91W-Ni-Fe-Co合金的常温、低温力学性能及微观组织

通过粉末冶金方法制备91W-5.5Ni-3.3Fe-0.2Co和91W-5.5Ni-2.5Fe-1Co合金。采用硬度测试、室温低温拉伸试验、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等方法,研究合金的微观组织演变和室温、低温力学行为。研究结果表明:在室温条件下,Co质量分数为1%的合金的力学性能更优异,抗拉强度和伸长率分别为1 400 MPa和11.7%,拉伸断裂行为以钨解理断裂和黏结相撕裂为主。微观组织上,相比于低Co合金,高Co合金的晶粒更加细小,钨-钨连续度降低,黏结相体积分数提高,黏结相中钨溶解度增大,合金性能得到优化;随着温度降低,2种合金的强度提高,伸长率下降;在-60℃时,高Co合金的伸长率相比于低Co合金的伸长率提高了20%,同时,合金的断裂模式仍以韧性相撕裂为主,而低Co合金在低于-20℃时,断裂由钨解理断裂主导。在一定范围内,Co质量分数增加能抑制杂质元素在晶界处偏聚,提高钨晶粒塑性变形程度,降低低温脆性。

晶粒尺寸对铌钨合金力学性能的影响

本文以铌钨合金为研究对象,通过熔炼、挤压、锻造制备了两种不同晶粒尺寸的铌钨合金棒材,研究了初始晶粒尺寸对经过热处理后棒材的显微组织和力学性能的影响,研究结果将为制备有特殊性能要求的铌合金材料提供一定参考。结果表明,经过相同热处理工艺处理后,初始晶粒尺寸细小的Φ43 mm棒材形成均匀细小的等轴晶,而初始晶粒尺寸粗大的Φ89 mm棒材形成不均匀且粗大的部分再结晶组织。无论是室温拉伸还是高温(1100℃)拉伸,晶粒细小的Φ43 mm棒材均呈现较好的屈服强度,分别为401 MPa和272 MPa。因此,铌钨合金的屈服强度与棒材初始晶粒尺寸有关。铌钨合金棒材的屈服强度要求越高,越需制备具有细小初始晶粒的棒材。

冷轧和再结晶退火对Ta-2.5W合金组织和力学性能的影响

采用电子束熔炼法制备了Ta-2.5W合金,研究了18.8%、48.5%和75.8%不同冷轧变形量对Ta-2.5W合金显微组织和力学性能的影响,并研究了退火对冷轧Ta-2.5W合金显微组织、性能及织构的影响。结果表明:随着变形量的增加,合金的晶粒不断压扁拉长,变形量75.8%时已经形成明显的纤维组织,合金的硬度和强度随着变形量的增加不断提高,原因是加工硬化。开始变形时合金组织中形成{111}<110>、{111}<121>织构,随着变形量增加,开始出现{100}<110>织构,{111}<121>织构逐渐消失,当变形量达75.8%时主要为{100}<110>织构,只剩下较少的{111}<110>织构;随着退火温度的升高,合金的纤维状组织开始逐渐消失,出现大量的等轴晶粒,发生了再结晶,晶粒尺寸、分布更为均匀,织构强度逐渐降低;1450℃退火保温1 h后,合金再结晶比例达到95.7%,已基本完成再结晶,此时合金中的织构强度大幅降低,约为冷轧态时的50%;退火后合金的强度降低,但塑性显著增加,有利于其后续变形加工。

W-CoCrNi合金的烧结致密化及其组织与性能

本文采用粉末冶金技术制备以CoCrNi中熵合金为黏结相的W-CoCrNi高密度钨合金,研究黏结相含量和烧结温度(1300~1500℃)对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:烧结态合金组织由W相、CoCrNi相、Co_(7)W_(6)相和亚微米富Cr颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度随之升高。合金在1500℃以下烧结时,致密化机制主要为固相烧结机制,固相烧结驱动力主要来自于表面能的降低和Co_(7)W_(6)新相的形成。当烧结温度达1500℃时,合金致密化机制主要为液相烧结机制,致密化过程包含W向CoCrNi熔体中的溶解和扩散、Co_(7)W_(6)相析出和钨颗粒球化三个阶段。1500℃烧结温度下制备的75W-CoCrNi和95W-CoCrNi合金的压缩屈服强度分别为1060 MPa和1602 MPa,75W-CoCrNi合金在压缩应变超过50%时仍未断裂。随着CoCrNi黏结相含量的增加,合金致密度随之升高,压缩变形能力增加,但压缩屈服强度降低。

基于小冲杆试验的纯钨韧脆转变温度测定及其变形特性

在不同温度(25,200,300,400,500℃)下对纯钨进行小冲杆试验,获得断裂能与温度之间的关系,拟合得到纯钨的韧脆转变温度;对不同温度小冲杆试验后的纯钨断口形貌进行观察,探究纯钨在小冲杆试验中的变形特性。结果表明:在25,200℃下纯钨处于完全脆性状态,在300℃下处于半脆性状态,而当温度达到400℃后,纯钨表现出良好的塑性;在250~400℃范围内纯钨的断裂能急剧升高,拟合得到的韧脆转变温度为(342±8)℃。当温度低于韧脆转变温度,纯钨断口存在沿轧制方向的长直裂纹,断裂特征随温度升高由沿晶断裂向穿晶断裂转变;当温度高于韧脆转变温度,断口出现帽形挤出形貌以及环形裂纹和短缺口裂纹,并且环形裂纹处存在大量韧窝,断裂特征为韧性断裂,且短缺口裂纹处出现钨分层现象。

晶界相和主相微观结构对多主相(Nd,Ce)-Fe-B磁体磁性能的影响

采用微磁学方法研究了多主相(Nd,Ce)-Fe-B磁体的晶界相结构、主相晶粒尺度、主相成分等因素对磁体磁性能的影响。研究结果表明:晶界相为非磁性时,沿晶界分布的晶界相厚度越大,对磁体的矫顽力H_(cj)改善越有利;随着晶界相磁性的提高,磁体矫顽力H_(cj)明显降低。同时,主相晶粒细化也有助于改善磁体矫顽力H_(cj),随着晶粒尺度减小,磁体的矫顽力H_(cj)逐渐增大;经Pr、Dy扩散后在主相晶粒表面形成的((Nd,Ce)_(1-x)RE_(x))_(2)Fe_(14)B(RE=Pr/Dy)硬磁壳层,使形核场提高,矫顽力H_(cj)得到显著改善。

氧含量变化对Ti-38Nb-4Zr-xO合金显微组织及力学性能的影响

采用高真空非自耗电弧熔炼炉对Ti-38Nb-4Zr-xO(x=0,0.3,0.6(质量分数))3种合金进行熔炼,并将他们分别在900、500℃下进行固溶时效1 h处理,运用金相显微镜(optical microscopy,OM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission elec‐tron microscope,TEM)、纳米压痕仪(nanoindenter)、静态热机械分析仪(thermo-mechanical analyzer,TMA)和万能试验机(universal testing machine,UTM)对Ti-38Nb-4Zr-xO合金进行表征,探究氧(O)含量变化对固溶时效合金组织及性能的影响。结果表明:固溶处理后Ti-38Nb-4Zr-xO合金均未检测到淬火马氏体α"相存在,他们均呈现出单一β相组织,其晶粒尺寸大小随着O含量增加而减小;经时效处理后,Ti-38Nb-4Zr-xO合金析出ω相和α相,同时O会延缓(或抑制)上述两相的分解;添加O和固溶时效处理均能使Ti-38Nb-4Zr-xO合金的抗拉强度、弹性模量和硬度提升,O的质量分数在0~0.6范围内,固溶态下每增加0.1的O元素,抗拉强度约提升50 MPa,弹性模量约提升1.5 GPa。

白云鄂博矿稀土在钢中的传承与作用

白云鄂博矿是世界上最大的稀土资源储量共生矿,搞清稀土在钢中的传承规律,清晰认识稀土在钢中的作用及机理,是有效利用稀土资源的关键。文章总结作者团队多年的研究成果,围绕白云鄂博矿稀土在钢中的传承、稀土对钢冶金质量的影响和稀土在钢中的微合金化作用进行了综述。相关基础研究工作,能够丰富稀土在钢中作用的认识,也能够为白云鄂博矿稀土资源在钢中的高质高效利用提供理论和技术支撑。

基于随机森林和支持向量机的Mo-Nb合金本构模型

在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Mo-Nb合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究Mo-Nb合金的流动应力行为,并采用随机森林和支持向量机的方法建立该合金的本构关系模型。结果表明:Mo-Nb合金是负温度和正应变速率敏感型材料,其流动应力随变形温度升高和应变速率降低而减小;随机森林和支持向量机本构关系模型的训练样本的相关系数和平均相对误差分别为0.989、0.998及2.41%、0.94%,测试样本的相关系数和平均相对误差分别为0.991、0.996及2.47%、1.4%,二者都具有较好的预测能力;支持向量机本构关系模型精度高于随机森林,因此,支持向量机本构关系模型更适于预测Mo-Nb合金的流动应力。

挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的准静态压缩变形行为

采用准静态压缩实验研究了挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金在0.0001~0.33 s^(-1)应变速率范围内的变形行为。结果表明:挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的流变应力响应行为具有一定的应变速率相关性,具体表现为流变应力随加载应变速率的增加呈现先降低,后增加,再降低的演变趋势。在压缩变形过程中,两种镁合金试样均产生了较为明显的动态应变时效(DSA)。产生DSA所需的临界应变随加载应变速率的增加而增加,且应力-应变曲线的锯齿类型具有强的应变速率相关性。添加Sr元素降低了镁合金沿径向压缩的流变应力,但对DSA行为具有一定的促进作用。相同应变速率下,挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金产生DSA的临界应变明显较小,且锯齿幅值略大。此外,Sr元素对孪生也具有一定的抑制作用,导致挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金的孪晶界出现不同程度的扭曲。

中子毒物硼和钆在乏燃料后处理中的应用及合金相图研究

随着我国核电站在建及运行的反应堆日渐增多,乏燃料的产生、运输和储存成为核工业面临的严峻难题。对卸载出的巨量核废乏燃料,采用闭环处理循环利用,比传统深埋更加环保和安全。采用添加中子毒物的核结构材料制造相关设备和仪器,可以保障乏燃料后处理过程的运行安全。基于核工业应用要求,针对乏燃料后处理常用的316L不锈钢、Ti35、Zr等材料添加B或者Gd的相图展开调研,结果显示B和Gd可明显提高结构材料的中子吸收效果,但B和Gd的化学性质与过渡族金属Fe,Ti,Zr等相差甚远,除α-Zr最多固溶2.8%Gd(原子数分数)以外,B和Gd均不能大量固溶于常规金属合金体系中,强制添加势必对合金力学性能或耐蚀性能带来巨大危害。可采用团簇模型的合金设计理念,通过含B和Gd化合物相均匀析出或者复合的制造工艺以及Zr-Gd、Ti-Gd体系的多元合金化,引入互溶的中间相,增加难以固溶的元素的固溶度,以此解决中子毒物B和Gd在乏燃料后处理中的应用瓶颈。

放电等离子烧结制备钼镍合金

采用放电等离子烧结方法制备钼镍合金,研究了烧结温度、压强、保温时间、升温速率对钼镍合金相对密度的影响。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子背向散射衍射仪等检测手段对钼镍合金的相对密度、显微形貌、物相等进行表征,分析放电等离子烧结钼镍合金的致密化过程。结果表明:烧结温度和压强是影响钼镍合金相对密度的主要因素,Mo和Ni元素的局部高速扩散是促进钼镍合金致密化的主要原因。烧结态钼镍合金的物相主要由Mo和MoNi中间相组成,Mo颗粒均匀分布在MoNi中间相形成的网状组织中。烧结态钼镍合金最大相对密度99.10%,平均晶粒尺寸小于10μm,平均硬度HRA 72。添加剂Ni含量在烧结前后变化不大。

氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为:固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。

高压条件下锆及其合金ω相变研究进展

本文综述了锆及其合金在高压环境静水压力条件下ω相变的研究进展,系统阐述了锆及其合金固态相变类别,包括马氏体相变、块状相变、第二相析出及ω相变的机理及析出行为,重点介绍了高压诱导ω相的相转变条件、相变对组织性能的影响及高压ω相形成机制的研究现状。从研究进展可知,当压力大于3 GPa时,高压将诱导锆合金中ω相的形成;当基体中存在ω相时,微观组织发生显著细化;当含有ω相的晶粒尺寸小于100 nm时,基体硬度及强度增大,塑性减小;ω相可显著提升锆合金的超导性能;目前高压ω相形成机制存在三类观点,分歧主要集中在中间相形成及α‖ω的取向关系。基于当前研究现状,本文指出了锆合金高压诱导ω相转变机理需进一步完善,并对后续锆合金ω相的研究方向进行了展望。

挤压AM80-(0.2Sr)镁合金准静态载荷拉-压变形力学响应行为及其不对称性研究

通过室温条件下的准静态拉伸和压缩试验,研究了挤压AM80-(0.2Sr)镁合金拉伸和压缩变形的力学响应行为及不对称性,并探讨了Sr元素对力学响应行为的影响。结果表明:挤压AM80和AM80-0.2Sr镁合金均具有显著的拉-压变形不对称性。挤压AM80和AM80-0.2Sr的拉伸与压缩的屈服强度比b分别为2.06和2.28,拉伸与压缩的极限强度比c分别为0.78和0.81,且拉伸应变硬化率大幅低于压缩变形。此外,在拉伸变形过程中,两镁合金试样均出现了明显的动态应变时效,其锯齿波动由C型逐渐演变为B型。相较于压缩变形,两种镁合金试样在拉伸变形过程中的动态应变时效更明显。适量添加Sr元素有利于提升拉伸的屈服强度和极限强度,但会降低断裂应变以及压缩的屈服强度和极限强度,并抑制拉伸变形过程中的动态应变时效。两种镁合金的断裂失效机制均为微裂纹的形核和穿晶扩展,微裂纹优先在变形较为严重且出现孪晶交叉的晶界处形核,然后沿与拉伸载荷夹角约为45°的方向扩展,直至贯穿多个晶粒。

高纯三氧化钼粒度对粉末冶金钼板工艺特性与力学性能影响

粉末冶金轧制制板工艺中,原始粉末颗粒对还原、烧结和轧板工艺特性以及钼板力学性能有着非常重要的影响。采用3种不同粒度高纯MoO_(3)进行还原、烧结和轧制制备0.5 mm厚的钼板试验,研究了3种不同粒度原始粉末颗粒对MoO_(2)、钼粉以及钼板制备工艺性能和终板力学性能的影响。结果表明:经一段还原制备的3种MoO_(2)还原程度及微观形貌差异较大;二段不同还原工艺制备的钼粉指标也不同,大粒度钼粉的D50、D90/D50值都比小粒度钼粉的低,且团聚少,均匀分散;相同烧结、轧制工艺条件下,大粒度三氧化钼经还原、烧结制成的钼板坯性能较好;小粒度三氧化钼经950℃还原及后续加工制成的0.5 mm钼板力学性能较好。

NbSi基合金HRS法制备研究

目的满足高性能航空发动机高压涡轮叶片的制备需求,探索精密铸造方法制备NbSi基高温合金柱状晶和单晶铸件的可行性,并提出面临的主要问题。方法采用具有螺旋选晶器结构的氧化锆型壳进行了HRS法定向凝固实验,采用扫描电子显微镜观察引晶段纵剖面微观组织,采用EBSD技术测试引晶段纵截面及螺旋段不同高度处横截面的取向信息,分析了螺旋选晶器对铌硅基合金杂晶淘汰的效果及螺旋段的组织取向演变规律。结果因定向凝固温度较低,致使引晶段、螺旋段组织均为等轴晶组织,且Nbss晶粒与嵌入其中的γ-Nb_(5)Si_(3)晶粒并无普遍严格的取向关系。而螺旋选晶器并未起到取向淘汰作用,这一方面是由于炉膛温度过低(1720℃)不能达到合金液定向凝固的效果所致,但另一方面,对于初生相为γ-Nb_(5)Si_(3)(小平面相)的过共晶铌硅基合金,因小平面相生长具有强烈的各向异性和较弱的横向扩展能力,因此选晶器不能起到较好的取向淘汰作用。而进一步提高炉膛温度至1780℃,其余参数一致,浇注后型壳软化破裂,合金液漏出。结论目前,工业制备铌硅基合金定向凝固柱状晶乃至单晶零部件急需解决的是型壳材质耐温能力不足的问题,需开发一种能长时间(30 min以上)承受1800℃以上温度的型壳。选晶法对过共晶铌硅基合金不能起到较好的取向淘汰作用,建议选用籽晶法。

限制型多向锻造对Ti_(2)AlNb基合金组织与性能的影响

在B2+O相区下对Ti_(2)AlNb基合金进行三道次等温限制型多向锻造(R-MDF),借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对变形后的合金试样组织进行分析,通过Image软件定量统计多向锻造各道次O相的总体积分数、板条O相的宽度和体积分数以及等轴O相的尺寸,研究不同道次下O相的变形行为;对不同道次下Ti_(2)AlNb基合金试样进行维氏硬度测试,揭示Ti_(2)AlNb基合金经多向锻造后微观组织与显微硬度之间的关系。研究结果表明:变形结束后,粗大的板条O相破碎细化成等轴O相;经不同道次的多向锻造后,等轴O相尺寸先由一道次的0.57μm增大到二道次的1.24μm后又逐渐细化,三道次后平均尺寸为0.84μm左右;相较于初始试样,各道次试样显微硬度分别提升约15.4%、22.2%和14.8%。

Zr-2.5Nb合金高温流变行为及热加工图研究

在应变速率0.01~10 s^(-1),变形温度750~880℃(中高(α+β)相区)的条件下,对Zr-2.5Nb合金进行了热变形行为研究,以掌握高温流变行为及热加工稳定性,为Zr-2.5Nb合金锻造和挤压提供依据。

超音速微粒轰击时间对Ni-W-Co-Ta合金组织和性能的影响

采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对冷轧态Ni-W-Co-Ta合金进行表面纳米化处理,系统研究了恒定气体压力(1.0 MPa)条件下SFPB时间对冷轧态Ni-W-Co-Ta合金的表面完整性、微观组织及力学性能的影响。结果表明:SFPB处理后,新型Ni-W-Co-Ta合金表层形成一定厚度的梯度纳米结构,随着SFPB时间的延长,合金表面晶粒尺寸可细化至9.74 nm左右,相应的形变层深度、力学性能(强度、残余压应力、显微硬度)均呈现出增大趋势;当SFPB时间为120 s时,合金表面粗糙度最小的同时其力学性能指标达到峰值;SFPB时间继续增加至150 s后,合金表面出现数量众多的微裂纹,残余压应力松弛的同时相应的力学性能有所下降;SFPB处理前、后新型Ni-W-Co-Ta合金的伸长率无明显变化,断口形貌均呈现出典型的韧-脆混合型断裂特征。