显微镜观察复合板结合界面附近的显微组织,并利用扫描电镜(配X射线能谱仪)分析了断口形貌及界面附近Cu、Fe、Cr、Ni等元素的分布情况。结果表明,C18150/316L界面附近组织致密,并且形成了大量Cu、Ni固溶体,不存在裂纹、孔洞、杂质等微观组织缺陷。复合板界面剪切强度约为228 MPa。剪切断裂发生在靠近C18150母材一侧,并且断裂前发生了10%~12%的应变,表明连接界面的强度高于C18150母材。在室温、200℃、300℃下,向密闭空腔结构内通入压力为1 MPa的高纯氦气进行检漏,测得的实际漏率均为1.1×10^(-10)Pa·m^(3)/s,表明连接界面具有良好的气密性,满足核聚变装置壳体加工制造对材料漏率的相关要求(小于1.5×10^(-8)Pa·m^(3)/s)。

QAl10-4-4/TC6双金属连接界面组织与力学性能分析

铜合金/钛合金双金属材料能发挥各自的性能优势,兼具轻质、耐磨、高强等优异性能。本文通过真空热压扩散法连接QAl10-4-4铝青铜和TC6钛合金,并采用显微组织观察和剪切强度测试等方法,研究了直接连接和添加AgCuZnCd连接的QAl10-4-4/TC6双金属的界面组织和力学性能,探究了连接参数与中间层对QAl10-4-4/TC6双金属连接质量的影响规律,分析了双金属界面过渡层形成机理,建立了连接工艺-界面组织-力学性能的内在关联。结果表明:直接扩散连接的QAl10-4-4/TC6双金属连接质量较差,生成的金属间化合物导致界面上生长了贯穿长裂纹,剪切强度仅有21 MPa;添加AgCuZnCd连接QAl10-4-4/TC6双金属后界面金属间化合物减少,当连接温度为850℃时,界面剪切强度最大为178.19 MPa,温度超过850℃时,双金属界面强度迅速降低。

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼(BN)颗粒添加量为0.4%~1.2%(质量分数)的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜(SEM)表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。

电弧熔炼与热挤压复合工艺对Cu-15Sn-0.3Ti合金组织及性能的影响

CuSnTi合金是青铜法制备Nb3Sn超导线材的关键材料,常规铸造法制备的CuSnTi合金晶粒粗大,反偏析现象严重,无法满足制备Nb3Sn线材高伸长率的要求。本研究采用热-力协同强化的思路,通过调控电弧熔炼及热挤压工艺参数,使Cu-15Sn-0.3Ti合金发生再结晶行为,成功制备出组织为细小等轴晶,力学性能良好的高溶质Cu-15Sn-0.3Ti合金。结果表明,在热-力协同作用下,铸态Cu-15Sn-0.3Ti合金中粗大的树枝晶演化为细小的等轴晶,存在于枝晶间隙的富锡相发生回溶,合金组织转变为单一的α相;合金的极限抗拉强度达到387.2 MPa,伸长率达到42.5%,强度与伸长率超过了进口铜锡合金的性能指标。

塑性变形连接工艺对TC17合金/TC4合金连接界面组织与力学性能的影响

采用塑性变形连接方法制备了TC17合金/TC4合金连接接头,通过金相显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等微观组织表征方法及单向剪切试验,研究了不同连接参数下TC17合金/TC4合金连接界面的微观组织与力学性能,分析了其内在联系,并探究了空洞组织的演化机制。结果表明:连接压力和连接温度对TC17合金/TC4合金连接界面的空洞演化、界面结合率和剪切强度影响更为显著。由于TC17合金/TC4合金连接界面塑性流动和原子扩散的协同作用,连接界面接触面积增大,界面处产生较大的局部应变,空洞由短棒状转变为椭圆形再变为圆形,并逐渐减小直至消失,从而使界面结合率提高,剪切强度增大。

低碳钢/高铬铸铁双金属材料组织及性能研究

本实验通过真空熔渗扩散连接的方法,在不同结合温度下制备了高铬铸铁/低碳钢双金属材料,对其组织形貌进行观察,并对界面剪切强度及显微硬度进行测试。实验结果表明,在1 010、1 030、1 050℃下连接的界面组织形貌明显不同,在1 030℃的结合温度下剪切强度为320 MPa;在1 010℃及1 050℃下剪切强度分别为298 MPa和318 MPa。在1 010℃结合温度下CuCr中间层厚度达到90μm,表明温度过低各元素扩散速率缓慢;1 050℃时CuCr中间层软化明显,最终形成的扩散层较窄且存在金属间化合物和显微孔洞,降低了双金属界面结合强度。

电热处理对Ti-55511合金黑斑组织演变及拉伸性能的影响

对固溶态Ti-55511合金进行905℃不同保温时间(10~60 s)的电热处理,研究了黑斑组织演变及合金拉伸性能。结果表明:固溶态合金的黑斑组织β相具有典型Goss和Cube织构取向,随着电热处理时间从10 s延长到40 s,β晶粒发生再结晶,黑斑组织含量减少;当电热处理60 s时,再结晶晶粒长大至平均尺寸为27.3μm,黑斑组织面积分数减少为2.1%。与固溶态合金相比,电热处理后合金的抗拉强度下降,断后伸长率提高;随电热处理时间延长,电热处理合金的抗拉强度基本不变,断后伸长率先增大后降低,在电热处理40 s时达到最大值20.8%;不同时间电热处理后合金的拉伸断口均呈现韧窝和准解理断裂的复合形貌。

Prediction model for surface layer microhardness of processed TC17 via high energy shot peening

The bulk TC17was subjected to the high energy shot peening(HESP)at the air pressures ranging from0.35to0.55MPa and processing durations ranging from15to60min.The microhardness(HV0.02)from topmost surface to matrix of the HESP processed TC17was measured,which generally decreases with the increase of depth from topmost surface to matrix and presents different variation with air pressure and processing duration at different depths.A fuzzy neural network(FNN)model was established to predict the surface layer microhardness of the HESP processed TC17,where the maximum and average difference between the measured and the predicted microhardness were respectively8.5%and3.2%.Applying the FNN model,the effects of the air pressure and processing duration on the microhardness at different depths were analyzed,revealing the significant interaction between the refined layer shelling and the continuous grain refinement.

航空Ti-55511合金高温变形微观组织演变研究

通过对具有黑斑缺陷的Ti-55511合金进行不同温度和不同应变量的高温变形实验,采用OM和SEM/EBSD技术对显微组织进行观察,研究了合金高温变形过程中β晶粒的再结晶行为,分析了变形时微观组织演变对压缩应力-应变曲线的影响。结果表明:随着高温压缩应变增加,应力呈现两阶段不连续屈服现象;随着温度和应变的增加,连续动态再结晶和不连续再结晶逐渐显著,动态回复仍占主导作用;动态回复和动态再结晶耦合效应是应力下降的直接原因。

热轧+电脉冲处理对超导用Cu-14Sn-0.3Ti合金组织及性能的影响

采用热轧+电脉冲处理的方式实现了Cu-14Sn-0.3Ti合金强度与延伸率的协同提升,Cu-14Sn-0.3Ti合金在经过70%热轧+10 min电脉冲处理后,延伸率由4.7%提升至40%,强度由298 MPa提升至530 MPa。通过调控热轧及电脉冲处理工艺,研究了形变储能,脉冲电流对减少层错,促进孪晶生长的影响。结果表明,Cu-14Sn-0.3Ti合金的强度与密度随着形变储能的增加而提升。在焦耳热和电子风力的共同作用下,Cu-14Sn-0.3Ti合金组织中的δ相发生溶解,层错减少。电脉冲处理后孪晶的形成为位错的运动提供了额外的滑移系,提升了Cu-14Sn-0.3Ti合金的延伸率。一方面孪晶的出现对晶粒进行了分割,细化了晶粒,另一方面,孪晶界的产生阻碍了Cu-14Sn-0.3Ti合金形变时位错的运动,使得Cu-14Sn-0.3Ti合金的强度得到提升。

扩散连接制备Cu/Al双金属及其界面组织与剪切强度

采用扩散焊(DFW)技术制备了Cu/Al双金属,连接温度范围683~803 K,连接时间范围20~80 min,连接压力15 MPa。Cu/Al双金属界面处的SEM实验结果表明,随着焊接温度的升高和保温时间的延长,界面层厚度逐渐增加,在连接温度为803K,连接时间80 min时,Cu/Al界面处形成了Al4Cu9,Al3Cu4,AlCu和Al2Cu金属间化合物(从铜侧到铝侧)。根据扩散动力学,金属间化合物(IMCS)的生成顺序为Al2Cu、Al4Cu9、AlCu、Al3Cu4。Cu/Al双金属的剪切试验显示为脆性断裂,并且界面强度随着IMC的减少而增加。在723K的焊接温度下进行20min焊接后,Cu/Al双金属的抗剪切强度最高为63.8 MPa。