稀土Y元素对CuAlMn形状记忆合金晶粒细化及其力学性能的影响

CuAlMn形状记忆合金具有优良的耐热稳定性和高阻尼特性,在多种领域有着明确的目标需求,然而,晶粒粗大易导致沿晶断裂,严重弱化了合金的力学性能。为改善合金力学性能,引入了稀土Y元素,采用电弧熔炼吸铸炉制备了Cu-11.36Al-5Mn-xY(x=0~3,质量分数/%,下同)系列铸态合金,又经固溶时效对合金微观组织进行了调控和均质化。采用DSC、XRD、金相和SEM对合金的相变、物相、微观组织结构进行了表征。通过显微硬度计和万能材料试验机测试了合金的硬度和力学性能。结果表明,Y元素添加可有效细化CuAlMn合金晶粒,晶粒尺寸从数百微米下降至10μm左右,同时伴随着大量网格状含Y析出相沿晶析出,冷却过程中晶粒形核区的增多和生长受到抑制是晶粒细化的主要因素。合金硬度随Y元素添加量的增大而升高,这与合金中大量含Y硬脆相的析出有关,Y含量越高,析出相体积分数越高,此外,固溶时效态样品硬度高于铸态样品,源于固溶时效态样品析出相在整个基体内的分布和更高的析出相体积分数。合金的压缩强度和拉伸断裂强度在Y元素含量为0.1%~0.4%时得到明显提升,其强化机制可通过细晶强化、沉淀强化和固溶强化来理解。合金压缩断裂应变在Y元素含量为0.4%时达到最大,断后伸长率在Y元素含量为0.1%时达到最大,其变化趋势与晶粒细化和沉淀析出相的耦合效应有关。

Y元素对Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石组织和性能的影响

钎焊金刚石工具因化学冶金结合方式而具备较高的结合强度,在陶瓷、半导体和玻璃等硬脆性材料的加工行业及轨道交通、航空航天等领域中拥有广泛的应用前景。虽然Ni基钎料钎焊金刚石工具在结合强度、耐磨性及服役环境方面具有一定的优势,但是较高的钎焊温度和化学侵蚀会对金刚石磨粒造成较为严重的热损伤,从而影响金刚石工具的工作效率和服役寿命。为了降低钎焊过程中金刚石的热损伤,采用掺杂Y元素的Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石,通过SEM研究了钎焊金刚石试样的界面微观形貌,使用拉曼光谱仪分析了钎焊金刚石试样的石墨化程度,同时还探究了钎焊金刚石试样的力学性能。结果表明,当Y元素的质量分数为0.8%时,钎焊试样的金刚石形貌最为完整,钎焊层硬度最高为533 HV_(0.1),金刚石出露度较高为76.2%且石墨化程度较低。另外,Y元素的添加细化了碳化物的尺寸,降低了碳化物微裂纹的产生。相较于未添加Y元素的钎焊试样,添加Y元素的金刚石钎焊试样的抗压强度提升了约50.4%,磨削性能提高了43.5%,金刚石的脱落数量最少。表明,用Y元素掺杂的Ni-Cr非晶钎料可成功制备出钎焊金刚石试样,同时还降低了钎料中的触媒元素对金刚石的侵蚀作用,改善了热损伤和磨削性能。本研究为非晶钎料在钎焊金刚石工具领域中的应用提供了可靠的理论支持,并为相关工业生产提供了新的技术路径,在降低生产成本和推动绿色生产方面具有一定的实际意义。

Y对C611铝合金凝固组织及性能的影响

研究了添加Y元素对C611铝合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明,随着Y含量的增加,C611合金中的α-Al组织的二次枝晶间距和共晶Si逐渐细化、变质,割裂基体的针状Al_(4)(Fe,Mn)Si_(2)相尺寸逐步减小。当Y含量为0.10%时,Al_(4)(Fe,Mn)Si_(2)相的平均长度由48.65μm减小到28.20μm,部分Fe以颗粒状Al_(15)(Fe,Mn)4Si_(2)相形式析出弥散分布在共晶硅当中,对基体起到了一定的强化作用;此时铝合金的抗拉强度和伸长率为166 MPa和6.2%,较未添加Y的基体合金分别提升了7.1%和29.2%。

稀土Y对铜线材抗氧化行为的影响机理研究

目的针对纯铜线材的抗氧化性能不足问题,通过稀土微合金化制备了含微量Y元素的铜线材,研究稀土Y含量对铜线材抗氧化性能的影响。方法采用扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪和X射线衍射仪等表征手段,分析了氧化膜脱落后基体表面形貌以及稀土Y元素在氧化过程中的存在形式与氧化膜的生长过程,揭示了添加稀土元素Y提高纯铜抗氧化性能的作用机理。结果稀土Y的引入提高了纯铜线材的抗氧化性能,在600℃、10 h条件下,Cu-0.03Y线材相对于Cu线材氧化增重率由0.55%降低至0.2%,降幅达63%。稀土元素Y的添加使铜线材的(100)晶面占比减少,(111)晶面占比增多,基体表面易被活化的(100)原子面占比降低,铜线材的抗氧化性能提高。在Cu-0.1Y线材中稀土元素浓度较高时发生偏聚,稀土元素与氧的亲和力大于铜与氧的亲和力,偏聚处形成不连续的稀土氧化物,使氧离子与铜离子的接触反应面积增大,相比Cu-0.03Y线材抗氧化性能降低。结论氧化过程中稀土离子的扩散速率慢、半径大,对铜离子的向外扩散起到阻碍作用,降低了铜离子的扩散速度,提高了铜线材的抗氧化性能。

Y元素对铸态 Mg-Al-Ca-Mn合金组织与耐腐蚀性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、XRD分析、腐蚀试验和电化学测试等研究了Mg-4Al-3Ca-0.7Mn-xY(x=0、0.8、1.5)铸态合金的微观组织与耐腐蚀性能。结果表明:未添加Y的Mg-4Al-3Ca-0.7Mn合金组织由α-Mg、Al2Ca相、Mg2Ca相组成。添加0.8wt%Y后,合金组织中晶粒得到明显细化,析出相变得细小,Al2Ca相、Mg2Ca相数量减少,并有Al2Y相生成。Y含量增加到1.5wt%时,合金晶粒细化效果不明显,大量Al2Y相聚集在晶界处呈网状分布。添加适量的Y可提高Mg-4Al-3Ca-0.7Mn-xY合金的耐腐蚀性,Y添加量为0.8wt%时,该合金的耐腐蚀性最佳。

基于孔压静力触探的大直径单桩p-y曲线分析

【目的】水平受荷桩的p-y曲线法已广泛用于描述桩-土相互作用并预测桩在水平荷载下的行为,特别是在海上风电机大直径单桩的理论分析中。孔压静力触探试验(piezocone penetration test,简称CPTu)作为一种效率高、精确度好的原位测试手段,克服了传统室内试验获得土工参数的过程中土样存在扰动、结果准确性较差的缺点。该试验可以通过测量三个基本参数(修正锥尖阻力qt、侧壁摩阻力fs以及孔隙水压力u2)随深度变化的连续剖面来解译土体的物理力学参数,从而在p-y曲线模型的建立中提供关键数据。【方法】利用渤海海域某场区的CPTu数据,完成了以下研究任务:(1)基于CPTu触探响应结果,对该场区海洋土体进行分类,以及物理与力学参数的反演,包括土体密度、弹性模量、有效内摩擦角及有效黏聚力;(2)将CPTu反演参数代入三维有限元分析模型中,模拟直径为5 m的钢管桩在最大荷载为20 MN时的水平受荷响应;(3)基于CPTu测试数据,提出一套土抗力计算公式;(4)将现有p-y曲线模型中相关参数通过CPTu触探响应结果进行反演,之后对比分析上述p-y曲线模型。【结果】形成了一套基于CPTu且适用于土体分层情况较为复杂的p-y曲线公式,该公式与有限元方法对比结果良好。【结论】结果表明,提出的基于CPTu的土抗力公式经过有限元模拟检验后能快速、准确地反映大直径单桩的水平受荷响应。该公式不仅为渤海海域内大直径单桩的工程实践提供了有力的理论支持,还为相似海洋环境的工程设计与分析提供了完全基于CPTu研究大直径单桩的新思路。

稀土元素Ce、Y在Mg-Mn-RE镁合金腐蚀中的作用及其差异

目的探究Ce、Y稀土元素在Mg-Mn-RE镁合金腐蚀中的作用及其差异。方法制备不同稀土含量的Mg-Mn-Ce和Mg-Mn-Y合金,采用在NaCl溶液中浸泡的方法,考察合金的腐蚀性能及腐蚀类型。测试合金的电化学性质,分析合金的腐蚀与缓蚀机制。基于合金显微组织的变化,讨论Ce、Y元素在合金腐蚀中的作用及其差异。结果Mg-Mn-Ce和Mg-Mn-Y合金的腐蚀率随浸泡时间的增加而减小。当Ce、Y的质量分数分别为1.0%和0.5%时,合金的腐蚀质量损失最小。Mg-Mn-Ce合金中的Ce几乎全部形成了Mg_(12)Ce化合物,并以共晶体的形式分布于晶界,合金优先在晶界发生微电偶腐蚀,表现出典型的晶间腐蚀形貌。随着Ce含量的提高,Mg-Mn-Ce合金的微电偶腐蚀加剧。Mg-Mn-Y合金以基体的阳极溶解为主,基体从固溶应力较大的腐蚀活性点优先开始腐蚀,合金表现出带有微坑的均匀腐蚀形貌。随着Y含量的提高,Mg-Mn-Y合金的阳极溶解腐蚀加快。Ce、Y元素能提高合金的膜电阻和电荷转移电阻,但Ce和Y分别在提高膜电阻和电荷转移电阻方面具有更明显的作用,且分别通过提高腐蚀产物膜的致密性和固溶体的电位对合金的腐蚀产生减缓作用。结论Mg-Mn-Ce和Mg-Mn-Y合金的显微组织以及Ce、Y在合金腐蚀中的作用不同,导致合金的腐蚀和缓蚀机制存在明显的差别。

稀土Y对再生6061铝合金微观组织和性能的影响

推广再生铝合金能减少能源消耗和碳污染,但Fe杂质的超标不利于合金的高效回收。本文通过熔炼铸造法制备不同Y含量(质量分数分别为0、0.15%、0.30%和0.60%)的再生6061铝合金,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析合金的显微组织和物相组成,并测试合金的拉伸和耐腐蚀性能。结果表明,含Y再生铝合金中形成了三元Al_(2)Si_(2)Y相,且α-Al枝晶和α-Al_(15)(Fe,Mn)3Si_(2)(α-Fe)相显著细化,其中w(Y)为0.30%的合金细化效果最佳。Y的添加可显著提升合金的力学性能,w(Y)为0.30%的合金抗拉强度(199.2 MPa)最高,w(Y)为0.60%的合金伸长率(14.5%)最大。除此之外,添加Y还能提高6061铝合金的腐蚀电位,降低腐蚀电流密度,提高合金的耐腐蚀性。在晶间腐蚀实验中,腐蚀时间相同时,w(Y)为0.60%的合金腐蚀深度最小。总的来说,w(Y)为0.60%的再生铝合金兼具良好的力学和耐腐蚀性能,实现了高Fe含量6061铝合金的有效回收。

水平荷载作用下砂土中非柔性桩的p-y曲线修正

中国近海风机大多采用长径比10~20范围内的非柔性桩基础,而现有规范方法主要针对长径比大于20的柔性桩,对我国风机基础的适用性一直存在争议。本文利用有限元法研究砂土中非柔性桩的水平受荷响应,主要关注容许范围内的桩基倾斜,因此采用硬化土小应变本构模型描述砂土的应力应变关系。建立钢管桩-土三维有限元模型进行变参数分析,探究土体相对密实度、桩基直径对初始地基反力模量的影响;讨论了正切双曲线函数和双曲线函数描述土体弹簧刚度(即p-y曲线)的合理性;最终提出了适用于砂土中非柔性桩的修正p-y曲线表达式,并通过与三种不同砂土相对密实度与桩基组合工况下的有限元结果对比,验证了修正p-y公式的合理性。结果表明:土体相对密实度、桩基直径与初始地基反力模量均呈正相关;双曲线函数更适合描述非柔性桩的p-y曲线;修正后的p-y公式提高了水平荷载作用下非柔性桩响应的预测精度。

Y元素对超高强Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和力学性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和室温拉伸力学性能测试等手段研究了Y元素对超高强Al-9Zn-2.5Mg-2Cu(wt.%)合金铸态和T6热处理态微观组织和力学性能的影响。结果表明:Y元素的添加能够细化铸态合金晶粒,降低晶界第二相的连续性;经轧制变形和T6热处理后,随着Y元素含量的提高,合金的强度呈先升高后降低的趋势。当Y元素添加量为0.2%时,性能优秀,其屈服强度为590.1 MPa,极限抗拉强度为622.7 MPa,伸长率为10.44%。

稀土元素Y对铁基耐磨堆焊层组织和性能的影响

通过改变稀土元素Y在高铬铸铁耐磨合金体系中的添加量,研究Y元素对堆焊层组织和性能的影响,从而使堆焊层组织发生良性转变,达到提高堆焊合金耐磨性的目的。采用药芯焊丝混合气体保护法明弧堆焊的方法在母材Q235钢表面制作堆焊合金,采用XRD、SEM对堆焊层进行微观组织观察及物相表征;通过洛氏硬度计、湿砂橡胶轮式磨损测试机进行宏观硬度测试、磨损性能测试,并观察磨损形貌,对堆焊层耐磨性进行评价。结果发现,堆焊层主要由奥氏体(γ-Fe)、铁素体(α-Fe)、M(7 C,B)3、M2B相组成,添加适量的稀土元素Y后,可以使硬质相分布更加均匀,晶粒更加细小。随着Y元素添加量的提高,堆焊层的硬度、磨损量呈现先减小后增加的趋势。Y元素添加量为1.6%时,堆焊层硬度为67.5 HRC,较未添加时提高17.2 HRC;此时磨损量最小为0.864 g,磨损机制为磨粒磨损。

Y对Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn-0.4Zn合金微观组织、力学性能和腐蚀行为的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及拉伸实验等方法研究了Y含量对Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn-0.4Zn合金微观组织和力学性能的影响,并通过电化学方法研究合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:Y元素的加入可以细化镁合金组织,合金组织主要由α-Mg、Al_(2)Y和Al_(2)Ca相组成。随着Y含量的增加,Al_(2)Y相出现且逐渐增多,Al_(2)Ca相逐渐减少直至消失。当Y含量低于1.5mass%时,合金的力学性能随Y含量的增加而升高。当Y含量大于1.5 mass%时,合金的力学性能反而降低。当Y含量为1.5 mass%时,合金的力学性能最佳,抗拉强度和伸长率分别为292.2 MPa和11.2%。Y的添加能够有效地降低合金的自腐蚀电流密度,当Y含量为1.5 mass%时,合金的自腐蚀电流密度最低,耐腐蚀性能最佳。

Y元素的添加对Nd_(2)Fe_(14)B磁体的综合性能的影响研究

通过在烧结钕铁硼磁体中添加不同比例的高丰度Y元素,对比研究Y元素的添加对Nd_(2)Fe_(14)B磁体的磁性能、抗弯强度、耐腐蚀性、热稳定性和微观形貌的影响。结果表明,随着Y含量的增加,虽然Nd_(2)Fe_(14)B磁体磁性能逐渐降低,但由于Y元素的添加,改善了磁体的居里温度,晶界相的分布、晶粒尺寸更均匀,抗弯强度、耐腐蚀性、热稳定性等指标均得到明显改善。在烧结钕铁硼磁体中适当地添加Y元素,可在保证磁体优异的综合性能的前提下,降低磁体的生产成本,实现稀土资源的综合利用。

基于蒲剧元素的文创产品设计策略研究

研究蒲剧元素在文创产品中的应用。通过对蒲剧文化的梳理,从角色行当、人物脸谱、服饰、特技表演等角度挖掘蒲剧艺术特征,提炼出适用于蒲剧文创产品设计元素。结合蒲剧文创设计策略,将动态化的戏曲表演以静态视觉设计语言表达出来,以蒲剧中生旦净丑角色形象融入品牌文创产品设计中。提高蒲剧文创的识别度和认同感,增强地方戏曲传播文化特色的效率,促进大众对传统地方戏曲的参与度,为传统戏曲的文创产品设计提供思路。

Sr和Y对Mg-3Al-1Zn镁合金组织细化的影响

研究Sr和Y对Mg-3Al-1Zn镁合金组织细化的影响结果表明,添加0.01%～0.1%Sr和0.3%Y均可细化Mg-3Al-1Zn镁合金晶粒,其中添加Sr较添加Y可使Mg-3Al-1Zn镁合金具有更好的细化效果。此外,随Sr加入量从0.01%增至0.1%,试验合金的细化效率逐渐增加。Sr和Y以及不同Sr加入量对Mg-3Al-1Zn合金晶粒的细化效果差异与不同条件下Mg-3Al-1Zn合金的开始结晶温度不同有关。

微量Er,Y对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化的影响

采用光学显微镜(OM)、差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术研究了在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量稀土元素Er和Y对其均匀化行为的影响。研究结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中复合添加微量Er,Y(质量分数<0.4%)使合金的共晶化合物溶解温度升高,其均匀化温度相应提高。合金经二级均匀化处理后仍残留较多的S(Al2CuMg)相和Al8Cu4Er相,其中S(Al2CuMg)相能在三级均匀化条件下得到有效消除,但Al8Cu4Er相很难消除。经465℃/24h+475℃/4h+485℃/4h三级均匀化处理后,合金中残留的共晶化合物数量已经很少,基体上分布有大量、均匀、细小的第二相质点,对抑制合金再结晶,提高合金性能十分有利。

Y对Zr基非晶合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出成分为(Zr_(56)Al_(16)CO_(28))100-xYx(x=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射(XRD)、电化学极化曲线和扫描电镜(SEM)研究了该合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在3.5%NaCl溶液中,该合金耐腐蚀性优于不锈钢1Cr_(18)Ni_9Ti和(Cu_(47)Zr_(11)Ti_(34)Ni_(8))_(99)Cr_1,且适量的添加Y显著提高了该合金的耐腐蚀性。

微量Y对Mg-0.6Zr合金阻尼性能和力学性能的影响

采用动态机械分析仪(DMA)及电子式万能试验机研究了微量Y对Mg-0.6Zr合金阻尼行为和力学性能的影响,分析了合金的阻尼特性随应变振幅及温度变化的机制。结果表明,添加微量Y(0.5wt%)后,其细晶强化和固溶强化作用提高了Mg-0.6Zr合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率。同时由于Y的加入,合金晶界数量增多,对位错运动的进一步阻碍作用使合金的应变振幅效应降低,从而降低了其阻尼性能。研究还发现,Mg-0.6Zr合金及Mg-0.6%Zr-0.5%Y分别在65和75℃处出现一个明显的阻尼峰,且当温度分别达到200和250℃时,合金的阻尼性能随温度升高而急剧增加。

Ti,Y离子注入65Nb钢的表面优化

利用MEVVA强流金属离子注入机，对65Nb钢进行离子注入采用了Auger电子能潜（AES），X射线衍射（XRD）等表面分析技术，研究了Ti及Ti+Y离子注入后的65Nb钢表面的微结构变化，力学性能实验结果表明，Ti及Ti＋Y离子注入能使材料表面硬度和耐磨性最著提高，且双元离子注入比单元注入效果好。

基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。