激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸预测及成形工艺优化

通过激光熔化沉积试验分析了工艺条件(送粉速度、扫描速度和激光功率)对Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸的影响,构建了晶粒尺寸预测模型,优化了成形工艺参数,给出了工艺参数最佳区间。结果表明,相较于激光功率和扫描速度,送粉速度对晶粒尺寸的影响最为显著;随着成形能量密度的增加,合金晶粒尺寸呈现出先减小后增大的演变趋势;采用回归方程构建的晶粒尺寸-工艺参数关系模型能准确预测不同工艺条件下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的平均晶粒尺寸,相对误差小于2%;通过响应面分析得到工艺参数最佳区间为:送粉速度2.8~3 g·min^(-1)、激光功率1000~1050 W、扫描速度4~5 mm·s^(-1)。

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。

铜/钢爆炸焊接复合界面的显微组织及晶粒结构演化机理

采用光滑粒子仿真、先进表征和理论分析相结合的方法,对铜/钢复合材料爆炸焊接过程中的界面瞬态行为进行深入研究,并详细阐述其显微组织演化机制。根据仿真数据重构波形完整的演化过程,并揭示各种界面特征的形成机制。多尺度EBSD分析表明,界面附近区域呈多样性的晶粒结构,其演化机制主要受塑性流动、动态再结晶和凝固形核三个过程的控制。最后,通过纳米压痕实验建立晶粒结构与力学性能之间的关系。

近净成形快堆支承环用316H不锈钢锻件的晶粒度与力学性能

采用电渣重熔钢锭,经开坯锻造后,通过热挤压制备高品质坯料,随后在专用模具内进行胎模锻造成形,研制出国内首支外径15.5米、重量15吨的快堆支撑环1/6弧段316H不锈钢锻件,突破了超大规格快堆支撑环锻件制造技术瓶颈。结果表明:锻件各部位晶粒度、拉伸性能均匀一致且无各向异性,疲劳性能完全满足ASME设计曲线标准要求。所采用的近净成形制造工艺大大缩短了产品制造周期,提高了经济效益,实现了同类产品的国产化制造。

小晶粒ZSM-11分子筛的合成及其正辛烷催化裂化反应性能

采用传统水热合成法,以聚丙烯酰胺(PAM)为介孔模板剂,动态晶化合成小晶粒多级孔ZSM-11分子筛。并采用预晶化液法以减少有机模板剂的用量,降低合成成本。通过X射线衍射仪、低温N_(2)物理吸附、扫描电子显微镜和化学吸附仪等多种手段对合成样品进行了系统表征。考察了介孔模板剂的用量对合成小晶粒ZSM-11分子筛颗粒尺寸的影响及其催化裂化反应性能的影响。研究发现,在合成凝胶中加入聚丙烯酰胺并不会改变ZSM-11的拓扑结构,但会显著影响分子筛的形貌、孔结构及分子筛的酸性。合成的ZSM-11晶粒尺寸大幅度减小,同时出现介孔结构,样品的酸量和酸强度均增加。在正辛烷催化裂化微反评价中小晶粒ZSM-11分子筛表现出更高的活性稳定性、更少的氢转移反应和更高的丙烯收率。

基于混晶评价的大锻件热锻晶粒组织演变

以大型锻件超超临界转子用12%Cr耐热钢为研究对象,采用拔长实验和数值模拟相结合的方式,探究了大锻件热锻过程晶粒组织演变情况。研究表明:热锻后坯料横截面晶粒不均匀性受锻造温度、锻比以及上模压下速度综合影响,小锻比和较低锻造温度与大锻比和较高锻造温度均可改善晶粒不均匀性。基于此,通过拟合得到了12%Cr耐热钢热锻过程坯料横截面晶粒不均匀性与锻造工艺参数之间的量化关系模型;针对大锻件“因大而生”的混晶问题,在现有混晶评价方法的基础上,提出了一种普适性更好的混晶评价方法,即采用统计学方法划分各小组,以每小组晶粒弦长和占总弦长的频率为基础,分别确定大、小晶粒分界组进行评价,对比拔长实验后的混晶组织演变规律验证了该方法的优越性。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

热轧变形量对含0.5%B的6063铝合金晶粒取向、织构及再结晶的影响

借助SEM、EBSD、EDS等测试手段,研究了轧制变形量对含0.5%B的6063铝合金的晶粒取向、形变织构以及再结晶的影响。结果表明:随着轧制变形量的增加,晶粒越来越细小,越来越扁平,晶粒取向趋于一致,小角度晶界密度增加。轧制变形可以明显改变铝合金内部织构占比,合金随着压下量的增加,S织构和Brass织构占比变少,Cube织构和Goss织构的占比变多。均匀化热处理会使样品的再结晶晶粒增加至87.4%,轧制会使再结晶晶粒数量急剧下降,但是随着变形量的增加,再结晶晶粒数量会缓慢增加至1.18%。

高应变速率下TB6钛合金在绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制

采用分离式霍普金森压杆装置对TB6钛合金帽型试样进行室温动态加载试验,通过微观组织表征技术对绝热剪切带内的微观结构特征进行观察,研究高应变速率下TB6钛合金绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制。TEM观察结果表明:绝热剪切带中晶粒的瞬时细化是三种机制共同作用的结果。第一种机制是由于位错的快速运动、增殖以及塞积促使晶粒内部产生应力集中现象,最终在此现象的作用下形成裂纹、断裂以及细晶;第二种机制是通过增大晶粒内部的颈缩程度迫使细晶形成;在转动态再结晶机制的作用下,绝热剪切带的中心区域形成100nm的细小等轴晶。

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

晶粒尺寸对SiC_(p)增强纯Mg材料加工硬化行为的影响

研究晶粒尺寸对微量SiC_(p)/Mg室温拉伸变形过程中材料加工硬化行为的影响。结果表明,SiC_(p)/Mg材料分别在170、200和230℃下以0.1 mm/s速率进行挤压变形后,均发生完全动态再结晶,其动态再结晶平均晶粒尺寸分别为3.9、7.3和9.5μm。通过对挤压变形后SiC_(p)/Mg材料加工硬化行为研究发现,随着晶粒尺寸的增大,SiC_(p)/Mg材料加工硬化作用增大,其主要是由于随着晶粒尺寸增大,晶界对位错的吸收时间较长,导致材料中位错密度较高。

亚共晶合金晶粒尺寸与相图变量相关双参数模型的检验

提出用于描述晶粒尺寸与工艺条件和相图变量相关联的简单双参数数学模型,然而,这些模型还没有通过良好的实验数据进行充分检验。采用精选的亚共晶合金实验数据检验这些模型,并提出实验数据的选择标准。采用这些双参数模型拟合被选择的实验数据,检查曲线的拟合质量和适用性,从而确定与实验数据吻合更好的数学模型。基于数据分析,探讨溶质元素细化晶粒尺寸的机理。结果表明,晶粒尺寸与合金凝固间隔之间存在明确的依赖关系,这种关系可采用P变量加以描述。晶粒尺寸对凝固间隔的这种明显依赖表明,在充型和凝固过程存在对流的铸锭和铸件中,与枝晶破碎有关的机理是控制溶质元素细化晶粒的主要运行机制。

小晶粒高硅铝比NaY分子筛低温合成研究

采用自制的偏铝酸钠为合成导向剂,在低温下水热晶化合成出了小晶粒高硅铝比的NaY分子筛。考察了合成导向剂的陈化温度、陈化时间、晶化碱度、晶化温度和晶化时间对产品的影响,得到了制备NaY分子筛最佳的工艺条件,并进行了放大制备。在此条件下,NaY分子筛结晶度(峰面积)≥90%,结晶度(峰高)≥85%,硅铝比≥5.5,晶粒尺寸均在(100~200)nm,不仅优于工业标样的指标要求,且易于放大。

7075铝合金切削加工晶粒尺寸演化过程研究

金属材料在切削加工过程中,表层晶粒在机械载荷和热载荷的剧烈冲击作用下快速再结晶使表面形成晶粒细化层,该细化层严重影响材料使役性能。在研究切削加工晶粒尺寸演化机制的基础上,通过DEFORM仿真软件实现7075铝合金晶粒尺寸演化过程,开展单因素法试验,构建了晶粒尺寸关于切削速度、进给量的预测模型。结果表明:切削速度增加,表层晶粒尺寸增大,细化层厚度减小;进给量增加,晶粒尺寸和细化层厚度在温度和塑性变形共同作用下先增加后减小。通过实验验证,该模型能够较为准确地预测材料表面晶粒尺寸。

添加硬脂酸铝和二硬脂酸铝制备大晶粒UO_(2)芯块的工艺研究

本文研究了将硬脂酸铝和二硬脂酸铝作为晶粒长大剂,促进UO_(2)芯块晶粒生长的方法的可行性。采用ADU法和IDR法制备基体UO_(2)粉末,并分别添加一定量的晶粒长大剂,进行样品制备试验,检测芯块的晶粒尺寸、杂质成分和微观结构。结果显示,2种晶粒长大剂对UO_(2)芯块晶粒的生长均有显著促进作用。添加量为0.05%时,晶粒尺寸达到最大值,晶粒长大剂表现出的促进趋势基本一致。比较ADU法与IDR法制备的基体UO_(2)粉末,硬脂酸铝对二者晶粒长大的促进效果不同。将硬脂酸铝和二硬脂酸铝作为晶粒长大剂,不会对芯块的杂质含量和微观结构造成不利影响,具有一定的应用价值。

铝合金晶粒度测定方法探讨

通过对4个铝合金晶粒度测定标准进行对比分析,明确了各标准间的一致性和差异性。结合GB/T 3246.1—2012、GB/T 3246.2—2012两个标准,对铝合金晶粒度实际测定过程中存在的问题进行了讨论、分析,对晶粒度测试试样的前处理方法、浸蚀方法及结果判定标准给出了建议,为同类测定问题提供参考解决方案,有利于铝合金晶粒度测试方法的不断改进。

Al含量对齿轮钢20CrMo奥氏体晶粒度的影响

研究了Al含量对齿轮钢20CrMo奥氏体晶粒度的影响。研究表明,当成品Al含量在0.015%~0.020%时,淬火奥氏体晶粒度出现混晶,渗碳奥氏体晶粒度不混晶;当成品Al含量≮0.020%时,淬火和渗碳奥氏体晶粒度均不混晶。因此为了避免齿轮钢20CrMo淬火奥氏体晶粒度出现混晶,必须保证钢中成品Al含量≮0.020%。为了满足这一要求,炼钢过程熔炼成分Al含量最好控制在0.030%~0.050%。

不同晶粒细化剂对7N01铝合金铸锭细化效果

文章通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜、低倍测试等,分析了Al-3Ti-0.15C和Al-5Ti-1B两种晶粒细化剂的微观组织差异,对比了两种细化剂对7N01铝合金铸锭晶粒的细化效果。结果表明:Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiC相,Al_(3)Ti颗粒以杆状形式存在,杆状长度为30~80 μm,而TiC相以细小点状较均匀分布。Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiB_(2)相,Al_(3)Ti相以细小块状均匀分布,尺寸为10~50 μm,TiB_(2)相呈点状分布且局部有聚集。对于7N01铝合金铸锭,使用Al-5Ti-1B晶粒细化剂的细化效果比使用Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂的细化效果更佳。

大晶粒UO_(2)燃料裂变气体释放行为相场模拟研究

为预测大晶粒UO_(2)燃料中裂变气体的释放行为,从而为事故容错燃料的发展提供支持,本文采用相场模型,对裂变气体在UO_(2)多晶微观结构中的释放行为进行了模拟.该模型采用一组耦合的Cahn-Hilliard方程与Allen-Cahn方程,用守恒场变量表示裂变气体与空位的分布,以及用序参量区分气泡相与基质相.该模型重点考察了不同晶粒尺寸、不同温度条件与扩散系数对裂变气体释放行为产生的影响,展现了气泡的形核、生长、融合等行为,得到了一定程度燃耗深度下燃料的孔隙度、晶界处气泡覆盖率、气泡平均半径等模拟结果.结果表明,温度与扩散系数对孔隙度、晶界处气泡覆盖率的影响较为显著,在扩散系数较大时,晶粒尺寸也会对裂变气体释放行为产生较大影响,扩散系数较小时,晶粒尺寸的影响则不明显.此外,通过该模型得出的高燃耗深度下裂变气体气泡分布状况与实验结果也较为符合,该模型能较好地预测大晶粒UO_(2)裂变气体释放行为.

Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金的形变再结晶行为及晶粒尺寸模型

本文对Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金进行两相区变形和单相区退火,研究变形温度、变形程度以及变形-退火衔接方式对合金静态再结晶行为的影响,并建立变形温度和退火后β晶粒尺寸的相关性模型。结果表明:低变形温度有利于细化β再结晶晶粒。这归因于低变形温度下,α相含量增加,增大了β基体的变形储能,促进了β相的再结晶形核。退火后Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金β相的平均晶粒尺寸随变形程度增大而减小,当变形程度超过40%后,β晶粒平均尺寸逐渐趋于稳定,约为136μm。变形后的冷却速率也会影响合金退火后的晶粒尺寸,冷速越快,β晶粒尺寸越大。当合金在预变形后不经冷却直接升温至单相区进行退火时,β晶粒得到均匀细化。