亚温淬火对硼镍添加含铌低合金高强度H型钢组织性能的影响

将硼镍添加的含铌低合金高强度H型钢进行亚温淬火及完全淬火,对淬火以及淬火并高温回火后的试样进行了力学性能和微观组织的研究。结果表明:亚温淬火并回火后,这一新钢种的屈服强度达到512MPa,抗拉强度达到595MPa,伸长率达到27%,韧脆转变温度达到-88℃,具有优异的综合力学性能。近似等轴的铁素体及其上弥散分布的细小碳化物,使得回火时塑性大幅提高而强度下降不多;回火碳化物钉扎晶界,抑制了晶粒的长大,起到了细化晶粒的效果;不连续的细小碳化物分布在晶界上,没有对材料的韧性造成破坏。

工科基础课程的课程思政建设路径——以材料物理化学为例

以材料成型及控制工程专业基础课程“材料物理化学”为例,结合专业特点和课程性质,进行了课程思政的建设实践,分析了思政元素融入工科专业基础课程的途径:一般元素直接融合、重点元素模块化设计是当前课程思政建设的主要模式,典型思政元素的开发和拓展升华是工科专业基础课程值得关注的方向。

润滑条件对温轧含磷IF钢组织性能的影响

为研究润滑条件对热轧高强钢板的组织和性能的影响机理,对热轧坯料分别进行了润滑和不润滑两种轧制,并对两种轧制条件下的钢板进行了显微组织观察及力学性能测试.结果表明:润滑条件对铁素体区热轧高强IF钢的屈服强度(σs)、抗拉强度(σb)、总延伸率(η)和n值影响不大,但对r值和Δr值有显著的影响.在未润滑条件下轧制的钢板的r值(0.96)明显低于润滑条件下轧制的钢板的r值(1.27),|Δr|(0.465)值则明显高于润滑条件下的|Δr|值(0.075).使用润滑轧制可以获得具有优异深冲性能的高强IF钢板.

激光选区熔化2024改性AlSi10Mg合金

本文首先制备了含有1.5%(质量分数)TiC的2024铝合金粉末,并将其加入AlSi10Mg合金粉末中,形成AlSi10Mg-2024(TiC)混合粉末,然后采用激光选区熔化工艺对混合粉末成形,并对其沉积态和T6热处理态的显微组织及力学性能进行了表征。结果表明:激光选区熔化过程中2024铝合金中的TiC颗粒可作为异质形核点,促进Al形核,进而抑制粗大柱状晶的形成,显著细化铝合金的显微组织,并弱化了〈100〉//BD(Build direction,生长方向)丝织构的形成。经过T6热处理(520℃固溶2 h,190℃时效10 h)后,AlSi10Mg-2024(TiC)合金仍保持较高的力学性能,抗拉强度达到400 MPa。而经T6热处理后AlSi10Mg合金的强度仅为260 MPa。这是因为添加2024合金可以引入Cu元素,在时效过程中析出第二相粒子,强化铝合金基体。另外,时效过程中析出的纳米Si颗粒也可对T6热处理后的AlSi10Mg-2024(TiC)合金起到一定强化作用。

激光增材制造骨科用NiTi形状记忆合金的细胞毒性与生物相容性研究

目的:评估激光增材制造的骨科用NiTi形状记忆合金支架的细胞毒性与生物相容性,为开发新型NiTi合金骨科植入物提供基础。方法:利用激光粉末床熔融工艺制备NiTi合金支架,使用扫描电子显微镜观察NiTi合金支架形貌;将样品置于细胞培养基中,在37℃条件下离心搅拌7 d,以制备含100%、50%、10%金属浸出液的稀释液。培养小鼠成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)与人脐静脉内皮细胞(HUEVC),并将其置于不同培养基中处理:对照组(使用正常培养基),10%浸出液组(培养基为10%浸出液,90%正常培养基),50%浸出液组(培养基为50%浸出液,50%正常培养基),100%浸出液组(培养基为100%浸出液)。借助CCK-8试剂盒与Calcein/PI细胞活性与细胞毒性检测试剂盒评估孵育24 h后MC3T3-E1细胞的存活率与凋亡情况。将指数生长期的HUEVC接种于96孔板,5 h后计算每孔管腔生成的细胞数目。使用Calcein/PI试剂盒评估细胞与金属样品共同孵育24 h、48 h和72 h后的凋亡情况。利用Actin-Tracker Green荧光染色比较同金属支架共同孵育72 h、正常培养72 h后经胰酶消化液处理种板的MC3T3-E1细胞的微丝含量。结果:本研究利用激光粉末床熔融工艺成功制备出NiTi合金支架,通过扫描电子显微镜观察发现支架表面存在着未熔NiTi颗粒、裂纹等缺陷。利用CCK-8试剂盒进行细胞毒性检测,发现不同浓度的浸出液组与对照组比较,细胞活性的差异无统计学意义(P>0.05)。利用Calcein/PI试剂盒进行细胞活性与细胞毒性检测,发现不同浓度金属浸出液均无生物毒性;不同组别HUEVC在孔板中生成血管管腔的平均分支数目比较,差异无统计学意义(P>0.05)。通过荧光显微镜观察与金属样品共孵育后的MC3T3-E1细胞,发现细胞在72 h后完全长入样品孔隙。Actin-Tracker Green荧光染色结果显示,与金属支架共同孵育的细胞的平均微丝荧光强度为56.69%±6.95%,显著大于正常培养的细胞(36.37%±6.88%,P<0.05),说明细胞接种于NiTi形状记忆合金后细胞结构强度更大。结论:本研究发现激光增材制造骨科用NiTi形状记忆合金具备较小的细胞毒性、良好的生物相容性,并可以通过增加细胞内微丝含量增强细胞结构,为开发新型的激光增材制造NiTi合金骨科植入物提供了基础。

增材制造NiTi合金支架组织性能研究

目的揭示工艺参数以及结构特征对激光粉末床熔融(L-PBF)制备的NiTi合金多孔支架组织性能的影响规律及机制,为制备高性能NiTi合金骨植入体提供基础。方法采用L-PBF工艺制备两组体心立方结构的多孔支架:(1)保持支架杆径200μm不变,改变激光扫描速度500~1000 mm/s,以研究激光扫描速度的影响;(2)保持L-PBF工艺参数不变,改变支架杆径150~500μm,以研究结构特征的影响。采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、力学试验机等方法研究NiTi合金多孔支架的显微组织、相变行为及力学性能。结果随激光扫描速度增加,支架的实际杆径减小,马氏体相变温度降低,压缩应力下降,循环压缩过程中可回复应变增加;随支架杆径增大,马氏体相变温度升高,循环压缩过程中的可回复应变减小,表现出明显的尺寸效应。结论L-PBF工艺参数及尺寸效应均会影响NiTi合金支架的组织与性能,为了制备符合预期性能的复杂NiTi合金骨植入体,需要根据不同部位的特征尺寸,优化L-PBF工艺参数。

回火温度对加硼镍含铌H型钢组织性能的影响

为了进一步降低硼镍复合添加的含铌低合金高强度(HSLA)H型钢的韧脆转变温度。将试验钢在910℃淬火后,分别在550、600和650℃回火2 h,通过拉伸试验和夏比冲击试验对其力学性能,特别是低温冲击韧性进行了测试,使用XRD、SEM、HRTEM以及EDS对其组织和成分进行了分析。结果表明:淬火回火处理后,试验钢具有优异的强韧性配合,其韧脆转变温度降低到-70℃以下,并且-90℃时的冲击功仍在100 J左右;回火后韧性的提高主要是基体回复、再结晶的结果;回火时析出的成分复杂的碳化物有利于抑制再结晶晶粒的长大,使组织细化,细小弥散的非连续析出碳化物对韧性影响不大。

形状记忆合金形变细晶方法及其研究进展

形状记忆合金作为一种拥有形状'记忆'效应的新型功能材料,被广泛应用于航空航天、生物医学等领域。综述了形状记忆合金传统的塑性变形细晶方法与剧烈塑性变形细晶方法及其国内外研究进展,着重介绍了等径角挤压工艺和高压扭转工艺的研究现状,分析了不同塑性变形工艺在形状记忆合金形变细晶应用中存在的主要问题,提出了适合于形状记忆合金薄板、细丝等材料的形变细晶方法,并展望了形状记忆合金形变细晶的主要发展方向,对于促进形状记忆合金在各个领域的应用具有重要的理论意义和研究价值。

压下率对铁素体区轧制高强IF钢组织及性能的影响

通过拉伸试验检测力学性能,用金相显微镜观察高强IF钢热轧态及退火态的纤维组织,并用透射电镜观察试验钢中的析出相粒子。在640℃终轧温度下,铁素体区轧制总压下率由60%升高到81%,高强热轧IF钢板的屈服强度为150～180 MPa,抗拉强度为312～321 MPa,屈强比为0.48～0.56,总伸长率为26.4%～31.2%,n值为0.22～0.23,而r值则由1.41降低到1.01,|Δr|则由0.625降低到0.133。结果表明,轧制总压下率对热轧高强IF钢的屈服强度、抗拉强度、总伸长率以及n值影响较小,但是对r值和平面各向异性值Δr的影响非常大。铁素体区轧制总压下率的增大使得高强IF钢热轧板中动态再结晶的驱动力增大,发生动态再结晶晶粒的数目增多,从而导致形变织构的减弱和后续退火再结晶驱动力的减小。同时,随着铁素体区轧制总压下率的增大,高强IF钢退火再结晶程度降低以及析出的粒子变细。

基于NiTi合金的仿生防护结构自恢复特性

借鉴猫科动物脚掌肉垫具有负泊松比结构的缓冲吸能特性,运用结构仿生学原理设计了仿生防护自恢复结构。利用NiTi形状记忆合金超弹性特性和负泊松比结构优异的力学性能,建立了简化的仿生防护自恢复模型,利用LS-DYNA对该模型进行了动态压缩特性和恢复特性模拟分析。同时,利用NiTi形状记忆合金材料制备仿生结构样件,并进行了动态压缩试验测试。结果表明:仿生结构样件在1200 N压力范围内,可实现受压变形后自激恢复的特性;NiTi合金仿生防护结构在压缩载荷的作用下具有优异的变形吸能和自恢复回弹特性;仿真分析结果与试验结果较为符合,较准确地模拟了样件在动态压过程中的变形特性及承载特性。本文研究成果实现了压力载荷作用下仿生防护结构的自动回弹恢复功能,对提高防护装甲的抗冲击、自恢复特性提供了参考。