焊趾熔修和超声冲击处理对船用钢焊接接头的影响

针对船用钢焊接接头性能薄弱易发生疲劳断裂的问题,分别采用超声冲击、焊趾熔修和焊趾熔修+超声冲击复合处理等三种方法对船用高强钢焊接接头进行强化,对不同工艺强化后接头的残余应力、应力集中系数和疲劳性能进行了对比试验研究。结果表明:(1)超声冲击处理可有效降低接头残余应力,在表面形成有益的压应力,而焊趾熔修对接头残余应力无改善作用,甚至会使残余应力略增大;(2)三种处理工艺均可降低焊趾处应力集中程度,焊趾熔修处理可显著降低焊趾应力集中系数;(3)三种处理工艺均可改善接头低周疲劳性能,超声冲击处理后接头疲劳寿命提高幅度为58%,焊趾熔修处理后疲劳寿命提高幅度为249%,焊趾熔修+超声冲击复合处理后疲劳寿命提高幅度为460%。焊趾熔修+超声冲击复合处理工艺兼顾了焊趾熔修处理和超声冲击处理的优点,既可显著降低焊趾应力集中程度又可获得有益的残余压应力,可应用于船舶焊接结构关键部位的强化。

外加应力对Al-Cu及Al-Cu-Mg-Ag合金析出相生长的影响

采用电阻法和透射电镜观察研究了应力对Al-3.88Cu(质量分数, ％,下同)和Al-3.87Cu-0.56Mg-0.56Ag合金时效析出相的影响,结果表明:外加应力促进原子团簇或GP区的形成但延缓θ‘和Ω相的析出与长大;Al-Cu-Mg-Ag合金时效动力学过程存在一个调整微观结构演化的临界应力值,在大于该值的应力作用下将有助于原子团簇或GP区的析出;Al-Cu合金和Al-Cu-Mg-Ag合金时效过程中引入外加应力导致沉淀相择优取向;采用Eshelby弹性夹杂物理论计算外加应力与错配应力场间的相互作用可分析产生应力位向效应的原因.

形变诱导铁素体的形成机制

Ｇｌｅｅｂｌｅ ２０００热模拟实验机上采用变形开始的同时喷水淬火和减少变形量的方法，对形变诱导铁素体的形成机制进行了一系列实验研究实验研究表明，形变导致了铁素体的块型相变和针状铁素体的相变析出，同时在奥氏体温区形变诱导铁素体在变形后具有不稳定。

低碳钢形变强化相变的特征

介绍了低碳钢形变强化相变的基本概念及主要特征,系统的研究工作证实了变形显著地加速了低碳钢过冷奥氏体向铁素体的相变过程,形变强化相变是一个以形核为主导的过程,直到相变完成以前,形核始终存在于新相与原奥氏体相界面的高应变区。由于几何空间与成分条件上受到一定的限制,长大及各向异性都不太明显,铁素体晶粒超细化,实验工作还证实了转变动力学呈现明显的3个阶段,它们分别与相变铁素体在原奥氏体晶界上的形核,在铁素体/奥氏体相界前沿高畸变区的形核,及被铁素体晶粒所包围的残存奥氏体上的相变形核等过程相对应。

低碳微合金钢中针状铁素体的形成与控制

低碳微合金钢连续冷却时都会产生多种类型的中温转变组织,低冷速下主要得到粒状贝氏体组织,高冷速下主要得到板条贝氏体组织.连续冷却时,在较高中温转变温度范围可形成针状铁素体,其转变受冷却速度和过冷温度影响.通过控冷可以在低碳微合金钢中得到贝氏体和针状铁素体多相组织,利用针状铁素体能改善高强度低碳微合金钢的综合力学性能.

低碳钢应变诱导铁素体相变发生的温度条件

用Gleeble 1500热模拟实验机进行了低碳钢不同温度下变形后自动落入水中的淬火实验,组织分析表明铁素体的组织形态在一定温度下发生了明显变化 结合变形后冷却过程膨胀曲线的测量结果,确定实验条件下应变诱导相变发生的上限温度为830℃左右.利用喷水淬火法试样冷却速度分布不均匀的现象,确定低碳钢变形后抑制铁素体析出的临界冷却速度为400℃/s,并采用此方法确定了应变诱导相变的上限温度.结合实验结果对应变诱导铁素体相变机制及发生的温度条件进行了分析.

组织细化的控制相变技术机理研究

在Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟机上模拟了不同的弛豫析出控制相变(ＲＰＣ)工艺过程,结合金相、ＳＥＭ、ＴＥＭ以及ＥＢＳＤ技术研究了不同变形温度,变形量以及弛豫时间对含Ｎｂ,Ｔｉ低碳微合金钢最终组织细化的影响．此外Ｆｅ－Ｎｉ合金被用来研究弛豫过程中的位错亚结构变化以及析出行为．结果表明,经ＲＰＣ工艺处理后,贝氏体束可得到明显的细化．弛豫过程中同时存在位错弛豫、多边形化形成位错胞状亚结构以及应变诱导析出,这两者是引起最终贝氏体组织细化的主要原因．当两种因素互相协调并促进时,细化效果最佳,在本模拟条件下,最佳控制工艺为８５０℃变形后弛豫６０－２００ｓ左右．

Mg-Al系镁合金离异共晶β相的研究

简述了离异共晶β相的特征、生长方式及对力学性能的影响,重点分析了改善和抑制离异共晶β相的方法和措施。在非平衡凝固条件下,Mg-Al系镁合金在晶界处析出大量质硬性脆的β相,阻碍了合金韧性的提高。对几种Mg-Al合金进行了改善和抑制离异共晶β相的试验。结果表明,采用适当的措施可以改善和抑制离异共晶β相。

Al-Mg-Si-(Cu)铝合金在连续升温中的析出行为

采用差示扫描量热法(DSC)研究了Al-Mg-Si和Al-Mg-Si-Cu铝合金的连续升温时效析出行为,并结合JMA方程分析Cu对该合金时效析出动力学的影响,计算出各种亚稳相析出动力学参数,进而得出各相析出的相关动力学表达式及TTT曲线。结果表明:Cu显著地提高了Al-Mg-Si合金的时效硬化效果和速率,这与Cu的添加降低了析出激活能密切相关;Al-Mg-Si合金原子团簇、GP区、β〞和β'的激活能分别为(67.3±1.5)、(96.9±3.5)、(106.6±3.1)和(158.9±3.9)kJ/mol;而Al-Mg-Si-Cu铝合金原子团簇、GP区、β〞、β'、Q'和Q相的激活能分别为(62.0±1.8)、(87.8±3.2)、(97.7±3.1)、(137.0±4.2)、(125.5±4.3)和(266.7±5.4)kJ/mol。

钢中贝氏体相变机制的研究

简要地总结了国内近年来在贝氏体相变理论研究方面的主要成果,包括以下方面: (1)发现钢中的贝氏体超精细结构; (2)贝氏体表面浮突完全由贝氏体铁素体长大过程中形变产生,单一超亚单元对应的浮突呈帐篷型;(3)贝氏体铁素体宽面上存在三维巨型台阶,在近N-W关系下相变单元宽面接近(335)f,为扩散型界面; (4)发现钢中贝氏体碳化物在α/γ界面的γ侧形核并向奥氏体内生长; (5)建立了贝氏体激发形核-台阶长大模型,理论计算表明这种机制是合理的,它成功地解释了贝氏体的多层次复杂结构,以及上贝氏体、下贝氏体等不同形态的形成原因等.

高速激光熔覆液压立柱表面耐磨耐蚀Fe基非晶涂层制备工艺研究

为提高煤矿液压立柱在极端工况条件下的服役寿命,在液压立柱常用材料27SiMn钢表面利用高速激光熔覆技术制备了Fe基非晶涂层,并对其显微组织、硬度和耐磨耐蚀性能进行了研究。结果表明,涂层底部存在严重的晶化转变现象,但中部和顶部存在大面积非晶相组织。涂层的显微硬度能够达到1 200 HV,是基材的5倍以上;磨损率为2.14×10~(-4)mg/N·m,较基材减少了5.9×10~(-5)mg/N·m,具有优异的耐磨损性能;涂层的Ecoor和Icoor分别为-0.57 V和8.41μA/cm~2,耐腐蚀性能较基材有明显提升。研究结果为提高液压立柱耐磨耐蚀性能提供了方法与思路。

电弧离子镀NiCoCrAlY涂层的组织结构及初期氧化

采用XRD,SEM,TEM和光激发荧光谱等技术对电弧离子镀制备的NiCoCrAlY涂层的组织结构和初期氧化的机理进行了研究.结果表明,电弧离子镀方法沉积的NiCoCrAlY涂层具有纳米晶体结构,呈明显的层状生长.真空退火后涂层内的层状结构消失,涂层组织更致密,晶粒明显长大.有孪晶出现.涂层在真空退火后表面已经生成一层很薄的以α-Al2O3为主的氧化膜,在高温氧化过程中,涂层表面的亚稳态氧化物θ-Al2O3先增多,然后逐渐转变为稳态的α-Al2O3,并对其相关机理进行了探讨.

韧性材料的微裂纹扩展和连通的晶体相场模拟

采用晶体相场模型研究韧性单晶材料在双轴拉伸条件下微裂纹扩展和连通的演化过程,分析应变、初始裂口处原子密度等因素对裂纹扩展和分叉的影响。结果表明:初始裂口处原子密度对裂纹扩展有明显的影响;对于双轴拉伸作用,当应变较小时,裂纹扩展不分叉;当应变较大时,裂纹扩展才能出现分叉。在裂纹扩展过程中,体系能量不断降低;当裂纹出现分叉时,体系能量降低更快,这表明裂纹扩展过程中弹性应变能的释放比表面能的增加要快。裂纹在扩展过程中,在分叉处会出现与主裂纹断开的孤立的微小空洞。这些微小空洞将成为新的裂纹萌生之地,它们在应力的作用下不断长大,连成一线,形成新的裂纹分支。同一条直线上的两条初始裂纹在扩展过程中,当裂纹尖端靠近时,尖端相互吸引,裂纹相互连通。本研究所得结果与相关模拟结果和实验结果吻合。

马氏体回火过程中组织转变量预测的实验研究

利用45号碳素钢,实验研究了不同加热速度及保温温度和保温时间条件下马氏体回火过程的组织变化.结果发现,即使在高速加热过程中,马氏体也能发生回火组织转变.通过数据处理,利用回火参数λ建立了能比较准确、方便地预测回火组织转变量的动力学方程.数值模拟计算结果表明,马氏体回火组织转变量计算结果与实验结果吻合.

下贝氏体中碳化物的析出

通过3组实验证实了下贝氏体碳化物是在α/γ界面的奥氏体一侧析出,并向奥氏体中生长,同时也在贝氏体亚单元之间析出．在形态上,碳化物存在于铁索体内,也可跨越α/γ或α/α界面;在整个相变过程中,铁素体与碳化物的长大呈相互竞争机制,碳化物从α/γ界面的γ一侧析出,但铁索体的长大速度远高于碳化物,二者长大的结果是铁索体将碳化物包围,导致碳化物似乎是由铁索体中析出的假象;用热力学及台阶理论对实验结果做了分析,在实验证据及理论分析的基础上,提出了下贝氏体碳化物的析出及长大模型;下贝氏体碳化物是由富碳残余奥氏体中析出而不是由碳过饱和的铁索体中析出,其实质是确定新形成的贝氏体铁素体中是否含有过饱和碳,这直接涉及贝氏体相变机制的类型．

Al-Zn-Mg-Cu合金的淬火敏感性

采用分级淬火试验方法,结合对合金峰时效态硬度、淬火态电导率的测试,拟合得到新型Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr合金的温度—时间—性能(TTP)曲线,并与传统的7B04和7150合金进行比较。结果表明:新型合金的TTP曲线鼻温大约在290℃,其孕育期约为4.5 s,与同等条件下制备的7150合金(320℃,2.6 s)和7B04合金(335℃,0.1 s)相比,其TTP曲线的鼻温最低,对应的孕育期最长,反映出新型合金过饱和固溶体的稳定性最高,具有最低的淬火敏感性。进一步的TEM分析表明,随着鼻温附近保温处理时间的延长,合金内部的淬火脱溶析出现象不断加剧。淬火诱导脱溶η相优先在(亚)晶界上形核析出,在晶内依附于已存在的Al3Zr弥散相粒子形核析出;时效后,在这些粗大η相周围形成一定宽度的无沉淀析出带。合金的成分及组织形态影响和决定着合金的淬火敏感性;新型合金淬火可以适当降低冷却速度以减小残余应力。

γ(fcc)→α(bcc)马氏体相变表面浮凸的AFM观察与定量分析

利用原子力显微镜 (AFM)及扫描电镜 (SEM)观察并定量分析了γ(fcc)→α(bcc)马氏体相变的表面浮凸。结果表明 :{ 2 5 9} f 马氏体表面浮凸为双倾动、帐篷 (∧ )型 ,{ 5 5 7} f 马氏体的表面浮凸为“孤立岛状”浮凸群 ,{ 2 2 5 } f 马氏体表面浮凸为具有层状结构的“三角形”浮凸群 ;{ 2 5 9} f 马氏体表面浮凸的宽度、高度及浮凸角度均大于 { 2 2 5 } f 马氏体“三角形”浮凸群 ,{ 5 5 7} f 马氏体表面浮凸群的高度最小 ,其浮凸角也最小。

贝氏体铁素体形核长大的热激活迁移机制

应用QUANTA-400型环扫电镜研究了20CrMo钢贝氏体铁素体的形核长大,提出了原子热激活迁移的形核机制。认为过冷奥氏体在孕育期中,依靠成分涨落,形成贫碳区,由于三种涨落的非线性正反馈作用使奥氏体晶格瓦解,建构α核坯,铁原子和替换原子以热激活迁移方式转入α核坯中,以界面过程控制方式形成贝氏体铁素体晶核,并且迅速长大。

低碳钢奥氏体转变为铁素体的元胞自动机模型

建立了一个在压缩变形与连续冷却作用下．低碳钢中奥氏体γ转变为铁素体α的二维元胞自动机模型 模型考虑到α相在奥氏体晶界上形核与生长、碳溶质和温度场在奥氏体和铁素体中的扩散， 讨论了冷却率和应变等因素对于γ－α相变的影响。

应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性影响的研究

针对应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性的影响进行了研究，得到了应力作用下相变动力学和相变塑性的计算模型，而且发现相变前预应变限制了相变塑性的数量和相变反应的速度，使之不能用弹性状态下得到的模型进行简单的外推，并利用应力应变诱导相变。