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关键词: Ni-Cr-W-Fe 合金; 长期时效; g' 相; 拉伸性能;
DOI：10.12074/202303.00603V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, SEM和TEM研究了一种Ni-Cr-W-Fe 合金在760 ℃长期时效过程中的显微组织变化, 测试了合金室温和高温力学性能, 对拉伸断口进行了分析. 结果表明, 1100 ℃固溶后合金平均晶粒尺寸约为80 mm, 晶内包含退火孪晶. 760 ℃时效后合金中析出M23C6和g' 相. g' 相尺寸约为29 nm, 体积分数约为19%. 760 ℃长期时效后, g' 颗粒平均尺寸与时间t 满足Ostwald 方程. 固溶态合金具有优异的室温塑性, 拉伸断口具有韧性断裂形貌. 时效态合金室温屈服强度明显增加, 塑性下降. 随760 ℃保温时间延长, 合金室温和高温屈服强度缓慢降低. 与时效态合金相比, 1000~3000 h 时效后的合金室温塑性降低, 高温塑性维持在15%左右, 与时效态基本相当.
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关键词: TWIP钢; 晶体塑性; 多晶均匀化; 织构预测; 塑性变形;
DOI：10.12074/202303.00523V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：基于已建立的单晶体塑性模型, 建立了耦合孪生的孪生诱发塑性(TWIP)钢多晶体塑性模型, 该模型采用有限元多晶均匀化处理相邻晶粒间的几何协调和应力平衡条件, 获得了单晶体与多晶体状态变量的关系, 开发了基于ABAQUS/UMAT的计算程序. 采用EBSD研究了TWIP钢拉伸应变分别为0.27 和0.6 时的织构变化, 并对模型进行了应力应变及织构演化的验证. 用该本构模型分别建立了拉伸、压缩和扭转3 种简单加载条件下的有限元模型, 分析了不同变形条件下的宏观力学响应及织构演化规律. 结果表明: 拉伸变形过程中, 应变硬化现象和织构密度水平随应变增加而增强; 在压缩过程中,织构类型随应变增加而发生变化, 但是织构密度水平基本不变; 而在扭转过程中, 当扭转应变较小时, 基本无织构形成, 随着应变增加, 织构逐渐显现出来, 这是因为变形较小时, 圆柱沿径向方向内部变形量较小, 故织构不明显.
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DOI：10.12074/202303.00563V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：提出了一种在结晶器弯月面上方涂敷热障涂层, 来抑制弯月面传热, 进而控制铸坯振痕形成的新方法, 称为弯月面热障涂层方法(TBCMM). 利用模拟结晶器弯月面一维传热的测试装置, 研究了热障涂层在结晶器弯月面的不同位置对传热的影响规律, 分析了热障涂层抑制振痕形成的机理; 在浸铸式连铸模拟机上, 分别进行了结晶器有、无热障涂层的低熔点Sn-12.5%Pb 合金的模拟连铸实验, 获得了实测的弯月面温度波动曲线和铸坯, 对比分析了弯月面热流和铸坯表面振痕形貌, 证实了提出的TBCMM的有效性; 最后, 在中试实验连铸机上, 研究了热障涂层对钢连铸坯表面质量的影响, 获得了表面振痕减轻甚至消除的连铸钢坯.
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DOI：10.12074/202303.00611V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：基于热传导反算法, 建立了液态金属与压室之间传热的二维反算数学模型, 设计了压室内部测温模块并进行了针对Al-9%Si-3%Cu合金的静态无压射和常规压铸实验. 基于实验中测得的压室内部不同位置的温度, 求解得到了液态金属在压室中的温度场及其不同位置的界面换热系数, 为预测压室预结晶提供可靠依据. 结果表明, 静态无压射条件与常规压铸条件下液态金属与压室界面换热情况差异很大, 同时压室中间界面换热系数均随液态金属流动方向依次降低, 压室壁温度也存在两端高中间低的分布. 在常规压铸条件下, 由于冲头运动的影响, 压室末端换热系数存在双峰现象.
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关键词: 双相钢; 微观结构; 塑性变形; 分级淬火; 临界区退火; 数字图像相关(DIC);
DOI：10.12074/202303.00569V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：通过工艺设计, 对工业20 钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理, 获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2 种双相钢. 对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征; 应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布, 并结合表面微裂纹分析, 揭示了2 种双相钢的不同变形断裂机制. SQ双相钢展现出较低的强度, 但具有更好的塑性与冲击韧性, 这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中; 而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍, 铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力, 使裂纹优先在马氏体中产生, 因而IA 双相钢具有高强度和低塑性.
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关键词: 单晶高温合金DD9; 拉伸性能; 各向异性; 断口; 位错;
DOI：10.12074/202303.00553V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, SEM和TEM研究了[001], [011]和[111]取向第三代单晶高温合金DD9 组织, 在拉伸试验机上测试了3 种取向760 和1100 ℃下的拉伸性能. 结果表明, 在垂直于晶体生长方向的截面上, [001], [011]和[111]取向DD9 合金铸态枝晶形貌、热处理态g′相形状不同; 随着温度的升高, 合金的抗拉强度与屈服强度降低, 各向异性减弱; 除1100 ℃下[001]取向屈服强度略低于[011]取向, [001]取向DD9 合金抗拉强度与屈服强度分别高于[011]和[111]取向合金; [001], [011]和[111]取向DD9 合金760 ℃下拉伸断口呈类解理特征, 1100 ℃下断口为韧窝断裂特征; 760 ℃下DD9 拉伸试样在基体通道内含有浓密的位错, [001]取向在g′相内出现了层错, 1100 ℃下[001]与[111]取向在基体通道内和g′相内累积了大量浓密的位错网,[011]取向出现了大量的形变孪晶带.
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关键词: Cu-Co-Fe 合金; 液相分离; 快速凝固; 建模及模拟;
DOI：10.12074/202303.00594V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：对Cu-10%Co-10%Fe (质量分数)亚稳液态组元不混溶合金开展了气体雾化快速凝固实验, 制备了富Fe-Co相球形粒子均匀分布于基体Cu的复合粉末, 建立了Cu-Co-Fe 合金雾化液滴冷却过程中的温度场、浓度场和液-液相变动力学控制方程, 研发了耦合合金热力学和相变动力学的模拟方法, 模拟分析了Cu-10%Co-10%Fe 合金雾化液滴的凝固组织形成过程.实验和模拟结果表明, 在气体雾化快速凝固条件下, 液-液相变过程中富Fe-Co相液滴Marangoni 迁移和Ostwald 熟化的影响很弱, 粉末中心绝大部分区域内富Fe-Co相粒子的空间分布均匀. 对于直径小于220 mm的Cu-10%Co-10%Fe 合金粉末, 富Fe-Co 相粒子的平均半径Ra和数量密度N与雾化粉末直径d 之间符合指数关系.
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关键词: 连续柱状晶; Cu-Ni 合金; 各向异性; 力学性能; 变形行为;
DOI：10.12074/202303.00514V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：研究了连续柱状晶组织CuNi10Fe1Mn合金板试样沿平行柱状晶生长方向(SD)和垂直柱状晶生长方向(PD)拉伸时的力学性能和变形行为, 讨论了连续柱状晶组织各向异性对合金力学性能和变形行为的影响. 研究结果表明: 试样沿SD和PD均具有[100]择优取向, 但沿SD所有晶粒的取向均分布于[100]附近, 平均Taylor 因子m值约为2.17, 而沿PD部分晶粒的取向分散于[001]-[011]之间, 具有一定的取向分散性, m值约为2.93. 低取向分散性、无横向晶界约束等组织特征使试样沿SD变形时应力分布均匀, 各晶粒沿拉伸方向变形一致, 屈服强度和抗拉强度分别为85 和215 MPa, 断后伸长率达到42%,具有典型韧性断口; 由于存在一定的取向分散性和横向晶界, 使得PD试样变形时出现明显的晶界应力集中和表面凹凸起伏, 屈服强度明显增加, 为115 MPa, 断后伸长率下降至36%, 具有混合型断口. 连续柱状晶组织CuNi10Fe1Mn合金的晶粒取向和晶界分布的各向异性是造成变形行为各向异性的原因.
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关键词: B; 压铸模具钢; 热疲劳性能; 铜合金; 压铸;
DOI：10.12074/202303.00636V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用热力学模拟试验机研究了铜合金压铸模具钢在850 ℃下的高温力学性能, 采用Uddeholm 自约束法研究了模具钢在室温至800 ℃时的热疲劳性能, 采用光学体视显微镜和SEM研究了模具钢热疲劳试样的表面热疲劳裂纹和断面裂纹纵深扩展状态. 分析了B对材料室温及高温力学性能、热疲劳性能的影响. 结果表明, 添加B后, B在实验钢基体内以M2B (M为Fe, Cr或Mn)型硼化物的形式分布在奥氏体基体上, 有效提高了材料的高温力学性能, 材料硬度由200 HV提高到302 HV,850 ℃拉伸屈服强度由144.3 MPa提高到190.3 MPa, 压缩屈服强度由139.7 MPa提高到167.9 MPa; 300 cyc 室温至800 ℃循环热疲劳实验结果表明, 含B模具钢的热疲劳级别为2~3 级, 大大优于用于对比的经电渣重熔的ESR-H13 钢的7~8 级, 其主要原因是硼化物能够终结热疲劳裂纹扩展或使裂纹扩展方向改变, 并避免热裂纹发生散射状扩散.
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DOI：10.12074/202303.00560V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：分析了高温合金叶片复杂部位的凝固过程, 提出了单晶组织的三维生长机制和精确制导的新理念. 通过展示一系列的新发明, 如导热体引晶技术、平行式加热和冷却定向凝固设备、对叶片不同部位分别进行定点冷却和定点加热的复合控制引晶技术、薄壳降升法制造单晶叶片技术等, 显示了高温合金叶片单晶凝固技术发展的新思路和新举措. 这些新理念的提出和新发明的实施, 将有助于高温合金单晶叶片这种高精产品的制造方式实现从粗放式到精细式的根本转变.
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关键词: 2.25Cr-1Mo-0.25V钢; 粒状贝氏体; 冲击韧性; 马氏体-奥氏体岛;
DOI：10.12074/202303.00588V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：利用纳米压痕仪, OM, SEM, TEM, XRD, EPMA等设备研究了加氢反应器用2.25Cr-1Mo-0.25V钢正火态粒状贝氏体组织及力学性能随回火温度的变化. 结果表明, 2.25Cr-1Mo-0.25V钢正火后得到由贝氏体铁素体、马氏体和残余奥氏体岛(M-A岛)组成的粒状贝氏体组织. 纳米压痕测量结果表明, 由于M-A岛中富集C, 其硬度显著高于贝氏体铁素体. 在回火过程中, M-A岛分解和贝氏体铁素体软化的综合作用导致了2.25Cr-1Mo-0.25V钢在-18 ℃的冲击功随着回火温度的升高先增加后减少. 除了铁素体基体回复再结晶软化效应外, 粒状贝氏体组织中硬相M-A岛回火转变程度以及析出碳化物形貌、尺寸和分布是影响2.25Cr-1Mo-0.25V钢冲击韧性的关键因素.
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关键词: 0Cr16Ni5Mo钢; 氢脆; 氢陷阱; Eshelby等效夹杂;
DOI：10.12074/202303.00546V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：利用升温脱氢分析(TDS)实验研究了1000 MPa级0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢的氢陷阱行为. 同时, 采用慢应变速率拉伸实验(SSRT)研究了该钢缺口与光滑试样的氢脆敏感性, 并利用SEM观察了试样的断口形貌. 结果表明, 位错和晶界为该钢的主要氢陷阱, 充氢后缺口试样与光滑试样的伸长率均下降明显, 但强度变化不大. 随着氢含量的升高, 断口形貌由韧窝型韧性断裂向穿晶、准解理断裂, 甚至向沿晶断裂方式过渡. 由于C含量较少, 该钢的不可逆陷阱含量极少, 大量的可扩散氢使得该钢具有较高的氢脆敏感性. 最后利用与Eshelby 等效夹杂理论有关的氢致应力模型, 验证了应力集中与氢含量之间的变化关系.
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关键词: 航空发动机; 宽弦叶片; 定向凝固; 数值模拟; 柱状晶;
DOI：10.12074/202303.00464V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：建立了宽弦叶片定向凝固过程的宏微观数理模型, 计算结果与实验结果吻合, 铸件表面大部分晶粒的位置和形状一一对应. 通过数值模拟预测了不同引晶方式和拉速下温度场和晶粒组织的演变过程, 研究了2 种因素的影响规律. 通过建立糊状区形态和晶粒数的数学判据, 实现了温度场和微观组织优劣的定量评价, 基于判据揭示了工艺参数对糊状区和晶粒的影响机理, 从而对工艺进行了定量的优化. 研究表明, 采用叶身正下方的引晶方式, 有利于增加柱状晶数目, 提高晶粒平行度, 防止横向晶界生成, 同时还可以在糊状区形状保持平直的前提下使用较高拉速, 从而避免晶粒粗化, 并提高生产率.
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关键词: 纳米析出物; 冷却速率; 纳米压痕; 纳米硬度; Young's 模量;
DOI：10.12074/202303.00515V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：以复合添加Nb和Ti 的微合金钢为研究对象, 采用热模拟、显微硬度、透射电镜以及纳米压痕技术等方法对实验钢在连续冷却条件下和卷取过程中的冷却速率对组织演变及显微硬度的影响进行观察和分析, 研究了(Nb, Ti)C 在卷取中的析出规律及其对铁素体相微观力学性能的影响. 结果表明, 连续冷却和卷取过程中的冷却速率的增加都能促进Nb-Ti 实验钢从铁素体+珠光体组织向贝氏体组织转变, 细化铁素体晶粒. 在连续冷却条件下, 实验钢的显微硬度随着冷却速率的增加逐渐升高, 而在卷取过程中由于较小冷却速率能够促进(Nb, Ti)C 在铁素体中的形核和长大使得铁素体中存在大量均匀弥散分布的纳米析出物, 提高了基体的强度, 因此随着卷取过程中冷却速率的增加实验钢的显微硬度呈现降低的趋势. Nb-Ti实验钢中铁素体相的纳米硬度为4.13 GPa, Young's 模量为249.3 GPa, 普通C-Si-Mn 钢铁素体相的纳米硬度为2.64 GPa,Young's 模量为237.4 GPa, 纳米析出物对铁素体相的纳米硬度的贡献达到1.49 GPa.
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关键词: TiAl-Nb 合金; 定向凝固; 微观组织; 溶质偏析;
DOI：10.12074/202303.00584V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：在Bridgman 定向凝固炉中对Ti-46Al-(8, 9, 10)Nb 合金进行定向凝固实验, 研究了生长速率和Nb含量对TiAl-Nb合金的微观组织、相变路径以及溶质偏析的影响, 获得了定向凝固TiAl-Nb合金相变过程与微观组织选择图. 结果表明, 生长速率的增加使得固/液界面发生了平界面-胞状界面-枝晶界面转变, 并促进完全b 相凝固转变为具有L+b→a 包晶反应凝固过程, 最终组织由a2/g 层片组织转变为具有a2/g 层片和B2 相的多相组织. 溶质Nb的添加对b 相具有稳定作用, 促进了完全b 相凝固过程的发生以及a2/g 层片和B2 相多相组织的形成. 生长速率和Nb含量对相变过程和微观组织的影响与溶质偏析(S 型偏析, b 型偏析)过程密切相关. 其中S型偏析程度的提高有利于促进包晶反应的发生, 从而导致最终组织发生严重的溶质偏析以及大量B2 相在枝晶心部的集中分布. b 型偏析中溶质Nb在残余b 相中的富集是形成B2 相的主要来源, Nb的富集程度直接决定了B2 相的形态和尺寸. 根据关于生长速率和Nb含量的Ti-46Al 合金相变过程和微观组织选择图可知, 选择较高的Nb含量和较低的冷却速率能获得完全b 相凝固过程, 可以得到组织分布均匀、溶质偏析程度较低的定向凝固组织.
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DOI：10.12074/202303.00593V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：运用热-力耦合有限元法对SiCp/2009Al 复合材料进行了热轧模拟, 研究了复杂应力状态下的轧制成型过程、温度场、变形场及应力场分布, 得到了轧制过程中表面和中心区域的温度、应力、应变以及应变率的变化曲线, 从而可以更好地理解复合材料的热轧机理. 模拟结果表明: 在轧制入口处, 最大主应力由压应力向拉应力转变, 与出口处变化规律相反. 在轧制稳定阶段, 变形区的最大主应力则以压应力为主; 轧板表面的热传递温降效应远大于摩擦温升效应, 而轧板中心温度主要由塑性变形温升效应控制; 此外, 在轧制入口和出口处, 应变率对流动应力的贡献起主导作用; 在轧板变形区, 轧板表面的流变应力主要由应变和温度决定, 但表面黏着区是由应变率控制; 轧板中心的流动应力在变形区主要受温度影响.
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DOI：10.12074/202303.00487V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：对M42 高速钢刀具进行脉冲磁化处理, 考察脉冲磁场对组织和性能的影响, 分析了脉冲磁场改变微观组织以及力学性能作用机理. 运用TEM和激光共聚焦显微镜分析了脉冲磁场冲击前后高速钢位错组态、碳化物分布以及微观组织的变化. 研究表明, 高速钢经脉冲磁化处理后, 发生晶格畸变, 基体内析出大量弥散碳化物, 微观组织变细密, 晶粒细化. 微观组织的变化导致力学性能发生变化, 材料Rockwell 硬度与显微硬度均显著提高, Rockwell 硬度最大可以增加2.9 HRC. 基于位错理论分析了脉冲磁场作用下高速钢的强化机制, 磁场作用于位错的力足以克服位错线张力引起的阻力和晶格点阵引起的阻力, 从而使位错能以Orowan机制产生增殖、滑移, 致使位错密度增加.
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DOI：10.12074/202303.00564V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：建立了考虑伴随台阶的位错间相互作用的界面反应-扩散混合控制模型, 并利用该模型对先共析铁素体2 个台阶以及多个台阶的生长过程进行模拟. 结果表明, 当只有2 个台阶且其水平距离大于临界距离时, 台阶之间相互吸引, 能在一定程度降低领先台阶的生长速率; 当2 个台阶水平距离小于临界距离时, 台阶之间相互排斥, 增大领先台阶的生长速率; 多台阶的情形下, 伴随台阶的位错之间相互作用, 台阶的合并规律发生改变, 并对台阶生长速率产生一定影响.
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关键词: 显微计算机断层成像; 磁控溅射; 透射靶材; W薄膜;
DOI：10.12074/202303.00534V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：根据端窗透射Micro-CT靶材的理论模型设计了W-Al 透射靶材的基本结构, 结合Geant4 计算模拟软件和Müller 的靶温升计算模型分别确定了W靶面和Al 基体的厚度. 以YXLON光机的W-Al 透射靶材结构参数为依据, 采用磁控溅射法在Al 基体表面分别制备了厚度为2, 5 和8 mm的W薄膜, 并借助SEM进行微观形貌分析, 得到了致密度和均匀度均较好的W薄膜靶面. 借助YXLON的X射线管, 对3 种不同厚度靶材的X射线出射率及其对应所需功率进行了实验研究, 结果表明: W靶面的最佳厚度是5 mm, 此时, 靶材的X射线出射率最大且产生X射线所需的功率最小. 在此基础上, 进行了X射线出射率和X射线成像效果的对比实验, 结果表明: 无论在X射线出射率及其所需功率方面, 还是在X射线成像效果方面, W靶面厚度为5 mm的W-Al 透射靶材的性能均优于YXLON W-Al 透射靶材, 能够满足Micro-CT 所需的高质量靶材的应用要求.
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关键词: 低温超饱和渗碳; 奥氏体不锈钢; DICTRA; C浓度; 活度;
DOI：10.12074/202303.00522V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, EPMA, XRD和IXRD 等手段, 研究了低温超饱和渗碳(low temperature colossal carburization, LTCC)工艺中CO气体浓度对316L 不锈钢表面渗碳层的微观组织、C浓度分布、表面相结构以及残余应力的影响. 基于热动力学理论建立了LTCC传质和扩散模型, 利用DICTRA软件计算了渗碳层的C浓度和活度分布, 并与实验结果进行比较. 结果表明,经LTCC工艺处理后的316L 不锈钢表面会形成高硬度的S相, 并产生压缩残余应力. 另外, 增加渗碳工艺中CO 浓度可以显著提高不锈钢表面渗碳层中的C浓度, 进而提高其硬度和压缩残余应力. 在C浓度较低时, 计算的C浓度和活度分布与实验结果吻合很好, 当C浓度较高时, 由于陷阱阵点的减少以及较大压缩残余应力的作用导致计算结果偏低.
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