热等静压工艺对选区激光熔化成形 HastelloyX合金持久性能的影响

在4组工艺参数(1 100℃/100MPa/1h,1 175℃/160MPa/1h,1 175℃/160MPa/2h,1 175℃/100MPa/2h)下对选区激光熔化(SLM)成形Hastelloy X合金试样进行热等静压(HIP)处理,并在815℃、105MPa条件下进行了持久试验,研究了HIP工艺对试样显微组织和持久性能的影响。结果表明:HIP处理前试样的显微组织由细小柱状晶和树枝晶组成,经HIP处理后,晶粒长大,晶界上析出碳化物;在1 175℃下HIP处理后,试样的断后伸长率和断面收缩率均显著高于HIP处理前和在1 100℃下HIP处理后的,且显微组织和持久性能的各向异性减小;较长的HIP时间或较低的HIP压力会缩短试样的断裂时间,降低其断后伸长率和断面收缩率;当HIP工艺参数为1 175℃/160MPa/1h时,试样的持久性能相对较好,裂纹的消除效果也较好。

体能量密度对选区激光熔化成形Hastelloy X合金组织及性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了Hastelloy X合金,研究了体能量密度(18.3,29.8,30.3,44.9,46.3,50.9,58.8,61.7,88.4J·mm^-3)对合金微观形貌、显微组织、密度和硬度的影响。结果表明:SLM成形Hastelloy X合金纵截面形貌呈鱼鳞状,在熔池区域存在等轴晶、树枝晶及跨越多个沉积层的柱状晶,晶粒宽度为0.61.2μm;体能量密度在18.346.3J·mm^-3时,合金内部存在孔隙缺陷,随着体能量密度的继续增加,孔隙逐渐减少并消失,同时微裂纹开始形成并逐渐增多;合金的密度和硬度随体能量密度增加先增加后趋于稳定;当体能量密度为50.9J·mm^-3时,合金中的孔隙和微裂纹最少,成形效果最好。

热变形条件下Fe-C-X合金钢γ→α相变的PLE/NPLE转变温度

在已有合金元素的再分配和不分配局部平衡(PLE/NPLE)转变温度的理论计算方法基础上,考虑热变形的影响,建立了热变形条件下Fe-C-X(X表示Mn,Si,Cr等一种或几种元素)合金钢的正平衡热力学方程,从而求解热变形体系的PLE/NPLE转变温度.并利用Gleeble-1500D热力模拟试验机进行了Fe-CO.073-Mn2.17-SiO.80-Cr0.88(质量分数,%)合金钢的热变形γ→α等温转变实验,根据金相照片估测了实验用钢的PLE/NPLE转变温度,实验估测值与理论计算值基本符合,820℃以0.5 s^(-1)的应变速率对实验用钢加载40%的名义应变,其γ→α等温转变的PLE/NPLE转变温度提高了近10℃。

激光选区熔化Hastelloy X合金的显微组织与拉伸性能的各向异性

采用激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术制备Hastelloy X合金并进行热处理与热等静压。分析晶粒组织与析出相特性,研究合金的常高温拉伸性能。结果表明:热处理+热等静压后,纵向截面中部分晶粒为柱状晶形态,而横向截面中晶粒基本为等轴晶组织;立方结构的碳化物在晶粒内部和晶界上大量析出,并在晶界处呈连续分布;与SLM成形Hastelloy X横向试棒相比,纵向试棒的抗拉强度低而塑性较高;横向与纵向试棒的拉伸断口均呈现韧性断裂特征;SLM成形Hastelloy X合金室温拉伸性能达到锻造Hastelloy X合金的95%以上,而600℃高温抗拉强度约为锻造合金的85%。

Al-Mn-Si-X合金的再结晶行为研究

对Al-Mn-Si-X合金进行不同温度和不同时间的退火,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微(SEM)和电导率仪对不同状态的合金组织进行观察、能谱(EDS)分析和电导率测试,研究AlMn-Si-X合金的再结晶行为.结果表明:随着退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸越来越小.Al-MnSi-X合金的再结晶晶粒大小主要受再结晶形核数量的影响,再结晶后期的晶粒长大现象不明显.Al-Mn-Si-X合金存在着大量细小弥散的AlMnSi/AlMnSiFe析出相,这些析出相强烈抑制了再结晶形核和再结晶后期的晶粒长大.当退火温度低时,形核激活能较大,形核率低,再结晶晶粒粗大;当退火温度高时,形核激活能较小,形核率增加,再结晶晶粒细小.

超声低压铸造ZA35X合金的组织与性能研究

采用超声低压铸造技术制备了数控机床零部件用ZA35X合金,并进行了组织物相、不同温度下的力学性能和耐磨损性能的测试与对比分析。结果表明,超声低压铸造法可以制备出均匀、致密的数控机床零部件用ZA35X合金铸锭;铸锭由η-Zn、α-Al和CuZn5三种物相组成;在距离铸锭中心不同距离处的抗拉强度、冲击吸收功、耐磨损体积变化均较小,-20℃抗拉强度相差3 MPa、0℃冲击吸收功相差2 J、20℃磨损体积相差为0。

选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久性能研究

通过对选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久试样进行组织性能与断口分析,研究Hastelloy X合金持久断裂模式及影响持久性能的主要因素,并对选区激光熔化成形与后处理过程进行组织演变规律追踪。分析认为,选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久断裂模式为微孔聚合型沿晶韧窝断裂,碳化物的形态与数量、晶粒形态和取向是影响持久性能的主要因素。晶界薄膜状和较大颗粒状碳化物主要产生在热处理与热等静压冷却阶段,后续将调整后处理过程冷却速率,在碳化物析出峰附近快速冷却,控制碳化物形态与数量以有效提升Hastelloy X合金持久性能。

流速对Cu-Zn-X合金防垢效果影响研究

为分析流体速度对Cu-Zn-X合金防垢效果的影响,采用循环水模拟装置,在相同流体、相同管道、相同温度的条件下,研究了不同流体流速下Cu-Zn-X合金的防垢效果。结果表明:随着流速的增大,流场的紊乱程度增加,流体与防垢片接触的几率增大,使得Cu-Zn-X合金的防垢功能充分发挥,防垢率上升,防垢效果好。因此,通过控制流体速度可使Cu-Zn-X合金获得最佳的防垢效果。

考虑蠕变三阶段的哈氏合金X蠕变-疲劳裂纹扩展模拟

结合应变硬化定律和连续损伤力学,提出了一种考虑蠕变3阶段的本构模型,对650℃下的哈氏合金X的CT试样进行了裂纹扩展有限元模拟分析.对比分析了不同蠕变阶段对纯蠕变裂纹扩展的影响,使用考虑蠕变3个阶段的本构模型进行了蠕变-疲劳裂纹扩展模拟,讨论了载荷幅值、载荷比和保载时间对裂纹扩展速率的影响,并分析了每种载荷条件对裂纹扩展期间损伤积累的贡献.结果表明:纯蠕变裂纹扩展模拟结果中,考虑所有蠕变阶段的本构模型计算结果与实验结果一致性最高.载荷从5 kN增加到7 kN,考虑蠕变第Ⅰ、Ⅱ阶段的裂纹扩展速率平均预测差异由0.57增至0.61,考虑蠕变第Ⅱ阶段和考虑蠕变第Ⅱ、Ⅲ阶段分别由0.67减至0.64、由0.16减至0.07.蠕变-疲劳裂纹扩展模拟结果显示,随着载荷幅值从5 kN增大至7 kN,载荷比从0.01增至0.50,裂纹扩展速率前者增大、后者减小,da/dt-C t,avg曲线斜率基本不变,同时蠕变损伤占比增大,疲劳和交互损伤占比减小,各加载情况结果的蠕变损伤均占主导,其次为交互损伤,疲劳损伤占比最小.随保载时间从1 s增加到1800 s,循环相关的裂纹扩展速率增大,时间相关的扩展速率减小,da/dt-C t,avg曲线斜率增大,蠕变损伤增大,疲劳损伤减小,交互损伤先增后减,保载时间为10 s时各损伤占比近似相等,保载时间为1 s时疲劳损伤为83%,保载时间为600 s时蠕变损伤为96%.

Co替代Ni对汽车电池用La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金电化学性能的影响

采用磁悬浮熔炼炉制备了铸态La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金,研究了Co含量对La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金相结构和电化学性能的影响。结果表明,不同Co含量的La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金主要由LaNi_(5)相、Ce_(5)Co_(19)相、Pr_(5)Co_(19)相和CeNi_(2)相组成,La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金中x值增大(Co含量增加)会促使Ce_(5)Co_(19)相向Pr_(5)Co_(19)相转变,且当x=1.05时储氢合金中LaNi_(5)相含量最小。随着x值增大,储氢合金的放氢平台先减小后增大、最大储氢量先增大后减小、第100次充放电后的容量保持率(S_(100))先增大后减小,当x=0.15时储氢合金的最大放电容量和S_(100)取得最大值,分别为352.39 mA·h/g和81.29%。随着La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金中x值从0.65增加至2.25,储氢合金电极的交流阻抗逐渐增大,交换电流密度逐渐减小,氢扩散系数先增大后减小并在x=1.05时取得最大值,电流密度为300、600、900 mA/g时的高倍率放电性能均逐渐减小。结果表明,交换电流密度是决定La_(0.8)Mg_(0.2)Ni_(3.8-x)Co_(x)储氢合金电极高倍率放电性能的关键因素。

Co_(x)B_(y)合金力学性能、热学性质及电子性质的第一性原理研究

Co_(x)B_(y)合金是一种具有高硬度和高熔点的材料,因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性,在诸多领域具有广泛的应用前景。基于第一性原理方法研究了CoB,Co_2B,Co_3B,Co_(23)B_(6),Co_(5)B_(16)5种Co_(x)B_(y)合金的热力学性质和电子性质。采用能量-应变方法计算了二元合金的弹性常数和相关力学特性,基于准简谐德拜模型计算了有限温度内的德拜温度ΘD和热膨胀系数α等热力学特性。通过对二元合金的力学参数比较,发现CoB合金的综合力学性能在所研究的合金中是最好的;态密度图谱表明5种Co_(x)B_(y)合金均具有较好的金属性和良好的导电性,在电极材料领域有一定的应用潜力,且在Co_3B和Co_(23)B_(6)合金中,Co原子的d电子轨道和B原子的p电子轨道间产生了共振峰,说明Co—B间有显著的化学键特征。本研究补充了Co_(x)B_(y)二元合金热力学性能参数的空缺,为Co基或Co—B二元合金材料的设计和应用提供了理论参考。

Hf含量对CoCrFeNiHf_(x)共晶高熵合金显微组织与摩擦性能的影响

本文设计了三种不同Hf含量的CoCrFeNiHf_(x)(x=0.3、0.43和0.5)共晶高熵合金,并探究了Hf含量对CoCrFeNiHf_(x)共晶高熵合金显微组织、显微硬度与摩擦学性能的影响规律。结果表明:随着Hf含量的提高,铸态组织由亚共晶(初生γ相+γ/Laves共晶相,x=0.3)向共晶(γ/Laves共晶,x=0.43)和过共晶(初生Laves相+γ/Laves共晶相,x=0.5)演变,且合金的显微硬度随之增大。纳米压痕实验结果表明,随着Hf含量的提高,合金中初生相和共晶相的硬度均随之增大。同时,Hf含量对摩擦因数的影响较小,但磨痕深度随Hf含量的增大呈先减小后增大的趋势,且合金的磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变。共晶合金CoCrFeNiHf_(0.43)表现出最佳的耐磨性,其原因是共晶合金的片层状全共晶组织在磨损过程中发生了协同变形,使得该合金在磨损过程中不易产生脆性剥落。

7X75系列铝合金的发展与展望

7X75系列铝合金作为用途最为广泛的超高强度变形铝合金,凭借其超高的强度,良好的断裂韧性和抗应力腐蚀能力,在固溶处理后良好的塑性,良好的热处理强化效果,在航空航天领域的应用占比很大。本文主要综述了7X75系列铝合金的发展进程、研究现状和典型7X75系列铝合金的特点及应用,介绍了7X75系列铝合金的主要热处理工艺以及各类元素在7X75系列铝合金中的主要作用。

CoCrNiSi_(x)中熵合金电子束焊接接头的组织与性能研究

采用电子束焊接对CoCrNiSi_(x)(x=0,0.1,0.2)中熵合金实施对接焊,对焊接接头进行微观组织观察、X射线衍射分析(XRD)、能谱分析(EDS)、显微硬度测试和拉伸试验等性能测试,对比分析Si含量对CoCrNiSi_(x)中熵合金焊接接头组织与性能的影响。研究发现:CoCrNiSi_(x)中熵合金焊接接头无明显热影响区,熔合区两侧组织呈现两种不同的组织形貌,与母材相比,焊缝发生明显的晶粒细化。从母材到焊缝各组分元素分布均匀,Si元素主要分布在晶内。焊缝的硬度明显高于母材的,焊接接头拉伸试样断裂位置在母材处,断裂形式为韧性断裂,断口形貌主要为韧窝,且随着Si含量的升高,屈服强度与抗拉强度也增大。

Ni_(75)Al_xV_(25-x)合金DO_(22)到L1_2相变过程异相界面的结构及其迁移特征

本文基于微观相场模型模拟了Ni_(75)Al_xV_(25-x)(x=4.2,5.0)合金中DO_(22)(Ni_3V)到L1_2(Ni_3Al)相变过程.结合微观组织原子图像演化和界面处原子占位几率演化.研究了异相间有序畴界的结构及其迁移特征,提出了DO_(22)到L1_2相变过程的机制.研究表明,L1_2与DO_(22)相间存在5种界面,DO_(22)到L1_2相变过程中,除了界面(002)_D∥(001)_L之外,其他4种界面都可以迁移;在界面迁移过程中,界面(100)_D∥(200)_L和界面(100)_D∥(200)_L·1/2[001]在迁移前后,界面结构保持不变.而界面(002)_D∥(002)_L·1/2[100]迁移后形成界面(002)_D∥(002)_L,两者交替出现;相变过程中,界面迁移总是沿着最优化的路径进行原子跃迁和替换,遵循跃迁原子数目最少、跃迁路径最短原则.

Al_(x)CoCrFeNi高熵合金黏结剂对Ti(C,N)基金属陶瓷微观结构和高温抗氧化性能的影响

以Al_(x)CoCrFeNi高熵合金(x=0,0.5,1,物质的量比)作为黏结剂,采用低压烧结法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Al_(x)CoCrFeNi高熵合金黏结剂对金属陶瓷微观结构和高温抗氧化性能的影响。结果表明:所制备的金属陶瓷均主要由面心立方(FCC)结构的Ti(C,N)相和FCC结构的高熵合金黏结相组成,在高温烧结时Al_(0.5)CoCrFeNi和AlCoCrFeNi高熵合金发生了体心立方(BCC)结构相到FCC结构相的转变;金属陶瓷中均形成了典型的芯-环结构,以AlCoCrFeNi高熵合金为黏结剂制备的金属陶瓷中含有较多孔隙;在1000℃氧化6 h后,以CoCrFeNi、Al_(0.5)CoCrFeNi和AlCoCrFeNi高熵合金为黏结剂制备的金属陶瓷的单位面积质量增加量分别为3.58,2.95,2.81 mg·cm^(-2),以Al-CoCrFeNi高熵合金为黏结剂制备的金属陶瓷具有最优的高温抗氧化性能。

选区激光熔化成形Hastelloy X合金有限元模拟及组织性能的各向异性

基于选区激光熔化(SLM)制备HastelloyX合金的成形原理,通过Fortran语言编写DLUX子程序加载高斯光源,采用有限元分析软件ABAQUS对有限元模型的瞬态温度场和冷却速度进行数值模拟,并用实验对分析结果进行验证。研究了粉末颗粒与高斯光源在成形时的热传递、熔化、金属液流动及凝固过程。结果表明:HastelloyX合金的微观组织中纵截面呈现鱼鳞状等轴晶,横截面呈现羽毛状柱状晶。SLM成形产生了很大的温度梯度,是一个高冷却速度非平衡动态过程,平均冷速为3.02×10^(6)℃/s。在高冷速、细晶强化作用下,纵/横截面的抗拉强度分别达到了锻造的97%和89%,屈服强度达到了锻造产品的99%和94%,纵截面呈现高强塑匹配性能,满足了工业行业标准需求。

Fe_3X(X=Al,Si,Ga)合金力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的EMTO方法,研究了Fe3X(X=Al,Si,Ga)合金的力学性质.得到Fe3X合金处于无序的A2相结构、有序的DO3相结构以及L12相结构时的弹性常数,并分析了原子占位有序性与磁有序性的关联.研究结果表明:对于Fe3Al合金,铁磁L12相为非稳定相,DO3相和A2相的动力学稳定性(C′)依赖合金的磁有序性;非磁A2相不稳定,说明铁磁性使得无序相稳定;非磁的DO3相是稳定的,而且其C′比铁磁相略大,这一性质与Fe3Ga合金相似.对于Fe3Si合金,铁磁DO3相是稳定的,具有较大的C′,但非磁相的C′是负值,说明铁磁性才能保证该相的稳定性.因此,Fe3X合金的动力学稳定性与磁有序性和原子占位有序性高度相关.

单层MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料中硒原子的晶界择优掺杂和富集

采用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)研究化学气相沉积法制备的二维MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料中Se元素掺杂、取代的微观过程和机理。定量和统计STEM表征结果发现:Se原子晶界处富集显著,晶界处Se元素含量远高于晶畴内部。进一步研究表明晶界中掺杂取代Se原子的浓度和分布与晶界结构密切相关。主要与晶界处的局域畸变及其诱导的反应活性有关。该结果对于二维过渡金属硫族化物合金体系的可控合成及应用拓展具有重要意义。

稀土对3X04铝合金铸态组织及性能的影响

对不同稀土含量的3X04铝合金进行了熔炼,通过显微形貌观察及力学性能试验研究了不同稀土含量下合金的组织及性能。结果表明:当稀土含量为0.2%(质量分数)时,合金细化效果明显,600℃,20 h时效后具有最高的抗拉强度和延伸率,DTA分析表明:此时合金的固液温差高达102.4℃,明显增大了合金的成分过冷。