基板晶体学特征对镀层相结构及抗粉化性能的影响

为了改善合金化镀锌板镀层的抗粉化性能，研究了基板晶体学特征对合金化镀层相结构及抗粉化性能的影响.结果表明:γ 织构增加基板成型性的同时抑制镀层内裂纹源的萌生;板面织构(111)-(113)-(313)//RP (轧面)在镀锌过程中，抑制ζ相的生成，促进δ相的生成;板面织构(001)-(101) //RP促进ζ相的生成.在合金化退火过程中镀锌板ζ相转变为δ相，最后变为Γ相，导致镀层内产生不同相结构，进而影响镀层的抗粉化性能和与基板之间的黏附力.此外，增加基板上113〈110〉体积分数与111〈110〉体积分数的比值，更有利于镀层内非基面织构的生成，增加合金化镀层的塑性.另外，基板表面的大、小角度晶界的体积分数也是影响镀层相结构的主要因素.     

不同表面处理条件下身管烧蚀研究

通过模拟发射试验对表面镀铬、氮碳共渗两种表面处理条件下的身管进行了烧蚀模拟测试,研究在模拟工况下身管烧蚀情况.镀铬身管由于镀铬层固有的脆性,且受到高温高压火药气体的冲击作用,铬层内易产生显微裂纹,裂纹扩展至铬层与基体界面处,并沿着镀层与基体界面扩展,从而导致镀层剥落.氮碳共渗身管在烧蚀过程中,表面产生大量较深且较宽的裂纹,裂纹直接贯穿到基体使基体严重地被火药燃烧气体腐蚀,从而导致身管失效.在上述研究基础上,提出了两种不同处理方式下身管的失效模式.     

预合金化处理对22MnB5热成型钢镀层组织成分的影响

在热成型钢上施加镀层,可有效避免其在热成型工艺中出现表面氧化、脱碳等缺陷,使成型后工件具有一定程度的抗腐蚀能力,研究了22MnB5热成型钢镀Zn层在升温过程中的微观组织结构变化和热处理工艺对镀层组织、性能的影响,对镀锌22MnB5钢进行不同的预合金化+相同的奥氏体化处理后,采用扫描电镜、能谱仪和辉光光谱分析仪对其镀层形貌、微观结构和组成成分进行了分析。其结果表明,在预合金化时间相同的情况下,随着温度上升,镀层由开始的ζ相、δ相、Γ_1相和Γ相互相掺杂逐渐转变为以Γ相为主;在预合金化温度相同的情况下,随着预合金化处理时间的延长,镀层中的Zn含量逐渐减少,Fe含量持续增加;在经过奥氏体化处理后镀层中Fe含量可达到88%左右,Zn含量可达到8%左右,镀层几乎全部为α-Fe(Zn),只在表面存在少量Γ相,镀层厚度在12μm左右;预合金化工艺为550℃保温30min、奥氏体化工艺为920℃保温4min时能得到质量较好的镀层。此结果对于发展新型含镀层热成型钢板具有重要参考价值。     

加载角度对高速列车铝合金焊接接头裂纹扩展路径的影响

以A7N01铝合金焊接接头为研究对象,基于最大周向应力准则,通过数值模拟的方法对接头裂纹在Ⅰ-Ⅱ复合加载下的扩展路径进行了研究,其中重点分析了当裂纹扩展到焊缝与母材之间的界面时,复合加载角度α对其启裂角度θ的影响.结果表明:在Ⅰ-Ⅱ复合载荷作用下,接头裂纹扩展到界面时,其扩展方向存在三种可能性:一是继续在焊缝中扩展;二是沿着界面方向扩展且不进入母材;三是穿过界面且进入母材.当α=30°时,裂纹在界面处的启裂角θ约为0°,裂纹将沿着界面的方向扩展且不进入母材;当α=45°时,裂纹在界面处的启裂角θ约为30°,裂纹将穿过界面且进入母材;当α=60°时,裂纹在界面处的启裂角θ约为41°,裂纹将穿过界面且进入母材.     

双态组织γ-TiAl基合金的室温拉伸断裂机理的研究

通过对双态组织的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算,研究了TiAl基合金双态组织拉伸的断裂机理.研究表明,许多裂纹在塑性变形前沿着层间起裂和扩展,断裂发展的驱动力是拉应力.在直缺口试样中,许多裂纹直接起裂于缺口根部,而且起裂于γ晶粒,并沿着层间扩展.随着拉应力的增加,主裂纹和新裂纹也可以通过障碍晶粒的穿层解理断裂来连接.然而在V型缺口试样中,裂纹则起裂于距缺口根部一定距离处.通过有限元计算得到沿层断裂强度大约为110MPa,穿层断裂强度大约为250MPa,这就是裂纹更容易沿着层间形核及扩展的原因.     

金属间化合物Fe_2B在液态锌中的腐蚀机制

利用扫描电镜、电子探针以及X射线研究了Fe2B的微观组织及被液态锌腐蚀后的界面形貌及化学组成,并运用固体与分子经验电子理论(EET)建立了Fe2B的价电子结构,对腐蚀过程中的反应扩散机制进行了合理的分析.结果表明:Fe2B在液态锌中的腐蚀机制以反应扩散为主;首先液态Zn原子扩散到Fe2B固体表面,然后沿能量较高的晶界进入Fe2B基体;Zn原子在Fe2B晶格中有限固溶,引起了Fe2B晶格畸变,同时在热应力作用下,Fe2B基体产生大量裂纹,液态锌沿着裂纹扩展方向渗入;当晶格畸变达到极限时,Fe原子周围的化学键全部断裂,Fe成为"自由"原子;"自由"的Fe原子与周围的Zn原子发生反应,生成Fe-Zn化合物;化合物从基体上剥落下来,漂移到液态锌中;Fe原子成为"自由"原子需要的能量越高,材料的耐腐蚀性能越好.     

温度循环条件下镀锡引脚的晶须生长

在热循环条件下,对电镀纯Sn覆层的器件引脚的锡须生长进行了评估.当器件经历500与1 000次温度循环后,纯Sn镀层表面会产生致密的热疲劳裂纹,伴随生长出许多锡须.由于镀层表面的SnO2氧化膜与镀层中Sn的热膨胀系数(CTE)存在较大的差异,在温度循环条件下发生SnO2与Sn的热失配,进而在其界面处产生了极大的交变应力,最终导致SnO2氧化膜破裂,为锡须生长提供了条件.此外,在Sn镀层与Cu基板界面处形成的Sn-Cu金属间化合物(IMC),提供了锡须生长的驱动力.镀层中的Sn原子在压应力的驱动下,沿着氧化物表面裂纹位置挤出,从而释放了压应力形成锡须.在锡须生长的初始阶段,阻力较大,故而速率较慢,在锡须突破表面氧化物层后,阻力较小,故加速了锡须的生长.     

拉应力下T91钢在550℃液态铅铋中的腐蚀行为

为有效评估T91钢在液态铅铋合金(lead-bismuth eutectic,LBE)中不同拉应力下的腐蚀行为,采用小锥度圆锥体试样,开展了0~180MPa下T91钢在550℃、1×10~(-6) wt%氧浓度LBE中的腐蚀实验.结果表明:(Fe,Cr)_3O_4层和内氧化层始终存在,而Fe_3O_4层在拉应力作用下出现严重的脱落,且Fe3O4碎片随应力增加而变小;(Fe,Cr)_3O_4层由于Cr富集度不同而呈现出两层亚结构;随着拉应力的增加,裂纹数量增加,尺寸变大,并不断向基体方向扩展,到180 MPa时已贯穿整个(Fe,Cr)_3O_4层.此外,各氧化层厚度随应力增加而增加,但增厚速率不断降低.     

T91钢热浸镀铝及其在水蒸汽中的循环氧化行为

研究SA213T91钢热浸镀铝后并退火后样品在90%Ar+10%H2O气氛中于600,650和700℃下的循环氧化行为.研究结果表明:T91钢热浸镀铝并退火后样品在表面形成Fe2Al5金属间化合物层,该层中有贯穿Fe2Al5层的裂纹;Fe2Al5层下为扩散层;镀层表现良好的抗氧化性能;在600℃氧化速率缓慢,样品表面仅生成极薄的Al2O3膜,其生长方式主要由Al向外扩散为主,而在650℃和700℃时氧化质量增量增大;在循环氧化过程中,由于基体和镀层的热膨胀系数不匹配,镀层在降温和升温过程中将受到循环应力作用,镀层中裂纹增加,并导致镀层剥落.     

分子动力学模拟α-Fe拉伸与疲劳裂纹扩展机理

采用分子动力学模拟方法研究了含(010)[001]和(0-11)[100]型中心裂纹的金属α-Fe分别在拉伸与疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究发现,在拉伸载荷作用下,(010)[001]型裂纹在钝化的基础上沿着{110}滑移面塑性扩展;(0-11)[100]型裂纹尖端位错沿(011)面发射,裂纹沿(110)表面脆性解理扩展.在循环载荷作用下,(010)[001]型裂纹尖端位错沿着{111}110滑移系扩展,裂纹在裂尖应力集中作用下,沿之字形快速扩展;(0-11)[100]型裂纹扩展方式与拉伸失效时基本一致,裂纹在(110)面内发生快速的脆性解理扩展.两种裂纹扩展过程中都有层错和位错的共同作用.研究表明,(110)表面的表面能最低,是α-Fe的最优解理面.     

奥氏体耐热不锈钢310S动态拉伸变形行为研究

采用扫描电子显微镜(SEM)静载动态拉伸原位观察方法研究了310S奥氏体耐热不锈钢常温动态拉伸过程中裂纹的萌生、扩展及断裂过程.结果表明:裂纹源容易在夹杂物、基体界面以及应力集中部位形成.随着拉伸变形进行,不同位置形成的微裂纹中,处于与拉伸应力方向相同或相近的有利位相的微裂纹不断亚稳扩展,最后与周围微裂纹连接形成主裂纹.当主裂纹扩展到一定程度达到或超出临界裂纹尺寸后,试样裂纹发生全面失稳扩展而试样迅速断裂.     

地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界，将地震波输入转化为等效节点力，建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性，并在该地震波输入方法的基础上，考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力，研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速度，但竖向加速度值较小；地震作用下剪力键受力最大的是压应力，拉应力相对较小；剪力键拉应力主要集中在剪力键与沉管主体连接的部位，该处易产生拉伸裂缝，水平剪力键的破坏形式主要是拉伸破坏；接头剪力键的布设方向决定了剪力键根部的剪力分布，绝大部分剪力被布设方向和节段位移方向相一致的剪力键所承担.     

激光熔覆NiCrBSi合金涂层的裂纹形成机理

从微观组织研究了激光熔覆NiCrBSi镍基涂层的裂纹形成机理,分析了涂层显微组织、裂纹形貌和断口成分.结果显示：Ni60涂层具有高裂纹敏感性,即使涂层与基体热膨胀系数差异较小,涂层也容易开裂.原因是：① Ni60涂层包含大量的粗大硬质初生相和硬质共晶组织以及较少的韧性相,具有高的脆硬性; ② 断口聚集含Ca、S、Si等元素的熔渣;③ 粗大的硬质相妨碍了液体金属的自由流动,造成金属基体的不连续性;④ 粗大硬质相晶界处的液膜易在拉应力作用下破裂,形成缩孔或微裂纹,从而成为裂纹源.此外,裂纹在顶端起裂并向下扩展,裂纹多沿粗大硬质相晶界扩展,具有典型的凝固裂纹特征.     

硬脆颗粒增强金属基复合材料切削区的变形

在切削力作用下硬脆颗粒增强金属基复合材料内部应力分布不均匀,基体发生弹性变形—塑性变形,增强颗粒发生弹性变形并可能破碎,然后基体夹裹颗粒协调变形并流动．在成屑的层积阶段剪切变形区和层积区中易生裂纹,其后裂纹在切削层中可能沿基体—增强颗粒结合界面扩展、颗粒穿晶解理或破碎、绕过颗粒只在基体中扩展．复合材料的组织和性能,尤其增强颗粒的含量、粒度和与基体的界面结合强度是影响其切削变形的主要因素．     

Thermal residual stress analysis of coated diamond grits

Residual stresses of coated diamond grits were analyzed by a finite element unit cell model. Diamond grits coated with four types of metals, W, Mo, Ti, and Cr, were considered. The numerical results show that compressive stress occurs in the diamond particles and tensile stress occurs in the metal matrix; compressive stress is concentrated in the diamond sharp comer; interface stresses decrease by more than 1000 MPa with a metal interlayer; plastic deformation of the matrix begins near the sharp corner of diamond grits and extends toward the peripheral zone. Stress concentration dramatically decreases due to plastic deformation of the matrix. The deposition of transition metals on a diamond surface can dramatically promote the adhesion between diamond grits and the metal bond.     

Deformation and damage behaviors of as-cast TiAl-Nb alloy during creep

By means of creep properties measurement and microstructure observation,the deformation and damage behavior of an as-cast TiAl-Nb alloy during creep at temperature near 750°C were investigated.The results showed that the microstructure of the alloy consisted of lamellarγ/α_2 phase,and the boundaries consisted ofγphase located in between lamellarγ/α_2 phases with different orientations.In the latter stage of creep,the dislocation networks appeared in the interfaces of lamellarγ/α_2 phases due to the coarsening of them,which made the coherent interface transforming into the semi-coherent one for reducing its adhesive strength.The deformation mechanism of the alloy during creep was twinning and dislocations slipping within lamellarγ/α_2 phases.In the later period of creep,significant amount of dislocations plied up in the interfaces of lamellarγ/α_2 phases,which may cause the stress concentration to promote the initiation and propagation of the cracks along the lamellarγ/α_2interfaces perpendicular to the stress axis.Wherein,some cracks on the various cross-sections were connected by tearing edge along the direction of maximum shear stress,up to the creep fracture,which is considered to be the damage and fracture mechanism of alloy during creep at 750°C.     

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。     

宽带激光熔覆铸造WCp /Ni基合金复合涂层结合界面组织特征

研究了宽带激光熔覆铸造WCp /Ni基合金复合涂层结合界面组织特征。结果表明结合界面微区组织特征为细小的共晶体组织、过渡层组织以及白亮带组织。白亮带及过渡层中主要含有Fe ,Cr,Ni,Si等元素。白亮带主要是单相的γ - (Fe ,Cr ,Ni,Si)固溶体组织。从熔覆区→过渡层→白亮带的平均显微硬度值呈梯度分布。复合涂层结合界面主要元素、微观组织结构和显微硬度呈梯度分布的特征 ,提高了涂层与基材之间的匹配性 ,缓解应力集中 ,避免裂纹形成 ,实现了基材与涂层良好的冶金结合。     

连铸坯表面网状裂纹

对连铸坯和热轧厚板表面网状裂纹附近的化学成分及其组织进行了分析,发现裂纹附近存在Cu和Cr元素,裂纹沿着晶界延伸.可见裂纹形成的原因为:结晶器镀铬层磨损导致铜板与连铸坯粘结,液态铜通过奥氏体晶界向铁基体内渗透.富集在奥氏体晶界的铜极大地恶化了钢的塑性是导致裂纹形成的主要原因.在此基础上提出了控制连铸坯和热轧厚板表面网状裂纹的措施.