激光熔化沉积成形新型多组元Ni3Al合金的组织与力学性能

设计了一种新型多组元Ni_(3)Al合金Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12),并采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了合金。使用X射线衍射、扫描电镜、万能试验机等研究了沉积态合金的微观组织和室温力学性能。结果表明:LMD制备的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金的晶粒为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶,晶粒由无侧向分枝的胞状枝晶组成,枝晶内部和枝晶间区域均由网状FCC基体和块状γ′相组成,且枝晶间区域的γ′相尺寸大于晶内。LMD成型的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金具有良好的室温性能,其屈服强度达到879 MPa,抗拉强度为1160 MPa,断裂伸长率为9.5%,综合力学性能远优于同类合金,其屈服强度的显著提高可能与高密度γ′相有关。

添加第三组元调控Al-Bi偏晶合金凝固组织研究进展

Al-Bi偏晶合金熔体冷却过程中由均一的液相经液-液相转变为两互不混溶的液相,在常规重力铸造条件下极易形成宏观偏析严重的凝固组织,极大限制其工业应用,因此有必要对Al-Bi偏晶合金凝固组织进行有效调控(细化和均匀化)。近年来,研究者对如何改善Al-Bi等偏晶合金偏析组织开展了大量研究,如快速凝固、施加外场和添加第三组元等,其中添加第三组元最有可能实现其低成本/规模化制备。基于此,本文主要综述了Al-Bi偏晶合金添加第三组元(合金元素、Al-(Ti)-(B)体系、陶瓷颗粒)的相关研究进展,其中添加含陶瓷颗粒的第三组元能够有效细化和均匀化富Bi相,获得弥散型Al-Bi基偏晶合金,该研究对于实现其大规模工业应用具有重大意义。

BCC基Fe_(3.5)Cr_(1.5)NiAl_(0.8)多组元合金的显微组织稳定性与力学性能

研究温度对新型体心立方(BCC)基Fe_(3.5)Cr_(1.5)NiAl_(0.8)多组元合金(MCA)中有序椭圆状B2-NiAl纳米析出相的显微组织稳定性和力学性能的影响。采用XRD、EBSD、EPMA和TEM等检测方法对该多组元合金的显微组织和物相组成进行表征。结果表明,所设计的高含量椭圆状B2纳米析出相与BCC基体完全共格且能在1073 K高温下保持稳定,平均粒径为245.509~251.328 nm。铸态和热处理态(873 K≤T≤1073 K)合金具有独特的共格结构,这是由于低错配度的共格析出强化机制可使合金具有较高的屈服强度(809.2~1164.1 MPa)。随着热处理温度的进一步提高(1173 K≤T≤1273 K),B2纳米析出相的平均粒径逐渐粗化,载荷传递强化机制对其屈服强度提高起主要作用。

多组元Fe-W-B合金本构方程及热加工图的研究

为解决铸造高硼合金难热加工以及硼化物呈网状分布的问题,本文以多组元Fe-W-B合金为例,采用Gleeble-3500热模拟实验机研究了其在变形温度800℃~1150℃、应变速率0.01s-1~10s-1条件下的高温流变行为。结果表明,多组元Fe-W-B合金的高温流变应力状态主要受温度和应变速率影响,具体表现为流变应力随着应变速率降低和变形温度升高而减小,真应力一应变曲线表现出动态回复型和动态再结晶型特征。本文还构建了Arrhenius型热变形本构方程并对其准确性进行了验证;根据热加工图确定了多组元Fe-W-B合金最佳热加工窗口并进行锻造验证。锻后,多组元Fe-W-B合金中的网状硼化物被有效破碎并且力学性能大幅提升。

以多组元黏结相制备WC基硬质合金的研究进展

利用多组元合金替代Co作黏结相可以提高硬质合金综合性能。本文从黏结相成分、合金组织与性能等方面较系统的综述了近年来利用多组元合金作黏结相制备WC基硬质合金的研究进展。分析了多组元合金替代后黏结相的相变行为,以及WC/多组元合金界面对硬质合金力学性能的影响,提出其影响机理为位错滑移条件的改变。

Ti-13Al-29Nb-2.5Mo合金ISM熔炼过程中多组元挥发损失

在基于活度系数计算模型的基础上,计算了ISM熔炼过程中不同熔炼温度下Ti-13Al-29Nb-2.5Mo(w/%)熔体中Ti,Al,Nb元素的饱和蒸气压,计算结果表明,在熔炼温度范围内,Al元素的饱和蒸气压分别比Ti,Nb元素的饱和蒸气压大17倍和3070倍左右。在熔炼温度范围内对熔体中Al,Ti,Nb元素的挥发损失速率的计算表明,Al元素的损失速率比Ti,Nb的损失速率分别大43倍和144倍左右。在此基础上计算了Ti,Al,Nb元素的挥发损失量以及合金在熔炼后的化学成分,结果表明由于合金中各组元的挥发损失速率大小不一,使得熔炼前后合金的成分出现了变化。分析表明合理降低熔炼温度及增加真空室中压力可以减小成分的变化。本结果为ISM熔炼实践中合金成分控制提供有价值的理论指导。

硬质合金注射成形多组元聚合物粘结剂的溶剂脱脂工艺研究

以YT5硬质合金为对象,以正庚烷作为溶剂,系统研究了以多组元聚合物为粘结剂的注射坯样的溶剂脱脂行为。考查了粘结剂体系组成、脱脂温度、脱脂时间、样品厚度、样品形状对坯样脱脂率的影响及其原因。结果表明:在3组粘结剂体系中,改进型蜡基粘结剂溶剂脱脂速度最快,脱脂效果最好,40℃,3h条件下该粘结剂体系中能被溶剂溶解的组元的脱除率达到98%;随脱脂温度的升高,脱脂时间的延长,粘结剂脱除率增大;溶剂脱脂初期为扩散控制,后期为溶解控制;粘结剂平均脱除速率与生坯表面积成正比,与生坯厚度成反比;脱脂完成后,脱脂坯边缘和中心组织均匀一致。

Al基难混溶合金快速定向凝固研究 Ⅲ.第三组元的影响

对Al-Bi基难混溶合金添加第三组元Si和Cu,揭示了Si和Cu含量对Al-Bi合金快速定向凝固组织的影响．结果表明,添加Si或Cu均使凝固组织中的富Bi粒子尺寸增大;在相同的实验条件下。元素Si比Cu更易使富Bi相粗化．分析了第三组元对二元合金体系的自由能、两液相间界面能和液相粘度的改变及其对合金凝固过程的影响,加深了对三元难混溶合金凝固特征的认识．

铁-铬-铝合金中铬的第三组元作用

研究了Fe-10Al、Fe-5Cr-10Al和Fe-10Cr-10Al合金在1000℃的氧化行为,利用电子显微镜和俄歇电子谱分析了合金表面氧化膜的形貌及组成。讨论了三元Fe-Cr-Al合金形成保护性氧化膜的机理,对于不发生铝的内氧化情况提出了合金中第三组元铬的作用机制:在氧化初始阶段,铬与合金中其它两组元——铁和铝一起氧化形成各自的氧化物,铬在氧化膜内最大含量的位置处于铁和铝的最大含量位置之间;铬降低了氧化膜内的铁含量,提高了初期氧化膜的保护性,从而促进选择性氧化铝膜的形成。

多组元合金成分设计方法

合金成分设计是发展新型复杂合金材料的关键步骤.系统总结了在材料研发过程中常用的合金设计方法,如Hume-Rothery规则、当量法、电子理论、计算机模拟计算等,并详细介绍了各设计方法的理论基础和适用范围.同时指出了基于原子团簇的合金设计方法——"团簇加连接原子"结构模型,得出了该方法在不同合金材料领域中的应用具有普适性的结论,为多元复杂合金成分设计提供了一个更为简单的途径.

合金熔体活度数据的模型计算及非对称性组元在计算中的应用

根据最基本的物性参数及热力学基本关系式建立了计算任意三元合金系活度数据的通用模型 ;通过与实验推荐值进行比较 ,发现其吻合程度良好 ,且预测值随原子序数的增大而有一定的变化规律 ,计算精度随着实验可靠性的提高而提高 ;在三元系Fe i j中按以下顺序优先选取非对称组元 :B ,N ,C→Si,P→i。

真空熔炼多组元Cu_xAlFeNiCrTi高熵合金的显微组织和性能

多组元高熵合金是一种具有五种以上组元的新型合金。通过真空电弧熔炼炉熔铸得到了不同铜含量的高熵合金Cu_xAlFeNiCrTi(x=1和0.5),再通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜以及显微硬度计分析了高熵合金的显微组织、结构、硬度和耐腐蚀性能等。结果表明:高熵合金具有简单的相结构,合金硬度在800 HV以上,耐碱腐蚀性能优于耐酸腐蚀性能;随着铜元素含量的减少,合金结构由体心立方+面心立方结构变为体心立方结构,合金硬度增加,耐腐蚀性能提高。

第二组元对铁基高温合金显微组织的影响

采用气体雾化法制备Fe-12Cr-2.5W-0.4Ti-0.25(Y2O3)铁基合金粉末,分别在该粉末中添加1%Al粉和1%Fe2O3粉,在1 250℃下热挤压,随后在1 050℃热处理。通过X射线衍射、扫描电镜和光学显微镜等研究Al和Fe2O3对铁基合金热挤压和热处理态显微组织的影响。结果表明:与基体合金相比,Al的添加可促进铁素体基体中元素的扩散,导致晶粒尺寸增大,同时由于Fe、Al互扩散系数的差异引起柯肯达尔效应,使合金孔隙度增大;添加Fe2O3后合金的孔隙度更大,氧化物和大量残余孔隙阻碍晶粒长大,因而晶粒尺寸减小。3种合金在1 050℃进行热处理时晶粒的长大规律均满足BECK方程,添加Al可提高合金的晶粒生长指数,而添加Fe2O3则相反。

第三组元对爆炸压实CuCr合金性能的影响

采用机械合金化工艺由Cu、Cr及添加第三组元素粉按一定质量比合成CuCr及CuCrM (M =W ,Fe)预合金粉 ,尔后用爆炸压实工艺制备电触点材料CuCr合金。着重研究了第三组元对爆炸压实的CuCr合金性能的影响。结果表明 ,添加W提高爆炸压实的CuCr合金的密度 ,添加Fe稍微降低其密度 ;添加W或Fe都能显著提高CuCr合金硬度 ,并且添加Fe提高得更明显 ;添加W或Fe都会显著降低CuCr合金的电导率 。

第四组元对机械合金化MgNiCu合金贮氢性能的影响

采用机械合金化方法由Mg,Ni和Cu单质粉末以及添加第四组元粉末按选定比例合成MgNiCu和MgNiCu-M5％贮氢材料.着重研究了分别添加不同的第四组元Al、Mn、Ti元素对不同球磨时间后MgNiCu合金贮氢性能的影响。结果表明，添加第四组元都不同程度地改善了MgNiCu合金的初始活化条件;添加Mn能降低MgNiCu合金的吸放氢平台，显著改善其吸放氢动力学性质;添加Ti提高了MgNiCu合金的最大贮氢量，也改善了其吸放氢动力学性质;添加Al几乎不改变MgNiCu合金的贮氢性能。

Al-Si-Fe三元合金熔体组元活度的解析

将Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ三元合金熔体中组元Ａｌ的过剩偏摩尔自由能表达成多项式函数的形式，再由组成该三元系的三个二元子系以及三元系部分实验结果作为边界条件确定多项式中的参数Ａｊｋ值。根据Ｇｉｂｂｓ－Ｄｕｈｅｍ方程导出了计算体系过剩摩尔自由能多项式中的参数Ｆｊｋ值，由Ａｊｋ和Ｆｊｋ值求得组元Ｓｉ、Ａｌ的过剩偏摩尔自由能的表达式。

有色合金中组元活度相互作用系数的模型计算

在Ｍｉｅｄｅｍａ二元合金生成热模型基础上，采用规则溶液一级近似理论、自由体积理论以及Ｔｏｏｐ几何模型，建立了三元系中组元活度相互作用系数的计算模型。计算结果与实验值对比效果良好。

多组元微合金化高铌TiAl基合金微观组织的研究

研究了B、Hf、Y微合金化高铌TiAl基合金的铸态及热处理后的微观组织。光学显微组织观察表明,B、Hf、Y微合金化高铌TiAl合金铸态组织为近层片组织,其α2/γ层片团得到细化;XRD分析表明,除了α2和γ相,在铸态组织中还含有β(B2)、Y2O3、YAl2。扫描电镜结合能谱分析表明,β(B2)相分布在层片团的边界附近,粒状Y2O3和YAl2分布在晶内和晶界,硼化物以条状或粒状分布在晶内和晶界。经过1260℃/20h+900℃/30min/AC热处理后,得到由α2/γ细小层片团与等轴γ晶粒组成的双态组织,β(B2)相基本消除,同时YAl2相消失,形成了富Hf的Y2O3和富Nb的钛硼化物。

石蜡在多组元粘结剂和高比重合金喂料中的低温热脱脂动力学

为了控制热脱脂过程中的缺陷，研究了石蜡（ＰＷ）在多组元粘结剂体系和高比重合金喂料中的低温热脱脂行为。研究表明，在２５０℃以下，当保温时间相当长时，ＰＷ可以全部脱完。在此温度下，石蜡在聚合物和粉末孔隙中的扩散为石蜡的脱除速度控制，脱脂率与脱脂时间、样品厚度的倒数服从指数关系，即：１－ｍ（ｔ）ｍ（０）＝１＋Ｃ′ｅＫｄｔ。

碳化物形式对多组元铁合金高温摩擦磨损性能的影响

多组元铁合金耐磨材料主要应用于热轧辊,其磨损失效主要形式为高温钢坯与轧辊的相对运动造成。制备了4种不同成分的多组元铁合金,成分分别为0、1%、3%、5%的Mo,2.6%C、1%Si、5%Mn、7%V以及8%Cr,其余为Fe。使用HT1000高温摩擦磨损试验机在500℃条件下对该合金进行了磨损试验,采用XRD和SEM/EDS对不同Mo含量多组元铁合金中形成的碳化物形貌与种类对其高温磨损性能的影响规律进行了研究。研究表明:通过改变Cr、Mo及V的添加顺序,可控制各合金基体中析出的碳化物的种类和形貌,从而有利于高温耐磨性能的提升。