钛合金超细丝材加工技术及研究现状

钛合金超细丝因为具有良好的耐蚀性、生物相容性,比强度高、无磁性、形状记忆功能等特点,广泛应用于医疗和航空航天领域。本文详述了钛合金超细丝材加工的特点及主要加工技术,总结了国内外钛合金超细丝材的研究现状,指出了钛合金超细丝材研发和生产的方向。     

Pt-10Ir超细键合丝退火中组织-性能关联性研究

铂铱键合丝是一种应用于特种微电子器件封装的高强度引线键合材料，经拉拔制备的铂铱合金微细丝材的热处理是调控键合丝终服役性能的关键环节。本文以Φ25 μm超细Pt-10Ir键合丝为研究对象，通过高分辨FIB-EBSD联动表征技术，对不同退火工艺下超细丝材显微组织及形变织构进行了深入分析测定，并对其力/电学性能的演变进行了分析。结果表明：随着退火温度的升高，显微组织由拉拔态的细小纤维状晶粒逐渐转变为部分等轴组织，等轴状组织优先在晶界处形核长大且丝材织构强度逐渐下降，破断力逐渐降低，延伸率逐渐升高而电阻率则呈现出先降低后升高的趋势。Pt-10Ir超细键合丝在600℃/30 min退火后，主要发生回复，未发生明显的再结晶，织构取向演变为<111>平行于丝材拉拔方向的形变织构，破断力为37.06 cN，抗拉强度为755.29 MPa，延伸率为1.30%，电阻率为22.81 μΩ·cm，表现出好的力/电综合性能。该研究为贵金属超细键合丝材的性能优化提供理论和实验基础。     

连续定向凝固Al-1%Si合金棒材制备工艺与应用

采用自制的真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出具有连续柱状晶组织的ф8 mm的Al-1%Si合金棒材.该棒材具有良好的塑性,不需任何中间退火,在室温下可直接拉拔制备出线径为20μm的超细丝材,其延伸倍数达16万倍.该超细丝材可用作集成电路封装键合丝.     

冷加工制备医用铂钨丝材的研究

铂钨(PtW)合金是一种优良的生物医用材料,铂钨丝材可制成栓塞弹簧圈,用于治疗脑动脉瘤。由于铂钨属难熔合金,且开坯极易开裂。采用非自耗真空电弧熔炼方法制备铂钨合金铸锭,通过小变形量轧制并配以中间热处理,使铸锭发生塑性变形,结合后续的拉制及不同热处理工艺,采用光学显微镜、扫描电镜对微观组织进行观察,并研究铂钨合金丝材在不同热处理条件下的力学性能变化,成功制备出满足生物医用要求的铂钨超细丝材。     

面向多功能非贵金属电催化剂的构筑和微尺度解析

相对于贵金属电催化剂制作成本高、地球储量稀少、电化学稳定性低等缺点,制备廉价、能量转换效率高、使用寿命长、环境友好的非贵金属电催化剂是推动能源存储和转换技术快速发展的重要途径.根据电催化过程中电催化析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)、电催化析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)及氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)这三个重要反应类型,概述了水裂解和燃料电池的电化学反应机制,同时归纳了单功能电催化剂、双功能电催化剂、多功能电催化剂及其他电化学材料的设计与制备方法、相互关系和各自功能特点.借助先进的电子显微技术,如扫描电子显微镜、原子力扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、电子能量损失谱仪等对其微观结构进行表征,重点对其表面形貌、结构、内部成分、元素分布等相关信息进行解析.从提供更丰富的缺陷空位、潜在活性位点、优化界面相互作用、增大电化学比表面积、形成协同效应等方面,分析其在降低成本的同时,提高电催化剂的电导率、增强稳定性的相关机理,以期为非贵金属电催化剂的研究和推广应用提供新策略.     

增材制造GH3625粉末三维成像与空心粉分析

以增材制造GH3625金属粉末为研究对象,采用扫描电镜观察了粉末样品的二维微观结构,通过显微CT表征了粉末样品的三维结构,定量分析了粉末的粒度、体积、球度等几何特征参数。通过三维分割成功提取了空心粉内部所有孔隙,分别以体积孔隙率、空心粉概率、球度等多种参数表征了3D打印的粉末质量。最后研究了空心粉内部孔隙的直径对粉末颗粒球度的影响。实验结果表明,显微CT是一种表征增材制造金属粉末质量的理想工具,CT实验共探测到20576个GH3625粉末颗粒,粉末的平均粒度为28.16μm,其中空心粉颗粒数量为1440个,内部孔隙数量1515个,少数粉末颗粒存在多个孔隙,发现空心粉颗粒的球度随着空心粉内部孔隙直径增大而降低。     

模板组装微结构技术在贵金属新材料开发中的应用

模板组装微结构技术使贵金属微观结构的精确设计、控制及合成成为可能,贵金属有序结构及核壳结构是减少贵金属用量并提高其性能的典型形式。其将结构本身新奇的物理化学性质与贵金属的优异特性有机结合,已成为贵金属材料研究的一个崭新方向和材料科学的研究热点。结合笔者的近期工作,总结与评述了近年来国内外在贵金属有序材料和贵金属核壳材料领域的一些主要进展和研究成果,并分析了其发展前景和今后的研究方向。     

基于丝材的电弧增材制造工艺及其性能研究

3D打印是快速成形技术的一种,其在焊接领域具体应用即堆焊技术。丝材3D制造技术因其成形件组织致密,力学性能优良,相较于传统的3D打印技术具有更大的发展空间。文中从丝材的3D制造着手,重点研究了丝材3D制造过程中成形工艺、成形控制、成形制品性能等,最终证明了丝材的3D制造技术不仅能提高生产效率,其成形制品的性能也非常良好。     

颗粒增强金属基复合材料界面微观结构和性能研究进展*

界面作为颗粒增强金属基复合材料中硬质颗粒和金属基体之间连接的“纽带”,直接影响复合材料的力学和摩擦性能, 为了更好地揭示界面特性与复合材料整体性能之间的耦合关系,需要对界面展开微观研究。综述近年来对颗粒增强金属基复合材料界面的研究进展。主要分为三个方面：界面结构显微表征,即通过一系列电子显微镜和能谱分析,得到界面形貌、反应产物以及取向关系等信息;微观力学性能测试,即表征界面在微观尺度下的形变和失效过程,进而得到结合强度、断裂韧性等信息;模拟计算,在常规试验达不到的尺度,分析界面的结合能、电荷分布和电子结构,以及模拟界面的变形和失效过程。界面的微观研究对于界面改性和进一步提高颗粒增强金属基复合材料性能具有一定的指导意义。     

增材制造用GH3625粉末三维成像与空心粉分析

以增材制造用GH3625金属粉末为研究对象,采用扫描电镜观察了粉末样品的二维微观结构,通过显微CT(micro computed tomography, Micro-CT)表征了粉末样品的三维结构,定量分析了粉末的粒度、体积、球形度等几何特征参数。通过三维分割成功提取了空心粉内部所有孔隙,分别以体积孔隙率、空心粉概率、球形度等多种参数表征了3D打印用的粉末质量。最后研究了空心粉内部孔隙的直径对粉末颗粒球形度的影响。实验结果表明,显微CT是一种表征增材制造用金属粉末质量的理想工具,CT实验共探测到20 576个GH3625粉末颗粒,粉末的平均粒度为28.16μm,其中空心粉颗粒数量为1440个,内部孔隙数量1515个,少数粉末颗粒存在多个孔隙,发现空心粉颗粒的球形度随着空心粉内部孔隙直径增大而降低。     

复合孕育剂Ti、Zr对2519铝铜合金焊缝组织及性能的影响

采用3种焊丝对2519铝铜合金进行MIG焊,研究了孕育剂Ti、Zr对焊缝组织和性能的影响。结果表明:Ti和Zr的细化作用是相容的,当焊丝中单独添加孕育剂Ti或Zr时,焊缝几乎由粗大的柱状晶组成;焊丝中复合添加少量的孕育剂Ti和Zr时,Ti和Zr在熔池中分别形成Al3Ti和Al3Zr,促进了α(Al)非均质形核;随着焊丝中Ti和Zr含量的增加,焊缝组织逐步细化,当焊丝中Ti和Zr含量较高时,Ti和Zr还在熔池中形成大量的Al3(Ti,Zr)质点,促进α(Al)非均质形核;焊缝组织由细小均匀的等轴晶组成,显著提高了接头强度和塑性。     

Weldability of X100 linepipe

Abstract

Research has been carried out to identify weld metal compositions and microstructures capable of meeting high strength and toughness requirements for X100 seam welded linepipe. Single pass, multiwire submerged arc welds were made in experimental, high strength low alloy steel plates using consumables to give a wide range of weld metal alloying. Work has shown that the optimum strength and toughness are obtained in Mo–B–Ti alloyed weld metals with P _cm values between 0.218 and 0.250. Weld metal microstructures were almost fully acicular ferrite with an ultrafine grain size (1–2 µm). Dilatometric studies demonstrated that at typical weld cooling rates the optimised welds transformed at significantly lower temperatures than those reported for X65 plate deposits, which contain acicular ferrite in the form of idiomorphic primary ferrite and intragranular Widmanstätten ferrite. The maximum rate of transformation in the optimised welds occurred between 515 and 570°C, which indicates that the acicular ferrite in this case consisted of intragranular Widmanstätten ferrite and/or bainite. The ferrite would appear to have a fine plate morphology growing from large as well as small inclusions, but not very far before the onset of hard impingement, thereby ensuring an ultrafine grain size. Tensile strengths of 708–784 MPa were achieved with an 80 J Charpy impact transition temperature toughness between -68 and -115°C. More highly alloyed weld metals containing 2–3%Mn and 1.5%Si transformed at lower temperatures and showed increased strength, but there was a substantial loss of toughness, attributed to the relatively unimpeded growth of large ferrite plates from larger inclusions, and the replacement of ultrafine acicular ferrite between these plates by blocks of martensite–austenite. One pass per side, multiwire submerged arc welds manufactured to the optimum weld metal chemistry confirmed their applicability for thin section X100 linepipe.     

Effect of weld metal microstructures on cold crack susceptibility of FCAW weld metal

The effect of microstructures on weld metal cold cracking has been studied using flux-cored are welding (FCAW) wires with a 600 MPa strength level. Two FCAW wires were prepared by controlling the Ni content to allow a sufficient variation in weld microstructures, but with little change in the weld metal strength. The microstructural analysis showed that there was a significant difference in the proportions of the microstructural constituents of the weld microstructure. The 1.5%Ni wire resulted in a weld microstructure with a lower grain boundary ferrite (GF) content associated with an increased proportion of acicular ferrite (AF) than the 0% Ni wire. The GF contents of 0%Ni and 1.5%Ni weld metal were measured to be 19% and 6%, respectively. The cold crack susceptibility of these two FCAW wires was evaluated using the gapped bead-on-plate (G-BOP) test at the two different levels of diffusible hydrogen content As a result of the G-BOP tests, it was demonstrated that the 1.5%Ni wire had better resistance to cold cracking than the 0% Ni wire because its weld deposit had a lower GF phase content. This implies that, in addition to the hydrogen control approach, microstructural modification can be pursued to develop new welding consumables with an improved resistance to cold cracking. In the discussion, the detrimental effect of GF against cold cracking is addressed based on the microstructural characteristics of cold cracks in ferritic weld metal.     

采用沙漏挤压工艺制备超细晶材料

沙漏挤压是一种新的晶粒细化方法,通过挤压过程中产生的大塑性变形和动态再结晶而使晶粒得到细化,本文采用Zn-Al合金对这种工艺进行了初步研究,重点研究了变形量对沙漏挤压效果的影响,给出了显微组织变化和力学性能与超塑性能的变化的初步结果。实验结果表明：采用沙漏挤压能使材料获得等轴超细晶组织,材料性能得到很大的提高,并有助于实现高应变速率超塑性。     

超细晶硬质合金显微组织参数与力学性能定量关系的研究

对超细晶WC-Co硬质合金的复相显微组织进行了系统的定量化表征和分析,获得了WC晶粒尺寸d_(WC),Co相平均自由程L_(Co)和WC晶粒邻接度C_(WC-WC)等显微组织参数与力学性能的定量关系,模型预测结果与实验测定结果符合很好.结果表明,当C_(WC-WC)基本相同时,超细晶硬质合金的硬度分别与d_(WC)~(-1/2)和L_(Co)~(-1/2)成线性正比关系,断裂韧性K_(IC)分别与d_(WC)~(-1/2)和L_(Co)~(-1/2)成确定性函数关系.在Co含量一定、WC平均晶粒尺寸基本相同的情况下,随着C_(WC-WC)的增大,超细晶硬质合金的横向断裂强度降低,且当C_(WC-WC)>0.5时,硬质合金的强度随C_(WC-WC)增加显著下降.     

沙漏挤压镦粗复合加工技术

本文研究了一种新的晶粒细化方法 :沙漏挤压工艺。这种工艺是在一定温度下通过对材料进行反复挤压产生大的塑性变形 ,同时进行动态再结晶而使材料得到细化。本文对铸态 Zn- Al合金进行了实验 ,初步研究了沙漏挤压工艺对于材料组织和性能的影响。实验结果表明 :沙漏挤压工艺能够有效的细化晶粒 ,使材料获得均匀的等轴细晶组织和优良的综合性能 ,并有助于实现高应变速率超塑性     

400 MPa级超级钢专用焊条

焊缝金属的强韧化是超级钢焊接中的一个技术难题,要实现焊缝的强韧化,并避免冷裂纹,需开发与母材性能相匹配的焊接材料.对400 MPa级超级钢主要通过合金化控制焊缝组织使其获得针状铁素体即可获得理想的强韧性.通过大量工艺试验研究,结合400 MPa级超级钢的组织性能特点,研制开发了一种400 MPa级超级钢专用焊条.检测结果表明,该种焊条形成的焊缝金属组织为细小针状铁素体,焊缝金属屈服强度为435 MPa,抗拉强度为612 MPa,冲击吸收功为148 J,其组织和性能同400 MPa级超级钢能很好的相匹配,达到了预期目的.     

超高速碰撞下纯铁靶板晶粒的细化过程(英文)

超高速碰撞后在纯铁靶板材料弹坑底部形成了超细晶结构。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对弹坑截面不同深度处的微观组织进行观察分析,得到由塑性变形引起晶粒细化的结论。首先,低能量位错结构(LEDS),如高密度位错墙(DDWs)和位错缠结(DTs)的形成将原始晶粒分割为交错的层状结构;随着应变的增大,DDWs和DTs演化为具有低取向差的亚晶界并将层状结构分割为细小胞状结构;亚晶界转变为高角度晶界,最终导致超细晶的形成。对动态再结晶过程中,由冲击波作用下产生的高应变和高应变率导致的超细晶的形成进行了讨论。     

VC/Cr_3C_2添加剂对超细硬质合金组织及性能的影响(英文)

研究了VC/Cr3C2添加剂对WC-12Co超细硬质合金的显微组织、硬度和抗弯强度(TRS)的影响.结果表明,舍一定比例VC/Cr3C2添加剂的合金具有更均匀的微观组织和优异的力学性能.当添加剂含量(质量分数)为0.5%VC/0.2%Cr3C2时,1430℃烧结制备的WC-12Co超细硬质合金的抗弯强度达3786 MPa,硬度达91.7 HRA.VC添加剂对WC晶粒的连续长大和非连续长大的抑制作用比Cr3C2添加剂更有效.此外,当烧结温度较高时,VC/Cr3C2添加剂对WC晶粒长大的抑制效果更显著.VC和Cr3C2添加剂抑制WC晶粒长大的作用机理为:VC和Cr3C2添加剂降低了WC相在粘结相中的过饱和度,从而降低烧结温度下粘结相中WC相溶解-析出过程的驱动力,起到阻碍WC晶粒长大的作用.     

An insight into microstructural heterogeneities formation between weld subregions of laser welded copper to stainless steel joints

The effect of laser beam welding (LBW) process on the microstructure–mechanical property relationship of a dissimilar weld between the copper (Cu) and stainless steel (SS) was investigated. Backscattered electron (BSE) based scanning electron microscopy (SEM) imaging was used to characterize the highly heterogeneous microstructural features across the LBW (Cu–SS) weld. The BSE analysis thoroughly evidenced the complex microstructures produced at dissimilar weld interfaces and fusion zone along with the compositional information. Widely different grain growths from coarse columnar grains to equiaxed ultrafine grains were also evident along the Cu–weld interface. A high- resolution electron backscattered diffraction (EBSD) analysis confirmed the existence of the grain refinement mechanism at the Cu–weld interface. Both tensile and impact properties of the dissimilar weld were found to be closely aligned with the property of Cu base metal. Microhardness gradients were spatially evident in the non-homogeneous material composition zones such as fusion zone and the Cu–weld interface regions. The heterogeneous nucleation spots across the weld sub-regions were clearly identified and interlinked with their microhardness measurements for a holistic understanding of structure–property relationships of the local weld sub-regions. The findings were effectively correlated to achieve an insight into the local microstructural gradients across the weld.