镍基单晶高温合金γ’颗粒[111]取向加载的粗化趋势

针对镍基单晶高温合金的服役条件和机构特点,对γ’颗粒在[111]取向加载时的定向粗化趋势进行了比较系统的研究.通过实验得到镍基单晶高温合金在[111]取向上受载时,γ’颗粒没有表现出沿任何方向上的定向粗化趋势,只是以毛细驱动方式各向同性长大.经过有限元计算表明,外应力作用使各类基体通道中的应力分布具有强烈的各向异性,而在粗化过程中扩展的通道都是Von Mises应力高的通道,而逐渐减小的通道都是Von Mises应力低的通道,这表明塑性变形及其不均匀分布起关键作用.     

镍基单晶高温合金γ'颗粒[111]取向加载的粗化趋势

针对镍基单晶高温合金的服役条件和机构特点,对γ'颗粒在[111]取向加载时的定向粗化趋势进行了比较系统的研究.通过实验得到镍基单晶高温合金在[111]取向上受载时,γ'颗粒没有表现出沿任何方向上的定向粗化趋势,只是以毛细驱动方式各向同性长大.经过有限元计算表明,外应力作用使各类基体通道中的应力分布具有强烈的各向异性,而在粗化过程中扩展的通道都是Von Mises应力高的通道,而逐渐减小的通道都是Von Mises应力低的通道,这表明塑性变形及其不均匀分布起关键作用.     

树枝状沉淀相的形貌研究

在铁铝黄铜中,Fe_3Al 沉淀呈立方形、花瓣状和树枝状三种形貌.TEM(透射电镜)观察分析表明,这三种形貌反映了沉淀相在粗化过程中的三个阶段.由于基体β′相和沉淀相的晶体结构十分相似,两者的点阵常数又正好是一倍之差,Fe_3Al 初析出时和基体共格.粗化过程中,沉淀颗粒沿<111>晶向生长,这导致了共格的失配和形貌的转化.     

一种高强耐蚀镍铜合金的沉淀相与时效硬化

使用透射电子显微镜，研究了一种沉淀强化合金Ｍｏｎｅｌ Ｋ－５００合金中沉淀相的形态，分布，粗化等行为。结果表明，即使长期时效，沉淀相甩保持球形形态，且均匀分布，反映了沉淀相－基体间极低的错配性；沉淀相的粗化是一体扩散过程，受Ａｌ，Ｔｉ原子在Ｎｉ－Ｃｕ基体上的扩散控制。     

有外来扩散源条件下DD402单晶合金中的γ’相筏形化

研究了热等静压(HIP)连接DD402单晶合金与FGH95粉末合金的扩散偶中,DD402单晶合金的γ’相筏形化过程.提出了一种新的γ’相筏形化的机理,分析了γ’相筏形化的驱动力问题,建立了γ’相筏形化过程的物理模型.讨论了筏形γ’片层厚度与原始γ’相的尺寸、体积分数以及γ’相形成元素的扩散流量之间的关系.结果表明,单晶合金的γ’筏形化是由于其形成元素的扩散使γ’定向长大.筏形化的过程包括两个阶段:一是γ’粒子的定向连接阶段;二是筏形γ’片层的平坦化.筏形化γ’的初始片层厚度及筏形化方向主要由γ’原始尺寸及晶体取向决定.     

L12+D022体系含共格应变的组织演化和粗化行为模拟

利用微观相场方法研究了Ni75AlxV25-x合金有序沉淀相含共格应变作用的粗化行为.通过对组织演化图像、结构函数的标度行为及平均半径的分析,得出如下结论:L12和D022相的形状转变以及两相间的空间排列关系是由与组态相关的各向异性弹性应变能引起.两相的最终组织形貌呈长方块状,沉淀颗粒在粗化阶段均达到了动力学标度.由于不同相之间的弹性交互作用,Lifshitz Slyozov Wagner(LSW)理论并不适用于该沉淀体系的粗化行为.中间浓度时,两相的沉淀和粗化过程同时发生;高浓度时,先析出相的长大和粗化分为较明显的两个阶段,而后析出相的长大和粗化仍同时进行.     

反应合成AgCuO复合材料中CuO的长大动力学分析

通过分析银铜颗粒表面铜与氧的反应,计算银铜合金中铜的沉淀析出量、铜在银基体中的扩散速率以及CuO颗粒大小,研究了反应合成AgCuO复合材料中CuO的长大动力学行为.结果表明:在反应合成制备过程中,氧化铜颗粒长大动力学行为满足抛物线规律;银铜合金表面铜与氧的反应是一种铜扩散控制型反应,该氧化铜颗粒的长大与铜在银铜合金中的含量、扩散速率和所处位置(晶内、晶界)有关.计算得到的CuO颗粒大小与实际获得的氧化铜颗粒大小相吻合.     

再结晶对沉淀粒子尺寸及其分布的影响

本文通过碳萃取复型样品的电镜观察,研究了再结晶对沉淀粒子尺寸及其分布的影响。当10MnNb钢在1073—1373K温度范围内热压缩后等温停留时,NbC沉淀粒子随等温时间延长而粗化。在未再结晶期间,粒子尺寸分布曲线呈单峰;在再结晶期间,粒子粗化速率加快,改变了原来的粒子尺寸分布,使尺寸分布曲线呈双峰。再结晶时形变基体、再结晶前沿界面和再结晶晶粒三个区域中的粒子粗化机制不同,其平均尺寸和尺寸分布也不同,它们的叠加使尺寸分布曲线呈双峰。     

定向凝固GH4742高温合金中组织、偏析和析出相演变

GH4742高温合金是一种先进的结构材料,广泛应用于航空航天、船舶、核电等领域。真空电弧重熔（VAR）通常作为最终熔炼工序,其凝固组织、元素分布和缺陷直接决定了合金的加工和机械性能。本文以区域定向凝固炉模拟真空自耗炉的定向凝固特征,研究了GH4742高温合金在大跨度的冷却速率下的微观结构、元素偏析和析出的演变规律。基于多种镍基高温合金的统计对比,结果表明,在高冷却速率下,主枝晶间距与G1/2V1/4有明显的线性关系,其中G和V是温度梯度和拉速。随着冷却速率的降低,一级枝晶间距以一种分散的方式增加。在所有的冷却速率范围内,二级枝晶臂间距与 (GV)?0.4明显线性相关。元素偏析的程度随着冷却速率的增加而增加,随后逐渐减少,这是由于溶质反扩散和树枝状结晶尖端过冷之间的竞争造成的。随着凝固速度的增加,γ′、碳化物和非金属夹杂物的尺寸逐渐减小。γ′沉淀物的形态从梅花状变为立方体,再变为球形。碳化物的形态从块状变为细条状,然后变为汉字状。碳化物的形态受树枝状间形状和元素扩散共同控制。夹杂物以复合夹杂物为主,通常表现为Ti(C,N)以氧化物为异质成核中心,碳化物的外表面包裹的三层结构。随着冷却速率的增加,复合夹杂物的数量密度先增加后减少,这与元素偏析行为密切相关。     

Si在纯Fe及低硅钢中扩散行为

采用磁控溅射方法,分别在纯Fe以及低硅钢基片上沉积富Si膜,并对其进行真空扩散热处理.通过能谱分析及X射线衍射研究了Si在纯Fe与低硅钢基体中的扩散特征,运用DICTRA软件建立了扩散模型.研究发现Si在纯Fe基体中扩散时发生γ-Fe(Si)→α-Fe(Si)相转变,扩散速率受控于相界面的迁移.当沿截面Si含量梯度不足以驱动相界面正向迁移时,延长扩散时间会发生相界面回迁现象,最终趋于单一相内均匀化扩散过程.Si在低硅钢基体中的扩散符合Fick扩散第二定律.     

Coarsening behavior of MX carbonitrides in type 347H heat-resistant austenitic steel during thermal aging

In this work, the growth kinetics of MX (M = metal, X = C/N) nanoprecipitates in type 347H austenitic steel was systematically studied. To investigate the coarsening behavior and the growth mechanism of MX carbonitrides during long-term aging, experiments were performed at 700, 800, 850, and 900℃ for different periods (1, 24, 70, and 100 h). The precipitation behavior of carbonitrides in specimens subjected to various aging conditions was explored using carbon replicas and transmission electron microscopy (TEM) observations. The corresponding sizes of MX carbonitrides were measured. The results demonstrates that MX carbonitrides precipitate in type 347H austenitic steel as Nb(C,N). The coarsening rate constant is time-independent; however, an increase in aging temperature results in an increase in coarsening rate of Nb(C,N). The coarsening process was analyzed according to the calculated diffusion activation energy of Nb(C,N). When the aging temperature was 800–900℃, the mean activation energy was 294 kJ·mol-1, and the coarsening behavior was controlled primarily by the diffusion of Nb atoms.     

Coarsening behavior of γ′ and γ″ phases in GH4169 superalloy by electric field treatment

The coarsening behaviors of γ′ and γ″ phases in GH4169 alloy aged at 1023 and 1073 K with electric field treatment (EFT) were investigated by transmission electron microscopy (TEM) and positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS). It is demonstrated that precipitation coarsening occurs, and the growth activation energies of γ′ and γ″ phases can be decreased to 115.6 and 198.1 kJ·mol?1, respectively, by applying the electric field. The formation of a large number of vacancies in the matrix is induced by EFT. Due to the occurrence of vacancy migration, the diffusion coefficients of Al and Nb atoms are increased to be 1.6–5.0 times larger than those without EFT at 1023 or 1073 K. Furthermore, the formation of vacancy clusters is promoted by EFT, and the increase in strain energy for the coarsening of γ′ and γ″ phases can be counterbalanced by the formation of vacancy clusters.     

Microscopic characterization of semi-solid aluminium alloys

The microstructural evolution and element distribution of the Al-4Cu-Mg alloy during semi-solid compression were investigated, and the precipitate behavior and dislocation morphology were discussed. The experimental results show that the microstructure, the number of CuAl₂ (θ phase) precipitates, and the dislocation density of the Al-4Cu-Mg alloy depend apparently on the process parameters. More segregation of Cu at the grain boundary happens with an increase of deformation temperature and a decrease of strain rate, leading to an increase in the number of θ phase. With an increase of height reduction, Cu segregation at the grain boundary decreases gradually. Moreover, unique dislocation morphologies including helical dislocations and dislocation loops appear at different process parameters and evolve to reduce the stored energy.     

Creep damage characterization of Ni-based superalloy by acoustic nonlinearity

The creep damage of Ni-based superalloy has been experimentally investigated by acoustic nonlinearity measured by the finite amplitude method. The creep test is conducted and interrupted after a specified fraction of creep life time. The cuboidal g0 precipitates coarsen preferentially in the direction perpendicular to the applied stress axis. The aspect ratio (a/b) of the g0 precipitate increases monotonously with creep duration. The increase in acoustic nonlinearity is discussed in relation to the directional coarsening of the g0 precipitates, which proves to be closely related to the scattering and distortion of the ultrasonic waves. We have determined that acoustic nonlinearity is a potential diagnostic method for determining creep damage in Ni-based superalloys.     

工艺参数对Ni60-Cu/BaF2·CaF2定向结构涂层组织和性能的影响

采用氧乙炔火焰喷涂+感应重熔+强制冷却相结合的复合技术制备了Ni60-Cu/BaF₂·CaF₂定向结构复合涂层,研究了感应重熔参数对Ni60-Cu/BaF₂·CaF₂定向结构复合涂层组织结构、元素分布、微观硬度的影响.研究表明:过低的感应重熔功率(7 kW)不能提供涂层足够的熔化热,不能保证涂层完全的熔融状态,过高的感应重熔功率(15 kW)导致过高的热输入,使基体元素向涂层过量扩散以及组织粗大,硬度降低.当感应重熔功率为10 kW时,定向结构涂层获得了良好的微观组织,涂层中组织致密且柱状晶明显,涂层与基体间的冶金结合带也较为平整,且涂层的硬度值较高.     

渭河断陷盆地区域应力形变场的数值模拟研究

根据渭河盆地的地应力测量资料,结合震源机制解,采用有限单元法反演了渭河盆地区域构造应力与形变场。讨论了区域内应力场和应变能密度分布的基本特征及其与历史地震活动的关系。在此基础上,采用西源流变模型对应力-形变场随时间的变化作了粘弹塑性有限元模拟。     

复合材料定向管动力响应及优化分析

为掌握复合材料定向管的动态力学性能,了解复合材料定向管动力响应的应力、应变和变形位移情况,建立了复合材料定向管受载的力学模型,利用动力有限元法仿真计算了火箭弹的发射过程,然后对定向管壁厚值进行了对比优化分析.结果表明:动力有限元法是有效的仿真计算方法,复合材料定向管在发射开始阶段产生的响应应力和应变较大,后端产生的响应应力和变形位移比前端大,确定的合理壁厚值范围为3.6～4.1mm.该研究为某火箭炮复合材料定向管的研制提供了参考.