本文设计并研制出一种Fe-Mn-Al系无磁钢——30Mn20Al3,其合金成分(wt-％)为C0.28-0.32,Mn19-22,Al2.6-3.1,Si≤0.6。同时还研究了Al,C等元素对Fe-20Mn奥氏体稳定性、合金的力学性能等的影响。 实验结果表明,Fe-Mn合金中加入Al可抑制γ→ε及γ→ε→α′相的转变,使马氏体转变温度降低。碳稳定奥氏体的作用更为显著。 30Mn20Al3与1Cr18Ni9Ti相比较,强度与塑性均高,奥氏体稳定性亦大,磁导率低而电阻率高。其成本则只为1Cr18Ni9Ti的1/3左右,且资源丰富,具有发展为实用钢种的价值。可代替1Cr18Ni9Ti、铝合金等作为无磁钢及低温钢用于电气工业和低温工程中。

研究了尚未受人注意的Fe-Mn-Al-Cr系奥氏体钢,并从中发展出一种新超低温无磁钢30Mn23Al4Cr5。实验结果说明30Mn23Al4Cr5具有较好的综合性能:自室温至-269℃有适宜的强度与很高的韧性,-253℃时V形缺口冲击值为2048 kJ/m~2;低温奥氏体稳定,在-269℃拉伸,形变10％未发现α′马氏体,形变50％未发现ε马氏体;磁导率较低(μ=1.005),电阻率较高(ρ=1.08);冷收缩率很小,甚至低于铁素体的9％Ni钢;高温时效变脆倾向小于一般铬镍奥氏体钢;抗大气腐蚀性能优于9％Ni钢及15Mn26Al4,与ICr13不锈钢相仿。 由上述结果分析30Mn23Al4Cr5可能成为一种适用温度范围较广的低温无磁钢,作为低温钢可用于-150--269℃,作为无磁钢可用于600--269℃。

本文研究了Cu-10.10％Al-4.51％Zn-3.76％Mn-0.39％Ni合金的马氏体形态和形状记忆效应。结果表明,合金在冷却时形成的马氏体呈矛头状自协作形态,应力诱发形成的马氏体为细条状。这两种形态马氏体均为热弹性型,具有良好的记忆性能。试验确定,空冷和热轧态试样的记忆性能最佳,最大恢复率可达95％以上。急冷淬火获得的马氏体记忆效应略低且恢复温度较高。直接淬入液氮时,偶有爆发型马氏体出现,初步的能谱分析表明,爆发型马氏体的含Mn量较低。

研究了两种有代表性的粒子强化(氧化物弥散强化和γ′沉淀强化)镍基高温合金的循环蠕变和应力断裂行为。研究表明,在760℃和一定的循环载荷下,试验频率从0.05至6cycles/h变化时,循环蠕变速率随频率提高而下降,而断裂寿命则一般随频率增加而增加(但对于沉淀强化高温合金,在所采用的最高频率下,断裂寿命反而下降,这是由于频率使平面滑移程度增加的结果)。分析了在加载和卸载期间的塑性和滞弹性应变以及在循环蠕变中的位错结构。结果表明,在循环加载时所观察到的行为及明显的材料强化,并不是循环应变硬化效应所造成的,而是滞弹性应变效应的结果。这种滞弹性应变在加载期间被累积,而在卸载期间则被恢复。在滞弹性机构的基础上,导出了一个循环蠕变或蠕变疲劳交互作用减速因素的现象学模型,这一模型与实验所观察到的行为相符合。

本文采用自行设计和改进的滚动刀口径向引伸仪,精确地测定了若干典型金属材料的真应力(σ)-真应变(ε)曲线。根据最大均匀应变ε_B对应于σ-ε曲线和dσ/1dε-ε曲线交点的理论关系,探讨了基体和第二相对这两条曲线,亦即对ε_B值的影响。根据在双对数坐标上硬化曲线出现阶段性的事实,分析了硬化指数n_1,n_2对基体和第二相敏感的问题。研究表明,dσ/dε-ε曲线主要取决于基体状态,而口σ-ε曲线则受第二相影响较大。n_1对基体较敏感;n_z则对第二相较敏感。n_s的出现是一个值得重视的问题。文中最后讨论了n和ε_B的关系,指出一定条件下只存在n_z=ε_B的近似关系。

本文以Udimet500合金为基,研究了不同Co含量对镍基高温合金的蠕变速率、蠕变激活能、持久性能及组织结构的影响。结果表明:在780—860℃范围内,稳态蠕变速率以10—15％Co的合金为好,持久断裂时间在15％Co时出现峰值。无Co合金有单一蠕变激活能值,含Co合金有两个蠕变激活能值,激活能转变温度随Co含量增加而提高。Co主要固溶在基体中,γ′相数量随Co含量变化较小;Co有抑制γ′相长大的作用。综合实验结果,提出了Udimet 500型合金降低Co含量的可能性。

γ/γ′-α-Mo定向共晶具有良好的力学性能,特别是在垂直于生长方向上,尚有一定塑性。本文研究了加载方向对瞬时拉伸性能的影响。当加载方向偏离生长方向时,瞬时拉伸强度和塑性随之下降。即使在加载方向垂直于生长方向时,断裂强度仍在900MN/m~2以上,延伸率也能保持在3％左右。在动态拉伸过程中,观察到两种断裂形式:纤维本身的断裂和纤维与基体界面的开裂。在范性形变出现以后,基体的滑移可以通过α-Mo纤维。一般是较粗的纤维首先断裂,纤维与基体界面的开裂是导致试样最后断裂的主要原因。

研究了拉伸过载对一种铁镍基合金高温下裂纹扩展的影响。过载试验是用4mm厚、中心切口的板材样品在恒定载荷下进行的。裂纹长度用电位法进行监测。用延滞循环数N_D所表示的过载效应随温度升高而降低。即使到700℃仍然比较明显。延滞循环数N_D受过载应力强度因子K_(o.p.)、过载时的裂纹长度α、过载比r以及材料屈服强度σ_y等因素的影响,其关系可用下式来表达 N_D=N_oexp[m·(r/α·σ_y)~2·K_(o.p.)] 合金采用了两种热处理制度,高塑性低强度的合金A比低塑性高强度的合金W表现出较大的延滞效应。用体视显微镜和扫描电镜对过载试验后的样品断口进行了观察,给出了断口形貌示意图,提出过载损伤区的概念,并用断裂力学的观点进行了解释。

以实验事实说明了RKR模型应用于硅钢所遇到的严重困难。引入了Weibull统计分布来描述硅钢解理断裂应力的体积效应。运用HRR理论和Rice-Johnson关于钝化区的应力分析,结合Weibull统计模型,导出了硅钢解理断裂韧性K_(Ⅰc)与温度的依赖关系,与实验结果符合得较好。

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33+19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。

研究了控轧和正火的09MnNb钢低温下冲击断裂行为,通过不同温度下冲击试验的负荷-挠度曲线研究,证明两种状态的钢低温下均具有较高的抗撕裂能力。在脆性转变温度下的断裂是以解理-韧窝混合型断裂方式进行的。控轧钢具有混合的α晶粒——等轴的和冷加工拉长的α晶粒,并具有较高的位错密度;正火钢则是较细的等轴α晶粒,具有位错的胞状亚结构。正火钢的这种组织特征降低了有效α晶粒尺寸,并导致较高的低温冲击韧性。

用点阵参数法测定了熔体淬火条件下过渡金属Fe,Co,Ni,Cr,Mn和Zr在Ag中固溶度的扩展。在10~5-10~6K/s冷却速度下,它们在Ag中亚稳极限固溶度C_(eq)~s分别为1.0,1.5,1.5,3.0,48和6at.-％。提出了不同的亚稳扩展机制,讨论了共晶系,包晶系和偏晶系三种类型Ag合金系亚稳扩展的规律,并用表面张力理论和元胞电子密度说明和描述了偏晶系合金液态溶解度和亚稳固溶度的规律。

研究了液相烧结的90W-7Ni-3Fe合金的形变和断裂特征。试样由基体相首先开始屈服,承受塑性变形。当界面结合强度较低时,试样首先沿界面裂开,而当界面结合强度增高到高于钨的解理断裂应力时,试样同时发生钨球的穿晶解理开裂和基体相的塑性撕裂。 氢是造成烧结试样界面脆化的重要原因之一。真空热处理能去除界面孔隙中的氢以及钨颗粒和基体相界面之中的氢,从而提高界面的结合强度,使试样的断裂强度和塑性同时得到提高。

制备了La_2Mg_(17)和La_2Mg_(16)Ni合金,研究了其贮氢性能。给出了这两种合金的解吸等温线,并据此计算了相应的△H,△S值。解吸等温线的分析表明:La_2Mg_(16)Ni的解吸等温线有分别对应于Mg_2Ni-Mg_2NiH_4以及Mg-MgH_2的两个平台。通过X射线衍射物相分析和电子探针分析,总组成为La_2Mg_(16)Ni的合金实际上是La_2Mg_(17)型和Mg_2Ni型两相混合物。La_2Mg_(16)Ni的氢化产物是La的氢化物以及MgH_2和Mg_2NiH_4。对两种合金还作了常温低压吸氢及常压加热吸氢等应用试验。从研究结果看来,La_2Mg_(17)和La_2Mg_(16)Ni合金是性能较好的贮氢材料。

本文研究了微量硫对W14Cr4VMn高速钢热塑性的影响:热扭转实验证实微最硫仍能危害钢的热塑性;Auger能谱仪实验发现,即使钢中的硫含量降低到0.002wt-％时,硫仍偏聚在晶界上。本文讨论了硫偏聚和微量硫危害热塑性的原因。

本文用Auger能谱仪较详细地研究了S,P等杂质元素在高速钢铸态晶界和奥氏体晶界上的偏聚情况与稀土元素的净化作用。钢中的S,P含量不同,在晶界上偏聚的量也不同。加入稀土元素后,可以使偏聚在晶界上的S,P减少,并观察到了稀土能使晶界上的硫消失.文中对S,P在晶界上偏聚和稀土元素净化作用的原因进行了讨论。

本文用X射线分析和差热分析方法测定了Er≤50at.-％区域内的Er-Ge二元系相图。在此成分区域内观察到三种化合物:ErGe_2,Er_2Ge_3和ErGe。在Ge和ErGe_2之间有一个共晶反应,共晶点成分是23at.-％Er,共晶温度是866℃。有两个包晶反应:在900℃形成化合物ErGe_2,在1043℃形成化合物Er_2Ge_3。差热分析表明,ErGe_2在886℃时,发生多型性变化。没有观察到Er在Ge里的固溶度。

本文介绍了一种新的X射线定量相分析方法,即首先计算出参考强度比值。再模拟样品的真实物理状态和试验条件对计算值进行修正(包括显微吸收、择尤取向、单色器和自动发散狭缝等)。用此修正值作X射线定量相分析时,可以显著提高分析结果的准确度。 只要知道物相有关的晶体结构参数,就可以用本方法完成各种样品的定量分析,还可以检验实际测量的参考强度比值的准确度及解析误差来源。

用辉光光谱分析测出了纯Fe,45钢,Cr12Mo工具钢,Cr26Mo和Cr18Ni9Ti不锈钢的渗硼层中硼与合金元素的分布规律。根据测得的硼和合金元素的含量,计算了渗硼层中硼化物相的组成。经X射线衍射分析证明,计算结果是可靠的。