采用熔盐净化剂与循环过热相结合的方法, 获得了过冷度高达180 K的DZ125高温合金深过冷熔体, 研究了合金深过冷凝固的组织演化过程. 结果表明, 随着过冷度 ΔT的增大, 凝固组织经历3次转变过程: 当ΔT<48 K时, 合金的凝固组织为普通树枝晶; 当48 K≤ΔT<85 K时, 枝晶因再辉发生熟化和重熔, 组织转化为第I类粒状晶; 当85 K≤ΔT<160 K时, 再辉所产生的重熔效应大大降低, 凝固组织为深过冷树枝晶; 当ΔT≥160 K时, 发生枝晶破碎及再结晶,凝固组织转变为第II类粒状晶.

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了变温时效对极低碳针状铁素体钢组织和性能的影响规律. 结果表明: 450---500 ℃时效处理时, 第二相析出较少, 组织无明显粗化,强度无明显变化; 550---650 ℃时效时, 强度快速上升, 主要是ε--Cu和Nb(C, N)第二相粒子的弥散析出所致; 650 ℃以上时效时, 发生过时效现象, 铁素体板条和第二相粒子粗化, 导致强度迅速下降; 时效温度达到750 ℃时进入两相区, 局部富C和合金元素富集区域先奥氏体化, 时效后冷却过程中形成了高碳的M/A组织, 使钢的韧性迅速恶化.

Fe--Al合金的有序化过程进行了研究, 并分析了有序化过程与原子换位运动之间的关系. 对于油冷Fe₄₇Al₅₃合金, 在570 ℃ 左右观察到一个内耗峰;但是对于炉冷样品, 该峰并不出现. 这个内耗峰具有 典型的相变峰特征,XRD和DSC显示, 该峰的出现与样品的有序化过程有关, 它产生于反位置原子通过最近邻的空位向自身亚晶格位置的跳动. 油冷Fe₅₇Al₄₃合金中类似的峰出现在540 ℃附近.

利用基于Stillinger--Weber(SW)势函数的分子动力学方法分析了Si中30^o部分位错和单空位(V₁)的相互作用. 不同温度、剪应力作用下的计算结果表明, 在
温度恒定条件下, 剪应力较小时, V₁对位错有钉扎作用; 当施加的剪应力达到临界剪应力时, 位错脱离V₁的钉扎继续运动, 并且将V₁遗留在晶体中; 随温度的
升高, 临界剪应力近似线性下降. 通过不含V₁和含有V₁的模型中位错芯位置的对比后发现, V₁对滑过它的30^o部分位错有明显的加速作用.

利用Sn--Pd催化体系在Mo粉表面化学镀Cu制备了Cu/Mo复合粉体, 利用XRD, SEM, EDS和XPS对复合粉体的成分及形貌进行了分析.  利用XPS分析了Mo粉表面化学镀Cu过程中不同阶段元素价态的变化. 解释了化学镀Cu过程中纳米Pd粒子的形成及其对Cu沉积的催化作用.

通过Bridgman定向凝固成功制备了成分为Zr_58.5Ti_14.3Nb_5.2Cu_6.1Ni_4.9Be_11.0的内生枝晶增塑的非晶复合材料. 内生枝晶的尺寸和体积分数可以经抽拉速度的改变得以控制, 进而实现了对其力学性能的调节. 研究表明, 枝晶的大小与抽拉速度呈线性关系, 体现出定向凝固在制备非晶复合材料方面可调控析出相的优势.通过对实验参数抽拉速度的优化得出, 当抽拉速度为1.0 mm/s时, 最高压缩强度达到了1930 MPa, 断裂塑性达到11.3%.

运用有限容积法(FVM)对等离子沉积直接成形(PDM)过程中的沉积层温度场、熔池液相流动场进行了数值模拟. 采用水平集方法追踪液/气界面演变过程, 采用焓孔隙率法处理固/液相变过程, 并采用Monte Carlo (MC)方法模拟沉积温度载荷作用下成形件热影响区(HAZ)组织的晶粒长大过程. 基于所提出的FVM--MC法耦合的宏/微观统一模型模拟了镍基高温合金K163薄壁零件PDM过程中沉积层HAZ晶粒的生长过程, 预测了在重复热冲击作用下热影响区晶粒长大与转变过程. 模拟结果表明, 热冲击频率与温度幅值直接决定热成形件的组织形态; 热扫描速度影响熔池液相流动与温度场分布, 从而间接决定了成形件的最终晶粒尺寸与分布.随着热扫描速度的增加, 成形件晶粒趋于细化. 在保证粉末充分熔融条件下, 提高热扫描速度可以细化HAZ的晶粒尺寸.

研究了微互连模拟焊点在不同直径(d=200---575 μm)和长度(l=75---525 μm)匹配条件下准静态微拉伸的力学行为. 研究结果表明, 焊点几何尺度因子$d/l$对焊点内的力学拘束及接头强度有重要影响; d/l增大时导致焊点中力学拘束和应力三轴度的提高, 但接头强度并不完全符合Orowan近似公式的预测结果, 保持l恒定而增加d时会出现强度变小的尺寸效应. 研究结果还表明, 无论无铅还是含铅钎料, 其焊点拉伸强度与焊点体积(d²l)之间的变化关系符合反比例函数, 即σ_F-Joint=1/(Ad²l+B), 焊点的强度随焊点体积的减小而显著增大, 显示了焊点“越小越强”的“体积”尺寸效应.

对高强弹簧钢54SiCr6在3种循环加载条件下(旋转弯曲, 超声和拉压)的疲劳性能进行了测试和比较. 由于疲劳试样存在应力梯度和尺寸差异, 3种循环载荷下对应的疲劳强度有较大差别. 断口分析表明, 3种疲劳样品也具有不同的断口形貌. 通过计算高应力截面积, 可以得到不同载荷下疲劳强度之间的定量关系, 从而为评估不同载荷下的不同试样的高强钢疲劳强度提供依据.

对细晶Ti--2Al--2.5Zr合金进行了室温/低温(77 K)疲劳实验及微观组织观察. 结果表明: 室温低应变幅Δε_t/2(=0.5%, 1.0%)下,合金表现为循环软化; 室温高应变幅(1.5%, 2.0%)下, 则表现为循环应力饱和; 77 K时, 不同应变幅下均表现为循环硬化, 且随应变幅升高, 循环硬化程度增强. 疲劳寿命测试结果表明: 低温疲劳寿命始终高于室温. 断口SEM观察表明, 室温和低温下, 疲劳裂纹扩展区均有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展, 室温下伴随有大量二次裂纹, 低温下的二次裂纹数量明显减少. TEM观察表明: 低温下孪生是合金主要的变形方式, 包括{1011}和{1121}型孪晶. 疲劳变形位错组态为: 室温较低应变幅(0.5%, 1.0%)下, 形成位错线和局部位错缠结; 室温下应变幅提高到1.5%和2.0%时,\{1010}柱面和{1121}锥面滑移同时开动, 位错组态演化为亚晶和明显的位错胞. 77 K下, 应变幅2.0%时形成沿 柱面平行分布的位错带; 77 K下应变幅升高到4.5%时, 多滑移形成相互垂直的位错线. 低温诱发形变孪晶是Ti--2Al--2.5Zr低温疲劳寿命升高的原因.

利用电化学、金相、能谱等方法, 研究了低碳贝氏体钢在表面锈层受到不同程度的损伤后, 在含Cl^-环境中的继续腐蚀行为. 实验发现, 低碳贝氏体钢和作为对比材料的低碳钢试样的表面锈层受损伤后, 在继续腐蚀过程中均能很快得到修复. 在损伤程度与继续腐蚀时间相同的条件下, 低碳贝氏体钢的锈层电阻与损伤修复率均高于低碳钢. 低碳贝氏体钢基体/锈层界面的断裂韧性高于锈层本身.在受外界作用时, 锈层不会沿基体/锈层界面彻底脱落从而在基体表面保存残留锈层. 残留锈层能明显促进新锈层在损伤部位的形成. 原有锈层与损伤部位新形成的锈层中Cu和Cr含量接近, 并与钢基体的含量相当.

Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅块体非晶合金(BMG)在过冷液态区内的单向压缩实验表明: 材料在过冷液态区内的形变行为强烈依赖于温度和变形速率. 随着应变速率的增加, 材料的流变特征由Newtonian流变转变为非Newtonian流变.利用扩展指数本构方程模型建立了非晶合金的流变应力、应变速率和温度的关系.

采用区熔定向凝固法制备目标成分为Fe_72.5Ga_27.5的磁致伸缩定向生长试样. 采用改进的交流阻抗法测定定向生长态及其淬火态(1000 ℃/3 h, W. Q.)试样的阻抗谐振频率谱, 求出不同偏振磁场和预压力情况下的动态机电耦合系数K₃₃. 由于Fe--Ga合金的磁致伸缩性能比Tb--Dy--Fe巨磁致伸缩材料小一个数量级, 原有的测试方法不易得到Fe--Ga合金的K₃₃. 本实验在拾取信号时采用了四线并接接线方式并将交流激励信号输入水平调整到0.5 A, 获得了稳定且明显的Fe--Ga合金阻抗谐振频率谱线. 实验结果表明: 定向生长试样在32.7 mT偏振磁场、无预压应力下K₃₃为0.103; 淬火态试样在同样偏振磁场和无预压应力下
K₃₃达到0.137. K₃₃随外加偏振磁场的增大而减小, 随预压力的增大呈现先增大而后减小的趋势. 淬火态试样的K₃₃较定向生长试样有明显提高. 外加偏振磁场和预压力对淬火态试样的K₃₃的影响规律同定向生长试样一致.

采用溶胶--凝胶法制备了Co_1-xNi_xFe₂O₄/SiO₂(0 ≤x ≤1.0)纳米复合材料. 利用XRD, TEM, 振动样品磁强计(VSM)和Mossbauer谱测试了900℃热处理样
品的结构、晶粒尺寸和磁性. 结果表明, 样品中Co_1-xNi_xFe₂O₄铁氧体的平均晶粒尺寸在15---20 nm之间, Ni²⁺的掺杂引起CoFe₂O₄晶胞体积减小. VSM结果表明, 随Ni²⁺含量的增加, 样品的比饱和磁化强度和矫顽力变小. Mossbauer谱表明, 室温下各样品均处于磁有序状态, 样品的内磁场随Ni²⁺含量的增加而变小.

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn--Pb--Bi合金熔体弯月面形状. 结果表明,采用电磁软接触连铸技术, 可以显著改善铸坯表面质量; 当电源功率达到最佳值时, 振痕完全受到抑制, 铸坯表面光洁; 但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕. 分析认为, 铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时, 分瓣结晶器 内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布, 加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.

采用差式扫描量热法 (DSC) 及热膨胀法测定了离心铸造轧辊用高速钢的相变点,根据高速钢的临界转变温度, 进行了退火、淬火 和回火实验. 着重研究了热处理过程中碳化物演变对轧辊用高速钢性能的影响. 结果表明: 退火温度需高于630℃,才能使铸态高速钢得到软化, 硬度降低, 便于切削加工. 热处理前后, MC型一次共晶碳化物的成分、形态和数量基本没有变化; 随着淬火温度的升高, 处于亚稳状态的M₂C型共晶碳化物的分解数量越来越多. 高速钢最终硬度受回火温度影响较大, 研究了回火温度与二次硬化之间的关系, 确定了二次硬 化峰值温度,研究了二次碳化物的溶解与析出对高速钢基体组织与力学性能的影响规律.

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器内钢液的三维温度分布和传热, 分析了水口浸入深度、水口侧孔倾角、结晶器宽度、拉速、钢液过热度、吹Ar、电磁制动及吹Ar量和电流强度等对结晶器内过热钢液的温度分布和传热的影响. 结果表明, 凝固坯壳前沿的最大热量传入处出现在结晶器窄面的钢液冲击点附近, 钢液的大部分过热耗散发生在这一区域附近; 过热钢液传递到凝固坯壳表面的热流量与拉速和过热度的增加成正比; 吹Ar导致结晶器窄面冲击区域和宽面上部区域的热流密度增加; 电磁制动有利于提高结晶器上部区域的温度, 但对热流密度分布没有明显影响; 吹Ar和电磁制动的双重作用使结晶器上部区域的宽面热流密度提高, 冲击区域的热流密度分布没有明显变化.

基于弯月面渣道压力计算, 分析2.0 m/min高拉速下板坯连铸结晶器振动周期内初凝坯壳变形行为, 提出新的液态渣消耗机制, 并定义了渣耗时间和渣耗强度的概念, 阐明了结晶器非正弦振动参数对液态渣渣耗量影响规律. 研究表明: 渣道宽度变化引起渣道压力改变导致液态渣周期性持续消耗, 振动正滑脱末期至负滑脱末期渣道负压抽吸液态渣进入渣道; 降低振频延长了液态渣渣耗时间, 但使渣耗强度削弱; 提高振幅可加大渣耗强度, 对渣耗时间影响很小; 非正弦振动因子对渣耗强度影响较小, 渣耗时间随非正弦振动因子减小而增大.

对14 mm厚2219--O铝合金板进行了搅拌摩擦焊接, 研究了无缺陷、有缺陷和经焊后热处理的接头分层切片的微观组织、力学性能和断裂方式. 结果表明: 无缺陷接头的抗拉强度σ_b和屈服强度σ_0.2分别从上部的160.8和96.8 MPa下降至底部的146和86 MPa; 有缺陷接头的σ_b和σ_0.2分别从上部的132.9和94 MPa下降至底部的126和78.8 MPa; 经焊后热处理的试样中部的σ_b最高, 达到243.8 MPa, 而上部的σ_0.2最高, 为123.3 MPa; 延伸率δ则依次升高, 无缺陷、有缺陷和热处理后接头的δ分别由上部的6.7%, 4.8%和7.5%升高至底部的10.1%, 8.5%和14%. 经焊后热处理的接头焊核区晶粒沿厚度方向更均匀和细小, 力学性能明显提高, 并以韧性断裂为主, 显微硬度波动很小. 对于有缺陷接头, 焊接缺陷严重降低了接头的力学性能, 主要以韧--脆混合方式断裂, 各分层的显微硬度均低于无缺陷接头.

对放电等离子烧结(SPS)不同粒径匹配的WC/Co混合粉末的收缩过程进行了系统分析.结果表明, SPS烧结不同WC粒径混合粉末时, 烧结体开始收缩温度、收缩速率峰值温度和致密化完成温度基本相同; 对不同Co粒径混合粉末, 三种温度随Co粉初始粒径的减小而降低, 即SPS烧结过程与WC粒径无关而与Co粒径密切相关. SPS致密化过程中收缩速率随温度的变化、收缩速率与相对密度的关系均与常规烧结不同, 其开始收缩温度和收缩速率峰值温度均较常规烧结低, 同时收缩速率峰值处所对应的相对密度也较常规烧结低. 这说明在常规烧结中粉末在大量液相出现(即收缩速率出现峰值时)之前已完成很大程度的收缩致密化, 而SPS烧结中大量液相出现之前粉末的收缩致密化程度较低.

采用包埋法和涂刷法在C/C复合材料表面依次制备了SiC内涂层和SiC--MoSi₂外涂层, 借助XRD与SEM对涂层的微观结构进行了分析, 研究了涂覆后的C/C复合材料在高温静态空气中的防氧化性能. 结果表明: SiC/SiC--MoSi₂复合涂层有效缓解了MoSi₂与C/C热膨胀不匹配问题, 涂层无裂纹; 复合涂层在900和1500℃静态空气环境下均可对C/C复合材料有效保护100 h以上; 涂层的多层、多相结构以及在高温氧化后表面生成的SiO₂薄膜是其具有优异防氧化性能的原因.

提出了在电磁搅拌制备半固态A356铝合金浆料时插拔Cu棒的一个新工艺. 由于在半固态铸锭轴向区域引入低温, 可进一步提高电磁搅拌效果, 铸锭各部位均由细小α--Al晶粒组成. 该工艺还可适当提高低过热度浇注的温度而有利于实际生产.