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。

喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的表面完整性及疲劳性能研究

研究了喷丸强化对覆铝7B04-T7451铝合金表面完整性和疲劳性能影响,阐明了覆铝层对喷丸强化效果的影响。采用维氏硬度计、原位纳米测试系统、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等,分析了喷丸强化后试样的显微硬度、表面轮廓、表面粗糙度及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测试喷丸强化试样的疲劳寿命,利用扫描电镜分析疲劳断裂断口的特征。结果表明,喷丸强化覆铝7B04-T7451试样表层硬度从表层向内部逐渐增大,直到基材硬度,表面硬度较原始试样略有提高;覆铝7B04-T7451试样表面发生剧烈的塑性形变,弹丸尺寸较大,表面粗糙度明显增大;喷丸强化引入深度约150μm的残余压应力层,但其残余压应力数值和应力峰值均较小。喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的疲劳性能没有获得提高,由于表面粗糙度和塑性形变显著增大,使得疲劳裂纹源在覆铝层表面萌生较快,疲劳寿命降低。

AZ31B镁合金连续铸轧板材搅拌摩擦搭焊接头组织研究

对AZ31B镁合金连续铸轧板材进行搅拌头逆时针与顺时针相结合的二道搅拌摩擦搭接焊。经对其搭接接头横截面的焊缝宏观及不同部位微观组织对比来分析二道搅拌摩擦焊对焊接接头塑性组织及成形的影响。结果表明:焊核区等轴晶粒组织特别细小、均匀;过渡区晶粒组织大小起伏较大,略大于焊核,较小于母材组织;前进侧界面迁移呈现大弧度卷起,比较突兀与焊核隔断,形成钩状缺陷,而后退侧界面迁移线缓缓渗入中部焊核区,渐渐消失于焊核组织内;前进侧迁移线的成形特点相比于孔洞隧道缺陷,成为整个焊接接头最薄弱部分;前进侧界面迁移线边的组织融合影响了对焊接头的成形;二道搅拌摩擦搭接两次搅拌头旋转方向同为逆时针时,能得到表面良好、组织熔合紧密、强度较高接头;当搭接接头上板为后退侧时,与上板为前进侧相比,搭接接头能够承受更大剪切力。

AZ31B镁合金轧板差温剪切旋压成形组织和性能的研究

在100~300℃成形温度开展了AZ31B镁合金薄板差温剪切旋压实验,并分析研究了温度对成形工件微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:AZ31B板材在150~300℃具有良好的差温剪切旋压成形性;150℃成形时,工件微观组织中以变形孪晶为主,晶界分布着亚微米级再结晶晶粒,随着温度上升,再结晶体积分数增加,在250、300℃成形时,获得完全动态再结晶组织。工件在200℃成形后获得最佳综合力学性能,在150℃旋压后工件强度最高。

基于损伤耦合粘塑性模型的AZ31B镁合金温变形行为研究

为了准确描述AZ31B镁合金温变形中材料硬化、损伤和断裂行为,建立了基于位错密度的粘塑性模型与GTN损伤模型耦合的本构模型。在不同温度和应变率下对试样进行温拉伸试验,获得合金温变形下的应力-应变曲线。基于材料高温变形机理,以位错密度为内变量,建立粘塑性模型来描述材料的硬化行为,并采用智能算法来识别模型的材料参数。为描述材料温变形过程中的损伤演变,将GTN损伤模型与已建立的粘塑性模型进行耦合,建立温拉伸仿真有限元模型,利用Kriging代理模型结合智能算法反求损伤模型参数。最后,利用已建立的损伤耦合粘塑性模型分析温拉伸过程中的损伤演化和预测温胀形过程的破裂行为,并与试验结果进行对比。结果表明,该本构模型可以准确地预测AZ31B温变形过程中的损伤和断裂。

恒压恒流交互模式对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响

为探究恒压与恒流相互叠加模式对AZ31B镁合金微弧氧化膜层组织与性能的影响,利用AZ31B镁合金为基材,在电解液和电参数相同的前提下,采用恒流、恒压、先恒流再恒压、先恒压再恒流4种不同电源工作模式在AZ31B镁合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电镜(SEM)、电化学工作站、X射线衍射仪(XRD)、高温摩擦磨损机等检测手段,对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜层进行测试。结果表明:基材经微弧氧化处理后,表面生成微弧氧化陶瓷膜。在先恒流再恒压(0.7 A/6 min+400 V/4 min)电源模式下制备的微弧氧化陶瓷膜的MgO、MgF_(2)以及Mg_(2)SiO_(4)等强化相的峰值比其他模式下制备的膜层高;膜层表面平整,微孔小且分布均匀,致密性较好,膜层与基体紧密结合;相对于其他模式下的膜层,其被磨穿时长最长,材料的耐磨性得到提升;其腐蚀电位相对于基体,从-1.4974 V增加到-1.3769 V,腐蚀速率从0.0091 mm/a降低到0.0020 mm/a,耐腐蚀性显著提升。

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

基于翻孔试验的AZ31B镁合金薄板温成形特点研究

以1.6 mm厚的AZ31B镁合金板料为研究对象,利用Deform-3D软件探究了温成形翻孔工艺的成形特点,分析了成形温度、冲压速度和压边间隙对制件成形过程中等效应力、成形载荷及厚度变化的影响规律和机理,在此分析结果基础上提出了翻孔优化工艺,并通过对比优化工艺下仿真试验和物理试验中制件的变形情况,验证了模拟仿真的正确性。结果表明,扩孔阶段制件凸缘区材料应力波动幅度最大,达到141.29 MPa,减薄和增厚最严重的区域分别是伸长区底部和凸缘区,分别达到20.00%和3.13%,温度与材料的等效应力峰值及应力分布不均匀性呈负相关,较低的冲压速度可以给材料变形提供充足的缓冲时间,有利于降低等效应力峰值和增厚率,压边间隙主要影响材料厚度变化情况而对材料主变形区等效应力的影响较小,仿真试验与物理试验制件的终态材料厚度分布趋势一致,凸模峰值载荷误差为0.94 kN,仿真试验结果与物理试验结果具有良好的一致性。

分级时效对7B05铝合金型材组织性能的影响

采用自然时效72 h+120℃24 h+185℃105 min+90℃12 h+150℃12 h的新型分级时效热处理工艺,获得了综合性能优异的7B05铝合金挤压型材。研究表明,经分级时效处理后,型材晶内析出相主要为η′相、少量η平衡相和GP区,晶界析出相呈断续分布,无沉淀析出带宽度控制在100 nm左右;型材的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别达到了373 MPa,324 MPa和16.4%,晶间腐蚀等级为2级。

动态人工模拟海水环境下两种B10铜镍合金腐蚀行为

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试并结合XPS测试和SEM/EDS微观表征,通过自制的冲刷腐蚀实验装置研究了两种B10铜镍合金在不同流速和不同时间下的冲刷腐蚀行为,比较了两种铜镍合金在不同冲刷条件下的腐蚀差异。结果表明,两种铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化规律相似,在不同的流速下冲刷2 h后腐蚀速率较高,冲刷8 h后腐蚀速率较低。在低于4 m/s的流速冲刷不同时间后,A合金的耐蚀性整体上高于B合金的耐蚀性;当流速高于3 m/s且较长时间冲刷后,B合金的耐蚀性更好。这与钝化膜中Ni,Fe的化学态无关而与晶粒尺寸和孪晶数量以及Ni,Fe元素的富集有关。长时间高流速冲刷会促进钝化膜中Ni和Fe元素的富集,有利于增强钝化膜的耐蚀性。

固溶参数对镍基高温合金K439B显微组织及力学性能的影响

采用金相显微镜和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)研究不同固溶温度(1140,1160℃及1180℃)及固溶冷却方式(AC,FC-900℃+AC,FC)等热处理参数对K439B合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:提高固溶温度后合金的光学组织及γ′相形貌接近,晶界宽度略有增加。当以AC方式冷却时,γ′相均匀分布,尺寸为50.7 nm;以FC-900℃+AC方式冷却时,枝晶间及晶界附近析出250~510 nm的粗大γ′相,γ′相呈双态形貌;以FC方式冷却时,粗大γ′相的含量增多,且晶界颗粒状M23C6碳化物含量有所提高。降低冷却速率后K439B合金的815℃/379 MPa持久寿命得到较大改善,不同固溶参数对热处理K439B合金的室温拉伸性能影响较小。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

冷却速度对Ti微合金化Q355B屈服平台的影响研究

为了研究冷却速度对Ti微合金化Q355B屈服平台的影响,选取某钢厂Q355B-Ti热轧钢卷,在终轧温度和卷取温度不变的情况下,分别测定在12℃/s、13℃/s、14℃/s、16℃/s、18℃/s、21℃/s、26℃/s、30℃/s冷却速度下拉伸性能曲线和金相组织。结果表明,冷却速度在12~16℃/s区间时无明显屈服平台,18~30℃/s区间时产生屈服平台,金相组织为贝氏体+铁素体,随着冷速增大,贝氏体组织形貌由不规则羽毛状向规则多边形转变,晶粒尺寸减小,晶粒度由10级增大到11级。分析认为,Q355B-Ti热轧钢卷产生屈服平台需要冷却速度达到18℃/s的临界值,在工艺设计范围内,通过控制冷却速度可以达到抑制或促进屈服平台的产生。

B含量对Fe-Cr-C系堆焊合金组织结构及耐磨性的影响

为了进一步提高Fe-Cr-C系堆焊合金的耐磨性,采用等离子粉末堆焊技术,通过调整堆焊合金粉体中硼铁粉的添加量,在Q235钢表面制备不同B含量的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金层,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及磨粒磨损试验等分析测试方法,探究B添加量对Fe-Cr-C系堆焊合金组织结构、物相组成及耐磨性的影响。结果表明:当B添加量(以硼铁粉计,下同)为0时,堆焊合金的组织由树枝晶状Fe和菊花状(Fe,Cr)_(7)C_(3)+Fe共晶组织组成。随着B添加量的增加,堆焊层中(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)硬质相的体积分数增加。(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)相的析出量达到一定值后,初晶B_(0.7)Fe_(3)C_(0.3)相生成。当B添加量为20.0%时,(Fe,Cr)_(2)B硬质相大量析出。堆焊层的硬度整体呈现上升-陡降-上升的趋势,B-10试样的硬度达到63.1 HRC。磨粒磨损试验结果显示,堆焊合金层耐磨性呈现上升-平缓-上升的趋势,B-20试样的耐磨性增至B-0试样的2.8倍。

型壳温度对DZ22B合金叶片枝晶组织的影响

以DZ22B镍基高温合金叶片为研究对象,采用ProCAST数值模拟及试验相结合的方法对不同型壳保温温度下铸造叶片定向凝固过程中的温度场、热裂倾向及组织进行研究。结果表明:随着型壳保温温度的增加,等温线整体呈下凹趋势,处于1 540℃温度下的糊状区下凹程度明显大于其他温度,且叶片HTI结果有所增加,容易产生热裂的区域集中在叶身上部,排气边位置容易产生热裂的区域比进气边更大;相同高度位置下的叶片排气边枝晶间距均小于进气边枝晶间距;随型壳保温温度升高,一次枝晶间距和二次枝晶间距均降低,对比模拟结果与试验统计得出的一次枝晶间距和二次枝晶间距,得出一致结论,模拟与试验吻合较好。

冷轧Al-4Ti-1B变质剂对ZL205A合金组织和力学性能的影响

研究了冷轧对Al-4Ti-1B华夫块变质剂中TiAl3和TiB2相尺寸和形态的影响,及其对ZL205A合金组织和力学性能的影响。结果表明,冷轧能将Al-4Ti-1B变质剂中的杆状TiAl3相碎化成块状,导致TiAl3相尺寸减小,数量显著增加。与未冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂细化ZL205A合金的晶粒相比,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂实现了相当的晶粒细化效果。经T6热处理后,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质合金的塑性比未冷轧华夫块变质合金高4%,但其抗拉强度降低5 MPa。其强度的降低可归因于固溶在基体中Ti原子数量减少导致的Al2Cu强化相数量的减少和尺寸的增大。

B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响

为了探索调控Fe-Cr-B-C合金强韧性匹配的新方法,研究了B对其热处理后显微组织、硬度及冲击韧性的影响。经1 050℃空淬处理后,在低w[B](0.000 6%)合金的枝晶间析出大量极细二次碳硼化物,在中w[B](0.51%)和高w[B](2.89%)合金基体中析出弥散的二次碳硼化物。随B含量增加,二次碳硼化物的颗粒度增大,颗粒密度降低。经1 050℃空淬+500℃回火处理后,三种B含量合金中的二次碳硼化物均增多,且析出区域扩大。低B合金的枝晶干为粗大板条马氏体,枝晶间由针状马氏体、高密度二次碳硼化物及少量凝固析出相构成,其冲击韧性最佳,洛氏硬度居中;中B合金主要由弥散分布着二次碳硼化物的针状马氏体基体以及网状硼碳化物构成,其洛氏硬度最高,冲击韧度居中;高B合金由弥散分布着少量二次碳硼化物的γ基体及更致密的网状硼碳化物构成,其洛氏硬度和冲击韧度均最低。另外,中B和高B合金的网状硼碳化物发生了局部断网,导致其冲击韧性较铸态下明显提高。

Mo微合金化对82B钢高温力学性能及显微组织的影响

研究了添加Mo(质量分数)为0.02%、0.04%、0.07%、0.11%的82B钢对不同温度下高温拉伸后的组织和性能的影响及Mo对82B高碳钢的强韧化机理。结果表明:(1)200~300℃高温拉伸时,4组试验钢力学性能较好,300℃达到峰值,Mo为0.11%试验组最优,抗拉强度由1139 MPa增至1192 MPa,屈服强度为736 MPa,略有降低,伸长率与断面收缩率均有显著提高,分别为22%和72.9%。相较于Mo为0.02%试验钢,虽屈服强度下降约5%,但抗拉强度升高5%,伸长率、断面收缩率大幅增加,且塑性随Mo含量同步提高,随着温度继续升高,由于材料开始软化,各项力学性能均呈下降趋势。(2)Mo为0.02%和0.04%时,显微组织除渗碳体随拉伸温度的提高逐渐增多外,索氏体与珠光体未出现明显变化,与室温相同,当Mo增至0.07%和0.11%时,索氏体、珠光体团逐渐细化且分布均匀。同时,4组试验钢在300℃高温拉伸时出现蓝脆现象,通过断口观察发现,有Al、Si等元素的夹杂物存在,且失效方式为韧性断裂,断口主要可分为剪切唇区和纤维区,剪切唇区的面积随着温度的升高逐渐缩小。

新型多相TiAl合金的β/B2相含量变化及其对拉伸性能的影响

以新型多相TiAl合金(Ti-43.5Al-6(Nb、Cr、Ta))的挤压态组织为研究对象,先通过热处理分析该合金中β/B2相、α/α2相和γ相平均含量随固溶温度和保温时间的演变规律,然后测试合金在三相区内不同β/B2相含量时的室温和高温(750℃和800℃)拉伸性能。结果表明:在1190~1350℃范围内,γ相含量随固溶温度的升高和保温时间的延长逐渐减少,在1270℃时,γ相完全消失;在1190~1350℃范围内,β/B2相含量随固溶温度的升高先减少后增加,随保温时间的延长逐渐减少,而层片团的含量和尺寸与β/B2相的含量变化负相关;在1230~1280℃范围内,β/B2相平均含量可控制在10%以下;在1250~1270℃范围内,延长保温时间可将β/B2相平均含量控制在0.5%以下;当合金处于三相区时,控制β/B2相平均含量约6%,可得到综合拉伸性能优异的均匀细小近层片组织,且该组织的室温抗拉强度超过1050 MPa、室温伸长率1.5%~2%,750℃抗拉强度超过950 MPa,800℃抗拉强度超过850 MPa。

浸泡时间对B10铜镍合金钼酸盐转化膜性能的影响

B10铜镍合金具有优异的耐蚀性能和力学性能,因此被广泛应用于海洋工程。但是,由于其服役环境复杂,B10铜镍合金易发生腐蚀而导致泄漏,造成不可挽回的损失。制备了B10铜镍合金表面防腐转化膜,以提高合金表面的耐蚀性能;进行了电化学阻抗、塔菲尔极化曲线(Tafel极化曲线)、扫描电镜与能谱分析,并通过X射线光电子谱(XPS)观察了转化膜的表面覆盖腐蚀产物。结果表明,当B10铜镍合金试样在含钼酸盐的溶液中浸泡120 min时,溶液转移电阻(R_(ct))和膜电阻(R_(p))达到峰值,且缓蚀率高达92.5%;转化膜中含有Cu和Ni的氧化物以及氢氧化物,Mo以+4价和+6价氧化物的形式存在于转化膜中。