两相区淬火温度对Ni-Cr-Mo-V系高强船体钢组织及性能的影响

为改善高强船体钢高屈强比、回火区间窄的问题,研究了两相区二次淬火温度对Ni-Cr-Mo-V系高强船体钢组织及性能的影响。通过改变二次淬火温度,研究实验钢冲击拉伸性能和显微组织的变化规律,并通过OM、TEM、XRD衍射等方法进行表征。结果表明,在淬火温度区间内,材料的性能表现出两种变化趋势。当淬火温度在640~700℃时,实验钢的强度随着二次淬火温度的上升而增加,而韧性下降。在该淬火温度范围内,实验钢的机械性能由铁素体+马氏体的双相组织和逆转变奥氏体的含量决定。随着二次淬火温度的上升,双相组织中铁素体的比例从40%降至10%,逆转变奥氏体的含量从11%下降至1%。当二次淬火温度从700℃增加到780℃时,实验钢的强度和韧性变化不明显,原因是二次淬火的温度已经超过了A3温度,实验钢组织转变为单一的马氏体组织,奥氏体晶粒尺寸变化不大(7.3~8.5μm)。综上,在680℃下进行两相区二次淬火可以获得最佳的强度和韧性匹配。

Fe-3%Si平面流铸带平整轧制退火过程中组织织构演变

采用平面流铸技术制备了Fe-3%Si无取向硅钢极薄带,研究了平面流铸Fe-3%Si薄带平整轧制与退火处理的组织织构演变规律。结果表明,平面流铸带具有大比率的柱状晶组织,{100}取向晶粒占比高于30%,也即存在对磁性能有益的{100}织构。小压下率冷轧平整过程中,晶粒取向变化及晶内取向分裂程度整体不高,形变行为存在取向依赖性。{100}取向晶粒形变储能积累程度相对较低,经退火处理后该组分体现出遗传优势,在退火组织中占比仍超过30%。退火组织中小尺寸晶粒有所增加,且绝大部分小尺寸晶粒偏离{100}取向,这导致了退火组织平均晶粒尺寸降低,并在一定程度上弱化{100}织构。

B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响

为了探索调控Fe-Cr-B-C合金强韧性匹配的新方法,研究了B对其热处理后显微组织、硬度及冲击韧性的影响。经1 050℃空淬处理后,在低w[B](0.000 6%)合金的枝晶间析出大量极细二次碳硼化物,在中w[B](0.51%)和高w[B](2.89%)合金基体中析出弥散的二次碳硼化物。随B含量增加,二次碳硼化物的颗粒度增大,颗粒密度降低。经1 050℃空淬+500℃回火处理后,三种B含量合金中的二次碳硼化物均增多,且析出区域扩大。低B合金的枝晶干为粗大板条马氏体,枝晶间由针状马氏体、高密度二次碳硼化物及少量凝固析出相构成,其冲击韧性最佳,洛氏硬度居中;中B合金主要由弥散分布着二次碳硼化物的针状马氏体基体以及网状硼碳化物构成,其洛氏硬度最高,冲击韧度居中;高B合金由弥散分布着少量二次碳硼化物的γ基体及更致密的网状硼碳化物构成,其洛氏硬度和冲击韧度均最低。另外,中B和高B合金的网状硼碳化物发生了局部断网,导致其冲击韧性较铸态下明显提高。

TC4合金组织演变对力学性能的影响研究

航空发动机风扇机匣、转子叶片和钛合金整体叶盘等部件在焊接制造过程中,焊缝部位组织易发生转变,降低了焊缝疲劳性能,导致焊缝部位的开裂故障时有发生。鉴于此,主要针对TC4型钛合金在5种热处理状态下的高周疲劳性能进行研究,结果表明:在室温、700℃、800℃、900℃、1 000℃、1 100℃六种热处理状态下,TC4合金的疲劳强度分别为782.7 MPa、780 MPa、725.6 MPa、660 MPa、553.3 MPa、590 MPa,均满足95%置信度;随着热处理温度的升高,TC4合金的高周疲劳强度逐渐降低,1 100℃热处理状态下的疲劳强度略高于1 000℃热处理状态下的疲劳强度;热处理过程中产生的元素再分配过程是导致合金高周疲劳极限随着热处理温度的升高而降低的主要原因。

固溶和时效处理后Cu-0.41Cr-0.2Zr合金的相分析

以Cu-0.41Cr-0.2Zr合金为研究对象,在真空熔铸和固溶与时效处理的工艺条件下,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDXS)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射分析(SAED)对其进行相分析,结果表明:980℃×2 h固溶,水淬,450℃×20 h时效,空冷处理后的Cu-0.41Cr-0.2Zr合金中有三种组成相,分别为:铜基体相、富铬相和富锆相,不存在铬和锆的中间相,且相的大小呈双峰分布:粗大相的尺寸在微米数量级,细小相的尺寸在纳米数量级,均为单质铬和Cu5Zr。析出相与基体共格时,合金的抗拉强度为432 MPa,屈服强度为335 MPa,伸长率为31%,硬度为(HV0.2)131,导电率为81%IACS,部分Cr析出相与基体呈N-W的位向关系。

低Nb含量的CoCrFeNiNb_x合金退火后的组织演变和性能

在FCC型CoCrFeNi合金中添加少量Nb可起到固溶强化和第二相强化效果,但目前对Nb在FCC相中的溶解度及其对合金组织和性能的影响还不够了解。为此,本文基于热力学计算相图,实验研究了含1%~5%Nb(摩尔分数)的铸态CoCrFeNiNb_x合金在800~1200℃真空退火前后的显微组织和显微硬度。结果表明:即使添加1%Nb,铸态CoCrFeNiNb_x合金中仍存在约3%的FCC+C14共晶组织。后凝固的FCC相中Nb含量可高达2.4%~3.1%,在800℃退火后可析出针状纳米级Mg_(3)Cd型τ相,使合金硬度提高约30HV。经1000℃或1200℃退火后,FCC相的成分均匀,Nb含量分别为1.6%和3.1%,与热力学计算结果一致。退火后,共晶组织中的C14 Laves相球化长大,层片组织消失,合金硬度降低。因此,添加少于3.1%Nb后再进行固溶及时效处理以析出τ相是提高FCC型CoCrFeNi合金强度的有效途径。

高溶质含量Cu-Ni-Si合金热压缩变形行为研究

电连接器用铜合金为目前5G通讯、新能源汽车等领域的重要材料,Cu-Ni-Si系合金因其优异的力学电学性能、良好的抗应力松弛性能成为该研究背景下广泛应用的材料。目前尚缺乏热变形制度对该合金显微组织影响机理的研究。本文研究了变形温度在600~950℃、应变速率在0.01~10.00 s-1条件下的高溶质含量Cu-Ni-Si合金铸锭的热变形行为,发现在高应变速率下,硬化和软化在变形过程中交替占据主导地位,流变应力呈“波浪形”变化。建立了合金的热变形本构方程和热加工图,获得了高溶质含量Cu-Ni-Si合金的热变形温度为900~950℃,探究了不同变形条件下合金热变形过程的软化机制。结果表明,在950℃低应变速率时,合金的再结晶主要以晶界弓出形核的不连续动态再结晶为主,而在应变速率较高时,主要发生位错转动合并形成新的大角晶界的连续动态再结晶。

一种金相试样节能磨制器的设计

在材料科学领域,金相试样的制备是研究材料微观结构的关键步骤,而磨制是试样制备中的重要环节。传统的磨制方法往往能耗较高,且对环境有一定影响。旨在设计一种节能型金相试样磨制器,以降低能耗,并提高磨制效率。通过实验验证,与传统磨制器相比,该节能磨制器能耗降低了40%,磨制时间缩短了25%,且试样的表面质量得到了显著提升。金相试样节能磨制器不仅为金相试样的制备提供了一种更加环保、高效的解决方案,也为材料科学领域的研究提供了有力的技术支持。

W掺杂VO_(2)(M)粉体研究进展

W掺杂M相VO_(2)(W-VO_(2)(M))发生热致半导体-金属相变的温度可低至室温,在智能窗领域应用潜力巨大。在“双碳”背景下,继续开展W-VO_(2)(M)合成及其在智能窗中的应用研究具有重要意义。从W单元素掺杂、含W共掺杂和核-壳结构含W掺杂3个方面系统梳理了W-VO_(2)(M)粉体的研究情况,分析了W、Ti共掺杂M相VO_(2)(W/Ti-VO_(2)(M))粉体研究的可行性。最后,提出W/Ti-VO_(2)(M)与SiO2复合形成核-壳结构(W/Ti-VO_(2)(M)@SiO2)粉体的研究思路。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

基于第一性原理的Fe(111)/Al_(2)O_(3)(0001)界面稳定性研究

稀贵金属催化剂催化甲烷分解效果显著但成本较高,为此,探寻低成本催化剂是实现其工业化推广的重要课题。铁基催化剂具有耐高温、价格低、性能好等优点,目前针对铁基催化剂的表面机理研究较少,催化剂界面组成及结构稳定性仍没有统一的观点。本研究基于密度泛函理论(DFT),利用第一性原理计算表面能、态密度、差分电荷密度,研究Fe(111)/Al_(2)O_(3)(0001)界面稳定性,并探讨不同端面的催化剂形成机制。结果表明:O端界面的吸附能和电荷浓度大于Al1和Al2端界面,O原子周围电荷聚集明显;Al_(1)和Al_(2)端界面的Fe和Al之间形成微弱金属键,而O端界面的Fe和Al之间形成共价键、金属键和离子键,O端共价键强度高于Al_(1)和Al_(2)端界面。因此,O端Fe/Al_(2)O_(3)催化剂相比于其他端面结合更加紧密,同时表现出更理想的催化效果,上述研究结果为制备Fe/Al_(2)O_(3)催化剂及研究其界面的形成机制提供理论基础。

表面纳米化对材料性能影响的研究进展与展望

工程零部件失效常源于表面,微组织结构显著影响甚至决定工程零部件使役性能,表面纳米化技术可诱导材料微组织结构变化产生纳米晶结构表面层,增大表层残余压应力,对材料性能有极其重要的影响。首先综述了表面纳米化诱导微组织结构变化的过程及机理,诱导材料产生晶粒细化、位错运动、残余压应力增大、相变等微观变化,诱因有塑性变形、温度变化、元素渗入等。其次归纳了表面纳米化对材料性能的影响及其机理,上述微观变化对材料疲劳强度、耐腐蚀性、摩擦磨损性能、生物学性能等产生显著影响。总结了各个典型表面纳米化工艺的特点,相比于其他表面纳米化技术,超声振动辅助加工具有不需引入其他元素、不污染环境、原理简单、高速高质量、成本低廉、可依托于各种传统加工工艺等优势,对材料摩擦磨损性能、疲劳性能、生物学性能、表面浸润性和耐腐蚀性等具有积极作用。最后对表面纳米化工艺的未来发展做了展望,其中针对性分析了超声振动辅助加工。针对纳米晶结构表面层的数字化仿真模拟极其匮乏这一现状,将模拟仿真与试验相结合,分析微组织结构与加工参数、微组织结构与材料性能的映射关系并建立模型直观反映尚需更全面系统的研究。材料的某些性能可能不会同时达到最优值,依托于上述模型的综合评价体系有待建立,纳米晶结构表面层基于相变动力学的高温稳定性等仍需深入分析探索。超声振动辅助加工技术的关键制约因素有待完善,新材料的开发和技术手段的改进都是重要研究内容。超声振动辅助加工与其他表面纳米化方法组合使用是可探讨研究之处,优势互补或许可进一步诱导产生更优异的材料性能。

挤压铸造铝铜合金的组织与力学性能研究

采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机等手段,研究了Mn/Fe比例和挤压压力对Al-Cu合金显微组织与力学性能的影响,揭示了Al-Cu合金中富铁相的存在形式和作用机理。结果表明,T6热处理态Al-Cu合金中存在针状β-Fe(Al_(7)Cu_(2)Fe)相和块状Al_(7)Cu_(2)(FeMn)相;随着Mn/Fe比例的增加,Al-Cu合金中块状Al_(7)Cu_(2)(FeMn)相的体积分数逐渐增加,而针状β-Fe相的体积分数逐渐降低,在Mn/Fe比例为为1.2和1.5时合金中都为块状富铁相;相较于挤压压力为0的Al-Cu合金,在施加75 MPa挤压压力后,相同Mn/Fe比例的Al-Cu合金中的富铁相都更为细小和分散;当挤压压力为0时,Al-Cu合金在Mn/Fe比例为1.2时达到抗拉强度、屈服强度和断后伸长率的最大值;当挤压压力为25 MPa和75 MPa时,Al-Cu合金在Mn/Fe比例为0.9时取得抗拉强度和屈服强度最大值,而断后伸长率随着Mn/Fe比例增加而略有降低。

退火温度对Mg/Al轧制复合层组织和性能影响

采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、拉伸实验机、X射线衍射仪(XRD)等研究了退火温度(220~380℃)对MgAZ31和Al(1A99)轧制复合层的微观组织结构、力学性能、拉伸断口的形貌及物相成分影响。结果表明:随着退火温度的升高,镁、铝原子逐渐进行扩散迁移,扩散层厚度增加,从220℃时的1.80μm逐渐增加到380℃时的45.10μm,且扩散层的生长速率逐渐增大;当退火温度达到300℃时,断口处出现密集的韧窝,镁基体的断裂形式向塑性断裂转变,镁基体的塑性增强,断口的物相为Mg_(2)Al_(3)相,抗拉强度达到最大,为272.35 MPa,此时试件的综合力学性能达到最佳,故300℃为最佳退火温度。

材料应变率模型对汽车B柱侧面碰撞影响分析

B柱侧碰过程是短时高速的材料吸能过程,材料的性能与静态时差异较大,因此采用静态性能参数进行B柱侧面碰撞仿真分析结果误差较大。针对B柱常用的相变诱发塑性钢(TRIP钢)进行不同应变速率下的力学拉伸试验,提取主要的性能参数,获取参数随应变速率的变化规律;对比材料的力学性能和成形性的变化趋势;基于Johnson-Cook简化模型,获取材料的应变速率敏感因素和应变率相关的材料本构模型,作为碰撞仿真分析的材料输入;与实际测试对标,建立B柱侧碰分析的仿真模型,将传统静态数据外延获取的本构模型与应变速率相关的本构模型作为输入,对比两种材料模型分析结果的差异,并与试验测试结果进行对比分析。结果可知:TRIP690的强度和断后延伸率受应变速率影响较大;基于修正Hollomon方程,材料的瞬时加工硬化基本不受应变速率变化的影响;基于Johnson-Cook模型,获取材料的应变速率敏感性参数为0.00805,数值偏低,表现出此种材料对应变速率变化敏感性比较差;材料应变速率相关本构模型可有效提升B柱侧碰分析结果的准确性,与试验结果的分析误差控制在3%以内;而采用静态特性参数外延的分析结果误差则超过9%。研究内容和结果为此类研究提供参考。

Zr对铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试、拉伸测试、DSC、TEM等手段研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Cu-Mg合金的强化相时效析出的影响。结果表明:Zr在不同时效期间的作用不同,前期推迟GP1区的形成,峰值时效期间促进富Cu相的析出,时效后期抑制富Cu相向平衡相转变;Zr的加入提高了合金的力学性能。

扫描方式及激光重熔对激光选区熔化成形Inconel 718力学性能的影响

采用激光选区熔化技术成形Inconel 718合金,通过对抗拉强度、断后延伸率、硬度和致密度以及组织形貌的探讨,研究了扫描方式及激光重熔的工艺对Inconel 718合金力学性能的影响。结果表明,扫描方式和激光重熔对力学性能都有一定的影响。扫描方式对抗拉强度影响较大,对致密度影响较小,连续型扫描的抗拉强度最高为1059 MPa且高于铸件,不同扫描方式下的断后延伸率均高于21%;激光重熔减少了孔隙缺陷,致密度提高至99%以上,但会引发晶粒粗化和裂纹扩展,重熔前后不同扫描方式样件的抗拉强度差别都小于1%。在高温下,连续型扫描下的断后伸长率提高了15%。

AlCoCrFeMnTi高熵合金的组织结构和耐磨性能研究

采用真空电弧熔炼法制备出等摩尔比的Al CoCrFeMnTi多主元高熵合金。利用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了Al CoCrFeMnTi合金的物相结构、显微组织、硬度与耐磨性能。结果表明:Al CoCrFeMnTi合金是由BCC主相和FCC相构成的双相结构,其显微组织属于典型的树枝晶结构。铸锭底部区域显微组织较顶部区域明显偏小,是因为该区域散热快、过冷度大、形核率高,有利于从熔体中大量析出固相晶坯使其组织细化。Al CoCrFeMnTi显微硬度和摩擦系数分别为919.42 HV0.5和0.45,耐磨性能优异则是因为在凝固过程中形成了以高强BCC相为主的物相结构所致。

AlCuFeMnNi高熵合金组织结构与耐磨性能研究

为了研究AlCuFeMnNi高熵合金的物相结构、显微组织、硬度和耐磨性能,采用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对真空熔炼制备出的AlCuFeMnNi合金进行测试。结果表明:AlCuFeMnNi合金是由BCC主相和FCC相构成的双相结构。AlCuFeMnNi合金显微组织是由BCC主相枝晶区域和FCC相晶间区域构成,属于典型的树枝晶结构。合金锭底部枝晶组织细小则是因为该区域界面热阻小、散热快、温差与过冷度大和形核速率高所致;顶部没有出现连片的晶间区域则是因为在凝固过程中被粗大枝晶“树杈”割裂成“小熔池”所致。AlCuFeMnNi高熵合金的显微硬度、摩擦因数和质量损失率分别为423.5 HV0.5、0.61和0.40%,其摩擦磨损曲线随时间的增长呈现先快速上升后稳定的趋势。这主要是因为摩擦初期摩擦因数随阻力和接触面积的增加而迅速增大和磨损机制由初期剥层磨损向后期氧化磨损转变所致。

重金属废水处理技术及设备的研究

在工业生产、矿山开发、农业活动及城市生活等人类活动中通常会排放含有重金属离子的废水。这类废水具有毒性高和难降解性等特点,若未经处理而直接排放,会对周边生态环境造成严重污染,重金属离子易通过食物链传递,对人类健康造成不利影响。基于此,本文综述了处理含有重金属离子废水的技术、设备和工艺流程,以期为重金属废水的处理提供基础理论。