通过求解凝固界面前沿熔体中的溶质浓度场方程, 从理论上建立了一个用于描述连铸法Gasar工艺中的工艺参数对藕状多孔金属结构平均孔径、孔间距以及气孔率影响的理论模型, 并将抽拉速率对多孔金属结构的影响的理论预测结果与文献中相应实验结果进行比较, 结果表明, 理论预测结果与实验结果吻合较好. 预测结果显示, 平均孔径r_g和孔间距L随抽拉速率v的升高不断降低, 但气孔率变化较小, 它们之间存在着简单关系为:r_g^1.72·v=A和L^1.72 ·v=B (其中, A和B都是取决于气体压力p_H2和p_Ar以及熔体温度T的常数).

针对316L不锈钢激光快速成形(LRF)薄壁试样的凝固组织形态分布,从凝固理论出发, 建立了激光快速成形柱状晶/等轴晶转变(CET)及一次枝距λ₁与有限元温度场耦合数值模型, 模拟了成形高度为2.8 mm的LRF薄壁 试样凝固组织形态及分布. 结果表明: 316L不锈钢LRF组织由致密、均匀、外延生长的细长柱状晶组成, 一般不发生CET转变, 组织中λ₁在6.5-17 μm范围内, 且随熔覆高度的增加而逐渐增大, 模拟结果与实验符合很好. 在此基础上, 对成形高度为40 mm薄壁件的凝固组织形态及分布进行了预测.

采用电子通道衬度(ECC)和电子背散射衍射(EBSD)技术研究了珠光体钢丝冷拉拔过程中微观组织的变化、铁素体微区取向与织构演变. 结果表明, 珠光体变形组织中存在剪切带(S带),它们的出现与渗碳体片条和拉拔方向之间的夹角有关: 夹角越大, S带越多.随着拉拔应变量的增大, 纵截面上珠光体片条逐渐转向拉拔方向, S带方向与拉拔方向的夹角逐渐减小. 珠光体内的S带会引起铁素体晶粒局部微区取向急剧变化, 从而使原有的珠光体团分裂成若干个由铁素体大角度晶界相隔的区域. 钢丝拉拔过程中形成平行于拉拔方向的铁素体<110>丝织构, 随着应变量的增大, 平行于拉拔方向的铁素体<110>丝织构增强, 其它丝织构组分减弱; 靠近钢丝中心区域内的<110>丝织构增强幅度大于其它区域.

基于前期工作对压缩孪晶静态再结晶的分析, 主要利用XRD和EBSD技术进一步研究AZ31镁合金中拉伸孪晶静态再结晶过程中组织和织构的演变规律, 以及再结晶初期新晶粒的取向特征. 结果表明: 拉伸孪晶不能有效地促进再结晶形核, 其细化晶粒的效果不显著, 其再结晶速率显著延迟于压缩孪晶; 退火过程中并没有生成新的再结晶织构组分, 表现为初始基面织构的减弱; 新晶粒优 先在拉伸孪晶的变体交叉处, 或拉伸孪晶与压缩孪晶的交叉处形核, 但其取向规律性不强, 没有遵循初始拉伸或压缩孪晶内的取 向规律. 同时还对拉伸与压缩孪晶的再结晶行为进行了比较.

通过热模拟压缩实验, 研究了铁素体相变前的奥氏体晶粒尺寸对基于动态相变的热轧C-Mn-Al-Si系TRIP钢组织及力学性能的影响. 结果表明, 减小原始奥氏体晶粒尺寸, 可促进动态相变时的铁素体相变动力学, 有利于铁素体、贝氏体及残余奥氏体等相分布更为均匀, 获得的贝氏体束及贝氏铁素体尺寸较小, 残余奥氏体的体积分数及C含量均较高, 细小的颗粒状残余奥氏体数量较多且弥散分布, 因此可获得具有较高强度和优良塑性的热轧TRIP钢.

利用OM, SEM和TEM等研究了动态相变后的冷却速率对基于动态相变的热轧TRIP钢组织控制影响.结果表明, 动态相变后的冷却过程中, 亚稳的未相变奥氏体会继续以形核为主的方式发生铁素体相变. 随着冷却速率的降低, 铁素体体积分数增多, 铁素体晶粒内的位错回复较为充分,但铁素体晶粒尺寸变化不大. 控制一定的冷却速率(30℃/s), 可使实验钢组织中铁素体体积分数及位错密度适中, 残余奥氏体体积分数较高, 具有较好的强度及塑性.

用正交偏振光显微镜, 通过原位观察研究了恒位移下BaTiO₃单晶贯穿裂纹快速扩展与畴变的关系, 以及在室温空气中(湿度为35%RH)亚临界裂纹扩展和畴变的关系. 结果显示, 加载开始时首先出现畴变, 且其体积分数随载荷升高而增大; 当载荷达到临界值时, 裂纹快速形核、扩展并止裂. 在空气中保持恒位移, 畴变能慢慢发生,即空气中水吸附能促进畴变, 当畴变发展到临界条件时就引起裂纹的亚临界扩展(即应力腐蚀).

采用所构建的长程F-S势函数, 对连续升温过程中γ-Fe→δ-Fe→液态Fe的相变过程进行了分子动力学(MD)模拟. 结果表明, 计算得到的γ-Fe, δ-Fe以及液态Fe的微观结构(径向分布函数、配位数)和宏观物性(密度)都能与实验结果 吻合很好, 但相变温度点与实验值的偏差较大, 推测是由过快升温速度造成的过热度过高所致. 从微观结构、瞬态能量及密度的分析出发, 讨论了固态相变(γ-Fe→δ-Fe)和固-液相变(δ-Fe→液态Fe)的具体过程. 其中, 固态相变主要形 成于晶格扭曲和滑移,而固-液相变即熔化过程起始于固体岛颗粒的边缘, 并逐渐向其中心扩散.在相变演化过程中, 通过瞬态能量和密度的起伏观察到明显的孕育过程.

以强碱性阴离子交换树脂为沉淀剂, 采用离子交换法制备了ZrO₂∶Eu ³⁺纳米晶. 通过XRD, TEM,HRTEM和EDS等对晶体的结构、形貌及化学成分进行了表征, 利用3D荧光光谱、激发光谱和发射光谱研究了Eu³⁺在ZrO₂纳米晶中的发光性质. 结果表明, 焙烧温度在800℃以下所得的ZrO₂∶Eu ³⁺纳米晶主要为四方结构, 晶粒尺寸约为5-20 nm, 随着焙烧温度的升高, 样品的晶结构发生了细微变化, 从900℃开始出现了少量单斜晶. 由ZrO₂∶Eu ³⁺的3D荧光光谱确定了其最佳监测波长和发射波长, 在394 nm波长光的激发下观察到纳米ZrO₂ 中Eu³⁺的590 nm (⁵D₀ →⁷F₁) 和606 nm (⁵D₀→⁷F₂) 特征发射谱, 随着相结构细微的变化, 发射光谱的形状及强度均发生变化, 说明ZrO₂∶Eu ³⁺纳米晶的发光性质对其结构非常敏感.

研究了铸造铝合金的微观组织参数包括二次枝晶臂间距(SDAS)、Si颗粒的形貌率和体积分数, 与拉伸过程中内应力的关系, 根据Hollomon和内应力公式建立了应变硬化指数n的定量预测关系式. 结果表明: n值反映了材料在较大塑性变形下(在发生塑性松弛以后)的硬化能力. 定义了微结构硬化能力参数, 并用常见的几种铸造铝合金材料进行了验证. 所推导的理论关系式及线性拟合关系式能较好地预测n值, 对同一牌号的铸造铝合金材料, n值对颗粒相形貌率和
SDAS的依赖性强, 而对颗粒相体积分数的依赖性不明显, 颗粒相形貌率和SDAS值越大, n值越小. 对A319和A356/357铝合金, 最佳修正系数分别是0.17和0.11,预测平均误差在10%左右.

夹具及垫板的拘束作用对被焊平板试样残余应力与变形的演变历程具有重要影响.将夹具和垫板作为弹塑性体包含到焊接数值 模拟模型中,采用4种模型模拟夹具及垫板与被焊平板试样之间的相互作用,能够提高焊接数值模拟研究方法的科学性和准确性. 数值 模拟结果表明,夹具拘束作用的不同处理方式对平板试样焊后残余应力分布与变形趋势有重要影响.不同拘束条件下的平板试样残余变 形模拟结果,与平板试样在自由状态下和夹具夹持状态下焊接实验获得的变形趋势均一致.在焊接过程初期阶段, 平板试样上下表面的横向 应力分布差异,对决定平板试样的残余变形趋势有重要影响.

采用可变长度热源模型对奥氏体不锈钢平板多层焊对接接头的残余应力进行了数值模拟, 同时也用实验方法测量了平板对接接 头上下表面的残余应力. 通过比较由热弹塑性有限元计算得到的残余应力与由电阻应变片法测量得到的实验结果得知, 采用该模型对多层焊对接接头残余应力的数值模拟, 不仅可以大大缩短计算时间, 也可以得到较高的计算精度.

采用过滤阴极真空电弧技术以PH₃为掺杂源, 施加0-200 V基底负偏压, 制备了掺磷四面体非晶碳(ta-C∶P)薄膜. 利用X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱研究ta-C∶P薄膜的微观结构,通过测定变温电导率和电流-电压曲线, 考察ta-C∶P薄膜的导电行为. 结果表明, 磷掺入增加了薄膜中sp²杂化碳原子含量和定域电子π/π*态的数量, 提高了薄膜的导电能力, 且以-80 V得到的ta-C∶P薄膜导电 性能最好. 在293-573 K范围内ta-C∶P薄膜中的载流子表现出跳跃式传导和热激活传导两种导电机制. 电流--电压实验证明ta-C∶P薄膜为n型半导体材料.

基于以Nb替代V的设想, 采用OM, SEM, EDS, 相分析、硬度测定及冲击韧性实验, 研究了不同Nb-V含量对Cr8型冷作模具钢微观组织和力学性能的影响. 结果表明,Nb提高MC共晶碳化物的析出温度, 包晶反应和包共晶反应的温度也随之提高,初生γ相中C含量的分布更不均衡. 当Nb含量(质量分数)达到1.32%时,
初生γ相界附近更易形成粒状碳化物; 不同Nb-V含量会改变MC共晶碳化物的类型, 随Nb含量的升高, MC共晶碳化物由以VC为主变成VC和少量(Nb, V)C,
再变成以NbC为主和(Nb, V)C复合, 使钢中莱氏体形态更平直; 当Nb含量达到1.32%时,以Nb替代V可显著提高低温淬火硬度, 使淬火硬度峰值向低温区移动, 同时Nb替代V对二次硬化有利, 可以获得更高的回火硬度和抗回火软化性; 实验钢的冲击韧性随Nb含量的升高而降低.

长期时效期间K452和K446合金中的γ'相形貌都保持球形, 尺寸不断粗化, 但K446中γ'相的粗化速率总体上比 K452快. 初生MC的热稳定性不仅与MC本身的化学成分密切相关, 而且与合金成分有关; 合金中γ基体的热稳定性(即晶内二次碳化物或TCP相的析出)与初生MC的热稳定性有关; 晶界粗化通过γ沉淀及镶嵌于其中的碳化物(M₂₃C₆或M₆C)的析出和长大来实现.γ'相粗化、初生MC分解、晶界粗化以及二次碳化物或TCP相的析出等, 使合金的力学性能明显下降.

研究了一种用于汽车车体的高强、高塑性中C-高Mn系孪晶诱发塑性(TWIP)钢, 有助于达到汽车减排、节能和安全的目的. 通过单向拉伸实验和OM观察, 分析研究了水淬工艺对TWIP钢的力学性能和微观组织的影响规律, 采用SEM和TEM对不同变形程度TWIP钢的精 细结构进行了分析. 结果表明, 随着水淬温度的提高, 退火孪晶体积分数和晶粒尺寸增大, 塑性、加工硬化性提高, 而试件的强度和屈强比降低, 可以获得抗拉强度960 MPa, 延伸率60.5%, 具有优异的综合力学性能(强塑积最高达6.096×10⁴ MPa?%)的试件; 具有大量退火孪晶的奥氏体在变形过程中产生大量的形变孪晶, 提高了TWIP钢的强度和塑性.

以Ti粉为原料, 高速压制内、外径分别为30和60 mm的圆环状及直径为20 mm的圆柱状两种试样, 探讨冲击能量、装粉量等对压坯密度的影响, 并寻求高速压制过程的合适表征方式. 结果表明: 对于内、外径分别为30和60 mm的圆环试样, 当冲击能量为3.804 kJ时, 可成形的压坯密度最大, 为4.00 g/cm³, 致密度为88.9%; 对于直径为20 mm的圆柱试样, 当冲击能量为1.217 kJ时, 可成形的压坯密度最大, 为4.38 g/cm³,致密度为97.4%. 对于同种试样, 压坯密度随冲击能量的增加而增大, 随装粉量的增加而减小. 质量能量密度能全面地表征试样大小、冲击能量和装粉量等不同参数下的压坯密度.

在水溶液中化学合成了Fe, Co, Ni, Cu, Pb, Ca, Ba和La的高铼酸盐.对它们的结构、成分和形貌进行了XRD和SEM-EDS分析表征. 利用UMT-2M摩擦试验机, 测试从室温至750 ℃在Si₃N₄陶瓷球/GH126镍基高温合金盘间添加合成高铼酸盐前后的摩擦系数. 筛选部分合成高铼酸盐作为季戊四醇酯合成油的添加剂, 测试其摩擦系数. 结果表明: 除合成Fe(ReO₄)₃为非晶态外, 其它合 成高铼酸盐均为晶态,它们的XRD数据与标准卡片中的数据十分接近, 成分与计算值也基本相符. 这些合成高铼酸盐均具有一定的润滑 能力, 且随温度变化的规律各不相同. 其中, Co, Cu和Ca的合成高铼酸盐具有宽温度范围全程润滑油添加剂所期望的减摩性能, 可以实现常温油润滑-高温固体润滑的混杂润滑模式.

用质量损失法系统研究了不同温度(25和50℃)和不同冲刷速率(0.63-1.88 m/s)下,J4不锈钢、Ni-P和Ni-Cu-P合金镀层, 及对比材料316L不锈钢在液-固两相流(20% H₂SO₄+20 g/L Al₂O₃)中的冲刷腐蚀行为. 结果表明:不锈钢和镀层的抗冲刷腐蚀性能由高到低依次为镀态Ni-Cu-P, 镀态Ni-P,热处理态Ni-Cu-P, 316L, J4. 提高两相流介质温度均使它们的冲刷腐蚀速率增大. 316L不锈钢在25℃液-固两相流介质中的冲刷腐蚀速率分别为镀态Ni-Cu-P, 镀态Ni-P和热处理态Ni-Cu-P镀层的8.5倍, 8倍和2.6倍以上, 而在50℃下分别为392倍, 80倍和14.8倍以上; J4不锈钢在25和50℃液-固两相流介质中的冲刷腐蚀速率分别为316L不锈钢的28倍和13倍以上. 在25和50℃, J4不锈钢分别为选择性腐蚀和均匀腐蚀, 而316L不锈钢均为轻微选择性腐蚀, Ni-P和Ni-Cu-P合金镀层均为均匀腐蚀.

应用极化曲线法和电化学阻抗技术研究了NO₂^-和Cl^-对钢筋在不同pH值的模拟混凝土孔隙液中的腐蚀行为. 结果表明, 钢筋耐蚀 性与溶液的pH值, 以及NO₂^-和Cl^-的浓度相关. pH值的降低和Cl^-浓度的增高都会使钢筋的耐蚀性降低. 在含Cl^-的模拟液中, 随着NO₂^-浓度升高, 钢筋腐蚀速率降低, 在pH值为12.50和10.50的溶液中, 当[NO₂^-/Cl^-]≥0.4时,NO₂^-对钢筋具有良好的阻锈作用.

采用动电位极化曲线、动电位电化学阻抗谱(DEIS)和SEM研究了X80管线钢在NaHCO₃溶液中的阳极电化学行为. 结果表明: 随着HCO₃^-浓度增加, X80管线钢腐蚀速率呈现先增加、后减小的趋势, X80管线钢“钝化”的临界HCO₃^-浓度为0.009 mol/L. 随着HCO₃^-浓度增加, 极化曲线阳极电流峰发生变化, 当HCO₃^-浓度低于0.009 mol/L时, 无阳极电流峰; 当浓度在0.009-0.05 mol/L时, 有一个阳极电流峰;当浓度增加到0.1 mol/L时, 出现两个明显的阳极电流峰, 且第1峰与第2峰的峰值电流比随浓度的增大而逐渐增大. DEIS结果与动电位极化曲线完全对应,二者相结合可以很好地研究在不同电位下NaHCO₃溶液中X80管线钢的腐蚀行为,同时对其腐蚀产物 和腐蚀机理进行了分析.