TiC对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金非晶形成能力、微观组织及热稳定性的影响

铁基非晶合金存在非晶形成能力低、室温塑性差等问题,极大地限制了其在工程中的应用。基于“近混合焓+有效原子尺寸差”非晶合金成分设计理念设计了Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)全金属组元粉末,采用机械合金化球磨工艺成功制备出非晶态合金粉末,并研究了TiC陶瓷粉末的加入对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末非晶形成能力、微观形貌和热稳定性的影响。结果表明:Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末具有较好的非晶形成能力和热稳定性,TiC陶瓷粉末均匀稳定的分布于Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)非晶合金粉末中。添加质量分数15%TiC陶瓷粉末延缓了球磨过程中Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末的合金化和非晶化进程,降低了热稳定性,使得球磨后粉末粒度变小,分布范围变宽。该项工艺可制备出具有较大室温塑性的大块铁基非晶合金原始粉末。

重卡传动轴用高强7075铝合金热流变行为及径向锻造微观组织演变

为研究重型卡车轻量化传动轴用高强7075铝合金在径向锻造时的热变形行为,将大直径7075铝合金挤压棒料预热退火后,取样进行了不同变形条件下的等温压缩试验。分别考虑温度与应变速率对应变强化及软化的影响,构建了适用于中大型7075铝合金传动轴热加工的改进Hansel-Spittel本构模型。根据动态材料模型理论获得了7075铝合金的热加工图,并据此分析了7075铝合金棒料在典型径向锻造工艺中的组织变化。研究结果表明:改进Hansel-Spittel模型能更准确地模拟预热退火态7075铝合金的峰值和稳态流变应力,预测值与试验值的平均相对误差仅为2.71%;7075铝合金在温度为350~450℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)范围内具有较高的热加工稳定性,高温及低应变速率的变形条件有利于材料的微观组织演化;预热退火态7075铝合金棒料在经过截面收缩率为55.6%的径向锻造工艺和T6热处理后,原始板条晶粒转变为细化大转角晶粒组织,抗拉强度提高至651 MPa,延伸率提高至12.5%,综合性能得到显著改善。

Al添加对β型TiZrCr合金微观组织及力学性能的影响

通过非自耗电弧熔炼炉制备了TiZr5CrxAl(x=1、2、3和4)合金。采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度仪和万能材料试验机等研究不同Al含量对TiZr5CrxAl合金相结构、微观组织以及力学性能的影响。结果表明:热轧态TiZr5CrxAl合金的组织均由单一β相组成,并未检测到其他物相;随着Al含量的升高,β相的(110)晶面发生了相分解现象,形成了β′和β″相。在950℃进行轧制变形时,TiZr5CrxAl合金发生了动态再结晶现象,β晶粒逐渐趋于等轴化,同时β晶界处出现了大量细小的等轴组织;当Al含量为2 mass%时,合金的综合力学性能达到最佳,其显微硬度、屈服强度、抗拉强度和拉伸应变分别为309 HV0.2、934 MPa、974 MPa和6.0%。随着Al含量的增加,合金的断口形貌呈现出由韧性断裂到脆性断裂的转变。

SPS烧结双主相Sm_(2)Co_(17)-Ce_(2)Co_(17)复合永磁体的微观组织

研究了放电等离子烧结(SPS)工艺和退火温度对双主相Sm_(2)Co_(17)-Ce_(2)Co_(17)复合永磁体微观组织的影响。结果表明:制备双主相Sm_(2)Co_(17)-Ce_(2)Co_(17)复合永磁体的最佳SPS工艺为:烧结温度750℃、压强64 MPa、烧结时间10 min,这样有利于减少稀土元素之间的扩散。退火可使烧结后磁体中存在的非晶相晶化。退火温度越高,双主相磁体中的稀土元素之间越容易相互扩散,Ce原子易扩散到Sm_(2)Co_(17)相中取代Sm原子,而Sm原子扩散到Ce_(2)Co_(17)相中取代Ce原子的机会就相对较少些,且在Sm_(2)Co_(17)相与Ce_(2)Co_(17)相的边界处形成一个过渡的富稀土区。

退火处理对热轧Al/Mg/Al复合板界面微观组织与性能的影响

采用1 mm Al+3 mm Mg+1 mm Al的组坯方式,轧制温度为400℃,压下率为35%,热轧得到6061/AZ31B/6061复合板。在退火温度为200℃的条件下,研究了不同退火时间对复合板拉伸性能、界面结合、微观组织以及表面残余应力的影响。在保温时间分别为0、0.5、1和1.5 h情况下,分别进行拉伸实验、能谱分析、微观组织观察和残余应力测试。结果表明,当轧制压下率为35%时,6061铝合金和AZ31B镁合金能够通过热轧方法得到很好的复合;随着退火时间的增加,6061/AZ31B/6061复合板的拉伸强度、伸长率和界面扩散厚度显著增加,且铝合金表面残余应力也增大。

CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

固溶处理对新型全奥氏体高锰低温钢微观组织、力学性能及摩擦性能的影响

针对新型奥氏体高锰低温钢在LNG (Liquefied natural gas)储罐应用中的磨损问题,本文中研究了不同固溶处理温度对微观组织、力学性能和耐磨性能影响以及三者之间的关联性.将25Mn高锰钢分别在950、1 000、1 050以及1 100℃下固溶处理0.5 h,并采用光学显微镜、白光干涉仪、扫描电子显微镜及能谱仪对试样的微观组织、磨损轮廓和磨痕形貌进行了表征.结果表明:随着固溶处理温度的升高,高锰钢的表面硬度逐渐下降,1 100℃固溶处理后钢材硬度降到最低,约为261 HV.另外,钢材的抗拉强度随固溶温度升高先增大后减小,其中在1 000℃下展现出最优的抗拉强度、屈服强度及应变硬化速率.在摩擦性能测试结果中可以看出,高锰钢表面平均摩擦系数随着固溶处理温度先增大后减小再增大,在1 000℃时因发生氧化摩擦而降到最低,约为0.39,磨损率为0.49‰,表现了最优的耐磨性能.这主要是由于1 000℃热处理后的高锰钢磨痕表面密布颗粒均匀的碳化物,导致磨损后的硬度增大近50.6%,磨损机理从颗粒磨损与疲劳磨损结合转变为黏着磨损为主,颗粒磨损为辅.

X80钢GMAW焊接接头力学性能评定与微观组织分析

通过对X80钢焊接接头进行残余应力测定、力学性能评定试验和微观组织分析,评价采用全自动熔化极气体保护电弧焊(GMAW)焊接的X80钢管是否满足API Spec 5L—2018《管线钢管》的使用规定。结果表明,X80钢焊接接头环向残余应力值高于轴向残余应力值,焊接接头拉伸强度值高于名义抗拉强度值,焊缝低温冲击性能略低于母材和热影响区,焊接接头总体韧性合格,侧弯试样性能满足验收标准。所采用的GMAW工艺满足实际工程要求,可作为一种可行的X80钢焊接工艺。

含铜抗菌不锈钢拉伸过程中的微观组织演变EBSD分析

目的研究含铜抗菌不锈钢拉伸性能,为工业生产中的成形工艺优化提供一定的理论依据。方法在拉伸应变分别为5%、15%、30%、45%、60%、75%以及最后拉伸断裂时应变为81%条件下,采用岛津AGS-100KN万能拉伸试验机对含铜抗菌不锈钢进行拉伸试验。通过扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)表征分析含铜抗菌不锈钢拉伸断裂后的断口形貌以及拉伸过程中的微观组织演变。结果含铜抗菌不锈钢抗拉强度最大值为587.523 MPa,应变最大值为81%。拉伸断口与拉伸方向呈45°开裂,呈杯锥状,断裂模式是韧性断裂。结论随着应变的增大,低角度晶界逐渐增多,高角度晶界与孪晶逐渐减少,GOS值逐渐增大,Goss织构、S织构和R织构含量逐渐减少,Brass织构含量逐渐增加,拉伸断裂后的体积分数为23.3%。在拉伸后期,Copper织构和Brass织构含量较多,在拉伸过程中起到整体稳定协调微观组织作用的S织构不断减少,随应变的增大,组织内部协调变形加快,变形程度快速增大,从而导致S织构向Copper织构和Brass织构转变,出现板条状马氏体,存在应变诱发马氏体相变。位错滑移、形变孪晶和形变诱导马氏体等多种变形机制的共同作用使含铜抗菌不锈钢具有良好的塑性。

Inconel 617镍基合金电弧增材制造微观组织与力学性能

电弧增材制造技术基于分散累加原理,可实现镍基高温合金复杂结构快速无模加工,是一种广受关注的先进加工技术。该研究以高温耐蚀合金Inconel 617增材制造块体为研究对象,采用OM,SEM及万能拉伸试验机等手段分析了增材制造镍基合金块体微观组织及力学性能。研究结果表明,Mo元素在柱状枝晶间偏析,促使大尺寸的Laves相沿枝晶析出。在拉伸应力下,Laves相由于脆性较高,易发生断裂,诱发裂纹萌生。由于裂纹扩展路径在不同方向拉伸时存在显著差异,导致增材制造构件沿沉积方向强度(900 MPa)显著高于垂直沉积方向强度(700 MPa)。该研究为电弧增材制造镍基合金的组织性能调控奠定了一定基础,为进一步推动电弧增材制造镍基合金构件的应用进行了有益探索。

2系铝合金的搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型,采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试,利用蔡司金相与扫描电子显微镜研究母材和焊接接头的微观组织。结果表明,在微观组织方面,前进速度不变时,随旋转速度的增加,材料焊合区的组织更均匀,晶粒尺寸更为细小均匀致密;热机影响区存在有板条状的粗大组织和细小的等轴晶,且晶粒尺寸在逐渐变小;热影响区平均晶粒尺寸呈现增大的趋势。在硬度方面,焊接接头硬度热影响区最低,搅拌焊合区次之,热机影响区位于二者之间。在拉伸方面,不同焊接工艺下试样的拉伸断裂位置均在铝合金的焊接接头处,焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。1000r·min^(-1)及100mm/min下的焊接接头的断裂伸长率为17.1%、抗拉强度可以达到410MPa,其焊接接头的力学性能最优。由此得出结论,铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,可为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。

深冷处理对7A62铝合金微观组织和力学性能的影响

采用XRD、SEM、TEM、硬度测试以及拉伸测试等研究T6处理、时效前深冷DCT5h-T6处理和时效后深冷T6-DCT5h处理对7A62铝合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:相比于T6处理,深冷处理后合金析出相的尺寸减小、数密度增大,位错密度提高;受析出相与位错密度的共同影响,DCT5hT6处理合金的强度和伸长率均有所提升。与DCT5h-T6处理相比,T6-DCT5h处理进一步促进了析出相的形核,其尺寸细化且分布更加均匀,数密度约提高5%;T6-DCT5h处理可使得合金获得较优的综合力学性能,合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为584 MPa、637 MPa和10.7%,较常规T6处理分别提高28MPa、10 MPa以及37%。

激光除漆对铝合金飞机蒙皮微观组织的影响

目的探究激光除漆对铝合金飞机蒙皮基体近表层(15μm)微观组织的影响规律,阐明近表层微观组织变化与显微硬度的内在联系。方法采用纳秒脉冲红外激光去除2024-T3铝合金飞机蒙皮表面漆层,通过调节激光能量密度,分别除漆至基体阳极氧化层、铝合金、铝合金表面熔融。利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)表征漆层的剥离程度及基体的表面形貌。通过超景深三维显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、Image-Pro Plus软件表征Keller试剂腐蚀后铝合金基体近表层的微观组织。采用数显显微维氏硬度计测量基体剖面的显微硬度。结果在激光能量密度为4.26 J/cm^(2)时,相较于原始基体,阳极氧化层较完整,其基体的表面粗糙度接近于原始基体(未除漆),近表层的微观组织无明显改变,近表层的显微硬度增加了1.6%。当除漆至铝合金基体表面完整时(15.25 J/cm^(2)),相对于原始基体,其表面粗糙度降低,近表层的微观组织无明显改变,近表层的显微硬度增加了4.8%。在激光能量密度为27.79 J/cm^(2)时,铝合金表面熔融,其表面粗糙度相对于原始基体增大,近表层的晶粒显著细化,其显微硬度增加了17.3%。结论采用合适的激光能量密度对铝合金飞机蒙皮进行激光除漆,不会显著改变其基体近表层的微观组织。在较高能量密度下,铝合金近表层会发生晶粒细化,导致显微硬度显著增加。

烧结温度对Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷微观组织和力学性能的影响

以Ti(C,N)为基体相,HfN和WC为不同层的增强相,金属Ni和Mo为粘结相,采用交替铺层法制备素坯,并利用真空热压烧结技术制备Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷,研究了烧结温度对层状陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,材料中的晶粒逐渐长大,在烧结温度为1350℃和1400℃时,材料的晶粒较小但分布不均匀,且存在较多的微缺陷;在烧结温度为1450℃和1500℃时,材料中的晶粒相对均匀(粒径~1μm),微缺陷较少;在烧结温度达到1550℃时,材料中出现了大量粗大晶粒(粒径~2μm)。随着烧结温度的升高,层状陶瓷的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度均先增大后减小。在1450℃下所制备的Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷具有较好的综合力学性能,其抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度分别为(1263.6±17.1)MPa、(18.5±0.3)GPa和(8.2±0.1)MPa·m1/2。此外,Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷在断裂时表现为穿晶与沿晶并存的断裂模式。

Re含量对TiCN-WC-HfN陶瓷微观组织和力学性能的影响

采用真空热压烧结技术制备了TiCN–WC–HfN陶瓷,研究了Re含量(摩尔分数)对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料由TiC_(0.41)N_(0.5)、WC、HfN、TiC、Ni和Re组成,其中TiC_(0.41)N_(0.5)0是TiC与TiN在烧结过程中生成的固溶体。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料断口上存在凹坑和解理面,当Re摩尔分数为2.5%时,材料断口上的凹坑较多。当Re摩尔分数由0增到3.0%时,材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度均先增大后减小。当Re摩尔分数为2.5%时,材料的力学性能最优,其维氏硬度为(19.25±0.21)GPa、抗弯强度为(1304±23)MPa、断裂韧度为(7.73±0.22)MPa∙m^(1/2)。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷在断裂过程中发生了穿晶断裂和沿晶断裂,其增韧机制为裂纹偏转和裂纹桥连。

机械振动对电弧增材制造2319铝合金微观组织与机械性能的影响

为了解决电弧增材制造试样晶粒粗大、机械性能较差等问题,在电弧增材制造2319铝合金过程中施加机械振动,分析了机械振动频率和幅度对试样微观组织和机械性能的影响。结果显示:机械振动使熔池流动性提高,熔池更加铺展,层宽增加,层高降低;振动破碎了生长过程中的枝晶,使INZ晶粒尺寸减小14.49μm,ITZ晶粒尺寸减小4.68μm;枝晶间隙处的溶质元素含量降低,晶界析出相变得断续且细小,PLC效应间隔增加,材料延伸率显著提高;机械振动频率和机械振动幅度改变时纵向和横向延伸率分别提升了38.2%,15.7%和29.3%,52.5%,而强度变化并不显著。采用机械振动辅助电弧增材制造能够在不影响强度的前提下显著提高试样的塑性,可为机械振动在增材制造领域的广泛应用提供技术参考。

Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

电弧摆动对管堆焊温度场及微观组织的影响

为掌握电弧摆动对管堆焊过程的影响,采用焊接仿真与工艺试验两种方式对比电弧摆动和不摆动操作的温度场、残余应力及焊接变形并进行了金相分析。首先,基于有限元分析软件Abaqus,采用热弹塑性有限元法建立焊接过程有限元模型,对摆动焊与常规无摆动焊的温度场进行模拟,并分析熔池的演变过程及温度场分布、热循环曲线等特征。结果表明:摆动焊温度分布云图呈拉长状态,其熔池形状相较于不摆动焊的椭圆形更接近波浪形,摆动焊的温度场更均匀、残余应力更低,可提高焊缝等轴晶比例,细化晶粒,改善焊缝显微硬度。其次,通过金相分析对比了摆动焊与不摆动焊的显微组织,结果表明,摆动焊能够提高焊缝等轴晶的比例和焊缝显微硬度。

添加0.5%Si_(3)N_(4)对车用AZ61镁合金微观组织和性能的影响

研究了添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)对车用AZ61镁合金微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后,铸态和挤压态AZ61镁合金的晶粒均细化。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后,部分Si_(3)N_(4)与Mg,Al发生反应生成了AlN与Mg2Si,另一部分Si_(3)N_(4)以第二相的形式存在于镁合金中,铸态AZ61镁合金屈服强度由66.7 MPa提升到了73.2 MPa,抗拉强度由105.4 MPa提升到了113.3 MPa,延伸率由1.5%提升到了1.9%,与AZ61镁合金相比,分别提升了9.7%,7.4%和26.7%。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后挤压态AZ61镁合金屈服强度由145.0 MPa提升到了162.7 MPa,抗拉强度由274.6 MPa提升到了284.2 MPa,延伸率由16.0%提升到了18.1%,与AZ61镁合金相比,分别提升了12.2%,3.5%和13.1%。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)后挤压态AZ61的耐腐蚀性能也得到了提升,腐蚀电流密度由142.9μA/cm^(2)降低到了56.7μA/cm^(2)。添加0.5%Si_(3)N_(4)(质量分数)可以有效提升车用AZ61镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。

211Z.1铝合金微观组织及力学性能研究

主要对211Z.1铝合金材料进行了金属型铸造加工及力学性能测试。实验结果显示,制备出的铸造试棒表面光滑,无铸造缺陷。经过T5热处理工艺之后,其平均抗拉强度达到了349.8 MPa,断后延伸率为21.3%,布氏硬度100,展现出优良的力学性能。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段,实施了对合金微观结构的深入分析,探索了微观组织对合金力学性能的影响,并揭示了其性能的内在联系。本研究结果为211Z.1铝合金在工程领域的应用以及未来材料设计方面提供了理论探索和实践指引。