工业纯钛机械孪晶演化及其对纯钛低温力学性能的影响

对工业纯钛(TA2)在液氮介质中机械孪晶随应变量的变化规律以及孪晶对晶粒尺寸的依赖性进行了研究。结果表明:在静拉伸过程中孪晶分数随应变量的增加而增加,孪晶的形成主要在均匀塑性变形阶段,尤其在塑性变形的初期,颈缩后孪晶分数增加缓慢。孪晶形貌的演化规律为:在变形的初始阶段生成孪晶的尺寸比较大,在随后的塑性变形中又发生破碎,最终形成一些孪晶密集的区域。低温下纯钛的塑性变形方式为孪生和滑移共同作用。粗晶粒(55μm)和细晶粒(18μm)的纯钛在室温和低温下的拉伸实验结果表明,晶粒的粗化没有降低纯钛的塑性,低温下粗、细晶粒纯钛的塑性均比室温下的高。这种现象与纯钛低温下活跃的孪生密切相关。

高性能钛合金的关键“基因”及高通量实验与计算技术的应用

加快高性能钛合金的研发速度、降低研发成本对我国高端装备制造至关重要。作为关键结构材料,强度、塑性与韧性是保障钛合金构件安全运行的关键力学性能指标。通过高通量计算可预测合金的模量、比热、热膨胀系数等多种物理性能指标,但是对于强度、塑性与韧性等力学性能指标尚缺少预测模型和公式,原因是力学性能间接依赖合金的化学成分,直接影响力学性能的因素是合金的微观组织。高性能钛合金的关键"基因"是成分、相/组织结构与晶体缺陷。高通量计算和扩散多元节建立合金成分与相的对应关系,相场动力学计算与模拟实现对相与微观组织演化的预测,通过微纳尺度力学性能测试技术获得微观组织结构的力学性能数据。期望通过以上各环节研究结果与数据的有机整合,建立钛合金成分、相与微观组织、力学性能数据库,有助于提升高性能钛合金的研发速度,满足我国关键技术领域对先进钛合金的需求。

导模法生长Al_2O_3单晶温场的理论计算

用光线导向模型建立了描述Ａｌ２Ｏ３单晶内部热量交换的二维方程，用有限元法计算了Ａｌ２Ｏ３单晶的温度场，分析了片状Ａｌ２Ｏ３单晶温场及其变化规律．研究结果表明，对流换热系数影响晶体的温度分布，固液界面越远，影响效果越显著，对流换热系数的增大使晶体温度降低．晶体生长速率增大使结晶前沿的温度梯度增大．晶体较长时，距固液界面较近的晶体的温场可以认为是准稳态温场．

课堂讨论与同伴学习在工程材料基础课程教学的应用及效果评价

为了激发学生的学习兴趣,提高教学效果,在工程材料基础课程中采用课堂讨论和同伴学习的教学方式,并对不同教学方式的效果进行评价。课堂讨论使学生更能参与学习过程,增加其学习主动性。同伴教学由学生课前预习、观看教师上课视频、自学、同桌讨论结合等多种方式混合,也增加了学习的主动性,学习效果良好。

整合课程优势资源 建设国家精品课程——工程材料基础国家精品课程的建设与实践

本文介绍了西安交通大学国家精品课程"工程材料基础"在50多年的发展中形成的特色优势资源,如国家精品教材、各种失效形式的工程零件和材料应用展室以及多媒体课件库等。这些特色资源为工程材料基础课程教学内容的设计、教学手段的更新和多样化以及教学水平的提高发挥了积极的作用,教学效果得到了学生和教学专家的认可。

工程材料基础课程线下多维度教学模式探究——基于一流本科课程建设理念的视角

根据教育部一流本科课程建设实施意见的“两性一度”标准,工程材料基础课程开展了教学方式的改革和探索,致力于提高人才培养质量。本课程实施了研究性学习和拓展性学习,从多维度改革教学方式,指导学生开展了中性笔笔尖材料的组织与成分分析研究性学习,培养学生解决复杂问题的能力,同时引导学生勇于实践探索,克服畏难的心理。通过拓展性学习,让学生阅读文献和查阅资料,拓展学生的知识领域和视野;通过了解铁碳相图的发展历史,让学生从历史唯物主义的视角了解材料学科重要理论的发展历史,体会人类智慧的积累和沉淀历程;从我国重大工程建设项目学习各类材料的实际应用,强化学生理论联系实践的科学思维,增强学生的民族自豪感和建设社会主义强国的热情。

预变形对TB3合金时效析出行为及其力学性能的影响

研究固溶处理后的预变形对Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al(TB3)随后时效过程中α相析出行为以及时效处理后力学性能的影响。对于经过预变形的试样时效后在金相显微镜下观察到网状的析出组织。透射电子显微镜观察表明:预变形时效试样中,α片优先在滑移带、晶界等高密度位错区形核长大,并伴有α片的变体选择效应。金相与X射线衍射结果表明,预变形对α相变有促进作用。拉伸试验结果显示:与自由时效相比,通过冷变形可以缩短时效时间,提高材料拉伸强度,但同时降低了材料的延性。

应变速率对β固溶Ti-10V-2Fe-3Al合金应力诱发马氏体相变的影响

研究应变速率对β固溶处理的Ti-10V-2Fe-3Al合金应力诱发马氏体相变的影响。结果表明,随着应变速率由5×10-4 s-1增加到1 500 s-1,合金都发生应力诱发马氏体转变,且诱发应力随着应变速率的增加而增加。金相形貌及XRD分析显示,在所有的应变率下,合金拉伸后的微观组织均由针片状α″相和β基体相组成。应用热激活界面运动模型及拉伸过程的温度升高解释了随着应变速率的增加,诱发应力增加的现象。

细晶Ti-2A1-2.5zr合金室温/低温低周疲劳行为及微观结构

对细晶Ti-2Al-2.5Zr合金进行了室温/低温(77 K)疲劳实验及微观组织观察.结果表明:室温低应变幅△εt/2(= 0.5%,1.0%)下,合金表现为循环软化;室温高应变幅(1.5%,2.0%)下,则表现为循环应力饱和;77 K时,不同应变幅下均表现为循环硬化,且随应变幅升高,循环硬化程度增强.疲劳寿命测试结果表明:低温疲劳寿命始终高于室温,断口SEM观察表明,室温和低温下,疲劳裂纹扩展区均有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展,室温下伴随有大量二次裂纹,低温下的二次裂纹数量明显减少.TEM观察表明:低温下孪生是合金主要的变形方式,包括(10■1)和(11■1)型孪晶.疲劳变形位错组态为:室温较低应变幅(0.5%,1.0%)下,形成位错线和局部位错缠结;室温下应变幅提高到1.5%和2.0时,{10■0}柱面和{11■1}锥面滑移同时开动,位错组态演化为亚晶和明显的位错胞.77 K下,应变幅2.0%时形成沿柱面平行分布的位错带:77 K下应变幅升高到4.5%时,多滑移形成相互垂直的位错线.低温诱发形变孪晶是Ti-2Al-2.5Zr低温疲劳寿命升高的原因.

α钛合金在室温和低温的冲击韧性

为了考察Al,Sn,Zr,Mo合金元素对α钛合金在室温和77K低温(液氮)下的缺口冲击韧性(冲击值Ak)的影响,采用示波冲击试验机测试了Ti-2Al,Ti-2Sn,Ti-2Zr和Ti-1Mo4种α`钛合金在室温和77K下的Ak值,并计算了表征其冲击韧性的弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展撕裂功。用扫描电镜观察了4种合金冲击试样断口的形貌。计算数据和显微组织表明,4种合金均显示韧性特征,4种合金元素对冲击韧性贡献的顺序为:Mo>Zr>Sn>Al。

具有梯度纳米/微米晶表层的工业纯钛变形和断裂机制（英文）

通过室温表面机械碾磨处理(SMGT),获得从表面到基体具有梯度纳米/微米尺度晶粒的纯钛试样。与未处理纯钛相比,经表面机械碾磨处理(SMGT-treated)的纯钛强度有所提高,塑性介于超细晶与粗晶纯钛之间。表面机械碾磨处理纯钛的拉伸应力-应变曲线具有双加工硬化指数特性;同时,随着应变的增加,其加工硬化率逐渐减小,初始屈服阶段的变形由梯度纳米/微米晶表层主导,后期变形由粗晶心部支配。断口形貌分析表明,表面机械碾磨处理纯钛的变形机制属于韧性断裂并伴有大量韧窝。基于裂纹尖端的塑性区尺寸分析可知,梯度纳米/微米晶表层由于具有较高的加工硬化指数及强度,使韧窝尺寸比粗晶心部的更加细小。

导模法生长白宝石单晶中的缺陷观察

本文采用导模法生长出了白宝石（1102）片晶和（0001）棒晶．在此基础上实验观察了白宝石单晶中的位错、亚晶界和小品面等缺陷的形态、数量及分布，讨论了生长条件对它们的影响．结果表明，晶体生长速率和籽晶质量是影响晶体缺陷的两个主要因素．

一种近α钛合金间隙元素含量和冲击性能关系分析

采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段研究了间隙元素含量对一种新型Ti_Zr_Mo_Nb_Sn系近α钛合金室低温冲击性能的影响.结果表明,温度降低,合金冲击值随之降低;间隙元素含量越低,合金的冲击韧性越好,且其对合金低温冲击性能的影响明显强于室温.间隙元素原子固溶到合金中引起点阵畸变会抑制低温下孪生.77K时氧当量为0.15%的试样冲击应变组织变形程度较大且有不同方向存在交互作用的孪晶产生.氧当量0.23%的试样组织变形程度较小,且组织中的孪晶也较少,与低氧当量试样相比,变形孪晶的生长受到限制,孪晶更加细长.为保证合金在超低温下的冲击韧性,必须控制合金中间隙杂质的含量为超低间隙级(ELI).

导模法生长白宝石单晶中的气孔观察

研究了导模法生长白宝石单晶过程中，单晶内气孔的产生、分布形态、密度及尺寸。结果表明：固－液界面形状和稳定性是决定气孔分布形态和密度的关键因素，而这又取决于合理的生长工艺条件，尤其是晶体生长速率和正确的模具设计。

导模法生长高熔点半透明晶体的轴向温度分布研究

以导模法（ＥＦＧ）生长α－Ａｌ２Ｏ３ 单晶体为例， 提出了一种高熔点、半透明晶体生长时轴向温度分布的辐射－传导复合传热模型。通过实验研究给出了α－Ａｌ２Ｏ３ 单晶体轴向温度分布的测试方法。研究结果表明理论计算和实验测量的轴向温度分布基本吻合。上述方法对类似晶体生长时温度场的研究也有一定的借鉴作用。

Ti2.5Cu合金的疲劳特性及其变形机制

研究固溶和双重时效Ti2.5Cu合金在室温和77K下的疲劳性能及微观变形机制。结果表明,Ti2.5Cu合金在293和77K下的疲劳塑性指数分别为–0.68和–0.5。室温疲劳变形机制以位错滑移为主;低温疲劳变形中,孪生切变相当活跃,形成多种类型的孪晶。同时针状Ti2Cu强化相阻碍了位错的运动从而形成明显的循环硬化,但对孪晶的形成没有明显的阻碍作用。

虚拟仿真技术在材料实验教学中的应用探讨

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容,虚拟仿真技术在材料教学实验中的应用将极大地提高教学质量,节约教学资源。重点介绍了虚拟仿真技术在组织观察与定量分析实验、Pb-Sn二元相图测定、晶体结构堆垛等实验中的应用。

工程材料基础综合性实验的探索与实践

为了提高大学生的实践能力、创新能力和科学研究的能力,工程材料基础课程组进行了综合性实验的探索与实践。课程组紧密结合课程重难点内容,设计了“急性子的钢与慢性子的铝合金热处理强化机制研究”这一综合性实验题目供学生探索研究。通过自主设计实验方案、完成实验操作、分析实验结果、撰写实验报告,学生从“被动接受”转变为“主动探索”;通过分析碳钢和铝合金材料淬火前后硬度与组织的变化规律,学生不仅加深了对课程知识点的理解和掌握,深入体会了材料成分—工艺—组织—性能这一课程主线,而且提高了综合分析与解决问题的能力、创新能力。

基于MOOCs的工程材料基础课程建设初探

大规模在线开放课程作为一种新兴的在线课堂形式,已在全球掀起高校教育改革的浪潮,作为国家精品课程,西安交通大学工程材料基础课程将积极参与信息化教育教学改革。本文初步探讨了以翻转式教学为切入点,依靠实验技术中心和工程坊的优质实践基地,引入SPOC教学理念等建设思路,探索建设在线开放课程,提高本课程教学质量。

信息技术在金相实验教学中的应用

西安交通大学材料科学与工程学院金相实验室基本实现了金相实验教学的全流程信息化管理。课前,学生和教师通过实验预约管理系统在计算机或智能手机上预约;课中,利用金相多媒体互动教学系统实现了师生互动式教学,激发了学生自主学习的兴趣和积极性,提高了学生的动手实践能力;课后,学生可通过网络共享的课程资源进一步巩固实验内容,强化对知识点的理解和记忆。