对比研究了传统X80管线钢和新型含Cu管线钢的氢致开裂敏感性。结果表明,传统X80管线钢抗氢致开裂性能不佳,氢致裂纹主要沿着马氏体/奥氏体(M/A)岛与基体界面扩展;而不同Cu含量的新型管线钢具有优异的抗氢致开裂性能,表现为氢致开裂实验后无裂纹出现。分析认为,含Cu管线钢中的纳米尺寸富Cu相提供了捕获H的有利陷阱,这种均匀弥散析出的细小富Cu相为H的分布提供了众多位置,有助于避免在局部区域产生很高的H富集而发生微观区域氢脆。纳米尺寸富Cu相作为有利氢陷阱为研发高强度兼具优异抗氢致开裂性能的新型管线钢提供了新思路。

设计了气氛混合装置,控制炉气成分以及H₂O(g)含量,利用真空管式加热炉对弹簧钢铸坯试样进行加热保温。采用激光多点共聚焦显微镜研究了混合气氛下H₂O(g)对弹簧钢表面脱碳的影响。结果表明,试样总脱碳层厚度随温度升高而增加;混合气氛下,650 ℃出现轻微铁素体脱碳,700~950 ℃有明显铁素体脱碳层,850 ℃为铁素体脱碳峰值温度,与空气条件相比,表面铁素体脱碳更加严重,脱碳开始温度有所降低。低温区表面脱碳的发生与C浓度梯度驱动下珠光体片层中渗碳体的溶解有关,铁素体脱碳层晶粒形态呈现为尺寸细小、无明显取向。H₂O(g)破坏防止脱碳的保护机制,对试样脱碳程度的加深有重要作用。

通过对核主泵叶轮用小尺度超薄CA6NM马氏体不锈钢样品的对称弯曲疲劳和单轴拉-拉疲劳实验,获得了小尺度样品的疲劳性能,并将其与标准块体CA6NM马氏体不锈钢样品的疲劳性能进行了对比研究,研究利用超薄样品评价CA6NM不锈钢疲劳可靠性的可行性。研究发现,40 μm厚的超薄CA6NM钢样品拉伸强度比块体样品略高,但拉伸塑性明显降低;单轴加载下的40 μm厚的超薄样品在低周区的疲劳强度低于标准块体样品获得的疲劳强度,随着应力幅的降低,在高周区两者的疲劳强度性能差异逐渐减小,疲劳极限较为接近。相同40 μm厚的超薄样品的对称弯曲疲劳加载获得的疲劳强度远高于单轴拉-拉疲劳加载获得的疲劳强度,且高于块体样品的疲劳强度。小尺度超薄样品的疲劳性能与加载方式密切相关,对小尺度样品疲劳性能与块体材料疲劳性能差异的微观机理进行了探讨,并评价了采用小尺度超薄样品评价CA6NM钢疲劳可靠性的可行性。

利用SEM、TEM以及三维原子探针(3DAP)等分析方法,研究了V-N微合金钢在线快速感应回火过程中,不同保温时间对力学性能以及析出强化机理的影响。结果表明,未经回火组织为粒状贝氏体;经过600 ℃回火后,组织为粒状贝氏体+铁素体。试样在600 ℃回火,保温300 s,硬度和屈服强度出现峰值,分别为330.45 HV和815 MPa,与未回火试样相比,屈服强度增加了173 MPa。屈服强度的增加主要依靠V或者VN原子团簇,团簇中V、N原子的分布近似单原子层,类似析出相的GP区,其内部总的原子数量在20~100个之间,这些细小的纳米团簇与位错有较强的相互作用,与V(C, N)析出相相比,V或VN团簇具有更佳的强化效果。

使用三维电子背散射衍射(3D-EBSD)技术对316L不锈钢的3D晶界网络进行表征分析,研究了孪晶界在三叉界角和四叉界角中的分布规律,以及孪晶界沿晶粒和沿晶界的分布规律,揭示孪晶界在316L不锈钢3D晶界网络中的分布特征。分析结果表明,316L不锈钢3D晶界网络中的孪晶界数量比低于面积比;大部分三叉界角中有1个或者没有孪晶界,含有2个孪晶界的三叉界角很少;大部分四叉界角中有1~2个孪晶界,含有3个孪晶界的四叉界角很少;每个3D晶粒平均有11个晶界面,其中孪晶界面数平均为2.03;平均每个晶界与9.35个晶界线接触,其中孪晶界个数平均为1.99。另外,从整个晶界网络层面上讨论了3D随机晶界网络的连通性问题。

采用XRD、SEM、TEM、EBSD、EPMA等表征手段及硬度测试和拉伸实验研究了Mn12Ni2MoTi(Al)钢经过形变热处理后的微观组织及其性能。结果表明,Mn12Ni2MoTi(Al)钢经过65%冷轧及745 ℃两相区退火处理后,其横截面形成了由奥氏体层和铁素体层交替排列的层状条带组织,每个条带均由晶体取向相近的亚微米等轴晶组成;奥氏体条带中含有少量的铁素体晶粒,同样铁素体条带中含有少量的奥氏体晶粒。这种奥氏体/铁素体层状条带结构中的奥氏体晶粒具有黄铜型{110}<112>和Goss型{110}<001>织构,铁素体晶粒主要为旋转立方型{001}<110>和立方型{001}<100>织构。随着退火时间的延长,层状条带特征先增强然后逐渐减弱直至消失,同时奥氏体织构由黄铜型织构逐渐向Goss型织构演化。当材料具有层状条带组织时,同时具有高屈服强度和良好延伸率;当层状条带组织消失时,其屈服强度大幅度下降的同时延伸率也下降。

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验,并结合电化学噪声(ECN)、SEM与EIS等方法,研究了P110低合金油管钢在模拟井下环空液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为,并探讨了S^2-浓度对裂纹萌生和扩展过程的影响。结果表明,在P110钢的弹性形变阶段,环空液中低浓度S^2-的加入加速了P110钢拉伸试样表面钝化膜的破坏,导致ECN曲线上出现许多由亚稳态点蚀引起的短时电流噪声峰。S^2-的加入还显著缩短了亚稳态点蚀向稳定点蚀转变的时间,促使拉伸试样表面出现较大尺寸的蚀坑,这些蚀坑在拉应力作用下可以转变为裂纹萌生源。相比亚稳态点蚀,裂纹生长产生的噪声峰平均寿命更长(约400 s),且噪声幅值(约40 μA)和积分电量(约4000 μC)也更大。P110钢的SCC以阳极溶解为主,且裂纹生长速率随S^2-浓度的增加而增大,但裂纹生长是断续而非连续进行的。

采用SEM、Raman光谱、XPS等分析手段,结合扫描振动电极(SVET)、微区电化学测试和电化学阻抗谱(EIS)等电化学测量技术,研究含硫酸盐还原菌(SRB)的模拟海水中X80管线钢表面生物膜的形成、特征,生物膜与膜下金属的交互作用,以及管线钢腐蚀行为及电化学过程特征。结果表明：SRB微菌落及胞外聚合物(EPS)形成初期,EPS的屏障作用抑制X80钢的腐蚀过程;SRB生物膜形成后,X80钢的自然腐蚀电位降低约20 mV,SRB显著促进了管线钢的腐蚀过程;浸泡后期SRB及其生物膜使X80钢腐蚀速率较灭菌对照组高出约1个数量级。SRB生物膜与腐蚀产物Fe²⁺/Fe³⁺间存在络合、螯合作用,细胞及其代谢产物硫化物与金属间存在直接或间接电子交互作用,这些作用相互协同耦合,促使生物膜下局部腐蚀的发生和发展。

采用原位生长的方法,首先在6061铝合金表面制备了层间含NO₃^-的ZnAl-LDHs (layered double hydroxides,层状双金属氢氧化物)层,然后将正钒酸根(VO₄^3-)和偏钒酸根(VO₃^-) 2种缓蚀剂离子插入ZnAl-LDHs-NO₃层板间,在6061铝合金表面制备了ZnAl-LDHs-VO₄和ZnAl-LDHs-VO₃层。通过XRD、FT-IR和SEM等技术研究了上述3种ZnAl-LDHs层的晶体结构、成分组成和表面形貌,并分析了ZnAl-LDHs层的生长行为;通过电化学工作站和超景深3D视频显微镜研究了6061铝合金表面3种ZnAl-LDHs层在3.5%NaCl水溶液中的耐腐蚀行为。结果表明,6061铝合金表面原位制备的ZnAl-LDHs层呈片状垂直于基体生长,能够完全覆盖在铝合金表面。与6061铝合金基体相比,含ZnAl-LDHs层的铝合金具有较高的腐蚀电位(E_corr)、较小的腐蚀电流(I_corr)和较大的电荷转移电阻(R_ct)。这说明ZnAl-LDHs层能够明显提高6061铝合金的耐腐蚀性能,可用于6061铝合金表面的防腐蚀保护。在6061铝合金表面的3种ZnAl-LDHs层中,ZnAl-LDHs-VO₃的耐腐蚀性能最高。

利用定向凝固技术,通过改变石墨套厚度获得不同强度的磁场,研究了通电感应线圈产生的磁场对DD90单晶高温合金凝固组织的影响规律,同时结合Ansys有限元分析对合金熔体内磁场、流场分布进行了模拟。结果表明：当石墨套厚度为10~30 mm时,单晶性保持完好;随石墨套厚度的增加一次枝晶间距变大,二次枝晶间距变化规律与之相反,铸态组织析出相γ′的尺寸、共晶组织含量明显增加,元素偏析增大。合金熔体内磁场、流场的Ansys有限元模拟表明,随石墨套厚度的增加,熔体内磁场强度、流速均逐渐减弱。在此基础上,从磁场作用下热电磁对流和熔体流动的角度对结果进行了分析和讨论。

通过分析bcc结构金属Mo和fcc结构金属Ir电子束区熔中3种不同取向[100]、[110]和[111]晶体生长,发现金属Mo在平界面凝固下会以[110] 取向择优生长,而在凸界面下可能存在[100]和[110] 2种择优生长方向,取决于界面能各向异性参数a₁和a₂的相对大小,说明电子束区熔中金属Mo单晶通常呈现[110]择优取向,而不是通常认为的[100]择优取向。无论是在平界面还是凸界面下,fcc结构高熔点金属Ir始终以[100]择优取向生长,并通过Ir单晶生长实验得到验证。电子束区熔下需综合考虑晶体生长曲率过冷度和动力学过冷度的影响,小尺寸试样(晶粒尺寸在毫米量级及以下)中晶向选择和淘汰取决于曲率过冷度;大尺寸试样(晶粒尺寸在厘米量级及以上)的晶向选择和淘汰主要依靠动力学过冷度。

利用电磁复合场协同激光熔覆制备多道Ni60合金熔覆层,运用着色探伤剂、OM、SEM、EDS、XRD与硬度测试等实验手段,对制备的Ni60合金熔覆层进行测试分析。结果表明,施加电磁复合场之前,制备的Ni60合金熔覆层表面出现明显开裂,内部存在大尺寸气孔,表面成形质量差;施加电磁复合场之后,Ni60合金熔覆层表面裂纹得到了抑制,内部气孔消失,且熔覆层表面成形质量也得到了改善。同时,施加电磁复合场后,制备的Ni60合金熔覆层的脆性相(CrB和(Cr, Fe)₂₃C₆ )颗粒尺寸从4~6 μm降低至2~4 μm,且颗粒偏聚得到降低,并有效地消除了内部裂纹。施加电磁复合场之后,熔覆层内部的脆性相含量、颗粒偏聚、晶格畸变和硬度均减少,降低了裂纹萌生的几率,从而有效地抑制了内部裂纹的形成。

对高镁Al-10Mg合金分别做了固溶与时效处理,固溶工艺为673 K、24 h,固溶后的高温时效工艺为573 K、24 h,并对固溶及时效态试样分别进行了两道次压缩实验。通过OM、XRD、EPMA、EBSD等分析表征手段,研究了时效析出的β相对高镁Al-10Mg合金热变形过程中的力学性能及微观组织演变的影响。结果表明,时效处理后晶粒内部析出了均匀分布的β相,两道次压缩实验后时效态试样的应力-应变曲线始终处于固溶态试样曲线的下方。第一道次压缩实验中时效态试样的硬化率低于固溶态试样的硬化率,在回复过程中固溶Mg原子对形变强化起主要作用;第二道次压缩实验中时效态试样的硬化率高于固溶态试样的硬化率,时效态试样内部的位错累积更显著并且更早地出现了再结晶软化。时效态试样压缩组织内残余了更多的形变储能,使β相激发出更多的小角度晶界,进而将变形晶粒基体切割成若干区块,促进了再结晶形核,从而细化了再结晶晶粒。时效态压缩组织各区块的Schmid因子分布更均匀,在后续变形过程中能承受更多的塑性变形。再结晶形核不再局限于晶界凸出(bulging)形核,再结晶晶粒不再具备典型的再结晶织构特性,各向异性被弱化。β相阻碍了位错的滑移,将部分变形储能累积在沉淀相周围的小角度晶界处,减少了滑移到变形晶粒晶界处的位错数量,从而减缓了变形晶粒晶格的旋转,使变形晶粒含有{001}和{101} 2种面织构组分。

运用拓扑模型研究了等原子比NiTi合金B2-B19'马氏体相变晶体学,根据最优扭转角(ω_o)准则计算得到ω_o=-0.969°,并获得了马氏体惯习面指数及母相-马氏体相界面位错结构特征,计算结果与实验测量值非常接近。NiTi合金马氏体相变所产生的相变应变包含一个平行于惯习面的剪切应变和一个垂直于惯习面的轴向应变,轴向应变量表示B2-B19'相变所引起的宏观体积变化为$ε_{33}^{HP}$=6.6879×10^-3,表明NiTi合金的负热膨胀现象来源于合金中马氏体相变所产生的相变应变。