等离子弧冷床精炼钛合金的熔炼因素研究

针对等离子弧冷床精炼钛合金过程,运用COMSOL有限元仿真软件,基于电场、磁场、流场和温度场多物理场耦合,建立简单的等离子弧-熔池耦合冷床精炼钛合金模型,在等离子弧热作用下钛合金开始熔化,随着熔炼时间的推进,水冷坩埚中钛合金快速形成液态熔池,形似椭圆,并在35秒后进入准稳态,最后进行实际精炼测试,为制备钛合金粉末质量优化提供理论指导。

轻质高熵高温合金成分设计研究进展

相比于传统镍基高温合金,轻质高熵高温合金可同时具有高强度、低密度等特点,受到了广泛关注。综述了轻质高熵高温合金的研究进展,并依据相结构将其划分为4类:单相固溶强化合金、金属间化合物相强化合金、共晶组织强化合金和非金属元素强化合金。单相固溶强化合金通过元素调控实现性能优化,例如Al-Nb-V-Ti-Zr体系中Al元素的添加可显著提升其强度和硬度。金属间化合物相强化合金通过第二相的加入提升性能,但需注意某些金属间化合物可能导致脆化。共晶组织强化合金展现出良好的高温性能,但其室温塑性仍需改进。非金属元素强化合金通过多种机制进行强化,但元素添加量的精确控制至关重要。尽管在轻质高熵高温合金的成分设计和微观结构优化方面已取得一定成果,但仍面临成本高和工艺复杂等挑战。未来研究应聚焦于优化成分结构、深化理论研究、降低制备成本以及拓展应用与跨领域合作等方面,以促进轻质高熵高温合金的发展与广泛应用。

高熵合金腐蚀行为研究进展

高熵合金独特的成分设计和多组元间协同作用,赋予了其许多特殊的物理、化学和力学性能,如在多种腐蚀介质中展现出优于传统合金的耐腐蚀性,在现代工业和高技术领域展现出巨大的应用潜力。从高熵合金成分、制备方法和热机械处理工艺对其晶粒尺寸、元素分布、相结构、晶体缺陷的影响出发,阐明了在多种腐蚀介质中高熵合金表面钝化膜组成成分、形成过程和稳定性的差异化原因,进一步对腐蚀发生的具体形式、腐蚀产物和腐蚀机理进行梳理,准确评估了高熵合金的腐蚀性能。最后,对突破传统合金的应用限制,解决极端服役环境下的“卡脖子”难题,开发高强塑耐腐蚀高熵合金,推进高熵合金新材料工业化应用过程中面临的挑战进行了总结与展望。

选区激光熔化WC-12Co单道成型工艺参数优化

为了实现硬质合金WC-12Co金属粉末制品整体成型制造,采用选区激光熔化(SLM)技术对WC-12Co合金粉末单道熔池成形进行了理论分析和实验验证,取得了单道熔池成形的最佳工艺参数。结果表明,激光扫描速率和功率的不同组合影响了单道熔池的连续性和形貌,当激光功率为340 W、扫描速率为600 mm/s、扫描间距为60μm/道、铺粉厚度为40μm/层时,单道熔池形貌达到了最佳状态,呈现出稳定连续的“鱼鳞状”形貌,成形对象单层裂纹最少;在单道成形过程中,单道熔池截面出现了W元素聚集的现象,该现象是导致成形WC-Co块体各向异性的重要原因。该研究结果对硬质合金WC-12Co金属粉末制品的成形起到了决定性的作用。

基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究

构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型,为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型,系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明,支持向量机回归模型的预测结果最优,相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。

添加少量锌元素对SnSb8Cu4巴氏合金性能的影响

研究了质量分数为0.83%的Zn元素对SnSb8Cu4巴氏合金显微组织、硬度及抗高温蠕变性能的影响,结果表明:加入Zn元素后,SnSb8Cu4基体中析出了大量细小弥散的SnSb颗粒,且倾向于沿Sn基体晶界析出,金属间化合物Cu_(6)Sn_(5)和SnSb颗粒的总体积分数从14.9%增加到21.2%;室温下布氏硬度的增加不明显,但100℃下的抗蠕变能力显著提高。Zn元素的加入降低了Sb在Sn基体中的固溶度,使更多的SnSb颗粒沿晶界析出,对蠕变变形过程中晶界滑动起到钉扎作用,从而提高了抗蠕变能力。稳态蠕变阶段,压痕蠕变速率与压痕应力呈指数关系,根据实测数据推导出SnSb8Cu4和SnSb8Cu4Zn的压痕应力指数分别为2.95和2.73。

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.

化学复杂型金属间化合物的创新设计与未来发展

金属间化合物因其原子的长程有序排列及原子间的强键合而具备介于金属和陶瓷之间的独特性质,尤其是最近兴起的化学复杂型金属间化合物在结构和功能特性方面取得了显著突破,并获得了广泛的关注。得益于有序超点阵结构与多种元素化学性质的协同调节作用,这些化学复杂型金属间化合物有望表现出超越传统金属间化合物的非凡性质与性能。主要针对化学复杂型金属间化合物的晶体结构、材料设计、成形工艺和各方面性能进行了总结,重点关注材料设计中涉及的元素占位偏好、亚点阵高熵效应和晶界纳米无序等问题,并对当前这一新型金属间化合物材料的先进制备工艺、结构和功能性能的最新进展进行了概述。最后,对化学复杂型金属间化合物的未来发展方向作出了展望。

镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究

针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂机制。结果表明,合金的夹杂物主要为氮化物。在细晶组织状态下,高温疲劳断裂机制为氮化物(单独和团簇态)起始断裂。高应变幅载荷下(≥0.9%),断裂源主要为试样表面氮化物,极少情况为表面硼化物和氧化物(Al_(2)O_(3)和MgSiO_(3)),且只有Al_(2)O_(3)导致合金过早疲劳断裂;低应变幅载荷下(<0.9%),断裂源为氮化物-解理面型,均在试样近表面/内部。两种不同的断裂方式分别导致高应变幅载荷下400℃疲劳寿命高于650℃疲劳寿命,低应变幅载荷下反之。统计发现,引起疲劳断裂的所有氮化物的尺寸全部达到/超过细晶组织平均晶粒尺寸。在粗晶组织状态下,400℃下疲劳断裂机制为准解理起始断裂。晶粒尺寸的增加极大降低了可能诱发疲劳开裂的夹杂物的有效数量,滑移诱发的解理断裂成为主导断裂机制。

冷轧及热处理对核用TiVTaNb难熔高熵合金冲击性能的影响

难熔高熵合金是由多种难熔元素形成等原子比或近等原子比的多主元合金,由于其具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗辐照性能,有望作为新型抗辐照结构材料应用于新一代先进核能反应堆系统。本文针对具有强塑性匹配的TiVTaNb高熵合金,研究了冷轧及热处理对TiVTaNb难熔高熵合金冲击性能的影响。试验结果表明冷轧及热处理可显著提升合金的冲击性能,均匀态TiVTaNb合金的冲击吸收能为11.92 J,为铸态TiVTaNb合金冲击吸收能(5.15 J)的2.3倍,均匀态TiVTaNb合金的裂纹形成能及裂纹扩展能均提高,分别为铸态TiVTaNb合金的1.33、2.88倍。均匀态合金的冲击断口上出现了明显的纤维区,且剪切唇面积及弯曲程度均明显大于铸态。铸态合金冲击断口上的韧窝小且浅,而均匀态合金断口上的韧窝相对大且深,并且在大韧窝中还分布着许多小韧窝,可更多的耗散冲击能量。铸态及均匀态合金的冲击变形均由位错和孪晶协同主导,但是均匀化后的合金在冲击变形过程中位错密度明显升高,变形孪晶数量增多,为合金在冲击载荷作用下冲击性能改善和抗裂性能增强的主要原因。相关结果将为核反应堆先进结构材料的研发提供重要的理论参考和设计依据。

多主元合金空蚀-腐蚀研究进展

水力发电装备和海洋装备中的过流部件在服役时不仅受到腐蚀的影响,还同时受到空蚀破坏,导致过流部件表面材料损失甚至发生断裂,进而严重降低装备服役安全和寿命。现有的过流部件应用材料大多数为铜合金和不锈钢,存在耐腐蚀性能和力学性能都无法同步提升的瓶颈,开发出符合“高性能、长寿命、高可靠性”且环境适应性强的新型抗空蚀-腐蚀材料成为当前的研究热点。多主元合金独特的四大效应赋予其成为极端环境领域中抗空蚀-腐蚀材料的天然优势,其广泛可调的微观组织、优异的力学性能、出色的抗氧化性以及卓越的耐腐蚀性能,为开发新型抗空蚀-腐蚀材料提供了坚实的研究基础。抗空蚀-腐蚀多主元合金材料可以通过涂层和块体两个方面制备,同时可以按照主元种类和成分调控、合金化以及形成多主元复合材料来提高抗空蚀-腐蚀性能。综述了多主元合金作为抗空蚀-腐蚀材料的研究进展,重点从材料的微观结构出发,详细讨论了不同涂层和块体多主元合金在空蚀-腐蚀性能方面的表现及其影响因素。

低维度及低密度多主元合金

主要介绍了低维度、低密度多主元合金的研究进展与发展前景。多主元合金通常包括中熵合金和高熵合金。高熵合金通过“熵调控”设计理念,克服了传统合金材料在强度与韧性上的限制,展现出优异的力学性能。然而,密度大和成本高的缺点限制了其广泛应用。为解决这些问题,研究者们开发了低维度中、高熵合金材料和低密度高熵合金(即轻质高熵合金)。详细介绍了低维度中、高熵合金和低密度高熵合金的制备方法、性能特点和发展前景。一维多主元合金,即中、高熵合金纤维,主要通过热拉拔、冷拉拔和玻璃包覆法制备,在室温和低温条件下均表现出优异的力学性能,在高熵合金纤维柔性材料和复合材料等领域中应用前景广阔;二维高熵合金,即高熵薄膜,可通过物理气相沉积等技术制备,表现出超高的硬度和良好的高温稳定性,在航空航天、能源等极端条件下的应用潜力巨大;低密度高熵合金,即轻质高熵合金,不仅具有高熵合金高强度、耐腐蚀和耐高温的特性,还具有密度低的优点,在航空航天等极端环境领域将发挥重要作用。

高熵合金中的锯齿流变行为研究进展

高熵合金由于其独特的合金组成和多种元素的均匀分布,展现出了传统合金无法比拟的优异力学性能、热稳定性和耐腐蚀性。因此,这类新型材料近年来成为材料科学领域的研究热点之一。在高熵合金的塑性变形过程中,锯齿流变行为是一种十分重要且典型的现象,它通常表现为应力-应变曲线中的不规则波动。该行为揭示了材料内部复杂的动力学机制,与动态应变时效和位错运动等微观结构演变密切相关。研究表明,在不同的外部条件下,锯齿流变行为会呈现出不同的特征,并对材料的力学性能产生显著影响。近年来,学者们在锯齿流变行为的发生机理、影响因素及其对高熵合金材料性能的作用机理方面进行了广泛的研究,揭示了高熵合金内部位错滑移、局部应变集中等现象的本质。系统综述了高熵合金中锯齿流变行为的最新研究进展,重点讨论了锯齿流变行为的理论基础、实验方法以及特征参数的定量分析,旨在为进一步提高高熵合金的力学性能和工程应用提供理论指导。

短收尾螺栓的折叠缺陷工艺实验及疲劳特性

为揭示滚丝参数与收尾构型对折叠缺陷的影响规律,开展了螺纹收尾滚丝成形工艺与疲试实验,分析了不同加工参数下的折叠情况。结果表明:对于收尾区折叠,滚丝转速取较大值、进给量取较小值可有效减少折叠的形成;对于牙底折叠,随着滚丝转速、进给量取值的增大,折叠数量先减小后增大;对于疲劳特性,当滚丝转速增大、进给量减小时,由折叠缺陷发展成的疲劳裂纹逐渐减小。因此合理的滚丝工艺参数与收尾槽构型可有效减少螺栓收尾区折叠缺陷数量。

Preparation of FeCoNi medium entropy alloy from Fe^(3+)-Co^(2+)-Ni^(2+)solution system

In recent years,medium entropy alloys have become a research hotspot due to their excellent physical and chemical performances.By controlling reasonable elemental composition and processing parameters,the medium entropy alloys can exhibit similar properties to high entropy alloys and have lower costs.In this paper,a FeCoNi medium entropy alloy precursor was prepared via sol-gel and coprecipitation methods,respectively,and FeCoNi medium entropy alloys were prepared by carbothermal and hydrogen reduction.The phases and magnetic properties of FeCoNi medium entropy alloy were investigated.Results showed that FeCoNi medium entropy alloy was produced by carbothermal and hydrogen reduction at 1500℃.Some carbon was detected in the FeCoNi medium entropy alloy prepared by carbothermal reduction.The alloy prepared by hydrogen reduction was uniform and showed a relatively high purity.Moreover,the hydrogen reduction product exhibited better saturation magnetization and lower coercivity.

Study on the hydrogen absorption properties of a YGdTbDyHo rare-earth high-entropy alloy

This study investigated the microstructure and hydrogen absorption properties of a rare-earth high-entropy alloy(HEA),YGdTbDyHo.Results indicated that the YGdTbDyHo alloy had a microstructure of equiaxed grains,with the alloy elements distributed homogeneously.Upon hydrogen absorption,the phase structure of the HEA changed from a solid solution with an hexagonal-close-packed(HCP)structure to a high-entropy hydride with an faced-centered-cubic(FCC)structure without any secondary phase precipitated.The alloy demonstrated a maximum hydrogen storage capacity of 2.33 H/M(hydrogen atom/metal atom)at 723 K,with an enthalpy change(ΔH)of-141.09 kJ·mol^(-1)and an entropy change(ΔS)of-119.14 J·mol^(-1)·K^(-1).The kinetic mechanism of hydrogen absorption was hydride nucleation and growth,with an apparent activation energy(E_(a))of 20.90 kJ·mol^(-1).Without any activation,the YGdTbDyHo alloy could absorb hydrogen quickly(180 s at 923 K)with nearly no incubation period observed.The reason for the obtained value of 2.33 H/M was that the hydrogen atoms occupied both tetrahedral and octahedral interstices.These results demonstrate the potential application of HEAs as a high-capacity hydrogen storage material with a large H/M ratio,which can be used in the deuterium storage field.

Co-7Al-7V新型钴基高温合金热变形微观组织演变

对新型钴基高温合金Co-Al-V合金进行高温热压缩变形实验,实验变形温度为800℃~1050℃,应变速率为0.001~1 s^(-1).实验结果表明在低温低应变速率(800℃,0.001 s^(-1))、较低温较高应变速率(950℃,0.1 s^(-1))和高温高应变速率(1050℃,1 s^(-1))时,合金发生动态再结晶后出现孪晶,流变应力曲线也表现出达到峰值后先下降再上升的趋势,在变形温度为800℃和950℃时,高应变速率下更容易出现孪晶,随着应变速率降低,动态再结晶程度逐渐变高,在变形温度为1050℃时,低应变速率下容易出现孪晶,随着应变速率的降低,动态再结晶程度逐渐降低.随着变形温度的升高,动态再结晶程度变高,再结晶晶粒尺寸逐渐变大.通过对EBSD测试结果分析,高温低应变速率(1050℃,0.001 s^(-1))条件下的再结晶晶粒尺寸相较于高温高应变速率(1050℃,1 s^(-1))条件下的更大,高温下的孪晶界以Σ3边界为主,并且高温下应变速率越低,Σ3边界分数越高.为优化新型钴基高温合金的加工工艺提供理论依据.

多主元高熵材料的独特强韧化机制

多主元高熵材料拥有几乎无限的化学成分空间,其组织结构也可通过制备与加工工艺有效调控。因此,通过化学成分与组织结构的耦合设计,可有效协调多主元高熵材料中的各种强韧化机制,实现优异的综合力学性能。除传统单主元材料中的强韧化效应以外,多主元高熵材料还可具备独特的强韧化机制,从而获得更优的强度与塑韧性搭配。总结了多主元高熵材料相比于传统单主元材料的多种独特强韧化机制,包括宏量置换固溶与宏量间隙固溶、亚稳工程与双向相变、共生纳米双析与多层级析出、高应力孪生、高密度层错与迟滞马氏体相变、纳米非晶-多主元高熵晶体复合机制等。阐述了上述机制对应的多主元高熵材料成分与结构设计依据和思路,分析了典型机制在具体材料中的微观作用原理。进一步基于传统单主元材料中的经典强韧化机制与多主元高熵材料的独特性讨论了其它可能的强韧化机制。最后,展望了多主元高熵材料基于广阔成分与结构设计空间同时实现优异力学性能与其它功能特性方面的潜力,以有效发挥多主元高熵材料的独特优势和价值。

高强韧抗氢脆高熵合金研究进展

材料的氢脆敏感性通常随其机械强度的提高而升高,使得高强韧抗氢脆材料的开发面临挑战。高熵合金晶内显著的局部化学环境波动和晶格畸变有助于使其具有良好的氢相容性,在实现高强韧和抗氢脆等特征方面展现出发展潜力。对近年来高强韧抗氢脆高熵合金的研究现状进行了综述:首先总结了通过添加C,N和B等非金属间隙元素进行微合金化调控、析出相调控、主元比例调控和制备工艺优化等方式制备的高强韧高熵合金的抗氢脆性能;然后基于合金中氢的吸附及扩散行为、氢诱导的变形组织演化等研究,总结了合金的抗氢脆机理;最后展望了高强韧、抗氢脆高熵合金的未来发展趋势。