采用过冷奥氏体在A3-Ar3之间变形工艺,获得平均晶粒尺寸约为2μm的微细铁素体晶粒组织.过冷奥氏体形变过程的组织演变包括两个阶段:形变前期以形变强化相变铁素体转变为主导;当相变基本完成后,形变后期以铁素体的动态再结晶为主.形变强化相变是一以形核为主的过程,是晶粒细化的主要原因.应变量较小时,铁素体主要沿原奥氏体晶界及晶内变形带等位置形核,随应变量的增加,以铁素体转变前沿畸变区的反复形核为主.

纳米尺度下结构力学行为因为表面效应和尺寸效应而与宏观尺度下结构力学行为有着本质的不同,分子动力学方法因其能通过原子运动理解结构变形细节而在纳米结构力学行为模拟中得到广泛应用本文综述了近期在纳米丝结构力学行为研究方面的进展,包括自由弛豫态,应力应变关系,表面效应和尺寸效应,应变率效应等.

研究了热等静压态的NiAl-9Mo合金在850-950℃和50-100 MPa下的蠕变行为.在试验应力和温度下,该合金蠕变曲线呈现出较短的减速阶段和较长的稳态蠕变阶段;其稳态蠕变速率可用幂指数蠕变方程来描述,应力指数值为4.75±0.25,表观激活能为410.5±4.5 kJ/mol.加速蠕变阶段蠕变速率的增加是由于裂纹的形成和扩展,且其断裂数据遵循Monkman-Grant规律蠕变断口呈现出塑性断裂和沿晶蠕变断裂的混合特征,但后者比例较大,同一温度下随着应力的增大,沿晶断裂的比例呈现下降的趋势.

中国科学院中国科学技术大学材料力学行为和设计重点实验室,合肥230027 利用集团变分法,计算了Fe-Al-Co,Fe-Al Cr,Fe-Al Ni三元合金700 K等温截面的Fe3Al相区.三个三元合金等温截面的计算结果显示,Fe Al-Ni相图中的Fe3Al相区最小,Fe-Al Cr相图中的Fe3Al相区最大;根据等温截面的几何性质,可以将Co和Ni看成是一类原子,而Cr原子属于另一类.利用Monte Carlo方法分析了Co,Cr和Ni对Fe3Al金属间化合物原子组态的影响.从不同原子在不同亚点阵上的占位情况和原子组态图都可以看出,Cr原子倾向于占据β亚点阵;Co和Ni原子倾向于占据α亚点阵,也有一部分Co和Ni原子倾向于与Al原子形成B2结构晶粒,分布于D03晶粒中,这将加剧晶体中缺陷的形成.从Monte Carlo法得到的这些结果,也可以看出Co和Ni属于一类原子,而Cr属于另一类.

对一种Ni Cr-Co-W-Mo-Ta-Al-Ti系镍基单晶高温合金的合金熔体进行不同温度过热处理后,观察其凝固组织,并利用液态金属X射线衍射仪测试了合金熔体结构在1450-1600℃温度范围内的变化.结果表明,随着熔体处理温度的升高,合金熔体更加均匀;一次枝晶间距减小,偏析程度减轻;γ'形貌更方整、分布弥散;枝晶干与枝晶间γ'的尺寸差别减小.

黄铜在氨水中当9≤pH≤11.4时,形成脱Zn层,当pH≤8或pH≥12时形成钝化膜,用两种方法测量腐蚀钝化膜或脱Zn层引起的内应力拉伸试样成膜(或脱Zn层)之前流变应力和成膜后屈服应力之差就是作用在整个试样上的膜致应力.用一边保护一端悬挂的薄片测出腐蚀过程中的挠度,用SEM测量脱Zn层厚度,用AFM测量钝化膜厚度,从而求出钝化膜和基体界面的内应力.两种方法所测出的腐蚀引起的内应力随pH值的变化趋势是一致的.用缺口拉伸试样测量应力腐蚀敏感性.结果表明,应力腐蚀敏感性随pH值的变化和钝化膜(或脱Zn层)引起的内应力随pH值的变化完全一致.当pH≥7时,钝化膜或脱Zn层引起的拉应力有极大值,而且随pH值的升高变化不明显,与此同时,SCC敏感性也有极大值,而且随pH值的升高变化也不明显但当pH≤6后随pH值下降,钝化膜引起的拉应力急剧下降,与此同时,SCC敏感性也急剧下降.由此可知,黄铜在氨水中的应力腐蚀和腐蚀引起的拉应力密切相关.

研究了Au/NiCr/Ta多层金属膜的择优取向、残余应力以及它们之间的关系.结果表明,在实验范围内,残余应力随沉积温度变化不大,沉积态薄膜均表现为残余拉应力,经400℃Ar气中退火60 min转变为压应力.相应出现(111)与(200)衍射峰相对强度比值减小.Au(200)取向增加时,倾向为压应力,择优取向最大时有最低的平均残余压应力;Au(111)择优取向最大时有最高的平均残余拉应力;说明Au膜的择优取向和残余应力状态存在一定的联系.

研究了CrMnB堆焊合金的抗空蚀和冲刷磨损性能.结果表明:该堆焊合金的抗空蚀和冲刷磨损性能优于0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢,其原因是具有亚稳奥氏体和硼化物共晶组织的CrMnB堆焊合金,在冲击力的作用下,亚稳奥氏体相转变成了马氏体,提高了堆焊合金表面的硬度和强度并吸收了冲击能.同时沿奥氏体边界分布的高硬度的硼化物共晶组织,构成了耐磨"骨架".

通过耦合求解凝固过程质量、动量、能量和溶质守恒方程,对Fe-C二元合金凝固过程中的流动、传热、传质现象进行了数值模拟.基于控制容积的有限差分法(CV-FDM)建立了微分方程的隐式离散格式,采用SIMPLE方法求解代数方程的求解采用交替方向隐式(ADI)和三对角矩阵算法(TDMA)相结合的方法.对一个上下边界绝热、左右边界对流换热的二维矩形区域的模拟计算表明,凝固初期排出的溶质主要被凝固前沿的液相流动带入液相区.在固液两相区中,由于枝晶骨架造成的流动阻力很大,在不考虑凝固收缩的条件下,两相区中的液相流动速度一般较纯液相区的流速小2-3个数量级.

通过有限元法三维数值模拟,对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算.得到磁感应强度、电磁体积力、感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律.在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强,20000 Hz时约为10%;由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上,连铸坯表面所受的电磁体积力在横向较为均匀;当钢液面位于感应线圈中部时,沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强,然后逐渐降低.

用近液相线半连续铸造法制备出具有等轴晶粒的半固态A356合金坯料,合适的铸造工艺为铸造温度615℃,保温20min,铸造速度120 mm/min,冷却水流量0.086 m3/min.在电阻炉加热的条件下,半固态A356合金坯料的重熔加热温度场均匀,合适的加热温度为580-590℃.在模具温度400-600℃的条件下,触变成形汽车发动机用轴瓦盖热处理后的σb值达到290.2 MPa,δ5达到12.9%.

对不同强度低频交变电磁场作用下,CREM法半连铸7075铝合金过程中液穴形状、表面质量及微观组织的变化规律进行了实验研究,并对电磁场作用下,合金铸锭裂纹的消除机制进行了理论分析.结果表明:随着磁场强度增大,弯液面曲率半径及熔体与结晶器接触高度减小,初凝壳形成位置点降低,液穴深度变浅,铸锭表面质量提高,铸锭中近球形组织增加,蔷薇形组织减少,整体组织变得更加细小和均匀,开裂现象得到消除.

提出了运用强磁场和交流电流的共同作用直接在金属液中产生声波(磁声波)的新方法,并研究了所生成的磁声波在细化合金凝固组织晶粒的效果.该方法可以从根本上解决机械声波无法在高温生产领域应用的难题.理论解析表明,运用交变电磁力在液体金属内生成的磁声波的强度和所施加的静磁场的磁感应强度和交流电流的电流密度的乘积成正比;电磁力的频率越大,生成的磁声波越接近于由机械振动产生的声波实验中测定的磁声波压力和理论解析结果基本一致这种方法产生的磁声波具有促进金属凝固组织晶粒细化的作用.

基于304不锈钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴常温与高温应力循环棘轮实验,提出了棘轮应力和棘轮门槛值的概念,发展了一套基于棘轮应力一元参量的、描述高温棘轮循环饱和材料的单轴棘轮本构行为和常温演化行为的方法体系,新体系降低了传统二元应力控制棘轮变形认识带来的难度.由于新体系方程结构简洁,建模方法简便,描述实验结果精度高,故适合工程应用.

通过异步轧制,对高纯铝箔微取向流变行为进行了研究,结果表明:异步轧制与同步轧制的冷轧织构有较大差异.高纯铝箔在异步轧制下慢辊和快辊两侧的织构类型明显不同,尤其是旋转立方织构{001}〈110〉在含量上的差异更大,快辊侧随形变量的增加冷轧织构主要为:S织构和{102}[vvw]织构;而慢辊侧则主要为:旋转立方织构{001}〈110〉.慢辊侧的旋转立方织构在相同的速比、相同的形变量下一般要大于快辊侧的旋转立方织构.

本文研究Zr薄膜在等离子体作用下的氢化特性.测试表明,与分子氢相比,氢等离子体作用下氢化速率明显增高,在室温和≈2Pa氢压的DC放电条件下,氧化10 min样品的氢化浓度可达饱和值,即66.67(原子分数,%),远大于该压强下的气体氢化浓度.在非超清洁系统中,等离子体氢化在样品表面产生大量的氧污染和少量的碳污染.少量的表面氧化物并不阻碍等离子体氢化,但随着污染的增加,氢化浓度却大大减少.Ni对样品表面氢分子解离吸附和氢原子再结合逸出有着不同程度的催化作用,在低的放电压强和放电电流下,表面镀Ni使Zr的稳态氢化浓度减小;而在高压强、低电流下,表面镀Ni可增加Zr的氢化效率.

采用激光脉冲法及使用DSC实测高炉用耐火材料的热扩散率及比热容,进而获得其导热系数.重点考察了温度及温度履历对耐火材料热扩散率及比热容的影响,得出二者与温度依存关系的数学模型,进而获得各种耐火材料的导热系数对温度的依存关系测量结果表明:(1)除铝碳质耐火材料,其他耐火材料经一次高温后,测得的热扩散率值比第一次升温时的测得值增大,且温度特性随着温度变化呈现唯一的变化关系.而铝碳质耐火材料则相反,且随着升、降温过程的延续,热扩散率值逐渐减.(2)随温度的增加,比热容先较快增大后缓慢增加,温度履历对热容的测定基本没有影响.(3)根据测定结果,建立了导热系数λ(W/m.K)与温度T(K)之间的数学模型,经检验,该模型可有效地预测高炉常用耐火材料的导热系数.

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)在Ni-Cr-Al-Y粘结层上沉积Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷层(YSZ),进行了900,1000,1100℃的恒温氧化和1050℃的循环氧化实验,用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对样品进行观察分析结果表明:恒温氧化最初20 h,1100℃的增重比900℃和1000℃的都要小.热循环过程中产生的热应力和氧化物生长应力等导致粘结层氧化物(TGO)/NiCrAlY粘结层界面开裂,引起EB-PVD热障涂层失效.

分别对增强相体积分数为15%的TiBw/Ti和(TiBw+TiCp)/Ti复合材料及相应的基体在798-848 K范围内进行了蠕变行为研究.结果表明,两种复合材料的应力因子分别为4.6-4.7和4.3-4.5,激活能为294和343 kJ/mo1,比纯钛的晶格扩散激活能高.两种复合材料的抗蠕变能力均比基体好,而(TiBw+TiCp)/Ti的抗蠕变性能比TiBw/Ti还要好.此外,实验表明在三种材料中都没有门槛应力存在.两种复合材料的蠕变机制均为位错攀移机制.

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料(FGMMC),研究了该梯度复合材料的微观组织和力学性能,对FGMMC的显微组织观察表明,由于铝基体熔合成一体,因此层间没有明显的界面,具有基体的连续性.尽管基体是连续的,但是当疲劳裂纹从高SiC含量层向低SiC含量层扩展时,在过渡区发生延滞现象.通过断口和裂纹扩展路径的分析解释了此延滞现象.

利用原子力显微镜观察了纯铝基复合材料早期腐蚀过程中表面形貌的变化特征.研究了SiCw/Al和Al18B4O33w/Al两种复合材料的腐蚀行为结果表明:两种复合材料在3.5%NaCl溶液中具有明显的点蚀倾向,且随腐蚀时间的增加,点蚀坑的尺寸显著增大.观察发现晶须与基体的界面是腐蚀易于发生的地方,点蚀首先在晶须的端部产生,随后沿着晶须与基体的界面扩展.SiCw/Al和Al18B4O33w/Al复合材料的界面腐蚀机制存在较大的差别,这主要是由于二者界面结合状态不同造成的.

对粉末冶金法制备的不同尺寸SiCp增强铝基复合材料的拉伸性能进行了研究.结果表明,小尺寸SiCp(＜7 μm)复合材料断裂以界面处基体撕裂为主,强度较高.大尺寸SiCp增强复合材料断裂以SiCp解理为主,强度较低,但塑性比小尺寸颗粒增强复合材料要高体积分数为1 7%,尺寸为7μm颗粒复合材料拉伸性能最好.