压下模式对镁合金宏观塑性变形和微观组织演变的影响

将热-力耦合弹塑性有限元方法与微观组织演化模型相集成,定量比较了恒定平均应变速率和恒定压头速率2种压下模式对镁合金AZ31B高温变形和微观组织演变的影响.采用AZ31B镁合金圆柱形试样进行Gleeble热力模拟试验获得有限元模拟所需的高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸实测数据,并通过二次开发与有限元模型相集成.研究结果表明,由于端面摩擦的存在,2种压下模式下变形场和微观组织场都呈现不均匀分布特性.与恒定平均应变速率相比,恒定压头速率压下时晶粒尺寸均值减小,均方差略有增加.     

纹理表面滑动接触多尺度分析

采用分子动力学与有限元耦合的多尺度方法,求解二维刚性圆柱表面压头与弹性纹理表面的纳观黏着滑动接触问题。对表面纹理凸峰高度、凸峰间距、凸峰形状、压头下压深度以及压头半径等对滑动接触性能的影响进行了全面研究。通过不同条件下滑动摩擦力的比较,揭示了上述各参数对黏着滑动接触的影响规律。凸峰高度越高,滑动摩擦力越小且越稳定;凸峰间距越大,滑动摩擦力越小;表面纹理在不发生破坏的前提下可以有效降低摩擦力;压头下压深度越小,滑动摩擦力越小;相同作用条件下,滑动摩擦力随压头半径的增大而增大。     

AZ31B在腐蚀环境下的棘轮与低周疲劳性能研究

开发了适用于镁合金圆棒试样的在线腐蚀疲劳系统,通过在空气和磷酸盐缓冲液(PBS)中分别进行循环疲劳试验,研究了腐蚀环境对AZ31B棘轮和低周疲劳性能的影响.结果表明:在棘轮应变演化的3个阶段中,腐蚀环境下试样在瞬态阶段和稳态阶段的棘轮应变率与空气中的相似;镁合金的腐蚀速率和棘轮应变随应力幅值和平均应力的增大而增大,孪晶、退孪晶的出现使得试样对腐蚀环境的敏感性进一步增加;在腐蚀环境中,镁合金的疲劳寿命大幅缩减,与空气中的试验相比,寿命缩减率达到50%,~90%,;为了能够反映平均应力、应力幅值、腐蚀环境以及最大压应力对AZ31B的低周疲劳寿命的复杂影响,采用FP参数模型对AZ31B进行了寿命预测.基于修正的FP参数模型,较好地预测了AZ31B在腐蚀环境下的低周疲劳寿命.     

Cl^-浓度和pH值对AZ31镁合金腐蚀行为的影响

研究了AZ31镬合金在不同Cl-浓度和pH值的NaCl溶液中的腐蚀行为,从腐蚀形貌和腐蚀速率等方面对其进行了定性和定量描述,并对其腐蚀机理进行了探讨.经NaCl溶液腐蚀的AZ31镁合金呈现出明显的点蚀特征.随着Cl-浓度的增大,金属的阳极溶解和局部腐蚀加剧,AZ31镁合金的腐蚀速率也急剧增加,腐蚀程度加重.同时,溶液pH值的增大有利于AZ31镬合金表面形成更稳定的Mg(OH)2钝化膜.于是,随着溶液pH值从7增大到12,AZ31镁合金的腐蚀速率减小,耐腐蚀性能增强.     

基于热力耦合的滑动摩擦系数模型与计算分析

为预测和控制摩擦过程,通过分析界面原子在界面势能场激励下的热振动,建立了基于摩擦界面热力耦合过程的滑动摩擦系数计算模型.计算分析表明:滑动摩擦系数随相对滑动速度增大而增大;当摩擦界面实际接触面积与载荷呈线性关系时,滑动摩擦系数与接触面积无关;当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷的增加而减小;此外,滑动摩擦系数随晶格常数增大而降低,随原子质量减小而减小.     

压入尺寸效应对AZ31镁合金应变率敏感性的影响

通过纳米压入测试方法研究了镁合金在不同应变率下的力学表现,对于AZ31镁合金在不同工况下的应用有着重要意义.压入测试结果表明:随着应变率的增加,压入硬度值逐渐增加,而接触刚度与弹性模量几乎保持恒定;同时,随着压入深度的增加硬度表现出明显的尺寸依赖性.然后,基于Nix-Gao理论获得了AZ31镁合金的尺度无关硬度,并对其应变率敏感指数进行了深入探究.结果表明:压入尺寸效应对材料的率敏感指数影响显著,并获得了剔除尺度影响的率敏感指数.     

双质体自同步振动输送机的物料运动分析

通过分析基于物料滑移理论的自同步振动输送机物料运动过程,在分段建立并求解输送机和物料的动力学微分方程的基础上,得出输送机和物料的稳态响应,数值分析输送机的工作频率、物料质量、摩擦系数和振动方向角对物料稳态运动时的速度和位移的影响,并进行数值仿真验证.结果表明:物料在水平方向的单向滑动加速度与输送机加速度呈线性关系.物料质量的变化对物料运动没有影响.随着输送机工作频率减小,物料的正向和反向滑动速度都增大,但反向滑动位移也增大;随着摩擦系数增大,物料的平均速度、滑动位移和反向滑动时间都增大;物料的平均速度、滑动位移以及正向滑动时间都随振动方向角的增大而增大.     

纳米压痕中针尖效应的分析

采用有限元方法模拟了纳米压痕中不同曲率半径针尖的压头压入不同材料的加、卸载过程,并对计算结果与实验进行了对比以验证模拟的可靠性.理论分析给出了一个硬度关于压头曲率半径和压入深度的半经验公式.结果显示,相同材料的硬度计算值随着压头针尖曲率半径的增大而增大;另外对于同一针尖曲率半径而言,材料硬度值随着压痕深度的减小而增大,并且随着曲率半径的增大,尺寸效应越明显.理论分析与有限元计算结果吻合得较好.分析表明,由于尖端曲率半径的增大而导致过低估计压头与材料的接触面积是产生针尖尺寸效应的主要原因.进一步分析显示,理论推导中对于尖端曲率半径较大(R>60 nm)的压头,在压入深度较浅时(h≤60 nm)将其等效为理想压头相对粗糙,其硬度计算结果存在一定的高估.     

AZ31镁合金的超塑性研究

在温度为400～440℃、应变速率为10-2～10-4 s-1的范围内研究AZ31镁合金的超塑性.结果表明,当应变速率不小于5×10-3 s-1时,AZ31镁合金的超塑性伸长率随着温度的升高而增大.对应变速率敏感指数和拉伸试样的宏观断裂特征分析表明,应变速率敏感指数是影响超塑性的主要因素.当应变速率不大于5×10-4 s-1时,AZ31镁合金在420℃时具有最大伸长率.对断裂试样的颈缩现象和断口空洞的SEM分析表明,空洞是影响超塑性的主要因素.     

基于加州承载比试验的隧道弃渣颗粒接触力场形状影响因素分析

对级配碎石而言，不同的颗粒表面性质会影响颗粒接触力场形状、大小及梯度，进而改变试样所受约束力。分析CBR试验过程中试样侧板及底板的受力演变，探究试样颗粒细观参数对试样颗粒接触力场及试样约束力的影响。通过对比不同刚度比、摩擦系数与粘结强度（设定其比值为1下）对试样接触力场形状的影响，发现：以刚度比值6为界，随法向刚度的增大，颗粒接触力场长细比先增加后减小；随摩擦系数或粘结强度增大，接触力场长细比相应减小。考虑颗粒相对运动中粘结强度比中法向及切向参数作用不同，以粘结强度比4为界，随法向粘结强度增大，其接触力场长细比先增加后减小；随切向粘结强度增大，所得接触力场长细比变化趋势则为先减小后增加。可为研究隧道弃渣制成的级配碎石颗粒细观参数与其接触力场形状间关联性提供一定参考     

热处理工艺对AZ61镁合金干摩擦磨损性能的影响

通过常温下的销盘式干滑动摩擦磨损试验,研究固溶及不同时间的时效处理对铸态AZ61镁合金摩擦磨损性能的影响.试验载荷为100 N,滑动速度为0.78 m/s,滑动距离为1 km.结果表明:固溶处理使铸态合金中的粗大β-Mg17Al12相溶解,导致合金的硬度降低,摩擦系数和磨损率升高;在170℃下对AZ61合金进行不同时间(0~80 h)的时效处理使尺寸细小的β相在晶内和晶界处析出,提高了合金的耐磨性,其中时效20 h后合金的摩擦系数和磨损率最低.AZ61合金在摩擦磨损的过程中共存在三种磨损机制:磨粒磨损、氧化磨损及剥层磨损.     

Effects of the types of overlap on the mechanical properties of FSSW welded AZ series magnesium alloy joints

The effects of the types of overlap on the mechanical properties of the friction stir spot welding (FSSW) welded AZ series magnesium alloy joints were investigated by microstructural observations, microhardness tests, and tensile tests. The results show that the microstructure of the stir zone adjacent to the periphery of the rotating pin is mainly composed of the upper sheet. The average distance D between the longitudinal segment of the curved interface and the keyhole periphery, the tensile shear force, and the microhardness of the stir zone of the FSSW welded AZ61 alloy joint are the highest in all samples. During FSSW of AZ31 and AZ61 dissimilar magnesium alloys, the irregular deformation of the longitudinal segment of the curved interface appears, while the microhardness of the stir zone is higher when AZ61 alloy is the upper sheet. Moreover, the microhardness of the stir zone increases initially and then decreases sharply in the longitudinal test position.     

AZ91D镁合金的摩擦磨损行为及其机理探讨

研究了传统铸造和触变成形AZ91D镁合金在干摩擦往复运动条件下与GCr15钢对磨时的摩擦磨损行为.研究结果表明,触变成形和传统铸造的平均摩擦系数都在0.26~0.36,前者比后者稍小.在较低载荷下,镁合金的磨损机制为氧化磨损和磨粒磨损,随着载荷的增大,磨损机制将完全以剥层磨损为主,甚至出现粘着磨损,并伴随向偶件材料表面的大量转移.     

小电流镀铜对阳极氧化AZ31镁合金耐蚀性的 影响

研究了小电流镀铜封孔对阳极氧化AZ31镁合金耐蚀性能的影响.AZ31镁合金阳极氧化后,在传统的镀铜液中进行阴极小电流处理.SEM、EDS和XRD分析结果表明,阴极小电流处理后,在阳极氧化膜的多孔层中发生了铜的沉积.在质量分数为3.5% NaCl水溶液中测试的极化曲线表明,AZ31镁合金阳极氧化后进行小电流镀铜处理,可以提高自腐蚀电位,降低自腐蚀电流密度,使耐蚀性能得到显著提高.     

镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能

采用直流磁控溅射法在镁合金上沉积铝膜,在高真空下对铝膜进行加热后处理. 用X射线衍射仪(XRD)分析膜层为纯铝多晶态,扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜晶粒细小. 采用纳米压痕/划痕仪对铝膜的厚度、临界附着力、硬度和弹性模量进行了测试,并且用辉光放电光谱仪(GDS)测试了镁合金表面铝膜的成分和性能随薄膜深度的分布. 结果表明,铝膜的厚度随后处理温度的升高而降低,其表面硬度和弹性模量高于镁合金基体并且随深度增加而逐渐降低. 铝膜与镁合金基体间存在一个过渡层,结合良好且表现出一定的弹塑性能,有利于镁合金表面的防护.     

基于三点支撑法镁合金刚度特性的实验研究

镁合金的弯曲刚度是其工程应用的重要考核指标之一.通过三点支撑法分别研究了厚度为2.16mm与3.66mm的AZ31和AZ31B镁合金板的杨氏模量及弯曲刚度.结果表明,AZ31和AZ31B镁合金的杨氏模量和弯曲刚度相差不大.杨氏模量的值介于41.74~45.1GPa之间,弯曲刚度的值介于28.4~30.8GPa之间.对与3.66mm厚镁合金试件具有相同面密度的铝合金和钢质试件做了相同的研究,结果表明,镁合金板具有更高的抗弯系数.同时AZ31镁合金的比刚度为钢板比刚度的93.2%,比铝合金板高20.6%,AZ31B的比刚度比AZ31的略低.因此,镁合金是最合适的轻量化设计材料.     

轮胎与沥青路面微观摩擦接触特性的分子动力学模拟

为了精确表征轮胎与路面微观摩擦接触特性及分子作用力效应,利用分子动力学模拟分析方法建立轮胎(聚异戊二烯)和集料(二氧化硅)三维单体模型和界面接触模型,在纳米尺度上研究轮胎和集料的微观构造和接触特性.模拟结果表明：链状聚异戊二烯分子链为螺旋状结构,分子间隙较大,易产生较大变形,而二氧化硅则为典型脆性材料,表面较为平整;界面接触模型以二氧化硅为固定基底,聚异戊二烯单链在其上匀速滑动,二者间距离为0.5 nm.接触界面摩擦特性模拟结果表明摩擦系数随着速度增加而变小,其变化趋势与实验结果相同,证明模拟结果有效.     

Kinetics of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy during homogenization

The kinetics of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy with different thicknesses during homogenization was analyzed. It is shown that fine grains are first formed at the boundaries of deformed bands in the twin-roll casting slab. The recrystallized grains with no strain are gradually substituted for the deformed microstructure of twin-roll casting AZ31 magnesium alloy. The incubation temperature and time for the recrystallization of a twin-roll casting AZ31 magnesium alloy strip with a thickness of 3 mm are lower and shorter than those of the 6-mm thick strip, respectively. The 3-mm thick twin-roll casting magnesium alloy has finer grains than the 6-mm thick strip. The activation energies of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy slabs with the thickness of 3 and 6 mm are 88 and 69 kJ/mol, respectively. The kinetics curves of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy were obtained.     

氯离子对AZ91镁合金微生物腐蚀的影响

摘 要：本文研究了Cl-对AZ91镁合金微生物腐蚀的影响。硫酸盐还原菌(SRB)在镁合金表面形成生物膜,能够对Cl-穿透生物膜到达金属表面起到阻挡作用。随着Cl- 浓度的增加,镁合金在含菌培养基中的平均腐蚀速度逐渐增加,腐蚀电位逐渐降低。当含菌培养基中的Cl-浓度小于1.5g/l时,Cl-对镁合金微生物腐蚀的影响不大;当Cl-浓度大于1.5g/l时,微生物生物膜的存在显著地降低了镁合金对Cl-的腐蚀敏感性。