Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响

铝镁合金是轻量化材料应用领域中一种重要的金属材料,属于中高强度铝合金,具有较高的塑性、良好的耐蚀性以及优良的焊接性等优势,目前在航空航天、交通运输和军工制造等领域具有广阔的应用前景。笔者综述了铝镁合金力学性能特点以及用途,介绍了Al-Mg系合金中的强化机制,重点阐述了Al-Mg系合金中主合金化元素Mg及其含量对合金微观组织和力学性能的影响规律及机理,详细论述了Mn、Zr、Ti、Sc、Er、Y等微合金化元素的作用以及对Al-Mg系合金微观组织和力学性能的影响规律。最后,结合Al-Mg系合金当前研究现状,提出了今后值得研究的方向。

钝化膜对304不锈钢裂纹尖端应力腐蚀的影响

建立了一个包含物质扩散与固体力学的二维数值模型,模型中假设氧在金属中以菲克定律扩散形成Fe_(3)O_(4)保护膜,并采用吸湿膨胀的方法计算膜致应力,该模型可以模拟裂纹尖端钝化膜的形成与膜致应力。基于该模型,在COMSOL中建立了含单边裂纹的平板试样的有限元模型,研究了在外加位移载荷的作用下,钝化对裂尖应力、等效塑性应变以及裂纹扩展的影响,并研究了钝化膜再破裂时的应力分布。结果表明,钝化膜在一定程度上减弱了外加载荷对裂纹尖端的应力腐蚀,降低了裂纹扩展的可能性。在裂纹开始扩展初期,钝化膜减弱了裂尖的应力,当裂纹扩展较长时,钝化膜对裂纹尖端基本没有影响。

核聚变装置偏滤器靶板材料选择与研究进展

可控热核聚变能是人类最理想的清洁能源之一,是解决人类能源和环境问题的根本途径。目前,可控热核聚变能的发展面临诸多挑战,偏滤器靶板作为磁约束核聚变装置中的重要部件,其设计和制造是维持等离子体放电、实现核聚变反应堆稳定运行亟需解决的关键问题之一。作为等离子体轰击最严重区域,偏滤器靶板经受着高能粒子流辐照和高热负荷冲击(10 MW·m^(-2)稳态负荷和20 MW·m^(-2)瞬态负荷),同时承担着磁约束聚变装置最主要的排热功能。因此,研发具有优异性能的靶板材料是推动核聚变能发展的关键一步。目前,金属铍、碳基材料以及钨基材料是主要的3种偏滤器靶板候选材料。基于国内外现有研究成果,论述了偏滤器靶板材料的选择与研究进展,对比分析了3种候选材料的优势以及存在的问题,以期为偏滤器靶板材料的选择、研发提供借鉴。

Bi元素的添加对Al-Cu-Si三元共晶合金双峰结构转变的影响

为了揭示Bi元素对共晶合金中凝固组织的影响和作用机理,使用重力凝固法制备了Al-Cu-Si-xBi(x=0%、0.01%、0.03%、0.05%、0.07%)三元共晶合金,分析了不同添加量Bi对Al-Cu-Si三元共晶合金凝固的组织特征、相的生长形态特征及相组成等的影响。结果表明:Al-Cu-Si三元共晶合金具有α-Al/θ-Al_(2)Cu二元共晶和α-Al/θ-Al_(2)Cu/β-Si三元共晶的混合双峰共晶结构。未添加Bi时,α-Al/θ-Al_(2)Cu二元共晶呈现典型的辐射状菊花集群形态,α-Al/θ-Al_(2)Cu/β-Si三元共晶中的Si相呈现长针状形态,双峰共晶结构较不均匀。随着Bi的添加,α-Al/θ-Al_(2)Cu二元共晶呈现均匀细小的短片层结构,Si相变为点针状。双峰共晶结构的层片间距的差值也逐渐缩小,当Bi的添加量为0.05%时,变质效果最好,双峰共晶结构最为均匀细小,合金硬度亦最好。

不锈钢表面Al/Cu涂层制备与第一性原理计算

为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理,在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物,随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、熵、吉布斯自由能和热容等数据。将热力学和扩散动力学相结合,提出有效生成自由能模型来预测化合物在Al/Cu界面的生成顺序。结果表明:Al/Cu涂层中首先形成Al_(2)Cu相,在Al/Cu界面处出现了AlCu相,加热时间增加至20 h后出现了富Cu的Al_(4)Cu_(9)相。由第一性原理计算得出,Al-Cu金属间化合物的形成顺序为Al_(2)Cu→AlCu→Al_(4)Cu_(9),与实验结果一致。此外,氧化实验结果表明,涂层具有良好高温抗氧化性能。

骨组织工程镁基支架的制备研究进展

骨组织工程为受损骨、病变骨的治疗提供了重要的途径。如何获得易于骨修复、高强度且具有良好生物相容性的支架,是当前骨组织工程支架应用的技术难点和研究热点之一。支架材料的种类及制备方法是影响骨组织工程结构及性能的主要因素。镁基合金因在生物相容性、降解行为等方面具有突出表现而受到了普遍的关注,被认为是一种前景广阔的骨组织工程支架材料。常见的骨组织工程镁基支架制备方法有熔体发泡法、渗流铸造法、固/气共晶定向凝固法和增材制造法等,然而现有制备方法在孔隙结构精细控制及造孔残留物对镁基支架生物相容性的影响等方面仍需进一步研究。本文综述了骨组织工程镁基支架的制备方法,分析了影响镁基支架孔隙结构和性能的因素,总结了每种制备方法的优缺点,并对未来的研究方向进行了展望。

Ti65钛合金热变形行为及本构方程

利用WDW-100H万能试验机对Ti65钛合金进行了等温恒应变速率热压缩实验,变形温度为840~1010℃,应变速率为0.001~0.1 s^(-1),建立了应变补偿型Arrhenius本构方程和热加工图。结果表明:在840~880℃内流动应力曲线波动较大,在880℃时峰值应力与稳定后应力之间的降幅最小,为24%,对温度敏感性较大;在920~1010℃内流动应力曲线较为平稳,在920℃时峰值应力与稳定后应力之间的降幅最大,为30%,对温度敏感性较小。采用应变补偿型Arrhenius本构方程可以较好地预测Ti65钛合金在变形条件为840~1010℃和0.001~0.1 s^(-1)下流动应力的变化规律。根据相关系数R=0.994和平均相对误差e AARE=6.9%可以判断出该模型精度较高,平均应变速率敏感性指数m为0.31。在应变为1.0时建立热加工图,发现Ti65钛合金在低温高应变速率下可能会发生失稳,在低温低应变速率下会发生再结晶行为。最终得出Ti65钛合金的最佳热变形工艺参数,即温度区间为940~980℃,应变速率区间为0.01~0.001 s^(-1)。

梯度硬度A286高温合金的本构模型

构建了一种能够表征材料硬度对流动应力影响的本构模型以满足梯度硬度零件数值仿真的需要。开展了不同硬度(175~370 HV)A286高温合金的准静态压缩试验,构建了考虑硬度影响的改进Ludwik模型,基于该模型进行了梯度硬度薄壁管仿真。结果表明,随着硬度的增加,材料的流动应力也相应增加。相较于原始Ludwik模型,改进Ludwik模型R值增至0.996,e_(AARE)值降至2.6%,能有效预测不同硬度下的流动应力。仿真中薄壁管形成明显的鼓包,鼓包区域应力较小,非鼓包区域应力较大,验证了改进Ludwik模型可以较为准确地描述梯度材料在变形过程中的流动行为。

重熔对Al-Ti-La中间合金中Ti_(2)Al_(20)La相的影响

通过扫描电镜、X射线衍射和电子探针等分析研究了重熔过程中不同保温时间和温度对Al-Ti-La中间合金中Ti_(2)Al_(20)La相的含量、形态尺寸和稳定性的影响。结果表明:在750℃下,随着保温时间的延长,Ti_(2)Al_(20)La相的溶解度逐渐增大,含量由未处理的20.776%下降至13.72%,形态由块状演变为圆整和细小的片状,长宽比由2.33下降至1.52;在1000℃下,保温15 min后溶解度较大,含量降低至4.5%,形态演变为尖锐的长条状,长宽比上升至2.55;溶解产生的La原子与Al在晶界处形成La-Al金属间化合物(IMC),Ti原子在基体中的分布密度随保温时间的延长和保温温度的升高而增高,以游离态均匀分布在基体中。

热压烧结工艺对SmCo_(7)/α-(FeCo)复合永磁材料的结构和磁性能的影响

通过传统粉末冶金技术,结合热压烧结法制备了SmCo_(7)/α-(FeCo)复合永磁材料,研究了热压烧结工艺对其磁性能的影响规律。在固定压力100 MPa下,调控热压烧结温度由800℃升高到1000℃,SmCo_(7)/α-(FeCo)合金的相组成由三相变为两相;其中软磁相含量由31.5wt%降低到5.1wt%。软磁相α-(FeCo)的晶粒尺寸由15μm增加到34μm,其形貌由球形向圆盘状转变。在热压温度900℃时SmCo_(7)/α-(FeCo)复合永磁材料的磁性能最佳。基于优化的900℃热压温度下,我们进一步研究了压力对复合永磁材料的结构和性能影响;烧结压力的增加可以有效促进其硬磁相SmCo_(7)的(002)织构,增强其各向异性和硬磁相SmCo_(7)晶粒的取向度。在优化的热压烧结温度900℃和压力200 MPa下,我们制备出具有较高性能的SmCo_(7)/α-(FeCo)复合永磁材料,其剩磁、矫顽力和磁能积分别为12.6 kG、5.2 kOe和26.0 MGOe。与传统的机械合金化法制备的SmCo基复合永磁材料相比,单轴热压烧结法制备的SmCo_(7)/α-(FeCo)综合磁性能显著提高。本文采用单轴热压法系统研究了高温-高压对SmCo基复合永磁体结构和磁性能的影响,获得了性能优异的复合永磁体,为SmCo基复合永磁体性能提升和工业应用提供了理论依据和技术指导。

计算机图像处理在有色金属成分鉴定中的应用

随着计算机技术的快速发展,化工行业有色金属成分鉴定与再生分析的途径越来越广泛.计算机图像处理技术是21世纪以来计算机技术发展的巨大成果,其应用于有色金属成分鉴定中,不仅可以提高对有色金属成分占比的计算精准度,为有色金属的深加工与再生提供依据,而且还可以降低有色金属成分鉴定的难度,提高鉴定效率.目前,计算机图像处理在有色金属成分鉴定中应用优势虽明显,但是国内对相关方面研究略显不足,甚至缺少专业性研究报道.对此,本文主要根据«有色金属深加工与再生实用分析技术»相关内容提示,联系当下计算机图像处理在有色金属成分鉴定中应用经验,提出有关看法,为我国化工行业与计算机技术领域提供信息参考.

温度循环和随机振动载荷下堆叠封装焊点可靠性模拟研究

采用有限元模拟研究了堆叠封装(Package on package, PoP)在温度循环和随机振动载荷下的焊点可靠性,包括封装内部的基板堆叠焊点和封装外部的板级互连焊点。通过应力分析定位危险焊点并计算焊点在温度循环下的疲劳寿命。模拟结果表明:在温度循环载荷下,应力主要集中于基板边角处焊点,基板堆叠焊点的疲劳寿命为3 002周次,板级互连焊点的疲劳寿命为1 552周次;在随机振动载荷下,两层焊点的应力值均较低,在50~2 000 Hz的随机振动频率范围内具有较高的可靠性。

基于解耦技术的机载电子设备轻量化设计

机载电子设备在轻量化结构设计过程中,经常受到需实现多种功能的耦合约束,无法兼顾即重量轻又散热好,很多新材料、新方法、新工艺无法得到有效应用,通过研究机载电子设备结构的特点,根据新型轻量化材料的特性,提出了在结构设计工程化上采用解耦技术,以消除导热和轻量化的耦合约束。并运用某设备案例,通过改进散热方法和材料选型,实现了高效散热和轻量化加固设计的兼顾,还探讨了后续轻量化过程中面临的技术挑战。为新技术的应用打开了新的思路,值得后续工程人员借鉴。

高温高应变率下钛合金Ti6Al4V的动态力学行为及本构关系

采用分离式霍普金森压杆实验技术,研究了钛合金Ti6Al4V在温度为25~800℃、应变速率为2 000~7 000 s-1的冲击压缩下的动态力学行为和微观组织演变,分析了其力学响应的温度依赖性和应变率敏感性,构建了可准确表征材料塑性流动行为的修正Johnson-Cook模型。结果表明,Ti6Al4V具有显著的应变硬化、应变率强化、应变率增塑和温度软化效应。随着加载温度和应变率的升高,材料的应变硬化效应减弱。温度敏感性随加载温度的升高而显著降低。应变率敏感性因子与加载温度呈负相关,随真实应变的增大呈下降趋势。高温高应变率下细小等轴α相、拉长型α相和块状α相取代初始等轴α相成为Ti6Al4V微观组织的典型特征。考虑率-温耦合作用和绝热温升影响的修正Johnson-Cook模型能够准确地预测Ti6Al4V的塑性流动应力-应变响应。

热处理对选区激光熔化Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金力学性能和腐蚀行为的影响

以Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr(质量分数,%)合金粉末为原料,在激光功率330 W和扫描速率700 mm/s下进行选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)形成SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金,结合慢应变速率拉伸实验、电化学测试、析氢浸泡实验及显微组织表征手段,分析了(350℃,8 h)热处理对SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金力学性能优异,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为423 MPa、376 MPa和25.1%。热处理后,SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金晶内析出大量针棒状纳米Al_(6)Mn相,抗拉强度和屈服强度分别提升至509 MPa和478 MPa。此外,SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金具有良好的耐蚀性能,热处理可以促进SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的钝化,在-0.5 V极化电位时出现钝化台阶,降低SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的电流密度,增加SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的阳极极化率,使SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的平均析氢速率从0.242 mL/(cm^(2)·h)降至0.216 mL/(cm^(2)·h),应力腐蚀敏感因子从3.379%降至0.405%。与此同时,热处理也促进了晶内微米富Si相以及晶界富Mn相和Mg相的析出,增加了SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金点蚀形核位置,增大了SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的晶界电化学成分非均匀性,降低了SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的点蚀和晶间腐蚀抗力。

不同预时效挤压态Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金的再结晶行为和强化机制

通过控制预时效时间制备3种不同状态的试样,研究不同预时效状态对挤压态Mg−9.5Gd−4Y−2.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金的动态再结晶行为(DRX)和性能的影响。结果表明,欠时效挤压(UAE)样品的细晶体积分数为17.4%,而峰时效挤压(PAE)和过时效挤压(OAE)样品的细晶体积分数分别达到89.7%和50.4%。在晶粒内部和晶界处分布的致密、细小的β颗粒相通过粒子激发形核机制显著提高了形核位点和位错密度。然而,致密针状γ'相抑制位错滑移,延迟DRX形核。PEA和OAE样品中细小晶粒的差异归因于原始颗粒相的数量和尺寸的不同,而其拉伸性能的差异归因于不同的显微组织。由于晶界强化和析出强化机制的贡献更大,PAE样品具有更优异的拉伸性能。

Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金的动态再结晶生长动力学

利用铸造法制备了Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金,并进行了525℃均匀化处理8 h,随后在温度为350~500℃及应变速率为0.002~1 s^(-1)的条件下进行热压缩试验,绘制并分析合金热压缩后的真应力-真应变曲线,构建其动态再结晶生长动力学双参数模型,并分析了合金生长动力学曲线特点及显微组织特征。结果表明:两种合金在热压缩时均发生了动态再结晶,通过双参数模型绘制动态再结晶动力学曲线,发现在高温低应变速率热压缩时,在真应变约0.2时,合金的动态再结晶的体积分数迅速增加至90%以上。对比分析Sm元素添加后的动态再结晶动力学曲线,发现Sm元素促进动态再结晶的进行,尤其在高温低应变速率热压缩时,在变形初期Sm的促进作用更明显。

电子束选区熔化单轨道成型不平直的形成机制研究

电子束选区熔化(electron beam selective melting,EBM)技术因其具有能量利用率高、制造的零件强度高以及残余应力小等制造优势而发展迅速,但在成型过程中单轨道两侧出现的不平直会严重降低零件的加工质量和各种性能。采用离散单元法(discrete element method,DEM)建立三维介观粉末床模型,数值模拟了EBM熔化金属粉末的过程,并对不同工艺参数下单轨道成型的截面进行了详细对比分析,发现扫描速度、扫描功率以及粉末粒径对单轨道成型的不平直度影响较大,研究结果揭示了单轨道成型过程中两侧熔体产生凸出、凹陷和空隙等不平直特征的形成机制。

钛合金厂房岩土工程勘察实践

围绕钛合金厂房岩土工程展开,探讨了岩土工程勘察实践过程及技术路线。通过详细评估地质地貌特征、地下水状况、地基承载力、变形特性,结合现场勘察、勘测、测试和分析,提出了相应的风险评估和对策建议,为项目的顺利实施提供了重要支撑。论述了解决问题的方法,分析了相关挑战,并得出了相应的观点和结论,为岩土工程领域的进一步研究和实践提供了一定参考。

铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展

铝合金经过热塑性变形或者塑性变形+热处理后,可能发生晶粒异常长大而形成粗晶。粗晶会大幅降低构件的力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能,因此必须得到有效控制。对铝合金塑性成形粗晶的研究主要集中在2×××、6×××、7×××系热处理可强化型铝合金以及5×××系热处理不可强化型铝合金,研究内容已经覆盖塑性成形工艺、热处理制度、微观组织演变、数值仿真模拟等方面。为了明晰铝合金塑性成形构件粗晶现象的研究现状,为相关研究提供参考,对铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展进行了梳理。首先,分析了材料成分、变形温度、变形速度、固溶温度、固溶时间和模具结构对晶粒异常长大的影响;其次,从晶粒取向分布、应变诱导储能和第二相钉扎作用的角度总结了晶粒异常长大的机理;再次,归纳了包括改变坯料初始状态、合理的锻造技术和中间形变热处理等有效抑制粗晶产生的方法;最后对未来的研究方向进行了展望。