放电等离子烧结合成TiC/TiB_2颗粒增强的超细晶钛基复合材料

采用放电等离子烧结技术结合非晶晶化法制备了不同体积分数的TiC/TiB2颗粒增强的超细晶钛基复合材料.运用X射线衍射分析、扫描电子显微镜和万能材料试验机等实验手段,对合成的超细晶钛基复合材料进行测试分析.结果表明：随着外加TiC/TiB2颗粒的增加,钛基复合材料试样的致密度逐渐降低.TiC颗粒与基体不发生反应,而TiB2颗粒的加入改变了TiB2颗粒与基体界面的组织形貌,但对远离界面处的基体组织形貌没有影响,其组织均由-Ti（Nb）相和（Cu,Ni）-Ti2相组成,且-Ti（Nb）相连续分布.同时,TiC颗粒的增强效果优于TiB2颗粒,35vol.%（体积分数）TiC颗粒增强的复合材料试样的断裂强度最高,达2209MPa.     

TiC/TiAl复合材料微观结构观察及强韧化机理分析

采用放电等离子烧结(SPS)技术，制备了质量分数为10％的TiC／TiAl复合材料，从微观结构上研究了TiC颗粒对TiAl基体材料力学性能的影响。实验结果表明：在TiC，TiAl复合材料中TiC颗粒主要分布于晶界，少量进入基体晶粒的内部，形成晶内型结构；TiC颗粒的引入细化基体晶粒的尺寸，有效地阻碍材料内部裂纹扩展，引起裂纹偏转，增加其扩展路径，改善材料的韧性，同时在晶界和晶内形成了一系列位错。位错强化与细晶强化是主要的强化机制，TiC／TiAl复合材料韧性的提高主要源于TiC粒子对裂纹的偏转。     

SiC颗粒增强铝基复合材料细观损伤的温度效应

SiC颗粒增强铝基复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关,随温度的升高,材料力学性能明显下降,SiCp/A356复合材料表现出不同的细观损伤机理.文中对真空双搅拌方法制备的质量分数为20%的SiC颗粒增强铝基复合材料在室温和高温下的细观损伤机制进行了研究,在试样断口上,通过扫描电镜观察到了不同的裂纹萌生和扩展机制,根据不同温度下表现出的不同失效方法,归纳出了复合材料细观损伤的温度效应曲线.研究表明,在室温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主,高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主.     

TiC/316L复合材料的致密化和力学性能试验

采用真空烧结法制备出TiC颗粒增强316L不锈钢复合材料.通过对试样进行光学显微分析并测定其相对密度和拉伸性能,研究了增强相含量和模压压力对复合材料的致密化和拉力学性能的影响,并对断口形貌进行分析.结果表明:添加TiC颗粒有利于复合材料的烧结致密化;TiC颗粒的体积分数对复合材料的拉力学性能有较大影响,当TiC的体积分数从0%增加到10%时,复合材料的抗拉强度从543MPa提高到655MPa,而断裂应变却从0.325减至0.052;在较低的模压压力下,提高模压压力有利于复合材料的相对密度、抗拉强度的增加;但过高的模压压力会使试样在烧结后残余封闭孔隙,降低复合材料的塑性性能和抗拉强度.当模压压力为500MPa时,可得到相对密度高、组织致密、增强相颗粒分布均匀、拉伸性能良好的复合材料.     

涂覆颗粒增强耐热铝基复合材料的性能

通过真空热压、热挤压工艺制备了涂覆颗粒增强Al-Fe-V-Si耐热铝合金基复合材料,研究了该材料在不同温度下的力学生能与摩擦磨损性能,并与基体A1-Fe-V-Si和未涂覆颗粒(SiCp)增强Al-Fe-V-Si的性能进行了对比.研究结果表明涂覆后的SiC与基结合更加牢固,涂覆层Ni的加入降低了材料内部颗粒(SiCp)与基体(Al-Fe-V-Si)之间的孔隙;在室温,10%SiC/Al-Fe-V-Si(0812)复合材料的断裂强度分别比基体和复合材料10%SiC/Al-Fe-V-Si(0812)增加了62.15%和282%,在400℃时分别增加了55.30%和28.60%;复合材料耐磨性能与增强体未涂覆复合对料的相比大大提高,经增强体涂覆的铝基复合材料试样在载荷为50 N、滑动速度为0 63m/s的工况下,复合材料磨损机制在300℃时以磨粒磨损为主,高于350℃时,以粘着磨损为主.     

原位混杂增强钛基复合材料的制备与组织分析

理论上分析了由Ti-B4C-C系原位自生制备TiB晶须(TiBw)和TiC颗粒(TiCp)混杂增强钛基复合材料的可行性. 运用热分析方法(DSC)研究了一定量的钛粉、碳化硼粉与碳粉的混合粉末在加热过程中的反应情况. 结果显示复合材料原始粉末加热过程中在940～1 150 ℃这一温度范围内发生剧烈的放热现象,有可能生成了新相. XRD检测分析结果显示在烧结态材料中形成了TiB与TiC,而且TiC的含量随所添加的C含量增加而增加. OM与SEM分析表明复合材料中存在棒状TiB晶须和近似等轴状TiC颗粒两种不同形态的增强体,并且两种增强种体均匀的分布在基体中. 实验结果表明,可以采用反应热压法由Ti-B4C-C系制备原位自生TiB晶须和TiC颗粒混杂增强的钛基复合材料.     

TiC对原位自生钛基复合材料高温变形的影响

通过等温热压模拟试验研究了原位自生5% TiC(体积分数,下同)颗粒增强Ti-1100复合材料在1000~1150℃的热变形行为.在不同的温度区间内计算了原位自生5%TiC/Ti-1100复合材料的塑性变形激活能.结果发现,TiC颗粒对钛基材料的热变形行为有明显影响.复合材料的塑性变形激活能在不同的温度区间内变化.在1000℃,复合材料的表观塑性变形激活能为536 kJ/mol,显著高于纯钛合金的激活能;在1150℃,计算出的复合材料表观塑性变形激活能为245.2 kJ/mol,略大于纯钛合金的激活能.变形激活能的显著差别显示复合材料的变形机制发生了变化.在此温度区间内,TiC/Ti复合材料的变形机制受到TiC颗粒以及基体中α/β相比例的影响.     

颗粒增强ZA27基复合材料的高温蠕变特性

采用高温持久硬度试验及压入蠕变特性分析进行了颗粒增强ZA27基复合材料抵抗高温蠕变能力的研究.研究发现SiC, Al2O3颗粒的加入大大提高了ZA27合金的抗高温蠕变的能力.其强化机理主要是由于材料承受的载荷有效地转移到增强相颗粒上; 复合材料基体中有高的位错密度;复合材料中的内应力提高了位错滑移的门槛应力.     

颗粒增强聚合物复合材料损伤模型

研究了颗粒增强聚合物复合材料的力学行为,研究得知:材料屈服、裂纹形核、扩展与贯通直至最终断裂是一逐渐劣化过程,而损伤理论正是这一劣化过程的良好描述.通过假设自由能和耗散势函数,导出了损伤演化规律,与实验比较,模型和试验结果基本符合.进一步采用改进的Dugdale模型,重点研究损伤对GB/PPO复合材料宏观裂纹起裂的影响,通过建立损伤模型来描述材料的劣化行为和裂纹扩展,结果表明,损伤区域严重影响裂尖的性能,材料损伤对宏观裂纹起裂影响不可忽略.     

Al2O3,Al3Zr颗粒增强Al-12%Si基原位复合材料的高温热膨胀性

以Al-12%Si和Zr(CO3)2作为反应组元,通过原位反应法制备出Al2O3,Al3Zr颗粒增强铝硅基复合材料,通过快速凝固成型得到铸态试样.用热膨胀仪测试了材料在50～500℃范围内的膨胀位移与温度的关系,进而得出平均线膨胀系数.结果表明:在同一温度条件下,随颗粒理论体积分数增加,复合材料的平均线膨胀系数减小.温度是影响平均线膨胀系数的重要因素.当试样温度在50～300℃时,随温度增加,平均线膨胀系数逐渐增加;当试样温度在300～500℃时,随温度增加,平均线膨胀系数逐渐减小;300℃时平均线膨胀系数最大.用Rom、Turner和Kerner模型计算了理论热膨胀系数.比较发现,实测值更接近Turner模型理论预测值.最后通过界面残余热应力分析指出具有高温低膨胀性的(Al2O3+Al3Zr)p/Al-12%Si颗粒增强铝基复合材料能有效防止材料高温时的塑性变形.     

一种[011]取向镍基单晶合金的蠕变断裂

研究了[011]取向的镍基单晶高温合金在750~980℃温度范围和200~680 MPa应力下的蠕变断裂特征。在扫描电镜上对各种实验状态下的蠕变断口和纵向剖面进行了详细观察。研究发现：在低温750℃和中温870℃不同初始蠕变应力条件下,枝晶间区亚晶界处不规则γ＇/γ界面是裂纹主要萌生场所,这些已萌生的裂纹在与外加应力轴垂直的(011)面上沿＜110＞和＜100＞两个方向扩展;980℃不同初始应力条件下,裂纹主要在合金中显微疏松孔洞处萌生,沿与外应力轴垂直的方向扩展。观察750℃和870℃不同应力状态蠕变试样的纵向剖面,对亚晶界区不规则γ＇相面积分数的测量和计算表明,用面积分数表征该合金[011]取向在中低温状态下的蠕变损伤程度是可行的。     

K465合金的显微组织和性能研究

研究了铸态、热处理态及含0.02%(质量分数)Mg的K465镍基铸造高温合金的显微组织、力学性能.研究结果表明:铸态K465合金组织主要由γ基体、弥散分布的γ′相、(γ+γ′)共晶和碳化物组成,室温平均抗拉强度960MPa,伸长率6.0%,975℃/230MPa条件下平均持久寿命28.1h;经1210℃/4h+空冷的固溶热处理后,晶界MC碳化物部分转变为M6C碳化物,γ′相颗粒尺寸减小到0.1～0.2μm,合金室温平均抗拉强度1055MPa,伸长率4.0%,975℃/230MPa条件下平均持久寿命为50.3h;加入0.02%(质量分数)Mg后,合金中MC碳化物球化,室温平均抗拉强度990MPa...     

Ti3SiC2/TiC复合材料的制备及力学性能研究

弓网系统中,各种类型的受电弓滑板承担着传输电能的重要功能,其严酷的工作条件对受电弓滑板材料的性能提出了非常苛刻的要求。目前最主要的受电弓滑板有：粉末冶金滑板,纯碳滑板和浸金属碳滑板。其中碳滑板材料性能较好但价格昂贵,粉末冶金滑板材料价格便宜,但性能明显逊于前者。Ti3SiC2/TiC是一种兼具陶瓷与金属性质的新型材料,与碳滑板材料相比,其电阻率低,且具有良好的抗氧化性和自润滑减摩性,因此Ti3SiC2/TiC将可能成为一种工艺简单、成本更低、而性能则更高的新型受电弓滑板材料。本研究以Si、Ti和C为原料,利用熔渗反应烧结技术制备出Ti3SiC2/TiC复合材料,研究结果表明,制备样品的弯曲强度与硬度分别达到 423MPa~564MPa 和169~249HB。同时,本文对Ti3SiC2/TiC复合材料的断裂机理进行了研究。     

Nb-V低碳微合金钢等温淬火过程析出行为

利用透射电镜和纳米压痕仪对Nb-V低碳微合金钢中纳米碳化物的析出行为进行研究.研究结果表明,在700℃等温60min试样中,可同时观察到相间析出和弥散析出,在其余试样中均未观察到相间析出,此规律可以通过相变过程中的扩散准则和台阶机制来解释.另外,纳米压痕结果显示在600℃等温20min试样中,平均硬度为3.87GPa,650℃等温20min试样中,平均硬度为4.10GPa,且通过TEM观察可以看出,650℃等温20min中试样析出物数量密度较大且分布均匀.利用Ashby-Orowan机制对析出强化量进行计算,可以得出在650℃等温20min试样中,析出强化对整个屈服强度的贡献量可以达到110MPa.     

FGH95镍基合金组织结构对持久性能的影响

通过对不同温度热等静压FGH95合金进行完全热处理、组织形貌观察、XRD谱线分析及持久性能测试,研究FGH95合金组织结构对持久性能的影响。结果表明:随着HIP温度升高,分布在原始颗粒边界处的粗大γ′相数量和尺寸逐渐减小,当HIP温度提高至1 180℃,晶粒明显长大。热等静压合金经完全热处理后,粒状碳化物沿晶界和晶内不连续分布,且细小γ′相在基体中弥散析出。经X线衍射分析,随热等静压温度升高,γ和γ′两相晶格常数略有增加,但错配度逐渐减小;在650℃,1 034 MPa条件下,由于1 120℃HIP合金完全热处理后具有较高的晶格错配度,致使合金具有较长持久寿命;合金在蠕变期间的变形特征是位错滑移,位错绕过或剪切γ′相。     

汽轮机高温螺栓断裂失效分析

断裂螺栓晶粒粗大,有严重的混晶现象,碳化物及其他夹杂物在晶界呈链状或团状析出,使晶界脆化、晶界结合力下降而产生沿晶裂纹,导致螺栓发生沿晶脆性断裂。另外,螺栓在检修中出现表面损伤或受较大的预紧力也是螺栓断裂的另一原因。通过对某火力发电厂汽轮机高温螺栓失效分析,认为高温螺栓断裂机理以蠕变断裂为主;根据螺栓更换及判废标准,对现行的螺栓监督检验方法的有效性进行分析。     

冷却工艺对低碳Ti微合金化热轧超高强钢组织性能的影响

对实验钢采用低碳高Ti微合金化的成分设计,进行了控轧控冷实验,通过控制不同的冷速和卷取温度,研究了过冷度和原子扩散速率对钢组织演变及(Ti,Mo)C粒子的析出行为的影响.研究结果表明,冷速为30℃/s,卷取温度为420℃时,实验钢屈服强度大于690MPa,抗拉强度为820MPa,断后伸长率达18%,并具有良好的低温冲击韧性.显微组织性能研究表明,多边形铁素体、针状铁素体、细小M/A岛及弥散的(Ti,Mo)C析出粒子的混合组织可实现强度和韧性的良好匹配.     

The thin-wall debit of a typical cast polycrystalline M951 alloy

The effect of specimen thickness on the rupture properties of cast Ni-based polycrystal superalloy M951 was investigated in this paper. The results of the rupture tests in air under 980 ?°C/90 ?MPa revealed that the rupture life and elongation obviously decreased with decreasing specimen thickness. The thin-wall effect for polycrystal superalloy M951 is associated with several factors. First, the surface oxidation and internal nitridation induce the reduction in the load-bearing section, which accelerates the rupture fracture of thin specimens. Second, the combined effect of oxidation and stress at the surface grain boundary facilitates the premature initiation and propagation of the surface cracks in thin specimen. Third, the through-grain boundaries introduce by specimens machining are detrimental for rupture property. A direct comparison of rupture properties of thin-wall samples with different grain morphologies indicate that thin-wall effect can be diminished by avoiding through-grain boundary introduction.     

Effect of trace boron on microstructural evolution and high temperature creep performance in Re-contianing single crystal superalloys

The effect of trace B on the microstructure and creep properties under 1100 °C/130 MPa in three single crystal superalloys with various levels of B(0, 0.01 and 0.02 wt %) additions was investigated. Compared with the boron-free alloy, the creep rupture life decreased slightly for the alloy with 0.01 wt % B, but dropped obviously for the 0.02 wt% B contained alloy. The low B addition had a slight effect on the main element compositions ofγ/γ′ by the high precision atom probe tomography(APT) analysis and no significant change of γ/γ′ misfit was observed. However, the contents of Re, Mo, Cr in γ phase were decreased with the high B addition, resulting in the decrease of γ/γ′ misfit and increase of the spacing of γ/γ′ interfacial dislocation networks. Meanwhile, the residual(γ+γ′) eutectics and borides with a large volume fraction obviously decreased the creep rupture properties in the high B addition alloy. This study is helpful for understanding the boron's role of strengthening mechanism in high temperature creep of Ni-base single crystal superalloys.