考虑第二相粒子的晶粒尺寸梯度镍基合金晶体塑性有限元分析

晶粒尺寸梯度结构镍基合金具有优异的强度和延展性,但存在于合金内第二相粒子对这些性能的影响尚不明确。为了阐明第二相粒子对梯度结构镍基合金力学性能的影响,将晶体塑性有限元方法结合Hall–Petch法则通过用户子程序方式嵌入至Abaqus软件中,并对晶粒尺寸梯度结构镍基合金的强度和延展性进行了研究,得到了晶粒尺寸梯度结构镍基合金有限元模型的应力和应变云图。进一步探究了位于表层或芯部的不同颗粒尺寸第二相粒子对该合金宏观力学性能的影响,得到了含第二相粒子的晶粒尺寸梯度结构镍基合金的应力-应变曲线图和应力和应变分布图。结果表明:位于表层1号尺寸第二相粒子的镍基合金表现出较高的强度和较好的延展性,强度为1804.96 MPa,应变为20.49%;位于芯部1号尺寸第二相粒子的镍基合金抗拉强度最大,为1902.34 MPa,但延展性最差,为9.68%。随着第二相粒子尺寸的增大,镍基合金的强度逐渐降低。研究结果有助于理解镍基合金的强塑性,并为合金的设计和应用提供参考。

具有不同梯度晶粒组织的粉末高温合金疲劳小裂纹扩展原位观察

采用扫描电子显微镜原位观察的方法对某第三代粉末高温合金不同微观组织的疲劳裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了研究,揭示了双性能粉末涡轮盘轮缘(粗晶组织)、轮心(细晶组织)及晶粒过渡区(梯度结构组织)的微观组织对疲劳小裂纹扩展的影响规律。结果表明:缺口处的一次强化相易成为裂纹萌生位置,其中梯度结构组织呈现出从晶界处开裂的多裂纹萌生特征。对于梯度结构试样,室温下的小裂纹扩展行为受微观结构影响显著,疲劳裂纹扩展速率波动较大。在应力强度因子范围较低时,粗晶试样的裂纹扩展速率高于细晶;随着应力强度因子范围逐渐增大,细晶试样的疲劳裂纹扩展速率增加更快,并高于粗晶试样;这与较长的滑移路径、增强的滑移可逆性和较少的晶界阻碍、减弱的不连续度之间的竞争机制相关。

晶粒尺寸及梯度对纳晶镍薄膜裂纹扩展影响的分子动力学研究

文中基于分子动力学模拟研究了晶粒尺寸和晶粒梯度对纳晶镍薄膜单轴拉伸时裂纹扩展的影响.模拟结果表明:在均匀纳晶镍薄膜中,晶粒尺寸最小的模型内部裂纹形核最慢,扩展最小,主要由于其内部拥有相对其它模型更多的晶界,使得晶界承担的应变更加均匀,抑制了裂纹的扩展.在梯度纳晶镍薄膜中,梯度最大的模型内部裂纹最早开裂且最为严重,主要原因为晶粒尺寸的剧烈变化导致模型心部较大晶粒协调局部变形和应力集中的能力不及最外层尺寸较小的晶粒.研究结果有助于理解晶粒尺寸位于反Hall–Petch区间的梯度纳晶镍裂纹扩展趋势并为梯度金属材料的强韧化设计提供理论依据.

基于弯曲定径带模具挤压的Mg-3Al-1Zn合金力学性能优化

设计了一种采用弯曲定径带模具的新型非对称挤压工艺(TBE),用以改善Mg-3Al-1Zn合金板材的力学性能和成形性能。运用有限元分析揭示了挤压过程中的应变、温度等状态变量的分布。结果表明,在TBE模具的模口处,应变沿板面法向(ND)呈梯度分布,这导致挤压板材显微组织的厚向梯度分布,同时得到TD择优取向的织构,少量基面取向晶粒向挤压方向(ED)偏转。与传统挤压相比,TBE过程中产生更多挤压热,模腔内温度更高,使大量非基面滑移开启,导致板材TD择优取向织构的形成。通过改善织构,TBE板材的塑性和弯曲性能均得到明显提升,沿45°方向的伸长率达到33%,弯曲角度达到83.5°。

砂砾土各级颗粒的管涌临界坡降研究

基于渗透力概念在管涌问题研究中的具体应用,按照渗透力与土颗粒浮重间的极限平衡推导出能计算管涌土的砂砾土料各级大小土颗粒的管涌临界坡降公式,并经过国内外大量管涌试验资料的验证是合理可信的。

双层堤基上覆层对堤基渗透破坏影响的试验

根据上覆层与下伏砂层的协调变形情况,将上覆层概化为完全不变形的刚性上覆层以及与下伏砂层始终协调变形的柔性上覆层,并利用室内试验对这2种极端情况进行模拟。通过对试验过程中的土体破坏情况、渗透流量、涌砂粒径以及破坏后土体的颗粒组成等方面进行分析,发现具有刚性上覆层的双层堤基在接触面上易形成空洞,而柔性上覆层较刚性上覆层具有更强的抗渗透破坏能力;同时,具有刚性上覆层的堤基发生渗透破坏时粗颗粒更易流失。对渗透破坏过程中的渗流场进行数值模拟,对比了不同渗透破坏阶段的水力梯度分析情况,简要分析造成2组试验差异的原因所在。研究结果表明,使上覆层与下伏砂层保持协调变形是控制渗透破坏发展的有效方法,建议在堤基建设时尽量增加上覆层柔性,使上覆层与下部土体有协调变形的能力。

CeO_2对氧化锌压敏阀片电位梯度的影响

研究了稀土氧化物CeO2对氧化锌压敏阀片电位梯度的影响规律。实验结果表明:微量的CeO2能够提高氧化锌压敏阀片的电位梯度,当CeO2含量为0.06%(摩尔分数)时,可提高电位梯度20%。通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射分析发现,CeO2以独立相形态存在,并与尖晶石相协同作用,钉扎在晶界,形成晶界电阻层,阻碍晶界运动,减小氧化锌晶粒尺寸,使晶粒分布均匀致密,从而提高氧化锌压敏阀片的电位梯度,改善其综合性能。

IN718合金热机械疲劳试验非稳态温度场的数值模拟

基于热机械疲劳试验,建立IN718高温合金感应加热过程中电磁场和温度场耦合的数学模型,对试样在循环加热条件下的非稳态温度场进行仿真,采用电子背散射衍射技术对试样上的晶粒尺寸进行检测并对其数据进行统计分析。结果表明:综合传热系数和风机电压呈正相关的关系;试样径向上存在温度梯度且随时间变化,最大温差为5℃左右,符合试验要求;低周疲劳试样径向上不同点的平均晶粒尺寸均有所增长,且增长幅度基本相同;由于温度梯度的影响,热机械疲劳试样径向上的晶粒尺寸分布不均匀,中心位置和表面位置的平均晶粒尺寸增长幅度分别为16.94%和5.3%。

核磁共振孔隙度和岩性有关

高效增．核磁共振孔隙度和岩性有关．测井技术，１９９８，２２（４）：２９５～２９８核磁共振孔隙度和岩性有关。实验证明核磁共振孔隙度与岩石磁化率及岩石比表面有关。岩石的磁性与其顺磁杂质（铁和锰）的含量有关。粘土矿物和砾岩、变质岩具有高的磁化率，导致大的内部磁场梯度和极短的Ｔ２值。

碎屑岩沉积从源到汇的“物-坡”耦合效应

碎屑岩沉积体系的三维展布特征及其成因机制是建立沉积模式与预测其砂体分布的关键,更是沉积学研究的关键性科学问题。国内外绝大多数学者认为其平面形态和剖面充填型式均与其沉积的地形坡度、粒度粗细有密切的联系,但其定量关系并不清楚。建立不同类型沉积体中粒度和坡度之间的定量关系,对于预测沉积体中不同颗粒的运动方式及其分布至关重要。应用“源-汇”系统研究的思路,分析了供源区、搬运(输送)区及汇积区各自的地质特点,从单向水流对不同质量颗粒在静止/运动中的受力分析与沉积前总体地形斜坡设定2个角度,系统分析、推导并模拟了不同碎屑颗粒在纵向剖面上的运动轨迹,其表现为随着设定的坡型呈抛物线变化,反映出沉积物输送营力的变换及其随坡度变化的响应特征。建立了陆相碎屑岩沉积体系纵向剖面的流速与坡度的计算方程,明确指出沉积物的流速或流态决定其沉积方式,阐述了汇积区碎屑颗粒的加积型式与沉积物分布上的总体规律,由此提出碎屑岩沉积体系的“物-坡”耦合效应及其主要内涵,并从多个维度与源-汇的各区段,阐述了“物-坡”耦合效应在各种沉积体系的沉积物类型及其空间形态特征上的地质响应。

无粘性土中管涌的临界水头梯度研究

将管涌型无粘性土中的颗粒分为骨架颗粒、阻塞颗粒和可动颗粒三组,在分析骨架孔隙中可动颗粒受力的基础上,将总压力降分为骨架孔隙壁引起的压力降、骨架孔隙中静止颗粒引起的压力降及正在运动的颗粒引起的压力降三部分,从而得到了可动颗粒起动的临界水头梯度公式.对管涌试验的校验证实了该公式的有效性.计算结果表明:当有细颗粒流失后,级配不连续的管涌型土比级配连续的管涌型土更易发展成管涌破坏.同时还证实:随着可动颗粒的流失,管涌破坏可以转化为流土破坏.

用不同粒度的籽晶生长优质宝石级金刚石单晶

利用温度梯度法生长宝石级金刚石单晶过程中,由于籽晶接收碳源能力有限,单一晶种将很难完全吸收扩散下来的碳源,因而导致籽晶的粒度对晶体生长速度和品质都会产生很大影响。随着籽晶粒度的增大,晶体的生长速度增幅非常明显,但不是粒度越大越好,存在临界粒度,超过临界粒度,优质单晶就很难生长。以N iMnCo触媒为例,籽晶粒度由0.5mm增加到2.0mm后,晶体的生长速度可由1.0mg/h提高到3.0mg/h,但籽晶粒度超过2mm后,晶体内部包裹体大幅度增加。

塔克拉玛干沙漠不同下垫面梯度输沙样粒度特征分析

在塔克拉玛干沙漠腹地一次沙尘天气过程中,选取沙丘顶部和平坦沙地两种不同下垫面,收集了6个高度层输沙样粒度进行统计分析。结果表明:沙丘顶部和平坦沙地的沙尘粒度均呈正态分布,且峰值主要集中在90μm-125μm极细砂区域,各占53.24%和60.23%左右,其次为细砂和粗粉砂约占40%,剩余粒度级占约10%。沙丘顶部的偏度值大多为负值,粒度分布形态为右偏;平坦沙地的偏度值大多为正值,粒度分布形态为左偏。随着高度层的升高,平均粒径变小。沙丘顶部的平均粒度分布较平坦沙地而言,相对平缓且各粒级沙尘颗粒物分布范围更广。

含Mo梯度钨合金液相烧结过程中的液相定向迁移

在液相烧结制备的含Mo梯度W-Ni-Fe合金中,对液相迁移或液相再分布的控制极为关键。液相迁移的驱动力为液相迁移压(Pm),而液相迁移压主要由界面张力和晶粒尺寸的变化所引起。本研究从实验角度探究W(Mo)-Ni-Fe体系中界面张力和晶粒尺寸对液相迁移的影响,并通过动力学模型来描述Mo的扩散和液相迁移。结果表明界面张力梯度与晶粒尺寸梯度均有助于液相的迁移,并且算得由晶粒尺寸和Mo分布梯度诱导的液相迁移速率分别为4.807×10-4kg/m2s和8.117×10-4kg/m2s。

SPS预烧结制备超细晶梯度硬质合金

首先采用SPS预烧结和真空预烧结制备超细晶硬质合金,再经过梯度烧结使超细晶硬质合金表面形成梯度层,研究了不同预烧结方式对合金组织的影响,分析了预烧结后合金微观组织对超细晶硬质合金的梯度形成及晶粒生长的影响.结果表明,预烧结后合金的微观组织对梯度烧结后的梯度形成和晶粒生长有较大影响,经过SPS预烧结后的硬质合金进行梯度烧结后,可以获得梯度层厚度为53μm,平均WC晶粒尺寸为0. 3μm的超细晶梯度硬质合金.

金属互联中晶粒结构梯度演化及其对力、电性能的影响

为了揭示金属互联结构在高电流密度下的晶粒尺寸梯度化对其力学与电学性能的潜在影响,采用考虑了电迁移效应的相场模型研究了电流密度梯度诱导的晶粒尺寸的梯度化路径,通过基于晶粒尺寸与位错密度的本构模型和Matthiessen准则对梯度结构的力学性能和导电性分别进行了定量表征。计算结果表明,梯度结构中细化的晶粒层有助于提高材料整体的强度,而粗晶层保证了良好的延展性,但过多的细晶层引起的晶界密度的提高会造成导电性的损失。

模具用5Cr2NiMoVSi合金热机疲劳试验的温度场模拟

基于热机械疲劳试验,采用求解导热逆问题的分析思路,利用迭代法计算综合传热系数,给出5Cr2NiMoVSi高温合金感应加热过程中综合传热系数的计算流程。对试样在循环加热条件下的非稳态温度场进行仿真,对其数据进行分析。结果表明:试样温度随径向位置增加表现出先增加后减小。试样横截面的表面点在热机械疲劳试验前后的晶粒尺寸主要分布在5～30μm范围内,AGS出现了不同程度的降低,降低幅度在5%,可见热机械疲劳试验有助于提高试样的晶粒细化效果和合金材料的疲劳寿命。

梯度纳米晶体材料的多尺度力学行为研究

建立晶粒尺寸梯度分布的表面纳米晶材料本构模型。运用分子动力学模拟软件,得到了梯度单晶铜试样的拉伸应力-应变曲线以及原子构型图。结果表明:计算得到的应力-应变曲线与实验数据大体一致。这种梯度结构使得材料的整体流变应力增加了10%以上。随着应变的增大,曲线会有一段隆起的部分,这与位错的形核以及晶界的限制紧密相关。当应变增加到3%、7%时,小晶粒区域先有位错运动,然后产生堆积缠绕,起到了强化作用。并且,大晶粒使得位错更易从小晶粒向大晶粒区域运动,从而抑制了小晶粒区域裂纹的形成,提高了材料的延展性。

表层富立方相超细晶梯度硬质合金微观结构

通过富氮气氛烧结WC‒10TiC‒0.5VC‒0.5Cr_(2)C_(3)‒12Co和WC‒12Co硬质合金,研究梯度结构和均匀结构硬质合金的微观结构及力学性能。利用扫描电子显微镜观察合金断面的微观形貌,使用X射线衍射仪和能谱仪分析合金物相组成,并对合金表面和芯部的硬度与断裂韧性进行测试。结果表明:与均匀结构的WC‒12Co硬质合金不同,WC‒10TiC‒0.5VC‒0.5Cr_(2)C_(3)‒12Co梯度结构硬质合金的表层富含立方相TiCN,该表层的厚度大约为12μm,表层下方是富钴粗晶过渡层。WC‒10TiC‒0.5VC‒0.5Cr_(2)C_(3)‒12Co硬质合金具有表面硬度高、芯部断裂韧性高、WC晶粒细小及分布均匀等优点。

江坪河混凝土面板堆石坝冰渍砾岩石料冲击碾压试验研究

江坪河混凝土面板堆石坝,是当前国内外的第二高坝,坝体材料采用栗山坡料场的冰渍砾岩(Zant)。目前,国内外尚未见采用冰渍砾岩填筑高面板堆石坝的工程实例,在可研阶段对筑坝材料进行了现场爆破和填筑碾压试验,但由于爆破料的级配尚未达到良好级配的要求,而压实密度(孔隙率),虽然采用目前国内吨位最大常规振动碾压,但密度(孔隙率)仍不理想,所以此次引进冲击碾进一步进行试验研究。