热轧变形量对Mg-11.8Gd-2.3Y-0.5Zr-0.5Ag-0.4Er合金显微组织及力学性能的影响

以Mg-11.8Gd-2.3Y-0.5Zr-0.5Ag-0.4Er(质量分数,%)合金为实验材料,研究了热轧变形量对组织演变和性能的影响。结果表明:当热轧变形量从20%增至40%时,非基面滑移系施密特因子增加,孪晶减少;继续增大热轧变形量,非基面滑移系的平均施密特因子(Fs)随之降低,孪晶也随之增多。合适的热轧变形量促进非基面滑移并抑制基面滑移与孪生。因此,当热轧变形量为40%时,非基面滑移活跃,位错密度增加,孪晶减少,位错强化和织构强化达到峰值,合金的屈服强度分别为290 MPa和8.5%。当热轧变形量增至60%时,非基面滑移活跃,位错密度下降,孪晶增多,合金的屈服强度降至230 MPa,伸长率达到12.9%。这说明控制热轧变形量可调控非基面滑移和孪生,有助于提升高Gd含量稀土镁合金的综合力学性能。

W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用

通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMatPro 6.5计算,利用SEM、EBSD和XRD分析W含量对热处理态锭坯显微组织(如晶粒尺寸、退火孪晶、γ′强化相及错配度)的影响,测试分析不同温度下合金的拉伸性能,通过经验公式量化分析各强化机制对合金室温屈服强度的贡献情况。结果表明,随着W含量增加,γ基体层错能明显降低,热处理态退火孪晶界Σ3数量增多;W促使晶内一次γ′强化相由立方状加速粗化为固态枝晶状,对γ′总量和二次、三次γ′的影响不大;W进入γ基体产生晶格畸变的程度大于γ′强化相,使得γ′/γ错配度呈下降趋势;W有助于提高室温和650~800℃拉伸强度,但略微降低塑性;W主要起固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化作用,其中固溶强化贡献相对最低,固溶强化时以强化γ基体为主,γ基体固溶强化和γ/γ′共格应变强化效果随W含量增加而减弱,W含量为6.1%时晶界强化效果最大;固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化贡献值总和不足室温屈服强度实测值的50%,合金以γ′相沉淀强化为主,测试值和计算值较为吻合。

间隙强化FeMnCoCr亚稳高熵合金及其低温/临氢服役性能研究进展

以马氏体/孪晶相变为主要变形机制的FeMnCoCr系亚稳高熵合金以其优异的综合力学性能,倍受结构材料研究领域的关注,在氢能储运、吸能保护和深空深海等领域极具应用潜力,尤其是深低温/临氢等复杂服役场景增多,复杂的场景对金属结构材料提出了更严苛的性能要求。非金属元素间隙/置换强化是进一步提升该体系力学性能的主要手段,马氏体相变诱导塑性变形机制和多种复杂界面结构为拓展其在低温/临氢环境服役带来可能。本文围绕显微组织、精细结构和力学性能的最新研究进展,首先概述了近年来FeMnCoCr亚稳高熵合金发展动态,然后总结了几类常用非金属元素间隙/置换亚稳高熵合金调控方法和强化机理,最后概括了FeMnCoCr系亚稳高熵合金在低温/临氢服役环境中的影响机制,并展望了FeMnCoCr系亚稳高熵合金未来的研究方向和发展趋势。

Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响

传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析。通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化。板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致。针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导。

基于孪晶强化Johnson-Cook本构宏细观仿真模型的镁合金高速冲击变形机理

基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结果表明:基于孪晶强化的J-C本构构建的宏细观仿真模型更能准确地预测高速冲击过程中次要变形机制及织构组分;引入孪晶强化的J-C本构不会对主要变形机制产生影响,主要影响次要变形机制;在次要变形机制中,棱柱面滑移活性的变化影响基面滑移的汇聚效应与锥面〈c+a〉滑移的分离效应之间的竞争关系,导致织构的组分和极密度发生变化。该宏细观仿真模型的构建,为研究高速冲击过程中潜在的变形机理提供了参考。

高锰钢的超声冲击强化和抗磨损机理

高锰钢优异的形变硬化行为使其在强冲击磨损工况下具有广泛的应用,但是在低应力磨损下高锰钢的硬化能力有待提高。为了提高高锰钢在低应力磨损下的力学性能,提出高锰钢表面的超声冲击强化方法。首先,采用超声冲击强化技术对高锰钢表面进行处理,并进行磨损试验,通过三维轮廓仪、XRD、SEM和EDS等对显微组织、表面磨痕进行测试,研究超声冲击前后高锰钢表面的抗磨损性能。然后,通过维氏硬度计和SEM进行磨损前后亚表面维氏硬度测量和显微组织分析,揭示超声冲击高锰钢的形变硬化和抗磨损机理。研究发现,超声冲击高锰钢由于高应变率冲击和动态霍尔佩奇效应的双重作用,获得较大的硬化效果,其硬度远高于磨损前后原始高锰钢。揭示了高锰钢的超声冲击强化和抗磨损机理,可为低应力磨损下高锰钢的超声硬化处理提供技术基础。

叶片水射流表面强化工艺的数字孪生系统设计

水射流表面强化是一种有效提升航空发动机叶片疲劳寿命的工艺方法。针对水射流表面强化装备和工艺系统还不具备对强化工艺的监测、检测、预测和决策的能力,将数字孪生技术引入到水射流表面强化工艺。首先根据水射流强化工艺原理,明确了水射流表面强化的数字孪生系统的框架;其次在实体层、模型层、数据层、应用层以及数据传输5个层面上完成了数字孪生系统的设计,实现了物理系统的强化装备和工艺的虚拟映射,以及各层级之间的连接和交互。应用实例表明,所构建的数字孪生系统能够实时监测强化设备的工作状态、检测强化后叶片的表面完整性、预测特定强化工艺下的强化效果,为强化工艺的选择和优化提供决策支持。

空间机器人动力学与控制课程教学改革与创新实践

为适应国家航天强国战略对动力学控制领域专业一流高层次人才的需求,以提升学生知识与技术创新创造能力为目标,结合空间机器人动力学与控制课程的特点,提出依托“以赛促学、第二课堂、数字孪生”等教学手段的课程教学改革与创新实践方法,从设计课程知识点考核方式、开阔学生前沿技术视野、丰富课程教学内容等维度进行教学设计。实践结果表明,所提出的教学方法能够增强学生对前沿技术的认知度与敏感度,提升学生参与课程学习的效率和激情,促进学生在学术与学科竞赛等领域的创新成果产出。

Cu15Ni8SnNb合金带材的深冷处理强化及微细组织研究

Cu15Ni8SnNb合金一般的处理工艺为时效处理,强度可达1200MPa,但工艺复杂。对该合金带材进行深冷处理,其强度可提高到1300MPa,弹性模量达1200MPa。透射电镜观察发现深冷处理后的合金中有一种框架式孪晶亚结构,当合金发生塑性变形时,框架式孪晶能阻碍位错移动,这是合金强化的主要原因。

表面强化对工业纯钛显微组织的影响

工业纯钛经喷丸、滚压强化后 ,疲劳强度得到不同程度的提高。逐层TEM亚结构对比分析结果表明 :工业纯钛疲劳强度的提高和强化层组织中孪晶的形成有关 ;工业纯钛疲劳前后组织中主要是位错数量的变化 ,而强化试样疲劳前后组织结构既有位错、孪晶数量的变化 ,又有孪晶晶界、孪晶孪晶之间的交互作用 ;喷丸较滚压强化效果显著的部分原因是表层形成了准孪晶栅栏。

纯钛喷丸强化层中的变形孪晶

利用光学显微分析(OM)、扫描电子显微分析(SEM)及透射电子显微分析(TEM)对喷丸强化工业纯钛表层组织特征进行了研究。结果发现:在强化层组织中形成了高密度位错和大量变形孪晶。变形孪晶数量随层深的增加而减小,且其因多晶体晶粒之间的变形协调而通常被限制在一个晶粒内。变形孪晶在晶内的长大过程中,产生的强烈交互作用和在局部地点的断开造成了疲劳裂纹的早期萌生。

机械合金化法制备Cu-Nb合金过程中的形变孪生特性

采用机械合金化法制备纳米Cu-10%Nb合金,通过显微硬度测量以及高分辨透射电镜观察,对该合金粉末在室温球磨过程中的微观结构演变和形变孪生特性进行研究;利用局部应力集中模型分析形变孪晶的形核机制。结果表明:随着球磨时间的增加,该合金硬度(HV)不断升高,球磨120 h后可达4.8 GPa;该合金在球磨初期以位错胞结构为主;球磨50 h后,Cu平均晶粒尺寸减小至约50 nm,部分区域出现纳米形变孪晶;继续增加球磨时间,孪晶数量增加,孪晶界强化效果显著;由于孪生将促进纳米晶粒的进一步细化,球磨120 h后,纳米晶尺寸减小到20 nm以下。

应变强化对022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢显微组织和力学行为的影响

采用电液伺服万能试验机、X射线衍射仪、金相显微镜和透射电子显微镜,研究了应变强化对022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢微观组织和力学行为的影响。结果表明:前期预应变强化过程中,材料没有发生相变,形变孪晶数量的增加使材料的屈服强度和硬度得到大幅提高,但塑性有所降低,发生形变孪晶诱发强度效应。随着预应变量的增大,应变强化能力减弱,瞬变应变有所降低,位错的滑移模式发生转变,从单系滑移和平面滑移向多系滑移和交滑移转变。

SPS制备Al_2O_3-弥散强化铜合金及其显微组织

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Al2O3-弥散强化铜合金,对SPS烧结过程及机理进行了探讨,并利用SEM、TEM、XRD等测试技术对合金显微组织及原位生成的Al2O3弥散相的相结构进行了观察分析,结果表明:SPS烧结过程主要是由烧结颈形成初期、烧结颈长大粗化期以及完全致密化时期3个阶段组成,不同阶段之间没有明确的分界线,各阶段其作用机制不同;烧结过程中共有3个放气峰存在,分别对应于水蒸气的脱除、低温氧的脱附和表层吸附气体去除、高温及外部压力情形下氧的脱附及合金内部气体的排除;合金中原位生成了大小为25 nm,间距为50 nm,呈均匀弥散分布的γ-Al2O3质点,钉扎位错和晶界,对基体产生弥散强化和抑制再结晶作用。

α-Ti 滚压强化层的组织结构分析

用透射电子显微镜对两种不同状态（原始α晶状态和淬火α′马氏体状态）ＴＡ２工业纯钛的表面滚压强化层进行组织结构分析．结果发现：具有α原始态的滚压强化层中出现宽大片状的变形孪晶，其密度很低，往往以单个的形式出现，形不成典型的孪晶栅栏．此外，强化层中引入了极高的位错密度，位错亚结构主要是以位错胞的形式出现．具有α′马氏体组织的滚压强化层中，也有少量变形孪晶，孪晶可以横贯原马氏体的板条束，但因数量很少也不能形成孪晶栅栏．滚压后马氏体基体中呈现出很高的位错密度．

冷轧变形Co40NiCrMo微观组织和力学性能

采用金相显微镜、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和拉伸试验研究了冷轧变形对Co40NiCrMo合金显微组织和力学性能的影响。试验结果表明:Co40NiCrMo合金的冷轧变形方式主要是滑移和孪生;孪晶的交互作用使得合金的晶粒有效尺寸减小,组织细化;冷轧变形程度比较小时,合金的抗拉强度和屈服强度随着变形程度的增大急剧增加,相应地,延伸率显著下降;变形程度超过30%后,强度增加比较缓慢,延伸率也变化地很少;断口分析显示,冷轧变形程度对合金的断裂性能影响很大,随着变形量的增大,合金断裂由韧性断裂过渡到脆性断裂;孪晶的产生和孪晶的交互作用是合金变形强化的主要原因。

Nb微合金化Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的组织与力学性能

向Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢中添加0.35%的Nb,提高钢中C元素含量至0.1%,并配合适当热处理工艺以提高TWIP钢的屈服强度。结果表明:改进后的Fe-25Mn-3Si-3Al-0.3Nb-0.1C钢的屈服强度由原来的320 MPa提高至445 MPa,均匀伸长率则由65%降低至55%。Nb元素的添加会强烈阻碍TWIP钢的再结晶晶粒的长大,显著细化TWIP钢的奥氏体晶粒,并且添加的Nb、C元素经退火处理后主要以纳米级Nb C沉淀相的形式弥散分布于奥氏体基体上,这些细小的沉淀相将通过Orowan机制进一步提高TWIP钢的强度。此外,Nb、C元素的添加并未显著改变室温下Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的塑性变形机制,应变诱发孪晶仍然是Fe-25Mn-3Si-3Al-0.3Nb-0.1C钢的主要变形机制,奥氏体基体仍然维持着较低的层错能。通过细晶强化和沉淀强化的双重作用显著提高Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的强度,同时奥氏体基体的TWIP效应保证了改进后的TWIP钢仍具有良好的塑性。

2A12铝合金在激光冲击下的组织与性能

分析了激光冲击加载下2A12铝合金组织和力学性能的变化规律,得出以下结论:激光冲击会使2A12铝合金位错密度大幅增加,晶界和晶内出现位错塞积、位错胞状组织等;随变形量的增加,结构中出现大量孪晶,二者互相作用,晶粒破碎细化。这些组织都会不同程度增加2A12铝合金的硬度和强度,从而有效地改善2A12铝合金的力学性能。激光冲击后,冲击区中心点硬度由94 HV升高到145 HV,升高了大约54%。

Cu及Cu-Zn合金压缩行为机理的研究

通过Cu及Cu-Zn合金的压缩实验,分析了不同层错能Cu及Cu-Zn合金的压缩真应力-真应变曲线,提出把Cu及Cu-Zn合金加工硬化行为以0.1的应变量为界点分为两个不同的阶段.0.1应变量之前的材料强化机理很复杂,主要受孪生、固溶强化、有序强化、位错胞等的综合影响,使得Cu、Cu-10%Zn、Cu-20%Zn和Cu-30%Zn的强度在0.1应变量前依次递减.当应变量超过0.1,材料的强化机制主要包括细晶强化与变形孪晶强化,随着层错能的降低材料的强塑性提高.本实验详细研究了Cu及Cu-Zn合金加工硬化行为及微结构演变机理,为更好地了解超细晶材料的机械变形行为以及提高材料强塑性提供参考.

稀土镁合金强韧性设计与开发

镁合金作为最轻质的结构材料,在电子产品及汽车工业领域具有广泛的应用前景。相比于非稀土镁合金,稀土镁合金具有强度高且高温性能好的优点,而成为研究热点之一。本文重点介绍了高稀土含量镁合金和低稀土含量镁合金的强韧化方法。高稀土含量的镁合金可以调控三角分布的棱柱面片状析出相β',阻碍位错滑移,提高合金强度。低稀土含量的镁合金可以采用表面机械研磨处理方法得到表面含有纳米晶中心含有孪晶的梯度组织,利用细晶强化和孪晶强化提高合金强度。