以Ti-43Al-3Si为籽晶, 对Ti-47Al合金籽晶法定向凝固过程中的相选择和组织演化规律进行了研究. 凝固初期, 液相中富含Si, 促使相为其初生相, 获得了与生长方向平行的全片层组织. 随着凝固的进行, 液相成分逐渐接近Ti-47Al. 生长速率为90 mm/h时, 凝固组织以胞状树枝晶形态生长, 由于晶体生长形态对界面前沿溶质分布的影响,在稳定的溶质边界层建立前, Al和Si含量不能保证α相的连续生长,β相在α枝晶间形核长大, 出现与凝固方向成45夹角的片层, 破坏了片层取向的一致; 生长速率增至720 mm/h时, 凝固组织中枝晶生长发达, 枝晶间距减小, 基本转变为以择优取向生长的α相.

用原子力显微镜(AFM)观察磁控溅射Cu膜的表面形貌, 并基于功率谱密度(PSD)和粗糙度测量方法对薄膜进行了量化表征, 研究了薄膜表面演化的动力学标度行为.结果表明: 薄膜表面演化具有多尺度特征, 在全域和局域呈现两种不同的标度行为.全域的粗糙度指数αg≈0.83, 生长指数βg≈0.85; 而局域的粗糙度指数αl≈0.88, 生长指数βl≈0.26.这种差异揭示了薄膜生长机制的尺度依赖性. 薄膜全域表面演化为异常标度行为,这归因于体扩散导致了晶粒几何形态的急剧变化; 而局域表面演化呈现表面扩散控制的生长行为.

采用计算效率和计算精度较高的Fourier变换谱分析方法求解Cahn-Hilliard相场方 程, 并耦合热力学数据, 对Cu-Pb过偏晶合金在等温情况下液相分离过程中的颗粒生长 和Ostwald 熟化进行了模拟研究. 结果表明, 合金体系中两液相区中的第二 相颗粒生长和Ostwald 熟化过程可以通过调节能量梯度系数和迁移率系数实现. 在过饱和基体中第二相单个颗粒生长的计算结果表明, 颗粒生长的扩散过程主要是系 统自由能作用的结果, 能量梯度系数γ对颗粒与基体之间的浓度梯度起调节作用. 随着γ的减小, 两液相之间的浓度梯度增大, 颗粒轮廓线的斜率增加. 颗粒半径 的生长速率与经典的Zener理论良好吻合. 模拟了Cu-Pb过偏晶合金不混溶区析出第二 相颗粒半径的分布情况, 随着粗化过程的进行, 归一化颗粒半径的尺寸分布峰值由初始 的小于平均尺寸逐渐向平均尺寸靠近, 且最终超过平均尺寸。

基于电子背散射分析（EBSD）技术对纯铜柱状晶标定获得的初始晶粒形貌和平均取向，利用晶体塑性理论，建立了基于晶粒真实取向和形貌的多晶塑性有限元模型，模拟了纯铜柱状晶单轴压缩过程中的取向和形貌变化。通过实施相应的单轴压缩实验获得了取向和形貌变化的实验数据。系统地比较了多晶样品中每一个晶粒取向和形貌的模拟结果和实验结果，得到晶粒取向和微观结构变化的统计性结果。

通过对均匀化退火后的AZ91镁合金热挤压以及随后的时效处理, 分析了形变 及时效过程对材料组织与性能的影响. 结果表明: AZ91镁合金在320和380℃挤压 时发生了动态再结晶, 组织比铸态细化, 力学性能大幅度提高; 随后的时 效处理进一步提高了挤压镁合金的力学性能. 经380℃挤压及200℃, 10 h的时效 处理后, 其抗拉强度σb$可达357 MPa, 延伸率δ达8％。

对Al-Pb合金开展了快速定向凝固实验, 并根据实际凝固条件模拟计算了合金的组织演变过程. 结果表明, 当凝固速度不变时, Pb相粒子尺寸及其分布范围随Pb含量的增加而增大; 当合金成分不变时, Pb相粒子尺寸及其分布范围随凝固速度的增加而减小.模拟结果与实验数据吻合较好, 展现了快速定向凝固条件下Al-Pb合金的凝固组织形成过程.

采用热模拟实验在变形温度为700---00℃、应变速率为10 -3 --- 10 1 s -1的条件下, 对Ni-Ti合金的热压缩变形行为及变形组织进行了分析. 采用实测数据回归分析方法, 得出双曲正弦函数形式本构方程中的材料参数;将材料参数对应变进行二次拟合, 建立了Ni-Ti合金热变形过程的流变应力与变形温度、应变速率和应变的本构关系. 变形激活能$Q$和结构因子$A$随应变的增加而减小, 应力指数$n$随应变的增加呈线性增加.有序--无序间的相互转变以及动态回复或动态再结晶的综合作用, 是Ni-Ti合金的热压缩变形真应力-真应变曲线变化规律不同于传统非金属间化合物材料的主要原因.

镍基高温合金GH4169热模拟压缩实验结果表明:变形温度的升高和应变速率的减小使该合金高温变形时的峰值应力和稳态应力显著降低,变形温度会影响其进入稳态变形时变形程度的大小. 基于高温合金GH4169高温变形时的流动应力特征, 运用模糊神经网络理论建立了该合金高温变形时的流动应力模型. 计算与实验的流动应力的最大误差为10.18%,平均误差为2.11%,该模型的计算精度明显高于由回归法建立的高温合金GH4169高温变形时的流动应力模型.

在超高强度管线钢中添加不同数量的Mo与B,研究了不同Mo/B (s)比(B (s)为酸溶硼)的管线钢的组织相变特性和显微硬度的变化. 结果表明, Mo-B (s)共同作用有利于提高钢的淬透性, 增加组织中的下贝氏体含量, 提高该钢的显微硬度, 其共同作用的效果优于两者单独作用之和. 在Mo-B (s)共同作用下, 钢中的Mo/B (s)比R_ Mo/B (s)=200时, 该钢得到最佳的组织和最高的显微硬度.对有关作用机理进行了讨论.

研究了低频电磁铸造和普通DC铸造7050铝合金铸锭经挤压变形后所得板材制品的微观组织及时效特性. 结果表明, 低频电磁铸锭挤压板材的微观组织保持了其原始铸态组织晶粒细小的特点. 在相同挤压比条件下, 低频电磁铸锭挤压板的平均晶粒直径约为10μm, 而普通DC铸锭挤压板的平均晶粒直径约为20 μm.低频电磁铸锭挤压板具有更快的时效强化速率和更好的时效强化效果. 两种挤压板在120 ℃进行单级时效时, 低频电磁铸锭挤压板经8 h达到强度峰值, 其纵向和横向的拉伸强度分别为656和596 MPa; 而普通DC铸锭挤压板经12 h才达到强度峰值,其纵向和横向的拉伸强度分别为647和590 MPa.

利用低频电磁铸造工艺制备了具有细小、均匀等轴晶组织的7050铝合金铸锭, 研究了均匀化处理过程中铸锭微观组织及性能的变化. 结果表明, 与普通DC铸造锭坯相比, 低频电磁铸造铸锭有更佳的均匀化处理效果. 在同样的均匀化处理条件下, 低频电磁铸造铸锭的晶间低熔点相含量更低, 晶内溶质元素含量更高. 低频电磁铸造铸锭在均匀化处理12 h后, 晶内溶质元素含量即已达到合金的平均含量;而普通铸锭在均匀化处理48 h后, 晶内溶质元素含量仍低于合金的平均含量.

用晶体热粘塑性模型研究了镍基合金中γ与γ＇相的非弹性行为,进行了在晶体塑性理论基础上考虑镍基高温合金中的随机分布相结构对其蠕变与损伤过程的数值模拟. 模拟假定合金中γ＇相的尺寸及分布具有随机性,γ与γ＇相在高温下的变形、损伤用温度相关的晶体粘塑性损伤本构关系进行计算, 计算结果与周期体胞模型进行了比较. 结果表明: γ＇相随机分布模型能够反映镍基合金微观变形和应力分布不均匀、局部剪切变形和可能的破坏倾向; 该模型的蠕变分析结果较周期体胞模型合理.

研究了稀土氧化物La2O3添加量对激光烧结直接成形(WC-10Co)颗粒增强Cu基复合材料的影响.结果表明, 优化La2O3含量(1.0%), 可细化激光烧结组织,提高增强颗粒分散均匀性以及颗粒/基体界面结合性能, 成形致密度高达理论密度的96.3%, 显微硬度HV可达403.1; 而过量添加La2O3 (≥1.5%), 导致激光成形性能降低. 讨论了稀土原子对颗粒增强金属基复合材料激光烧结成形的作用机理.

通过添加少量LaNi5对V以及V0.9Cr0.1合金进行有控制的机械合金化处理, 改善了材料的活化性能.吸、放氢循环测试表明,吸、放氢循环超过100次并脱氢后,V和V0.9Cr0.1合金仍然保持单一bcc结构.随着吸、放氢循环的进行,V的吸、放氢平台压力不断增加, 相同压力下吸氢量减小, 且吸氢动力学有所下降. 这与吸、放氢过程中晶格应变的降低和晶胞体积的减小有关. SEM观察表明,随着吸、放氢循环次数的增加, 材料表面和内部形成大量的深裂纹, 这对提高放氢平台压力和改善放氢动力学有促进作用. 吸、放氢循环过程中, V比V0. Cr0.1合金放氢容量衰减更快的原因是: 吸、放氢循环前、后V的晶格应变降低和晶胞体积下降程度均比V0.9Cr0.1合金的要大, 导致吸、放氢循环后V的吸氢量下降更大.

在碳钢表面制备了一种由硅烷粘结剂和鳞片状锌铝粉所组成的硅烷锌铝涂层. 研究了该涂层/碳钢体系在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为. 结果表明, 该涂层的作用过程可以分为3个阶段: 浸泡初期为表层的金属粉活化, 中期为 电化学保护, 后期主要为阻挡层保护. 硅烷锌铝涂层的阻挡层作用较弱, 阴极 保护为其主要防护机理.

利用动电位扫描和交流阻抗技术研究了新型复配缓蚀剂(ZnSO4, CaGL, APG, Na2SiO3和Na2WO4)对G105钻具钢在31%NaCl溶液中的缓蚀 行为, 并应用Kramers-Kronig关系对电化学阻抗谱的适用性进行了探讨, 采用XRD分 析了腐蚀产物物相组成, 用EDS分析了缓蚀剂膜元素吸附量变化. 结果表明, 复配 缓蚀剂是一种性能优良的混合型缓蚀剂. 在80℃时, 复配缓蚀剂的缓蚀率达到 80%以上. 腐蚀产物以Fe3O4为主, 缓蚀剂膜的各元素吸附量随着 缓蚀剂浓度的增加而增加.

研究了强磁场与交变电流复合作用产生的振荡对Al-18%Si合金中初生硅分布和形貌的影响规律. 结果表明, 磁场强度较小时, 初生硅发生偏聚现象; 随着磁场强度的增大(10 T), 初生硅的偏聚现象逐渐减小至消失, 并且随着振荡力的增大, 初生硅由星瓣状向板条状和近颗粒状转变. 同时, 分析了初生硅的迁移行为, 发现磁场下颗粒迁移的终端速度随颗粒尺寸的减小以及磁场强度的增大而降低. 理论分析与实验结果相符.

通过有限元数值模拟，讨论了两段式结晶器上半段长度、感应线圈的位置、液面位置对结晶器内部磁场的影响规律，并深入分析了两段式结晶器整个系统的电磁场分布规律。结果表明：两段式结晶器上半段越长，其透磁效果越好；线圈位置越靠上，结晶器透磁效果越好；液面位于线圈中心偏上20 mm时，内部磁场的作用效果最佳。在本研究条件下，两段式结晶器透磁效果良好，磁感应强度主要集中在结晶器上半段钢液弯月面区域。纵向磁场在结晶器上半段高度范围内逐渐增强，在结晶器下半段高度范围迅速衰减；周向磁场在钢液表面均匀分布；径向磁场由钢液表面向内部逐渐衰减。通过两段式结晶器与切缝式结晶器的比较发现，两段式结晶器内部磁场分布更均匀，易于在生产中实现。

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验, 考察了控流装置、浇铸速度 及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律. 结果表明: 挡墙-挡坝组合控 流去除夹杂物效果最佳, 中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的 增加是主因; 中间包注流区加入冲击槽, 虽然其流体流动特征发生改变, 但对夹杂物 去除率的影响并不显著; 浇铸速度较高时, 仅靠控流装置的优化已不能很好地改 善夹杂物的去除效果.