The mechanism of nucleation of hydrogen blister in metals

The nucleating, growing and cracking of hydrogen blister have been investigated experimentally and theoretically. The results show that atomic hydrogen induces superabundant vacancies in metals. The superabundant vacancies and hydrogen aggregate into a hydrogen-vacancy cluster (microcavity). The hydrogen atoms in the microcavity become hydrogen molecules which can stabilize the cluster. And the hydrogen blister nucleates. With the entry of vacancies and hydrogen atoms, the blister nucleus grows and the pressure in the cavity increases. When the stress induced by hydrogen pressure on the blister is up to the cohesive strength, cracks will initiate from the wall of the blister.     

过烧功能瓷中气孔形成机理的探讨

瓷件在过高的烧成温度下易形成大量气孔,使瓷件的致密性降低,性能变劣。过烧的原因,一般认为是到了烧结的最高温度时保温时间过长,或烧成温度偏高。作者认为过烧气孔的形成原因,除了晶界的快速运动把气态杂质陷入晶体内部形成气孔外,还由于存在着肖特基缺陷而在晶体内缔聚形成气孔。     

TiAl合金晶体缺陷的计算机模拟研究

采用多体势,用分子动力学方法对TiAl中空位、反位原子、间隙原子以及小尺寸空位团（N0＝2,3,4）进行计算机模拟研究,分析讨论了空位团最稳定的构形,研究了空位团对单位迁移的影响。计算结果表明,TiAl中钛空位的形成能大于铝空位的形成能;热平衡状态下存在大量的钛反位原子;间隙原子形成能较大,为空位形成能的2,3倍;在稳定存在的空位团中,每个空位都尽可能地与其他空位保持最近邻关系;已有的空位团可作为空位的凝聚中心具有捕获或吸收附近空位的能力,从而形成更大的空位团。     

X65管线钢抗H_2S腐蚀的试验研究

研究了不同显微组织管线钢抗H2S腐蚀的行为·结果表明,酒钢生产的X65管线钢,当显微组织是以针状铁素体为主的混合型组织时,管线钢具有优良的抗H2S腐蚀性能·经硫化氢腐蚀试验后,除出现程度不等的氢鼓泡外,试样断面上基本没有产生裂纹·氢鼓泡是由于钢中夹杂物处吸收由腐蚀而产生的氢所引起的·当钢表面上因腐蚀而释放出原子态氢后,由于硫化氢的催化作用,促进原子氢向钢中扩散,并在夹杂物与基体的界面上聚集形成分子氢·随着过程的进行,产生很高的压力,从而形成鼓泡·     

Li原子修饰一维六角硼烯链团簇的结构及储氢性能研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究Li原子修饰一维六角硼烯链团簇的结构及其储氢性能。结果表明,氢分子能在Li原子修饰一维六角硼烯链团簇表面吸附,每个Li原子周围可以有效吸附两个H2,几何结构和电子性质的稳定性及合适的吸氢条件表明Li原子修饰一维六角硼烯链团簇材料在常温常压条件下可以作为有效储氢媒介。     

核反应堆压力容器模拟钢中富Cu纳米团簇析出早期阶段的研究

采用调质处理后热时效模拟方法,用原子探针层析成像技术研究了核反应堆压力容器模拟钢中富铜纳米团簇的析出过程.模拟钢经880℃加热水淬,660℃高温回火调质处理,并经400℃时效处理1000 h后基体中析出了富铜纳米团簇.使用MSEM(maximum separation envelope method)方法重点研究了富铜纳米团簇在析出早期阶段成分变化规律.结果表明,富铜纳米团簇容易在镍含量较高的位置形核,并随着富铜纳米团簇中铜原子聚集程度的增加,纳米团簇中心处铜含量逐渐增加,镍含量逐渐减少;在纳米团簇与α--Fe基体界面处,镍和锰含量逐渐增加,形成了富镍和富锰包裹富铜纳米团簇的结构.结合实验结果讨论了压力容器钢中合金元素镍及杂质元素磷会增加中子辐照脆化敏感性的原因.     

钢液/（N2、H2）过饱和体系中气泡生长的数值分析

采用水/CO2体系模拟研究钢液/( N2、H2)过饱和体系中气泡生长动力学行为，分别建立水溶液和钢液中气泡形核长大机理模型。基于三种不同的气泡生长数学模型，分别研究水/CO2和钢液/( N2、H2)体系数学模型中气泡生长动力学，并采用水模型实验数据对数学模型进行验证。分析钢液/( N2、H2)体系前期和后期处理压力以及钢液深度等因素对气泡生长的影响。研究表明：采用气泡浮选去除夹杂物技术时，前期处理压力对气泡生长有显著促进作用；后期处理压力对气泡生长有阻碍作用，随着后期处理压力的升高影响逐渐加强；钢液深度对气泡生长有阻碍作用，随着钢液深度的增加影响逐渐减弱；相比氮气，钢液中氢气气泡析出长大更快。     

S异步恒延伸轧制产品B_2F钢的正电子湮没研究

本文用正电子湮没技术研究了PV-E轧制产品B_2F钢,测得了正电子寿命与轧制压力及机械性能间的对应关系,为PV-E轧制工艺提供了依据。实验表明,轧制过程中B_2F钢中存在大量位错和空位团缺陷,且正电子寿命与速比有一定对应关系,揭示了速比对机械性能的影响。     

金刚石单空位的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了金刚石中单空位的最近邻原子和次近邻原子的弛豫过程,计算所用的碳原子间相互作用势为Tersoff多体经验势.结果表明,单空位的最近邻原子是向外弛豫的,平均弛豫幅度约为2×10     

热处理作用下碳钢氢腐蚀裂纹愈合规律

对含氢腐蚀裂纹的碳钢进行再热处理后,SEM观察表明,氢蚀裂发生了不同程度的愈合,实验结果表明：长度约为10μm的碳钢氢蚀裂纹完全愈合的热处理条件下是从室温到1000℃热循环5次,共10h,氢蚀裂纹的愈合机制是热扩散,发生氢蚀裂纹愈合的动力是氢蚀气泡或裂纹长大导致的塑性变 能E8。在铁、碳和氢原子扩散都足够快的情况下,氢蚀裂纹愈合的条件是E8大于裂纹愈合所必须克服的表面张力能。     

First-principles Study of the Au surfactant on the growth of Zn vacancies in ZnO nanostructures

Influence of Au surfactant on the growth of Zn atom vacancies in ZnO nanostructures has been investigated by using first-principles slab calculations based on density functional theory.The adsorption of Au atoms on the Zn-terminated (0001)polar surface with a (2×2)surface unit cell is studied by using a standard supercell model.It is found that (1)the binding energies of Au atoms on (0001)-Zn increase and the most stable position of the Au atom is invariable; (2)on the (0001)surface,the preferred sites for Zn atom vacancy are on the first layer of Zn atoms; (3)Under the Au surfactant,the Zn atom vacancies become more difficult to form.     

钢吊车梁上部区域裂缝的现场调查及其加固方法研究

根据现有资料,分析了内蒙古包头钢铁公司出轧厂某车间钢吊车梁裂缝发生的原因,找出了偏心荷载是产生裂缝的主要原因。在此基础上,提出了以增加吊车梁截面的方法,在梁的两侧用角钢和高强度螺栓进行加固,并在裂缝尖端处钻孔,防止裂缝的继续发展及其他措施。为了解加固效果,现场实测了吊车梁在垂直荷载作用下角钢中的应力大小和相应措施位置腹板中的应力大小。结果表明,加固效果良好,并得出一些对吊车梁后期工作性能显著改善的结论。     

16Mn(HIC)钢硫化物应力腐蚀开裂实验研究

采用恒应变和慢应变速率拉伸实验的方法,研究了16Mn(HIC)和16Mn钢母材、焊缝在H2S环境中应力腐蚀开裂.结果表明:两种材料在酸性H2S介质中均发生穿晶型硫化物应力腐蚀开裂(SSCC);与16Mn钢相比,16Mn(HIC)钢有更好的抗SSCC性能,钢中的C,Mn,P和S的含量降低有利于提高钢的抗SSCC性能.焊缝及热影响区在焊接过程中,产生的粗大魏氏组织、偏析、缩孔和夹杂等缺陷,降低了焊缝的抗SSCC能力.但是,通过焊后热处理可以适当提高焊缝的抗SSCC能力.     

晶体镍中氦泡生长的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟了面心立方金属镍中氦泡的膨胀和融合过程。通过原子分布示意图、径向分布函数等方面的分析研究发现,在温度较低时,随时间的演化,原相隔五层镍原子的两氦泡逐渐聚拢,同时周围出现大量空位、间隙原子、位错等缺陷结构;两氦泡最终连为一体,氦泡周围的镍原子构成一菱形位错区域。温度较高时,两氦泡融合速度加快,融合区域增大,这对于研究材料中的杂质、缺陷、孔洞、裂纹的扩展、贯通机理具有重要意思。     

涉氢环境中连续/间断腐蚀对X80钢力学性能的影响

This study investigated the susceptibility of X80 pipeline steel to hydrogen embrittlement given different hydrogen pre-charging times and hydrogen charging–releasing–recharging cycles in H₂S environment. The fracture strain of the steel samples decreased with increasing hydrogen pre-charging time; this steel degradation could almost be recovered after diffusible hydrogen was removed when the hydrogen pre-charging time was<8 d. However, unrecoverable degeneration occurred when the hydrogen pre-charging time extended to 16–30 d. Moreover, nanovoid formation meant that the hydrogen damage to the steel under intermittent hydrogen pre-charging–releasing–recharging conditions was more serious than that under continuous hydrogen pre-charging conditions. This study illustrated that the mechanical degradation of steel is inevitable in an H₂S environment even if diffusible hydrogen is removed or visible hydrogen-induced cracking is neglected. Furthermore, the steel samples showed premature fractures and exhibited a hydrogen fatigue effect because the repeated entry and release of diffusible hydrogen promoted the formation of vacancies that aggregated into nanovoids. Our results provide valuable information on the mechanical degradation of steel in an H₂S environment, regarding the change rules of steel mechanical properties under different hydrogen pre-charging times and hydrogen charging–releasing–recharging cycles.     

金红石(TiO2)单晶体的生长研究

通过对比晶体在不同气氛中生长与退火的结果,研究了焰熔法生长金红石单晶体的工艺条件·结果表明:炉膛气氛是决定晶体能否形成的关键因素,在合适的气氛条件下,晶体易于生长,生长速度范围较宽,可以长成较大尺寸的单晶体,否则,依赖调整(增加或降低)生长速度,不能形成完整的晶体·炉膛气氛中的氧分压大于液固界面(即生长界面)处熔体的氧离解压是生长完整晶体的前提条件;晶体在退火过程中消除热应力,但更重要的是氧化反应,消除氧空位,在氧气氛中退火,可明显缩短退火时间,并能获得呈透明状,微有浅黄色(金红石本色)的金红石单晶体·     

高品质车轮钢二冷区冷却方式

为了探索高品质低成本车轮钢生产工艺,比较了两种二冷区冷却方式(气雾冷却和全水冷却)对车轮钢铸坯表面温度、凝固组织与宏观偏析的影响.结果表明:两种冷却方式下的二冷区矫直段铸坯表面温度均高于950℃,处于高温塑性区,可避免产生矫直裂纹;两种冷却方式均得到了均匀对称的凝固组织;虽然气雾冷却可略微增加等轴晶比例和降低铸坯中心偏析,但是使铸坯枝晶间距变得较为粗大,并且加重了1/2半径附近处的偏析,对随后的加工和成品的质量更为不利.综合考虑实验结果和生产成本,认为全水冷却方式更适合高品质车轮钢的生产.     

面心立方铜中小空位团簇结构及稳定性的讨论

本文应用改进分析型嵌入原子法讨论了面心立方铜中密排面上四个三空位和二十个四空位的可能构形及稳定性。表明:一个三空位和六个四空位松弛后构形发生塌陷;从能量最小化观点得出,三空位以四个位于顶点空位和一个位于中心的间隙原子构成的正四面体的构形存在,四空位以六个住于顶点的空位包围着两个间隙原子构成的八面体的构形存在;形成能随空位数目的增加而增加,但稳定构形空位中平均一个空位的形成能随空位数目的增加而减小。     

金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究

本文应用分子动力学方法模拟研究了氦团簇在金属钨中的扩散特性,得到了不同大小团簇的扩散系数,结果表明氦团簇越大,扩散越慢.氦团簇越大越容易激发出自间隙钨原子,且大的氦团簇只需要很低的钨基体温度即可激发.在金属钨中加入125个氦原子（氦浓度低于0.1%）,研究了氦团簇的形核特性.通过比较氦团簇、自间隙团簇和空位团簇3种缺陷的尺寸分布发现,氦团簇的尺寸在800 K达到最大值,其它两种缺陷尺寸随温度的增加而逐渐增大.     

Re对Ni和Ni3Al 结构稳定性影响的分子动力学模拟研究

应用分子动力学方法模拟研究了Re在Ni和Ni3Al中的分布及其对材料微结构的影响.研究发现,Re的添加量影响Ni和Ni3Al晶体中空位的产生,但Re在Ni中对体系结构的破坏程度小于其在Ni3Al中占据Ni位时的程度.在Ni中,Re添加量较少且增大空位比时,其结构依然能保持稳定;随着Re数目的增多,空位比的增大,其影响逐渐变得明显.Re在Ni3Al中占据Ni,Re含量或空位比较小时,结构皆会出现局部不稳定.随着Re添加量的增多,结构的破坏程度加剧.然而Re占据Ni3Al中的Al位时其结构并未发生明显的变化,直至Re的添加量大至1%和空位比增至1%～1.5%时体系中才出现局部不稳定.相比而言,Re置换Al比置换Ni时对体系结构的影响较弱,在Ni3Al中Re占据Al位比占据Ni位更稳定.