硼纤维-镍复合电铸层界面结合强度的研究

研究了复合电铸层纤维-基体的界面结合强度及其对抗拉强度的影响.使用单纤维拔出法测定了不同条件下的硼纤维-镍复合电铸层的纤维-基体界面结合强度,并设计了一种简单可行的试样制备方法.试验结果表明,电流密度和热处理对硼纤维-镍复合电铸层的界面结合强度具有较大的影响;结合强度的提高能够显著提升复合电铸层的抗拉强度,并且随着硼纤维体积分数的增加,提升效果越来越明显.当硼纤维-镍复合电铸层的界面结合强度由12.49MPa上升至30.12MPa时,硼纤维体积分数为30%的复合电铸层抗拉强度由990MPa上升到1 280MPa.     

工业纯铁表面自纳米化及其表征

利用高能喷丸(High energy shot peening,HESP)法在工业纯铁的表面获得一定厚度的纳米晶层,实现工业纯铁表面自纳米化。通过金相显微镜观测、扫描电子显微镜分析、显微硬度测试以及X线衍射计算分析,对工业纯铁表面自纳米化层的组织结构和性能进行研究分析。研究结果表明:采用HESP方法实现工业纯铁表面纳米化的主要工艺参数是:喷丸弹丸为直径1 mm的铸铁,喷丸压力为0.6 MPa,喷枪距离试样表面为5 cm,所获得的纳米晶的厚度随着喷丸时间的增加而增加;剧烈变形层由于晶粒得到了细化,其显微硬度大大提高,在距喷丸面10μm处,其显微硬度(HV)达到296.6,随着距喷丸面距离的增加,剧烈变形层的硬度不断减小;只要喷丸1 min,即可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为68.4 nm、微观畸变为0.050%的纳米晶层;随着喷丸时间的延长,晶粒粒径越来越小,而微观应变越来越大;喷丸14 min可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为28.5 nm、微观畸变为0.175%的纳米晶层。     

等径角挤压对纯铜组织与性能的影响

研究采用BC路径(即试样进入下一道次挤压时按同一方向旋转90°)对纯铜进行等径角挤压后得到的组织与性能.结果表明,通过室温下对纯铜的8道次挤压后,得到均匀、细小的等轴晶组织(晶粒尺寸约1.5μm).抗拉强度从原来的235 MPa提高到420 MPa,硬度从114 HV提高到184.3 HV,延伸率由原来的45%降低到19%.通过对不同挤压道次试样在473 K下60 min的退火处理后,其晶粒进一步细化至1μm,其抗拉强度提高到435 MPa.     

40Cr钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术（SFPB）对40Cr调质钢进行表面纳米晶结构制备,并利用TEM、XRD、GX-71型金相显微镜和TuKON2100显缈维氏硬度计等对表面纳米层的组织结构和显微硬度进行了分析研究。结果表明,经过SFPB表面处理后,在40Cr调质钢表面晶粒细化,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒,晶粒尺寸达到10nm,纳米层厚度为40μm;纳米晶粒尺寸随着距表面距离增加而增大,纳米化主要是位错运动的结果;经SFPB处理后表层的显微硬度提高到526HV,且随着深度的增加硬度迅速降低。     

Ce对Cu-Cr合金内氧化层组织和性能的影响

利用不同Ce含量的Cu-0.4Cr-Ce合金进行包埋内氧化处理,对所得的Cu/Cr2O3复合材料进行了显微组织观察,测定了内氧化层深、显微硬度、电导率及抗拉强度。结果表明:随着内氧化时间的延长,复合材料的内氧化层深增加;Ce的加入,不仅细化了晶粒,而且内氧化层深也相应加深,最高达770μm;同时Ce含量增加,也提高了Cu/Cr2O3显微硬度、电导率及抗拉强度,分别达到HV128、80%IACS和400MPa。     

Al-6.6Zn-1.7Mg-0.26Cu合金挤压材焊接接头的组织与性能

采用光学显微镜、透射电子显微镜、维氏硬度计和拉伸试验机,研究了Al-6.6Zn-1.7Mg-0.26Cu合金挤压材熔化极惰性气体保护焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明：焊缝中心区为枝晶,靠近母材侧的焊缝熔合区为柱状晶,母材为等轴晶,但靠近焊缝熔合区的母材晶粒发生了长大。焊接接头的硬度以焊缝为中心呈对称分布,从母材到焊缝中心,硬度先下降后上升再下降。焊缝中心区的硬度最低,为86～105（HV）。焊接接头的抗拉强度为309 MPa,屈服强度为237 MPa,伸长率为4.75%,挤压材的焊接强度系数为0.76。     

MGH956合金TIG焊接接头组织和性能

分别以自制的高镍焊丝和MGH956合金基体为填充材料,对1.3 mm厚的MGH956合金进行TIG焊接,对比分析两种情况下接头的微观组织及其力学性能.以高镍焊丝作为填充材料进行焊接时,与填加基体相比,焊缝晶粒得到细化,孔洞减少,焊缝中生成了TiC等增强相,保证了焊缝较好的力学性能;同时,基体中的纳米级增强相Al-Y-O复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验表明:填加基体材料的焊缝抗拉强度仅为母材的57%,焊缝出现软化;填加高镍焊丝的焊缝出现硬化,抗拉强度为581 MPa,达到母材强度的80.7%;两种情况下,热影响区硬度与母材相当,接头都表现为脆性断裂.     

喷射电铸快速制造的试验研究

介绍了喷射电铸快速制造技术的原理与系统组成，采用喷射电铸快速制造工艺制备了具有简单形状的纳米晶金属铜样件，运用扫描电子显微镜和X-射线衍射等现代分析手段对纳米晶微观结构进行分析.结果表明，喷射电铸能显著提高极限电流密度，细化晶粒，改善铸层质量．铜沉积层具有纳米晶微观结构，平均晶粒尺寸约为55．6nm，最小晶粒尺寸可达41．4nm．     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8％.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8%.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.     

搅拌摩擦加工制备铝基复合材料的组织和力学性能

采用搅拌摩擦加工方法制备铝基SiC复合材料,研究SiC颗粒在复合材料中的分布均匀性问题,并对复合材料的力学性能及断口形貌进行分析.结果表明:1、2、3道次加工后SiC颗粒在复合材料中出现漩涡状和带状团聚现象;经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒均匀弥散分布在基体金属中,复合层组织发生明显细化;添加SiC颗粒4道次加工后复合材料显微硬度提高,抗拉强度降低.搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍;抗拉强度降低为176MPa,为基体金属的81%;复合材料拉伸试样总体表现为韧性断裂,断裂机制包含韧性断裂以及SiC颗粒与基体结合界面的撕裂.     

纳米SiCp/108Al复合材料的组织与性能

采用粉末冶金法制备了不同体积分数SiC颗粒增强的纳米SiCp/108Al复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料的微观组织及拉伸断口形貌进行了表征,测定了复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度、屈服强度及延伸率,分析了纳米SiC颗粒体积分数对复合材料组织及性能的影响。分析结果表明:添加纳米SiC颗粒的SiCp/108Al复合材料组织明显细化,性能得到提高。当纳米SiC颗粒体积分数为2%时,复合材料组织的晶粒最细小,缺陷较少,同时纳米SiC颗粒分布均匀,复合材料的性能最佳,相对密度达到98%。复合材料的硬度达到102HV,抗拉强度达到348MPa,屈服强度达到229MPa,分别比108Al基体提高了34%、26%和43%。当纳米SiC颗粒体积分数较大时,SiC颗粒会出现明显团聚现象,导致复合材料的性能降低。     

搅拌摩擦加工IF钢的组织性能

对3 mm厚的DC04冷轧IF钢板进行搅拌摩擦加工,研究加工区域的微观组织与力学性能. 在旋转速度为950 r· min-1 ,加工速度为60 mm·min-1时,采用加工后强制冷却技术可获得光滑平整且没有缺陷的加工表面. 搅拌摩擦加工后组织显著细化,加工中心的平均显微硬度约为HV 135. 6,是母材硬度的1. 4倍,表面细晶层硬度最高可达到HV 312. 8,细晶层和过渡层的抗拉强度分别比母材的抗拉强度提高50. 9%和47. 6%,加工前后试样的拉伸断口均呈微孔聚合韧性断裂特征. 细晶强化对材料抗拉强度的提高起主要作用.     

电沉积工艺参数对纳米晶镍层显微硬度及沉积速率的影响

采用脉冲电沉积法制备纳米晶镍层,利用高分辨透射电镜和显微硬度计对其微观结构和显微硬度进行了表征分析.结果表明：随电流密度和糖精钠含量的提高,纳米晶镍的显微硬度均呈现先增加后减小的趋势,当糖精钠含量为10 g/L,电流密度为10 A/dm2时达到最大值;显微硬度与平均晶粒尺寸的关系基本符合Hall-Petch方程;电沉积速率随电流密度的增加呈线性增长趋势,糖精钠的加入会提高沉积速率,但浓度的继续增加对沉积速率的影响不明显.     

Mn18Cr18N钢异步轧制过程的微观组织和显微硬度

研究了不同异步轧制速比对Mn18Cr18N无磁不锈钢板材微观组织和微观硬度的影响。结果表明,通过异步热轧,板材由表层到中心层的微观组织为梯度分布,表层晶粒细化效果明显;当异速比增至1.2时,表层晶粒细化至2.2μm,细晶层厚度为390μm;异步热轧板沿厚度方向的维氏显微硬度呈抛物线形式,随着异速比的增大,硬度总体水平下降,表层到中心层的硬度下降趋势增大。     

氨基磺酸镍体系电沉积纳米镍的力学性能及热稳定性研究

采用氨基磺酸镍体系镀镍液代替瓦特型镀镍液,应用脉冲电沉积技术,制备了平均晶粒尺寸为16.7 nm的纳米镍.在静拉伸应变速率范围(5×10-5~10-2s-1)内,纳米镍的强度和塑性均随应变速率的增加而增加,断裂形式表现为韧窝韧性断裂,获得的最高断裂强度和最大断裂延伸率分别为1 332MPa和5.31%.在退火温度为100、150和200℃保温1 h后,室温应变速率为10-3s-1时,纳米镍的强度和塑性随退火温度的升高而显著下降,原因为退火过程中晶内硫元素向晶界强烈偏聚引起材料变脆,断裂形式表现为晶间脆性断裂.XRD和TEM的观测结果表明,纳米镍在250℃退火时,晶粒发生显著长大,硬度快速下降.热分析仪测得的放热峰表明,275℃以后,大量的纳米晶粒发生异常长大.     

热等静压对等离子喷涂成形制备钼制品的影响

先采用球磨加喷雾干燥制备喷涂钼粉,然后通过等离子喷涂制备预设厚度的钼沉积层,再对其进行热等静压处理制备钼制品。使用阿基米德法测量钼沉积层和钼制品的相对密度,用显微硬度计测量它们的维氏硬度,用万能材料试验机测试它们的拉伸强度,用扫描电镜观察它们的外表面、截面和断口微观形貌。研究结果表明:采用等离子喷涂技术能制备致密度达89.7%、拉伸强度达44 MPa、显微硬度(HV)约152、厚度达5 mm的钼沉积层。钼沉积层经过低压热等静压处理后,其显微结构得到改善,相对密度达92%,力学性能提高(拉伸强度达到54 MPa,显微硬度(HV)约246);经二次高压热等静压处理后,钼沉积层的层状结构特征完全消失,颗粒结合紧密,出现等轴晶粒,伴随晶粒长大,断口出现穿晶解理断裂,相对密度达到97.3%,拉伸强度提高到110 MPa,显微硬度(HV)达到321。     

高压低温烧结AZ91细晶镁合金及其力学性能的研究

为了细化镁合金晶粒,对AZ91粉末采用高压低温烧结方法制备细晶AZ91镁合金,利用金相显微镜和X射线衍射仪(XRD)分析了烧结体的显微组织与成分,研究了烧结时间与致密度和硬度的关系,揭示了高压低温烧结过程中烧结体内组织的细化与生长机理。结果表明,在1 200 MPa、300℃条件下烧结48h后,晶粒平均尺寸约10μm,致密度达到99.5%;与铸态时相比,高压低温烧结法制备的镁合金,其显微硬度(HV)值从81.6提高到103。本研究对回收利用工业镁合金废屑、拓展高性能镁合金研究提供一种新途径。     

钢表面激光熔覆铁/镍基合金熔覆层的组织与性能研究

针对提高20Cr13不锈钢的表面性能,采用激光熔覆技术在基体表面制备M2铁基和Ni60A镍基合金熔覆层;通过使用光学显微镜、显微硬度计以及电化学工作站对两种熔覆层进行金相组织、显微硬度和电化学腐蚀性能差异性研究;结果表明:铁基、镍基熔覆层与基体结合界面均有明显的白亮带,无气孔、裂纹等缺陷;铁基涂层微观组织主要由等轴晶和胞状晶组成,镍基涂层微观组织主要由和树枝晶组成;铁基涂层的显微硬度为5417 HV,镍基涂层的显微硬度为5923 HV,约为基体显微硬度（2207 HV）的2~3倍;铁基、镍基涂层均与20Cr13钢基体表面形成了较好的冶金结合,二者表面硬度均有了有显著提升,在熔覆区采用Ni60A镍基材料时的显微硬度要比采用M2铁基材料时的显微硬度高,而在热影响区部位两者显微硬度相差不大;铁基涂层的自腐蚀电位（-021 V）略高于镍基涂层的自腐蚀电位（-023 V）,铁基涂层的耐腐蚀性优于镍基涂层。     

钨异形件等离子喷涂近净成形技术研究

采用等离子喷涂近净成形技术制备钨喷管、钨药型罩等薄壁或复杂形状零部件,研究热等静压温度、压力及处理时间对其致密度、组织结构、显微硬度及拉伸强度等性能的影响.研究结果表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为85.6％,其显微硬度和拉伸强度等力学性能偏低.经低压热等静压( 1600℃,10 MPa,60 min)、高压热等静压(1600℃,150 MPa,120 min)及二步热等静压(1600℃,10 MPa,60 min和1600℃,150 MPa,120 min)处理后,随着热等静压压力的升高以及处理时间的延长,钨构件的相对密度、显微硬度及拉伸强度逐渐增大,多面体再结晶晶粒逐渐长大,沉积层仍保持原始的层片结构.然而,当热等静压温度显著升高及时间延长(2000℃,10 MPa,360 min),样品由层片结构转变为颗粒结构,再结晶晶粒显著长大,断口呈典型的穿晶断裂形貌.