流体微探力学性能高通量表征方法

介绍一种流体微探力学性能(硬度)高通量表征方法。由于不同材料特征组织结构的差异,当具有相同压力的水流体作用在不同材料的平整表面上时(类似于采用比纳米压痕更小的压头加载于材料表面),每种材料所产生的微形变也有所差异,采用高精度表面形貌轮廓仪测量整个材料表面的形变量及分布,基于拉依达准则对形变量数据进行统计,解析材料的表面微形变量与硬度性能的相关性。实验采用有限元方法模拟了具有不同硬度的两相组织在等压水流体中的变形行为,并选取桥梁钢、高碳铬轴承钢、铸态镍基高温合金、镍基单晶高温合金和锻态镍基高温合金共5种具有不同特征组织和硬度的金属材料验证,结果表明,5种材料的表面形变量与显微硬度值的线性相关系数达到0.9948,该表征方法分辨率可以达到纳米级,可视为硬度性能的无损检测方法。

基于仿生结构的金刚石钻头高通量设计及实验

“材料基因组计划”,采用高通量设计、制备和表征技术,将计算数据与实验数据相结合、高通量材料计算与多尺度模拟相结合,促使材料研究从传统的试错模式转向低成本、高效率、短周期的新模式,从而加快新材料的研发速度,实现研发成本和周期降低的目的。文章将仿生学与工业制造相结合,把生物非光滑表面的耐磨、减阻等特性引用到钻头的设计中,使钻头同样具有这样的特性。通过对典型生物表面的耐磨特性进行系统的分析总结,采用ANSYS软件对非光滑表面形态进行计算机模拟,建立仿生表面三维模型,计算钻头底唇面非光滑度的最优值为12.6%;根据模拟分析结果,制备?76.5mm仿生钻头并进行钻进实验,当非光滑度为13%时,仿生钻头平均寿命和钻进速度比普通钻头提高29.8%和21.3%,体现了仿生钻头高效耐磨的特性。

耐热钢中Laves相抗蠕变机制的分子动力学模拟

利用弥散分布的Laves相强化的耐热钢通过结合固溶强化相和弥散分布的Laves相的析出强化可提供在高温服役环境下优秀的抗蠕变性能。而弥散分布的Laves相颗粒与基体相、位错、孪晶运动关系等机制尚不完全明确。通过建立含不同直径及直径分布的Laves相的耐热钢模型,对其实施单轴加载,系统研究了不同尺寸分布的Laves相对耐热钢力学性能的影响,得出结论为Laves相直径越小,其力学性能越好,该结论为实际制备高抗蠕变性能的耐热钢提供了理论指导。

不锈钢复合板热疲劳性能分析

利用冷热疲劳试验机模拟分析了冷热循环对不锈钢复合板热疲劳性能的影响,并采用扫描电镜、电子探针和电子背散射衍射仪对热疲劳试样V形缺口及裂纹区域的形貌和成分进行了深入分析。结果表明,不锈钢复合板热疲劳试样经20~550℃7 500次冷热循环后,结合界面处V形缺口区出现微裂纹,且微裂纹起裂于V形缺口尖端基层侧。随着冷热循环的继续进行,微裂纹向基层内扩展,但并非沿着结合界面处扩展,而是沿着基层侧扩展。此外,热疲劳裂纹的起裂和扩展与氧化和应力作用有关,微裂纹起裂于热疲劳试样V形缺口区域基层侧表层局部氧化孔洞,并在冷热循环的应力作用下向基层内扩展,同时加剧氧化。随着冷热循环的继续进行,晶界氧化逐渐加剧,导致微裂纹扩展成更为明显的裂纹。

Cr5型模具钢水-空交替控冷数值模拟

针对Cr5型模具钢退火组织合格率低,难以满足标准要求的现实技术难题,基于有限元方法,模拟计算了Cr5型模具钢水空交替冷却过程中的温度场、相变场及应力场,对现有工艺进行了模拟计算,贝氏体体积分数与试验结果较吻合,验证了模型的准确性。最终通过多方案模拟计算得到了最优热处理工艺,水空交替控冷后无贝氏体组织,经生产试验验证新工艺实现了产品组织100%合格。