Q-P-T制备高强钢的马氏体形成激光共聚焦观察和力学性能测定

作为第三代汽车钢的一种,淬火-碳配分-回火(Q-P-T)工艺制备的高强度钢显微组织由先形成马氏体、新鲜马氏体和残余奥氏体构成.本文利用激光共聚焦显微镜,观察了一次淬火时马氏体和未转变奥氏体分布的不均匀形成过程.在此基础上,进一步表征了在不均匀的基体中,Q-P-T工艺获得的马氏体具有多尺度的分布特征;同时,二次淬火获得的新鲜马氏体具有:1)更细的板条尺寸;2)在一个块状区域内具有相同的取向,可视为一个"packet";3)更高的力学性能.研究结果客观地展示了Q-P-T制备高强度钢的微观组织演化本质,为进一步改进Q-P-T工艺、提高性能提供了准确的理论依据.     

孔隙介质中应力波传播机制的实验研究

采用活性粉末混凝土和聚苯乙烯材料研制了具有与天然砂岩相似孔隙分布特征和物理力学性质的孔隙体模型,通过不同孔隙率模型的SHPB冲击实验和CT扫描实验观察和分析了孔隙体中应力波的传播特性以及传播过程中内部孔隙和固体介质的变化．研究表明：1）孔隙率显著影响应力波的传播特征．相同应变率时,孔隙率越大,反射波幅越大、波峰越多、透射波幅越小;孔隙率降至5％时反射波接近于单峰;应变率越高上述现象越明显;2）孔隙体的能量耗散率WJ／W1随孔隙率增加而线性增加,WJ／W1对应变率较敏感;3）应力波传播性质和能量耗散行为的差异与孔隙的演化机制有关．孔隙率低于10％时内部机制表现为固体介质破裂或形成新孔隙,应力波能量主要被消耗形成新开裂面或新孔隙,原有孔隙变形不大．此过程中应变率对改变孔隙形状的作用不明显;孔隙率高于15％时孔隙演化机制与应变率有关,低应变率时仍以固体介质开裂或形成新孔隙为主,但新增开裂面或新孔隙的数量相对较少;高应变率时内部结构变化同时存在固体介质开裂和孔隙变形两种机制,其中孔隙变形占较大比例,应力波能量大部分被消耗于孔隙变形,表明只有在高孔隙率和高应变率条件下内部孔隙才会发生明显的变形．孔隙离心率e可以较好地刻画应力波作用下孔隙的变形．     

微结构对中碳马氏体钢纳米硬度分布的影响

利用纳米力学探针对传统的淬火-回火中碳马氏体钢的微观硬度分布进行了评价. 在1000 mN载荷下, 硬度的标准偏差与平均值之比为15.4%, 而在9.8 N下的维氏硬度该比值为1.5%. 结合电子背散射分析和扫描电子显微镜观察表明, 纳米硬度值的分散并非主要来源于马氏体板条的晶体取向, 而是由于在亚微米尺度上微结构(如渗碳体的分布)的不均匀造成的. 对具有不同取向的钨单晶(001), (101)和(111)的纳米力学探针测量表明, 晶体取向造成的纳米硬度值分散性很小. 对另一种具有相同化学成分但经过热轧变形导致渗碳体分布更加细小而均匀的马氏体钢的纳米力学探针测量表明, 其纳米硬度值分散性比传统的马氏体钢要小得多. 这两个结果都进一步佐证了上述结论.     

微成形中尺寸效应研究的进展

微纳米尺度下微细工件塑性变形中会出现尺寸效应,即随着工件尺寸的减小材料的应力应变关系、塑性成形性能和摩擦系数等成形工艺参数呈现出与常规尺寸工件的塑性变形不同的特点,对于尺寸效应的研究是微成形工艺研究的基础.本文首先综述了实验观察到的各种尺寸效应现象,如随着晶粒尺寸的减小塑性变形机理发生变化,从而导致Hall-Petch关系的变化.然后,介绍了为描述材料应力应变关系中出现的尺寸效应而提出的各种材料模型,其中考虑表面层晶粒体积分数、工件尺寸与晶粒尺寸的比值、应变梯度等因素的影响对经典塑性塑性力学模型进行的修正可以从现象学的角度描述尺寸效应,而基于位错运动、统计存储和几何必须位错密度的演化、晶界滑动等塑性变形机理的的本构模型,不仅能更准确地描述尺寸效应等塑性变形行为,而且能更深入地揭示尺寸效应的物理本质.另外,对于尺寸因素与极限应变的关系和摩擦中呈现的尺寸效应研究也进行了介绍.     

几种纯金属熔体原子团簇的微观热收缩现象

利用高温液态金属X射线衍射仪对纯金属In、Ga、Ge、Ag、Cu、Al、Sn等在液相线以上不同温度进行了实验研究,得到了其衍射强度、结构因子、双体分布函数、径向分布函数以及平均最近邻原子间距、原子配位数.实验结果表明,纯金属In、Ge、Ag、Cu、Al、Sn等在液相线以上较大温度范围内,原子团簇都存在微观热收缩现象,几种金属的微观热收缩都具有一个共同的特点--在整个测试温度区间内热收缩是不均匀的,每种金属在各温度区间内的热收缩程度以及特征不同.在此基础上进一步探讨了微观热收缩现象的机理以及熔体内发生的结构变化.     

岩石孔隙结构的统计模型

通过砂岩CT扫描实验研究了岩石孔隙的几何特征与分布规律,给出了孔隙的形心坐标,孔隙间距、孔隙数和孔径的统计特征与各自分布的概率密度函数．利用Monte Carlo法和随机数算法生成了具有相同统计参数和概率密度函数的随机数序列来模拟孔隙位置、数量和孔径的随机分布．借助FLAC如程序按照随机数序列分配的孔隙位置和统计特征构建了岩石三维孔隙结构模型．在此基础上,应用该模型研究了巴西圆盘劈裂破坏时的应力分布、单元破坏方式以及破裂单元的连通情况．研究表明：孔隙模型具有与真实岩石孔隙结构一致的孔隙统计特征和较好的几何相似性,该模型可以直观地反映孔隙特征对应力分布、破坏方式以及破裂连通性的影响．     

铝锂合金高速铣削表面完整性实验研究

铝锂合金密度低、比强度高、比刚度高等优良特性使得其成为新一代航空航天飞行器的主要结构材料.飞机蒙皮作为维持飞机外形的主要结构件,在飞机起飞降落过程中承受舱内外压差变化所引起的交变载荷作用,因此对于蒙皮结构零件的疲劳强度要求十分苛刻.零件的疲劳裂纹萌生往往是从表面的微观缺陷开始,并且表层以及亚表层的力学状态将影响裂纹萌生以及扩展速度.表面完整性包括表面的几何轮廓、显微硬度、金相组织、残余应力等,这些因素综合影响着零件的疲劳性能.与此同时,表面完整性表征参数与被加工材料属性、热处理状态以及加工工艺等具有密切的联系.研究了铝锂合金的机械铣削加工工艺对于其表面完整性的影响.传统蒙皮结构加工往往采用化学铣削的方法进行,占用厂房面积大,污染严重,废液处理费用高等,不符合现代可持续绿色制造的理念.目前对于铝锂合金的超塑成形工艺研究较多却鲜见有相关铝锂合金切削表面完整方面的相关研究.研究在干切情况与液氮冷却情况下切削三要素以及上一道滚压工艺对于表面完整性的影响,通过正交试验的方法全面考察了工艺参数对于表面形貌各个指标、表层亚表层金相组织以及残余应力的影响权重,并且验证了其显著性.比较了干切与液氮低温切削情况下表面形貌以及残余应力状态的异同点,验证了液氮冷却切削对于铝锂合金表面完整性提升的有效性,为提高铝锂合金疲劳性能提供了实验依据.     

室温轧制Cu/Al多层复合薄带的变形诱导反应扩散现象

以退火态工业纯铝、纯铜薄带为原料,将8层铜带、7层铝带,共15层以相互交替方式叠在一起,利用自行研制的微成形轧机,在室温下对其进行多道次轧制.在没有任何中间退火等热处理的情况下,当累积应变达到83%时,通过OM观察发现冷轧大变形后的Cu/Al界面处有新相形成.经SEM/EDS分析,发现这些新相是金属间化合物Al_2Cu/AlCu/Al_4Cu_9的混合物,是由反应扩散获得的产物.这些金属间化合物与原有的金属母体构成了一种新的复合材料.特别有意义的是:由于实测和有限元模拟计算两种方法都证实轧制过程中温升低于28℃,因此该反应扩散不是缘于常见的"热"作用,而是由于室温大变形轧制中应力-应变的作用.本文将这种现象称为变形诱导反应扩散,并对其机理进行了分析和阐述.该研究结果是在室温下加工获得金属间化合物的一个实验证据,为获得一类新型复合材料提供了新途径.     

层叠式锂离子电池展向温度分布的分析解及基于分析解的热设计优化

大型锂离子动力电池的热相关问题是限制其在电动汽车上大规模应用的主要问题之一.单体电池的热模型是进行电池热设计、改善电池热特性的重要工具.根据热模型的求解方法,可分为数值解和分析解两类.在现有文献的研究中,数值解占据了主要地位.但是,分析解因具有计算量小、可实现设计变量的全局优化等优点,在电池热设计和电池组热管理系统中可发挥重要作用.例如,在电池热设计中,分析解可全面考察多个设计参数连续变化下对电池热特性的影响,以进行多设计参数下的全局优化.本文首先对一款大型层叠式锂离子电池进行了数值热模拟和实验验证,数值热模拟的结果与多枚热电偶的实验测量结果吻合良好;然后,基于数值热模拟的结果提取了层叠式电池温度分布和产热率分布的主要特点,进而假设温度呈展向平面分布、产热率均匀分布;针对简化后的电池热问题,利用双重积分变换方法提出了分析解;最后,使用分析解开展了电池的热设计优化工作,讨论了不同电芯尺寸和极耳布置方案下的电池热特性.     

聚乙烯醇／羟基磷灰石复合水凝胶的摩擦磨损机理研究

选用高分子聚乙烯醇（PVA）和纳米羟基磷灰石（HA）为原料,采用反复冷冻-解冻法制备PVA／HA复合水凝胶．在超高精度三维轮廓仪和扫描电镜上观察PVA／HA复合水凝胶的微观形貌,采用平头圆柱压头测定PVA／HA复合水凝胶的压缩弹性模量和应力松弛特性,在微摩擦试验机上开展PVA／HA复合水凝胶与牛膝关节软骨之间的摩擦磨损实验,利用环境扫描电镜表征试样磨损后的表面形貌．结果表明,PVA／HA复合水凝胶具有与天然骨组织相似的交联网状微观结构,随着冷冻．解冻次数和HA含量的增加,PVA／HA复合水凝胶交联度增加,结晶程度增强,弹性模量显著提高,应力松弛速率增大,应力平衡值降低;摩擦系数随冷冻-解冻次数和HA含量的增加而降低,且冷冻-解冻次数越大,摩擦系数达到稳定平衡值的时间越早;PVA／HA复合水凝胶／牛膝关节软骨配副的摩擦变形深度随冷冻．解冻次数和HA含量的增加而减少;PVA／HA复合水凝胶的磨损机理主要表现为塑性流动和粘着现象,磨损轻重程度随冷冻-解冻次数和HA含量的增加而降低．     

热压烧结ZrB2／B4C陶瓷材料的组织与性能

以B4C、C、ZrO2为主要原料,采用反应热压法制备ZrB2／B4C陶瓷材料。通过对ZrB2／B4C陶瓷材料的显微组织及力学性能的综合分析,发现第二相ZrB2含量为20wt％时,材料具有较好的综合力学性能,相对密度为99．3％,维氏硬度为36．1GPa,抗弯强度为533．3MPa,断裂韧性为6．95MPa·m^1/2,比纯B4C陶瓷材料的性能均有所提高。材料为穿晶和沿晶断裂的混合断裂模式。     

先进材料与高性能零件陕速凝固激光加工研究进展

金属材料快速凝固激光表面加工与高性能金属零件快速凝固激光成形技术，是材料科学与工程及先进制造技术交叉学科前沿热点研究领域之一。本文介绍了作者所在实验室近年来在先进高温耐磨耐蚀金属间化合物多功能涂层新材料快速凝固激光熔覆合成／制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展，主要内容包括：激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术等。     

板材液压拉深试验装置开发

开发了一种用于板材液压拉深成形性能研究的试验装置,包括拉深模具及液压控制系统。该装置不需要复杂的外部供液系统、压边系统及凸模导向系统,在普通的单动压力机上就能实现对不同材料及尺寸板材的普通拉深和液压拉深试验。初步的试验表明,该装置结构简单、操作方便、工作可靠,满足板材液压拉深试验要求,能够有效的改善板材的成形性能。     

Using computational models to discover and understand mechanisms

Areas of biology such as cell and molecular biology have been dominated by research directed at constructing mechanistic explanations that identify parts and operations that when organized appropriately are responsible for the various phenomena they investigate. Increasingly the mechanisms hypothesized involve non-sequential organization of non-linear operations and so exceed the ability of researchers to mentally rehearse their behavior. Accordingly, scientists rely on tools of computational modeling and dynamical systems theory in advancing dynamic mechanistic explanations. Using circadian rhythm research as an exemplar, this paper explores the variety of roles computational modeling is playing. They serve not just to determine whether the mechanism will produce the desired behavior, but in the discovery process of hypothesizing mechanisms and in understanding why proposed mechanisms behave as they do.     

高速铁路用水泥乳化沥青浆体的物理结构

基于硬化硅酸盐水泥浆体的Powers理论和水泥乳化沥青浆体的配合比,通过理论计算和X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱仪(EDAX)等相分析方法,分析了硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构.结果表明,硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构取决于沥灰比和水灰比.提出了表征硬化水泥乳化沥青浆体物理结构的两种结构模型,以沥青为连续相、水泥相为分散相的有机-无机复合胶凝体结构模型—I型模型;以水泥相为基体、沥青嵌入其中的无机-有机复合胶凝体结构模型—II型模型.为深入分析高速铁路板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆的微结构参数和力学性能及其衰变规律奠定了基础.     

风力发电冷却技术

随着风力发电机单机容量的逐步增大,发电机内各部件的散热量也将大大增加,如何有效解决发电机的温升瓶颈,已成为风力发电机进一步发展的关键问题之一。本文首先对风力发电的原理与结构进行了综述,分析了风力发电机运行过程中热量产生的部件和原因,介绍了目前风力发电机组所采用的冷却技术,并在此基础上对下一代大功率风力发电机冷却技术进行了展望。     

Making more synapses: a way to store information?

Although information may be stored in the brain as changes in the strength of existing synapses, formation of new synapses has long been thought of as an additional substrate for memory storage. The identification of subcellular structural changes following learning in mammals poses a serious ‘needle-in-the-haystack’ problem. In most attempts to demonstrate structural plasticity during learning, animals have been exposed for prolonged periods to complex environments, where they are confronted with a variety of sensory, motor and spatial challenges throughout the exposure period. These environments are thought to promote several forms of learning. Repeated exposure to such environments has been shown to increase the density of spines and dendritic complexity in relevant brain structures. The number of neurons has also been reported to increase in some areas. It is not clear, however, whether the new synapses emerging from these forms of plasticity mediate specific information storage, or whether they reflect a more general sophistication of the excited parts of the network.     

镁合金及其成形技术的国内外动态与发展

介绍了镁合金开发研究的国内外发展动态；综述了耐热镁合金、耐蚀镁合金、高强高韧镁合金、变形镁合金等高性能镁合金材料的最新发展，镁合金压铸、半固态铸造、挤压铸造、超塑性、冲锻等成形技术的最新开发研究成果。     

A histofluorescent procedure for identifying marijuana cannabinoids

A rapid and reliable fluorescence procedure is described as a test for the microscopical identification of the glandular hairs of Cannabis sativa. The proposed method, designated as the IFIM test (induced fluorescence identification for marijuana test), is based on the induction of a red fluorescence in cannabinoids by a hot clearing solution. The results, compared to those obtained by the classical RIM test, offer the possibility of more satisfactory identification of cannabis, hashish or marijuana in suspected samples.