块体纳米晶/微米晶复相金属材料研究现状及其发展趋势

本文综述了纳米晶/微米晶复相金属材料的发展历程、微观组织设计、制备方法及其力学性能与变形机制。概述了现有材料体系和制备方法的优点与不足,指出开发新工艺和进一步优化纳米晶/微米晶复相金属材料的综合性能是未来的发展趋势。

激光熔覆在金属间化合物涂层材料制备中的应用

在分析金属间化合物涂层材料特点的基础上,综述各种激光熔覆合成金属间化合物涂层的研究现状,分析了各种金属间化合物涂层的组织和性能。研究表明,激光熔覆合成的金属间化合物涂层均具有优异的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能。

熔体过热度对Zr基非晶合金力学性能和热稳定性的影响

采用吸铸法制备Zr_(70)Cu_(13.5)Ni_(8.5)Al_(8)非晶合金,采用同步差示扫描量热仪(DSC)和万能试验机对非晶合金显微结构进行表征和力学性能测试,并利用XRD和SEM对试样的相组成和剪切带观察。研究发现:随着吸铸功率增加,热稳定性、玻璃形成能力不断提高;Zr_(70)Cu_(13.5)Ni_(8.5)Al_(8)非晶合金的锯齿流变现象越明显,综合力学性能越好,其中吸铸功率8 kW时,试样的屈服强度、抗压强度和塑性达到最值,室温综合力学性能最好,且剪切带分布情况最好,但是继续提高吸铸功率,力学性能反而变差。

厚铝合金板搅拌摩擦焊塑性金属不同深度的水平流动状况

通过在 10mm厚LF2铝合金板的不同位置嵌入示踪Fe粉, 进行搅拌摩擦焊对接实验, 焊后截取不同深度的水平面试样, 采用扫描电镜对试样进行能谱分析, 通过观察Fe粉在焊缝金属中的水平分布, 确定了 10mm厚LF2搅拌摩擦焊焊缝金属的二维水平流动状况。结果表明, 塑性金属流动关于焊缝中心并不对称。焊缝下部金属受搅拌针作用, 前进侧大部分金属与焊接方向相反向后流动, 小部分金属向前流动, 但都未进入返回侧; 返回侧金属都向后流动, 且有部分金属进入前进侧。焊缝上部金属主要受轴肩作用, 前进侧大部分金属向前流动但未进入返回侧, 小部分金属向后流动; 返回侧金属沿旋转方向流入前进侧。

等径角挤压过程中材料的流变行为研究

分析了等径角挤压过程中材料流变的原因和特征,认为每道次挤压材料内部发生的剪切变形量与时间的函数曲线呈近似正态分布,适当升高温度和增加背压能有效减小难变形区,降低通道与试样接触面之间的摩擦能减小材料内部的滞变区。通过实验证明,随着挤压道次的增加,材料内部的滞变区将减小,均匀化程度会逐步提高。

不同冷压压力下Fe-Cu基金刚石复合材料超薄切锯胎体的组织和致密化机理

采用单轴模压法,以Fe-Cu基单元素混合粉末为原材料,在不同冷压压力下制备Fe-Cu基金刚石复合材料超薄切锯胎体压坯;利用显微硬度仪、阿基米德原理和OM、SEM表征冷压坯的显微硬度、组织和密度,研究不同压力下冷压坯的致密化机理。结果表明:随着冷压压力的增大,压坯中粉末的变形不均匀,粉末间摩擦力不断发生变化,制约了粉末颗粒的结合方式、显微硬度、排布及胎体密度。

金属半固态组织显微图像分析及实现

针对半固态组织分析中所需的固相率、固相颗粒尺寸和圆整度进行了计算机分析.由图像采集系统将待测金属的原始组织图像存入计算机中,采用Delphi语言编写了图像分析、计算软件(SSMAnalysis).在镁合金、锌合金、铝合金半固态组织分析中的实际应用表明,该软件具有识别效果好、适应性强、运行速度快、操作简易等特点.

退火对铝热反应制备的添加10%Cr的Fe_3Al材料晶粒尺寸和力学性能的影响(英文)

对铝热法制备的添加质量分数为10%Cr的块体纳米晶Fe3Al材料进行600℃、800℃、1 000℃的8 h等温处理后,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和电子探针分析材料的晶体结构和平均晶粒尺寸.结果表明,等温处理前后,Fe3Al材料的晶体结构始终保持无序bcc结构.材料的平均晶粒尺寸随退火温度的升高先增大后减小.等温处理前,材料的平均晶粒尺寸为21 nm,经过600℃、800℃和1 000℃等温处理后平均晶粒尺寸分别为31.7 nm、27.3 nm和24.6 nm.通过弯曲和压缩实验研究了材料的机械性能.等温处理前后,材料均具有较大的塑性变形量.材料的屈服强度随等温处理温度的升高而略有增大,是传统微米晶Fe3Al材料的3倍左右.含10%Cr的Fe3Al材料经过8 h的600℃、800℃和1 000℃等温处理后,具有优异的热稳定性和更高的强度.

计算机模拟材料组织结构的程序设计

介绍了将由分层切片技术得到的物体的一系列平面图形,转变成为与实际相符合的立体结构的模拟程序设计.通过在相邻截面间建立距离最小点之间的匹配关系,从而确定出物体的空间立体结构,使不能直接被观察的材料内部的立体信息可以直观地显现出来,为进一步研究、评测和设计材料的性能提供技术平台.

底材厚度和稀释剂对纳米晶Fe-Al-Ni材料性能的影响

通过铝热法分别在不同底材厚度和稀释剂条件下制备了含10%(质量分数)N i的纳米晶Fe3Al材料,对制得的材料进行了金相组织观察,XRD和TEM分析,并测试了应力应变曲线和屈服强度。研究结果表明:随着沉积底材厚度的增加,材料的晶体结构没有发生变化,主要由无序bcc结构的Fe3A l相组成;但材料的平均晶粒尺寸和屈服强度都增大,同时材料在断裂前的最大变形量也呈增大趋势,塑性提高。随着稀释剂的增加,材料的平均晶粒尺寸和屈服强度都呈现先减小后增大的趋势,且在未添加稀释剂的时候其值分别达到最大值;当添加稀释剂为20%(质量分数)的时候,材料中出现了有序B2结构的(200)峰,材料结构趋于有序,同时塑性有所降低,稀释剂为40%(质量分数)时,材料的最大变形量最大,塑性变形能力最强。

Cu-Fe基金刚石复合材料的制备工艺及性能

采用真空热压烧结工艺制备了Cu-Fe基粉末金刚石复合材料磨头,通过金相、XRD及硬度测试等实验方法,研究了不同烧结温度下制得的合金材料的显微组织特性和性能。结果表明,在实验条件下,烧结体中各元素之间产生了冶金结合,且合金化程度随着温度的升高而增大;930℃时,烧结体中金刚石与基体结合性较好,金刚石无石墨化现象,烧结体的硬度最高,达到160HB。

磨料磨损工作系统与耐磨料磨损材料数据库

从非平衡系统和不可逆过程热力学出发,基于体系同周围环境的联系与交互作用,研究了磨料磨损工作系统的开放性、复杂性和远离平衡态的特征;结合负熵流分析,揭示了材料磨料磨损过程不可逆的特点、不同性质总熵变,以及磨损工作状态特征、出现耗散结构的可能性及其主要结构形式;进而构筑了磨料磨损工作系统和具有多种功能的耐磨料磨损材料数据库,并分析了其特点.结果表明,所建立的数据库具有多方位查询和选材等多种功能.

退火时间对块体纳米晶Fe_3Al材料组织性能的影响

在800℃下对铝热反应法制备的含10%Ni的纳米晶Fe3Al材料进行了不同时间的等温热处理,保温时间分别为4、8、12、16、20、24和48 h。利用XRD和TEM分析了不同保温时间下材料的平均晶粒尺寸,并对硬度进行了测试,研究了晶粒尺寸变化趋势以及硬度变化规律,探讨了两者之间的变化关系。结果表明:材料的平均晶粒尺寸在不同时间的退火处理后,呈现出两次减小,两次增大,最后趋于平稳的过程。晶粒尺寸在4 h等温处理后达到最小值16 nm,在24 h等温处理后达到最大值35 nm。存在一个临界值dc=20 nm,当晶粒尺寸小于dc时,维式硬度和晶粒尺寸之间满足反Hall-Petch关系,当晶粒尺寸大于dc时,两者之间呈现正的Hall-Petch关系。16 h退火处理后维氏硬度最大为490 HV,24 h退火后维氏硬度最小为410 HV。

原位聚合法制备环氧树脂/石墨复合材料的性能研究

采用原位聚合法制备了环氧树脂/石墨复合材料,并对其进行热重(TG)、扫描电镜(SEM)和力学性能分析。结果表明,环氧树脂/石墨复合材料的邵氏硬度和抗弯强度随石墨含量而变化,当其含量为17.44%(质量分数)时,两者出现最大值,抗弯强度达到22.4 MPa,邵氏硬度达到5.21 HD;石墨的加入也使复合材料的电性能和热性能得到提高,其耐热温度可达350℃。

单轴模压法制备Cu-Fe基金刚石复合材料超薄切锯胎体的致密化机理

采用单轴模压法,以Cu-Fe基元素混合粉末为原料,在不同冷压压力下制备Cu-Fe基金刚石复合材料超薄切锯胎体压坯;利用修正Heckel模型建立压制压力与压坯相对密度的关系,用显微硬度仪、OM、SEM和阿基米德原理表征粉末松装密度、冷压坯的显微硬度、冷压坯的组织和密度。结果表明:修正Heckel模型的精确度高,模型在149、187和224 MPa压力下相对密度的计算值与实验值相吻合;但随压制压力的增大,压坯中粉末的变形越来越不均匀,粉末颗粒间摩擦力不断发生变化,并且模型低估了高压力下粉末的加工硬化,使168和205 MPa压力下的计算值高于实验值;由于压坯的高径比很小,粉末体的横向变形受到抑制,使得压坯组织呈轴、径向相异的特征,模型拟合的泊松比值小于文献报道。

Si对铝热反应法制备的块体纳米晶Fe-Al-Cr，Fe-Al-Mn材料组织和性能的影响

通过铝热反应法分别制备未加Si和加Si的块体纳米晶Fe-Al-Cr和Fe-Al-Mn材料。利用OM,XRD,EPMA和TEM对制得的材料进行微观组织观察。结果表明:加入质量分数为5%的Si之后,2种材料的平均晶粒尺寸变化不大;含10%Cr的材料晶体结构没有发生变化,均由无序bcc结构组成,而含15%Mn材料的晶体结构由之前的有序DO3结构向B2结构转变;Si元素的加入可降低Cr、Mn元素在Fe3Al中的溶解度,使基体中有Cr、Mn相析出。对材料进行硬度和应力应变曲线的测试,发现加入5%Si后,各材料的硬度均有较大程度的提高,塑性显著降低;含10%Cr的材料屈服强度由790 MPa减小至642 MPa,而含15%Mn的材料屈服强度由708 MPa增大至808 MPa。

新型低熔点铜基钎料的研制

以Cu-22Sn为基体,在此基础上添加Ni和Mn及其它微量元素,研制了一种低熔点铜基钎料。该钎料可在850℃下钎焊,钎焊温度比纯铜钎料低200℃,可在较低温度下钎焊低碳钢。对该钎料的钎焊工艺性能、钎料微观组织以及力学性能进行了研究。研究结果表明,该钎料具有优异的钎焊工艺性和润湿性,接头强度较高,冶金特性优异,界面冶金结合致密,焊后表面光滑,并且焊缝具有良好的塑性。解决了用纯铜钎焊时温度高造成的能耗高及产品变形等问题。

新型铝钢搅拌摩擦焊对接工艺分析

以3 mm厚的碳素结构钢Q235与3 mm厚的2A12铝合金为基材,通过机械加工的方式沿厚度方向将钢端面加工成倾斜的锯齿形状,运用搅拌摩擦偏心焊完成钢和铝异种金属的连接,以异种金属的对接焊接接头为研究对象。从焊缝宏观组织可以看到,在搅拌针的搅拌与轴向顶锻力的共同作用下,锯齿顶部的钢发生软化并随搅拌针的搅拌迁移到铝基体中。运用XRD分析表明,结合界面处除了铁和铝之外,还形成了Fe Al、Fe Al2等金属间化合物,靠近铝侧的焊缝显微硬度比铝母材的硬度要高,原因是形成的金属间化合物使得其硬度增高,通过扫描电镜与元素能谱分析,锯齿的底部铝钢结合界面形成了一层比较薄的过渡层,铝钢接头以冶金和机械结合的方式为主。

钛合金材料OIM试样的电解抛光及制备工艺

由于钛合金材料强度硬度较高,机械抛光通常不能去除试样表面的残余应变层,因而采用电解抛光是制备电子背散射衍射试样的理想方法。本研究通过正交试验进行优选,并对优选的电解抛光工艺参数进行调整,制定出了钛合金电子背散射衍射试样的快速制备工艺。

合金元素V对Fe_3Al基纳米晶材料微观组织及力学性能的影响

通过铝热反应熔化法制备了合金元素V质量分数分别为5%、10%、15%的块体纳米晶Fe3Al材料。通过金相、XRD、SEM、TEM分析了其微观组织,研究了材料在室温压缩下的力学性能。经分析,V质量分数为5%和15%的Fe3Al纳米晶材料主要由无序bcc结构组成,未出现有序峰,而V质量分数10%的Fe3Al纳米晶材料由B2结构组成,出现(100)的有序峰;随着合金元素V质量分数的增加,材料的平均晶粒尺寸、维氏硬度、屈服强度和延伸率均先显著增大后显著减小;V质量分数10%的Fe3Al纳米晶材料的晶粒尺寸、硬度、屈服强度和延伸率为最大,分别为60 nm、359 HV、582 MPa和15.1%。