基于物理参数和响应面法的S280超高强度不锈钢本构模型

采用Thermecmaster-Z型热模拟试验机在变形温度为800~1000℃、应变速率为0.001~10 s-1条件下对S280超高强度不锈钢进行了等温恒应变速率压缩实验,分析了S280超高强度不锈钢的热变形行为,计算了热变形激活能。考虑变形温度对自扩散系数和杨氏模量的影响,建立了S280超高强度不锈钢基于应变补偿的物理本构模型。以变形温度、应变速率和应变为输入变量,流动应力为响应目标,建立了S280超高强度不锈钢的响应面本构模型。结果表明,S280超高强度不锈钢为正应变速率负温度敏感型材料,其流动应力随应变速率的增加和变形温度的降低而增大。热变形激活能对变形条件敏感,其随变形温度、应变速率和应变的增加而减小。基于应变补偿的物理本构模型具有一定的物理意义和良好的预测精度,其相关系数R和平均相对误差eAARE分别为0.971和7.8%。响应面本构模型的响应曲面和等高线图能反映变形条件之间的相互作用对流动应力的影响。建立的两个本构模型都能够用于表征S280超高强度不锈钢在热变形过程中的流动应力行为。

超高强度不锈钢热变形行为及加工图

采用Thermecmaster-Z热模拟试验机对10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE(S280)超高强度不锈钢进行变形温度800~1150℃、应变速率0.001~10 s^(−1)、压下率70%条件下的等温恒应变速率压缩实验,分析其热变形行为,并构建基于Murty失稳准则的加工图。结果表明:S280超高强度不锈钢的流变应力对变形温度和应变速率较为敏感,随应变速率增加和变形温度降低,流变应力显著升高。通过加工图分析和变形微观组织观察,S280超高强度不锈钢的失稳变形工艺窗口为800~1040℃、0.06~10 s^(−1),对应的塑性变形机制主要为局部流动;较佳的变形工艺窗口为1095~1150℃、0.001~0.04 s^(−1);最佳变形工艺参数在1125℃、0.001 s^(−1)附近,对应的塑性变形机制主要为动态再结晶。

原位生长技术制备石墨烯强化铜基复合材料

利用等离子增强化学气相沉积方法,在铜粉表面原位生长了站立石墨烯,用于制备石墨烯强化铜基复合材料.研究表明,石墨烯包覆在铜粉外表面,微观尺度实现了两者的均匀混合;生长的初期阶段,碳、氢等离子基团可将铜粉表面的氧化层还原,有助于铜粉-石墨烯之间形成良好的界面;石墨烯的成核是一个生长/刻蚀相互竞争的过程,其尺寸可受制备温度调控.利用放电等离子烧结方法将粉末压制成型,测试结果显示,添加石墨烯样品的电阻率降低了一个数量级,维氏硬度和屈服强度分别提高了15.6%和28.8%.

利用等离子体热处理方法在Zr金属表面直接制备Zr3O-ZrC/石墨烯表面强化层

采用等离子体热处理方法,在Zr金属表面直接制备Zr3O-ZrC/石墨烯表面强化层。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对Zr/Zr3O-ZrC/石墨烯样品进行结构表征和成分的表征。利用硬度计和纳米压痕对Zr/Zr3O-ZrC/石墨烯样品进行表面硬度的表征。研究结果表明:表面的复合增强层均匀的分布在Zr金属表面,纯Zr金属和Zr/Zr3O-ZrC/石墨烯表面的硬度值分别为195HV和639HV,表面硬度在热处理后提高3.2倍。纳米压痕结果表明,Zr3O-ZrC表面增强层是引起表面硬度提高的主要原因。

7055铝合金中纳米尺度Al_(2)ZnZr的结构和析出特征

利用透射电子显微镜(TEM)观察和分析了7055-T7751预拉伸厚板中的一种纳米尺度析出相,采用选区电子衍射(SAED)分析方法以及能谱成分分析方法(EDS)对析出相的结构和成分进行了表征,并结合析出相的明场像和高分辨(HRTEM)像,确定了析出相的种类、形貌和分布特征;通过分析基体α(Al)的五个低指数晶带轴([100]、[110]、[111]、[112]和[013])的SAED图特征,确定了纳米析出相与基体之间的取向关系;采用会聚束电子衍射(CBED)分析方法测定了入射电子束方向铝合金试样的局部厚度,分析了这种析出相的数密度。结果表明:7055-T7751预拉伸厚板中存在纳米尺度析出相Al_(2)ZnZr,呈球形或圆片状,尺寸大多在20 nm左右;Al_(2)ZnZr为简单立方(SC)结构,点阵参数为a=0.403 nm;7055-T7751预拉伸厚板中析出相Al_(2)ZnZr的数密度约为3.44×10^(11)mm^(−3);简单立方(SC)结构的析出相Al_(2)ZnZr与面心立方(FCC)结构的基体α(Al)之间存在共格关系,二者之间的取向关系为{100}_(Al)//{100}_(Al_(2)ZnZr)、〈001〉_(Al)//〈001〉_(Al_(2)ZnZr)。

基于灰色关联度分析的不锈钢离子渗氮层对磨损性能的影响

通过正交试验和灰色关联度分析研究了1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢渗氮层特性对磨损性能影响的主次关系和规律。采用光学显微镜观察渗氮层显微组织,并采用金相法测量渗层厚度;采用XRD衍射仪分析渗层表面物相;采用维氏硬度计测定渗层表面硬度和硬度梯度;采用SRV摩擦磨损试验机测试渗氮层摩擦磨损性能,并用白光干涉三维表面轮廓仪测定磨痕最大深度和磨损体积,用扫描电镜分析磨损机理。通过灰色关联度分析研究了表面硬度、硬度梯度和渗氮层厚度等渗氮层特性对磨损性能的影响。结果表明,不锈钢渗氮层发生的磨损破坏主要是通过磨粒磨损、黏着磨损和局部疲劳剥落产生;在恒定大载荷200 N条件下,表面硬度、硬度梯度和渗氮层厚度均显著影响其磨损性能,其中渗氮层厚度对磨损性能的影响最显著,随着渗氮层厚度增加,磨损性能下降。

基于响应面法的S280超高强度不锈钢的热变形行为

采用Thermecmaster-Z型热模拟试验机进行等温恒应变速率压缩实验,研究了S280超高强度不锈钢在变形温度为850~1150℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)时的热变形行为。分析了S280超高强度不锈钢的流变行为特征,计算了热变形激活能参数、应变速率敏感指数;建立了以变形温度、应变速率、应变为输入变量,热变形激活能参数、应变速率敏感指数为响应目标的响应面模型,并通过多目标可视化优化了S280超高强度不锈钢的热加工工艺参数。结果表明S280超高强度不锈钢为正应变速率和负温度敏感型材料,其流变应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小;建立的响应面模型具有较高精度,能直观反映材料参数与热变形条件之间的关系,可用于材料相关参数的预测;通过多目标可视化优化并结合组织验证获得了S280超高强度不锈钢最佳的热加工工艺参数范围为变形温度1085~1150℃、应变速率0.001~0.003 s^(-1)。

基于Ansys模拟的钛合金筒形工件离子渗氮温度场分析

针对钛合金离子渗氮过程中无法实时获取筒形工件温度分布的问题,通过基于Ansys的稳态温度场数值模拟,对多种渗氮工况、不同尺寸的钛合金筒形工件温度场进行模拟,获得一系列筒体工件温度场分布特性。结果表明,钛合金筒形工件在理想离子渗氮过程中,工件表面最大温差达到7.8℃,温度场为对称分布,在轴向呈现出中心高两端低的特点;增加两端辅助加热后,相同筒形工件表面最大温差缩小至5.6℃,工件两端温度显著提高,温度场均匀性得到改善,但温度场均匀性会随着筒体壁厚的增加而变差;通过调整辅助功率,可以改善筒体轴向温度均匀性。在径向,筒体内壁温度要高于外壁,且内外壁温度差会随着壁厚的增加而增加。该数值模拟结果,可为钛合金筒形工件的离子渗氮工艺优化提供参考。