深冷循环热处理下锆基金属玻璃的回春行为调控

研究Zr_(55)Cu_(30)Ni_(5)Al_(10)(摩尔分数,%)金属玻璃在深冷循环处理过程中的回春行为。实验发现,随着循环次数的增加,样品的回春程度更高,表现为更高的弛豫焓与更低的密度。回春程度经200次循环后逐渐饱和,这可能与非晶结构中有限的自由体积含量有关。同时,高循环次数下的样品硬度更低,塑性更好,这与其剪切转变区体积增大有关。此时,更低的剪切面形成能有利于多重剪切带的形成。此外,还发现自由体积含量与样品塑性应变及剪切转变区体积呈线性关系。分子动力学模拟结果还表明,在高冷速下回春程度高的样品会发生原子体积的饱和。

深冷循环处理对金属玻璃结构和性能的影响

近期研究表明,金属玻璃可通过热激励或机械激励的方法回春到更加亚稳的高能量状态,同时伴随着原子堆垛的松散化。回春过程可有效提高金属玻璃的宏观塑性。从金属玻璃弛豫与回春概念入手,简要介绍金属玻璃的回春手段,总结不同方法的优缺点。重点介绍深冷循环热处理(一种对样品形态无破坏性且适用性较高的回春方法)的效果、热处理参数对回春程度的影响以及回春后金属玻璃力学和磁性能的演化规律。最后,就金属玻璃回春行为进行分析,并对未来重要研究方向提出展望。

热处理和深冷循环处理对Zr基块体非晶合金结构和性能的影响

采用X射线衍射分析仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、万能力学试验机、扫描电子显微镜(SEM)及电化学工作站等研究退火以及深冷循环处理对Zr基块体非晶结构和性能的影响。结果表明:经玻璃转变温度T_(g)及以下温度退火处理后的试样呈非晶态。随着退火时间的延长,合金试样热稳定性减弱、耐腐蚀性逐渐增强、压缩塑性呈现先增强后减弱趋势,在500 K(0.6T_(g))保温30 min时塑性应变ε_(p)达16.44%。退火态(0.6T_()g,保温30min)合金试样经深冷循环处理后仍呈非晶态。随着循环次数的增加,合金试样热稳定性增强、耐腐蚀性逐渐增强、压缩塑性逐渐优化,当循环90次时塑性应变ε_(p)达19.05%。综上所述可知,适当的退火处理工艺与深冷循环处理可以有效地提升Zr基块体非晶合金性能。

非晶合金深冷循环处理研究进展

非晶合金具有高强度、高硬度、大弹性极限等优异性能,是一种很有应用前景的先进金属材料,但较差的室温塑性严重制约其广泛应用。深冷循环处理作为一种简单有效的非晶合金室温塑韧性改善方法,受到学者们广泛关注。本文主要综述了非晶合金深冷循环处理相关研究成果,总结了不同深冷循环处理参数和样品因素对于非晶合金深冷循环处理效果的影响,并对非晶合金深冷循环处理技术的发展进行了展望。

深冷循环对SiC/Al复合材料宏微观残余应力的影响

铝基碳化硅(SiC/Al)复合材料因其高比模量、高比强度和良好尺寸稳定性等特点广泛应用于精密光学领域。SiC/Al复合材料热处理过程中产生的宏/微观残余应力是影响其尺寸稳定性的关键因素。为了阐明残余应力的降低方法和效果,提高精密光学零件的尺寸稳定性,本工作使用中子衍射和有限元模拟,分析了深冷循环处理对于体积分数为35%的SiC/6092Al复合材料在退火状态下宏微观残余应力的影响,研究了深冷循环次数、样品尺寸、增强相颗粒尺寸和深冷循环温度差等影响因素。结果表明,深冷循环能引起基体塑性应变,从而显著降低退火态SiC/Al复合材料的相应力,并且随着深冷循环次数的增加,单次循环相应力降低效果减弱。深冷循环导致的塑性应变集中在颗粒周围的基体,主要影响颗粒和周围基体的相应力大小,与样品尺寸无明显关联,并且深冷循环不增加退火态样品的宏观残余应力。复合材料多次深冷循环后的相应力降低量与SiC颗粒尺寸无关,并且,多次深冷循环对相应力的降低效果与深冷循环温度差关系较小,100~-196℃和200~-196℃进行多次深冷循环对相应力的改变十分接近。

时效深冷循环处理7055铝合金的组织演变规律和性能特征

对挤压固溶处理后7055铝合金进行了4道次的时效深冷循环处理,研究了4道次时效-深冷处理过程中7055合金的析出相、位错特征、晶体结构和显微硬度等组织性能特征和变化规律。结果显示:随着循环次数增加,析出相尺寸从数百纳米减小到100 nm,成分主要是AlZn和AlZnMg相,位错密度逐渐增加;且时效-深冷循环处理影响了衍射峰的位置、强度和晶格结构,循环处理3次后,出现65.1°衍射峰。显微硬度测试结果显示:当时效-深冷循环处理2次后,维氏硬度值达到2320 MPa,对应组织特征为:晶内有大量混杂尺寸析出相,尺寸在50～200 nm之间,位错密度高,此时44.7°方向的衍射强度最大。

深冷时效循环处理铝基原位复合材料的显微组织和力学性能

采用熔体直接反应法,以工业7055铝合金为基体,利用K2TiF6和K2ZrF6多组元制备Al3(Ti0.5Zr0.5)原位颗粒强化铝基复合材料,再将复合材料经过挤压、固溶时效处理后进行深冷时效循环处理。采用正交实验设计法研究降温速度、处理时间和循环次数对复合材料显微组织和力学性能的影响。采用差示热分析仪对复合材料进行低温热分析,采用SEM和TEM对材料显微组织进行观察。结果表明:材料从液氮温度77 K升温至165 K左右时出现了明显的放热峰,此温度处出现了相变。热计算结果表明该温度下大量析出了S相(Al2CuMg)。深冷处理后复合材料内部细小析出相数量增多,主要组分是η(MgZn2)相和η′(MgZn2′)相;随着降温速度、处理时间和循环次数增加,性质不稳定且硬度高的η′相数量减少,性质稳定硬度较低的η相数量增加。与未冷处理试样相比,深冷时效循环处理后试样的平均抗拉强度提高14.7%,冲击韧性提高10.9%,伸长率提高50%,断裂机制为韧窝型断裂机制。当试样具有高强度、高韧性时,对应的最优冷处理参数为:降温速度v为1℃/min、保温时间t为24 h、循环次数N为1或2。当试样的伸长率最高时,对应的参数为:v为10℃/min、t为36 h、N为1。复合材料强化机制为析出相强化、位错强化和细晶强化等。

循环深冷-热处理对镍基高温合金GH3030力学性能和组织的影响

将循环深冷-热处理工艺引入到GH3030高温合金中,研究了深冷处理次数对GH3030力学性能的影响。研究发现,通过多次深冷-热循环处理工艺处理与经过单次深冷处理相比,GH3030的硬度值随着深冷-热处理循环次数的增加而逐步变大并最终趋于稳定,该硬度值比单次深冷处理的稳定硬度提高30.06%,比原材料的硬度提高14.59%,而对材料的抗拉强度几乎没有影响。

深冷组合循环发动机吸气模态循环分析与设计可行域研究

为了研究类似SABRE3结构的深冷组合循环发动机,建立了基于部件法的发动机设计点热力学计算模型,提出了发动机氦循环新的循环效率和循环特征参数的定义。考虑发动机参数的物理限制条件及不同工质循环之间的相互影响,求解得到了空气路、氦气路重要参数的设计可行域。在可行域内开展了空气路和氦气路的循环分析,获到了冷却当量比、性能参数等主要参数的分布结果。结果表明:此发动机空气热功转换比ηt2为0.02~0.746。氦循环设计可行域受ηt2及换热器热负荷限制;循环起始温度和热负荷限制确定的情况下,ηt2越低氦循环可行域越窄。降低发动机冷却当量比的关键是:提高换热器1的氦出口温度以降低氦流量;当换热器1和换热器2的氦出口温度同时取得最大值时,冷却当量比取得最小值。换热器1和2的氦出口温度分别取1200K和1300K时,空气路可行域内冷却当量比为0.917~2.64。

深冷组合发动机吸气模态最大状态控制规律研究

为了研究深冷组合循环发动机吸气模态最大状态控制规律,基于部件法建立了发动机热力学计算模型,依据整机共同工作条件确定了发动机非设计点计算的变量与平衡方程。根据工质间的相互影响关系,提出了以氦压气机转速和氦涡轮前温度为控制变量的双变量控制规律。在考虑发动机机械负荷、气动负荷、热负荷及压气机稳定裕度等限制的条件下,根据制定的最大状态控制规律,完成了高度特性和速度特性的计算。根据限制条件计算得到了发动机的工作包线,并指出了最大状态控制规律的区域划分。最后,将控制规律应用于工作包线内,获得了压气机转速、换算转速及工质流量等参数的分布规律。结果表明:工作包线上下边界分别取决于氦压气机喘振裕度限制和空气压气机换算转速下限,右边界限制取决于换热器1氦气出口温度上限。深冷组合循环发动机最大状态控制规律应划分为2个区域,分界线满足以下条件:空气压气机和氦压气机换算转速同时达到最大值。分界线以上空气压气机达到最大工作状态,分界线以下氦压气机达到最大工作状态。空气压气机进口参数是决定控制规律分界线的主要因素。