内生非晶复合材料组织与力学性能调控研究进展

非晶合金因其独特的短程有序、长程无序原子结构特征,使其具有了一系列优异的力学、物理、化学等性能,在先进金属结构材料领域具有巨大的潜在应用价值。但非晶合金在室温承载变形时,原子团簇发生剪切转变形成的大量自由体积会演化为高度局域化剪切带,局域化剪切带由于缺乏介质的阻碍会发生失稳扩展,导致非晶合金极易发生室温脆断,特别单轴拉伸时基本无塑性。为克服这个缺憾,研究者们提出将微米级尺寸的晶体相引入非晶来抑制剪切带的失稳扩展,使得内生第二相增韧非晶复合材料具有了明显的拉伸塑性能力,因此倍受材料学界的关注。近年来,研究者们陆续通过成分设计、制备技术、热处理工艺等方法来实现非晶复合材料的塑性变形能力的提升,使得非晶复合材料有望走向实际的工程应用。本文围绕内生第二相增韧非晶复合材料的微观组织调控这一关键科学问题,从影响非晶复合材料微观组织结构的因素(合金成分设计、制备工艺参数、微观结构构筑等)到微观组织对其室温力学性能的影响机制两方面的研究成果进行了系统总结,重点阐述了近10年来内生第二相增韧非晶复合材料领域组织调控及其室温力学性能关联性方面的研究进展,并且对内生非晶复合材料研究领域目前的存在的问题和挑战进行了展望,以期为高强高韧内生第二相增韧非晶复合材料的设计与制备提供理论参考。

不同热处理工艺下激光增材制造TC4钛合金组织与性能研究进展

由于激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)TC4钛合金加工成形过程的特殊性,导致该合金在力学性能上存在明显的各向异性,同时韧性、疲劳性能不能很好地满足使用要求。从材料组织与力学性能之间的关系出发,介绍了不同热处理工艺对激光增材制造TC4钛合金组织与力学性能的影响,指出了当前激光增材制造TC4钛合金热处理研究中存在的问题,并为后续激光增材制造TC4钛合金的热处理研究提供思路与方向。

Ti_(2)AlNb基合金中的组织转变及其动力学研究进展

起源于钛合金的Ti_(2)AlNb基合金作为一种新型高温结构材料,具有优秀的室温韧性、抗裂性能、高温强度及抗氧化性,在航空航天领域呈现出广阔的应用前景。研究Ti_(2)AlNb基合金的微观组织转变机制及相关动力学,对材料成分设计和加工工艺的优化以获得所需性能具有重要的意义。本文总结了Ti_(2)AlNb基合金中组织转变及其动力学机制的研究进展和不足,重点阐述了Ti_(2)AlNb基合金内B2相和O相的生长动力学研究现状,并指出Ti_(2)AlNb基合金在有序无序转变动力学、缺陷密度相关动力学等方面缺乏研究。未来Ti_(2)AlNb基合金需要结合逐渐全面的动力学研究成果来建立组织演变理论模型,从而优化合金成分及工艺,以满足更加复杂严峻的服役环境。

梯度化加热调控微观组织实现变强度热冲压工艺

开发了一种变强度热冲压工艺,可以对零件进行微观组织和力学性能调控。利用感应线圈对坯料进行梯度化加热,使局部区域奥氏体化,进而调控淬火后各区域的微观组织,从而获得变强度零件。实验以退火态及冷轧态的热冲压钢来研究该工艺,软化区组织均为珠光体+铁素体,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为490 MPa和32%、940.4 MPa和4.2%;高强度区均为马氏体组织,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为1532 MPa和9.1%、1485.1 MPa和8.4%;过渡区的硬度从高强区向软化区逐渐下降,性能基本平稳过渡。结果表明,对于两种不同供货态钢,该工艺均可通过微观组织调控的方法,实现零件的变强度分布。

新型高再结晶抗力α-Al(MnCr)Si弥散强化Al-Mg-Si-Cu合金研究

Al-Mg-Si-Cu铝合金(6XXX)属于可热处理强化合金,其高比强度、耐腐蚀及优良的成形性能使得它们在各种工业应用中具有吸引力,包括电力传输和交通运输行业;但相对较低的强度和硬度限制了其应用。最新研究表明,在合金中加入Mn/Cr等过渡族元素结合均匀化热处理工艺能够在Al-Mg-Si-Cu铝合金基体中形成纳米级、与基体部分共格的α-Al(MnCr)Si弥散相,从而借助弥散强化作用进一步提升合金的综合力学性能,拓展Al-Mg-Si-Cu铝合金的应用范围。弥散相因其对位错运动和(亚)晶界迁移的钉扎作用而有助于限制动态回复并抑制动态再结晶。此外,弥散相还能够限制合金在固溶处理过程中再结晶晶粒的形核和长大过程,进而抑制静态再结晶的发生。但较少有文献针对弥散相对Al-Mg-Si-Cu合金变形后热处理过程中的微观演变进行量化统计和机理分析,未能建立模型来描述变形条件对微观组织演变的影响。本工作对6061合金和Mn/Cr微合金化的Al-Mg-Si-Cu合金(后者被标记为HSW-1合金)在不同条件下进行热变形处理(变形温度:300、400、500℃;应变速率:0.01、0.1、1、10 s^(-1);真应变:1.2),研究变形合金在固溶和时效热处理过程中的微观结构演变,提出热变形合金经固溶处理后的微观组织调控机制。采用TEM观察证实了HSW-1合金基体中均匀分布着大量纳米级的α-Al(MnCr)Si弥散相。将热变形后的两种合金在560℃下盐浴保温不同时间,应用准原位EBSD技术表征微观结构的演变,统计取向差分布及亚晶粒尺寸的变化。结果表明,热变形条件(变形温度、应变速率)对6061和HSW-1合金在固溶处理过程中的静态再结晶行为有显著影响。两种合金静态再结晶行为随着变形温度的降低、应变量的增加及应变速率的升高而得到强化。相同的变形条件下,尽管6061合金静态软化驱动力低于HSW-1合金,但其在固溶处理过程中的静态再结晶行为明显强于HSW-1合金。这表明,弥散相通过钉扎作用有效抑制变形合金在固溶和时效过程中的静态再结晶行为,在显著提升合金的抗再结晶能力的同时保持变形合金的微观结构,使变形合金获得弥散强化和变形强化的综合效果,进而赋予其高强度。最后,通过理论分析提出了T6热处理后两种变形合金的微观结构控制模型。通过调整变形参数,即变形温度和应变速率,可以精确调节热处理后的微观组织成分,实验数据有效支持了模型的可行性。该结果为开发新型高强韧高性能铝合金提供了实验基础和理论分析。

双金属复合管界面结合性能概述

双金属冶金复合管作为一种兼具耐蚀性和经济性的复合管材,已在石油天然气开采领域得到推广应用。本文主要介绍了双金属冶金复合管界面的微观组织调控,界面氢扩散及损伤机理和界面局部腐蚀行为,对双金属复合管的界面结合性能进行了探究。

1.0GPa级I&QP钢组织调控及增强增塑性机制

为研究1.0GPa级I&QP钢的微观形貌特征及增强增塑机制,采用不同退火工艺制度并分析其组织性能特征及其对强塑性的影响。结果表明,将热轧初始组织调控为体积分数不小于85%且晶粒尺寸细小(3~5μm)的针状贝氏体组织,经过I&QP工艺处理后,易于将最终微观组织调控为大于70%的不同位向存在的"板条簇"贝氏体组织、少量晶粒尺寸小于2.5μm的铁素体以及不小于14.5%的片层状残余奥氏体三相混合组织。临界区加热温度适当降低到850℃后,I&QP钢晶粒细化,同时大角度晶界所占比例增加至60.2%,在相变、细晶、析出和位错综合增强增塑机制作用下,抗拉强度大于1.0GPa,强塑积达到30.2GPa·%,同时扩孔率达到62%。

镁稀土合金疲劳性能的研究进展

作为一种超轻质、比强度高、耐热性好的工程结构材料,镁稀土合金在航空航天、空天飞行器、轨道交通等领域的应用前景广阔,而实际服役过程中承受的交变载荷对其疲劳性能提出了严苛的要求。为了保证承力结构件的耐久性和安全性,深入研究其疲劳行为和断裂失效机理具有重要意义。首先综述了镁稀土合金疲劳性能的研究进展;重点阐述了镁稀土合金疲劳裂纹萌生、扩展的微观机理;随后总结了热处理、晶粒细化、表面强化等多种提高镁稀土合金疲劳性能的方法;最后对镁稀土合金疲劳行为的研究方向进行了展望。