柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金低温压缩性能研究

利用竖直下拉式热型连铸技术制备柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金,其马氏体相变结束温度(Mf)在-50℃以下,柱状晶生长方向为轴向。在温度低于Mf时,对普通多晶、平行于柱状晶方向和垂直于柱状晶方向的试样分别进行单向压缩试验,并进行金相组织观察与断口形貌分析。结果发现,柱状晶Cu-Al-Be合金杆件组织结构为类似于贝壳的仿生结构且断裂形式相似,垂直于柱状晶方向的试样塑性最好,断裂前吸收能量最高,综合性能最好。     

Cu-Al-Be超弹性合金的力学性能研究

用热型连铸法制取直径为1.2mm的Cu-Al-Be超弹性合金丝,通过弯曲疲劳试验和拉伸试验,得出了Cu-Al-Be超弹性合金丝的试验结果。该合金可恢复应变量大,其数值不低于20%,最大应变高达40%;铸态下弯曲疲劳试验结果达50283次,经热处理后,弯曲疲劳试验达168480次。这些结果表明,在工程实际中Cu-Al-Be合金极有可能成为被广泛应用的新型超弹性合金。     

一种新型镍基粉末高温合金的热压缩性能研究

基于Gleeble热压缩模拟试验,研究变形温度和应变速率对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3挤压态试样在变形温度1040~1130 ℃区间,应变速率0.01~0.0025 s_^-1 条件下的热压缩变形行为,分析了合金在不同热压缩条件下的晶粒尺寸及显微组织的变化。试验结果表明：WZ-A3合金挤压棒在1070~1100 ℃温度范围, 0.01~0.005 s_^-1 应变速率范围内热压缩变形后可以获得约4.5 μm细小均匀的晶粒组织,各部位均未出现项链晶及异常晶粒长大的现象。根据以上试验条件成功制备了两件直径190 mm高97 mm的小尺寸热模锻试验盘,验证了WZ-A3合金的热压缩性能。     

柱状晶CuAlBe合金丝的性能

用热型连铸法制备具有柱状晶组织的CuAlBe合金丝,并比较其与单晶CuAlBe的性能。试验结果表明,柱状晶与单晶一样具有优良的超弹性及应变恢复率,其弯曲疲劳寿命介于单晶的抛光与未抛光状态之间。CuAlBe柱状晶合金加热到500℃时组织无变化,加热到700℃时析出α相,使焊接后的应变恢复率稍有下降。CuAlBe柱状晶合金可进行不小于30%的塑性变形。     

稀土Y对Co43Fe20Ta5.5B31.5合金的非晶形成能力及性能的影响

采用单辊甩带和铜模吹铸法,制备了(Co43Fe20Ta5.5B31.5)100-xYx(x=0.5,1,1.5,2,2.5,3)合金薄带及ф2mm的圆棒.X射线衍射及差热扫描量热分析表明:当x=3时合金具有最大的玻璃形成能力,可以很容易地制备出ф2 mm的非晶圆棒.该成分合金的约化玻璃转变温度Trg=0.657,参数γ=0.436,在所研究的系列成分中是最大的,这说明Trg和γ能够很好地表征Co-Fe-Ta-B合金的玻璃形成能力.压缩试验和磁滞回线测试表明,Y的添加导致Co-Fe-Ta-B非晶合金的压缩断裂强度和软磁性能急剧下降.ф2 mm的(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3非晶圆棒的压缩断裂强度为1852 Mpa,断裂应变为0.18%.与Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金相比,(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3非晶合金的磁滞回线上存在约327×79.6 A/m的矫顽力,同时饱和磁感应强度也显著下降.     

基于三维热加工图的X12合金的热变形行为

三维热加工图描述了功率耗散区和流动失稳区随着应变速率、温度和应变的变化。采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机在变形温度950～1200℃,应变速率0.05～5 s~(-1)的条件下对X12合金的热变形行为进行了研究。考虑应变对X12合金可成形性的影响,基于动态材料模型,建立了X12合金的三维热加工图,确定了X12合金热变形的最佳参数为应变大于0.3,温度为1150～1200℃,应变速率为0.05～0.63 s~(-1)。通过对有限元软件DEFORM的二次开发,将X12合金的三维加工图数据与DEFORM进行集成,对?8 mm×12 mmX12合金圆柱试样在不同温度及应变速率下的压缩过程进行了有限元模拟,得到了该试样压缩过程中的功率耗散系数及流动失稳系数分布图,验证了X12合金的最佳热变形工艺参数。     

GH4169合金热压缩变形行为与枝晶组织的关系

对铸态GH4169合金不同部位试样进行了不同热压缩试验,利用扫面电子显微镜、金相显微镜、EBSD研究了该合金在不同热压缩条件下的变形行为与枝晶组织的关系,并探讨了其机理。结果表明:高温热变形过程中,铸态GH4169合金的变形抗力与形变量、应变速率以及变形温度有关。变形量增大、应变速率增高、温度降低会导致变形抗力增大。当变形量为45%时,高应变速率和高温对动态再结晶更加有利。当加载方向与一次枝晶方向垂直时,材料的热变形机制为二次枝晶滑动,由此会导致应变速率敏感因子变大。初始组织为等轴枝晶的样品最有利于动态再结晶,中心粗柱状晶样品具有最大的变形抗力,而边缘细柱状晶样品再结晶比例最低、变形抗力最小。     

热型连铸BFe30-1-1白铜管的组织与性能

用热型连铸近终形法铸造了外径10mm，壁厚2mm的BFe30-1-1白铜管，研究其力学性能、元素偏析及耐海水腐蚀性能，并与普通半连铸φ130mm试样比较。结果表明，热型连铸试样的组织为柱状树枝晶，伸长率达56％-79％，约为标准值的3倍；抗拉强度比标准值低约50MPa。Ni、Fe、Mn的偏析比半连铸的减少一半以上。轴向剖面的海水腐蚀失重仅为半连铸的一半，但横向截面的腐蚀失重则比半连铸的大。     

枝晶形貌对690合金热变形行为的影响

研究了铸态690合金在不同初始组织条件下(细柱状晶、粗柱状晶和等轴枝晶)的热压缩流变曲线和变形组织,并对变形后样品的微取向进行了分析,结果表明:在铸态条件下,690合金的高温流变抗力随着变形温度降低、应变速率升高和变形量增大而升高,在50%的压缩量下,高温(1200℃)和高速(1 s~(-1))有利于动态再结晶的发生。当压缩方向垂直于柱状晶方向时,二次枝晶滑动作为一种变形机制,导致应变速率敏感因子增大,此时细柱状晶样品变形抗力最小,再结晶比例最低,而初始组织为粗柱状晶和等轴枝晶的样品分别具有最大的变形抗力和最有利的动态再结晶条件。     

Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe低成本钛合金的热压缩变形行为

为研究钛合金的热压缩变形过程中流变应力、显微组织等随变形条件的变化,对自行研制的Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe低成本钛合金在Gleeble 1500D热模拟实验机上进行高温压缩变形实验。对d 8 mm×12 mm的试样进行等温压缩变形实验,研究该合金在变形量为30%、50%和70%(对应真应变为1.2)、变形温度为800~950℃、应变速率为0.01~10 s 1条件下的变形行为、流变应力的变化规律以及变形条件对显微组织的影响。结果表明:该合金流变应力受变形温度和应变速率影响显著,流变峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低。采用Arrhenius双曲正弦模型确定该合金在本实验条件下的变形激活能Q=214.22 kJ/mol和应力指数n=3.81,并根据得到的参数建立相应的热变形本构关系为=6.91×108[sinh(0.011σ)]3.81exp[214 220/(RT)]。通过显微组织观察发现,在950℃、变形速率≥0.1 s 1时,发生再结晶现象,且随着变形速率的增加,再结晶现象越明显。     

GH4738高温合金高通量双锥试样设计及晶粒组织演变

在高温合金领域,双锥试样被广泛用于高通量研究热加工工艺与组织关系。针对GH4738高温合金,本文通过有限元分析,设计了一种在压缩过程中具有较小等效应变速率波动的双锥试样,并研究了其对晶粒尺寸的影响及其温度依赖性,进而研究了在变形温度为1000～1160℃、应变速率为2 s^-1和14 s^-1、工程应变为30%、50%、70%的条件下合金的晶粒演变。结果表明：等效应变速率的波动会影响变形后合金的晶粒尺寸,并且具有变形温度依赖性。所设计的双锥试样有利于精确研究等效应变与晶粒组织关系。热压缩实验表明,合金的软化以非连续动态再结晶为主,热加工窗口为变形温度1030～1080℃、应变速率14 s^-1、工程应变50%～70%。     

热型连铸法制备CuAlBe形状记忆合金管接头

研究了用热型连铸法制备Be含量为0.4%的柱状晶组织CuAlBe形状记忆合金管及其晶状组织,将合金管切割成段,经固溶处理后扩径即成管接头。当连铸速度为80mm/min、冷却距离为10mm、压头为20mm、铸型温度为1 030℃时,记忆合金管连铸过程最平稳,管的表面质量及尺寸控制最好。管接头的最大扩径率可达10.20%,此时管接头的形状回复率仍可达到92.86%。名义扩径率为7.55%时,扩径后As、Af温度升高,Ms、Mf温度降低,合金的相变温度滞后范围从扩径前的40℃增加到了70℃。     

热型连铸CuAlBe超弹性合金丝的力学性能

研究热型连铸柱状晶CuAlBe超弹性合金的性能并与单晶相比较。用热型连铸法制备了柱状晶CuAlBe超弹性合金丝,用循环拉伸试验检测其力学性能,用纯弯曲疲劳试验检测其弯曲疲劳寿命。结果表明,柱状晶CuAlBe合金丝的可恢复应变可达到15％,与单晶接近。超过这一应变量将导致马氏体稳定化,产生残余变形,导致卸载时拉伸曲线上出现锯齿状峰。柱状晶的弯曲疲劳寿命与单晶的为同一数量级,比机械加工表面的单晶高,而比电解抛光表面的单晶低。由此可见,柱状晶CuAlBe的性能与单晶的相近。     

选区激光熔化增材制造In718合金的激光焊接性能

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和力学性能试验等研究了选区激光熔化(SLM)In718合金的激光焊接接头的组织和性能。结果表明:SLM In718合金的激光焊接接头的宏观质量较好,没有发现冶金缺陷的存在。未热处理时,In718合金的SLM构件的组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为5μm×2μm;激光焊接SLM构件的焊缝组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为25μm×5μm;焊缝区显微硬度均值约282 HV,是SLM母材均值335 HV的84.2%;不同厚度焊接试样的抗拉强度为970~983 MPa(均达到SLM母材95%以上),伸长率为20.2%~22.6%(为SLM母材65%以上);固溶+时效处理后,焊接试样抗拉强度均值为1412 MPa(约为SLM母材的98.9%),伸长率均值为13.5%(约为SLM母材的93.7%),与未热处理相比,SLM母材和焊缝显微硬度值分别提高了55.2%和77.3%。     

粉末冶金高温合金FGH96的热加工图及热压缩变形过程的开裂行为

采用Gleeble3180D型热模拟试验机对热挤压态FGH96合金在变形温度1020~1140℃,应变速率0.001~1.0s-1进行热压缩实验,分析真应力-真应变曲线,绘制热加工图。并针对热挤压态粉末冶金高温合金FGH96在热压缩温度低于1080℃时的开裂现象,利用热模拟压缩实验方法,确定在变形温度为1050℃、应变速率为0.001~1.0s-1的热压缩变形过程中的开裂临界应变量,观察变形后试样的裂纹形貌和显微组织,并利用有限元分析方法对热压缩变形过程进行模拟。结果表明:试样中部位置受拉应力作用沿着变形方向产生鼓形变形,当达到临界应变量后,产生呈沿晶断裂的宏观裂纹,并且随着应变速率的减小,裂纹产生的临界应变量逐渐减小;在低应变速率条件下,在宏观裂纹产生之前,试样内部晶粒之间出现了微观开裂的现象,并造成应力下降。     

变形条件对MB15镁合金组织性能及其超塑性的影响

采用自行设计的热模拟试样,研究变形条件对MB15镁合金力学性能及组织影响的规律,并对热压缩后的MB15镁合金试样超塑性性能进行了试验研究。研究结果表明,对于MB15镁合金,当变形温度为300℃、应变速率为5.0×10-3s-1、变形程度为80%时,MB15镁合金具有良好的综合力学性能;当变形温度为340℃、应变速率为5.56×10-3s-1时,延伸率可达到307.9%;当应变速率在5.56×10-4s-1~1.0×10-2s-1范围时,延伸率≥251.2%。     

TiAl合金高温变形过程临界损伤模型

运用Gleeble-1500D型动态热模拟试验机对Ti-47Al-2Nb-2Cr(摩尔分数,%)合金在温度为950~1150℃、应变速率为0.001~1 s~(-1)进行热模拟压缩试验,通过对变形开裂后试样断口裂纹形貌的分析,阐明TiAl合金高温变形过程的开裂损伤机理。结果表明:在低温(1000℃)、高应变速率(0.1 s~(-1))条件下,TiAl合金高温变形开裂方式为沿45°剪切开裂,随着变形温度的升高和应变速率的降低,材料发生纵向自由表面开裂。采用二分法确定TiAl合金不同温度和应变速率下的临界变形量,引入考虑温度和应变速度参量的Zener-Hollomon因子,构建TiAl合金高温变形过程临界损伤模型。     

TA19闪光焊接焊缝组织优化热变形本构方程

基于热变形实验,在Gleeble3500热模拟试验机上对TA19闪光焊接试样,在变形温度900～980℃,变形速率0.01～1 s~(-1)以及变形量30%和60%的条件下进行等温恒定速率压缩试验。结果表明:在变形速率0.01 s~(-1),980℃下压缩60%的变形试样经930℃×1 h+590℃×4 h空冷(AC)的再结晶退火后,试样的焊缝组织由魏氏组织向等轴组织转变。采用Deform3D软件对试样焊缝变形过程进行模拟,通过点追踪功能获得试样焊缝位置的真实应变量变化规律。以焊缝真实应变为基础,建立了适用于优化TA19闪光焊接组织的热压缩本构方程。该本构方程与实验结果吻合程度较高,误差约为3.31%。     

AlCoCrFeNi高熵合金在冲击载荷下的动态力学性能

利用INSTRON准静态实验机和分离式霍普金森压杆系统对AlCoCrFeNi高熵合金在应变速率为1×10~(-4)s~(-1)～2.5×10~3s~(-1)内进行压缩实验。研究了AlCoCrFeNi高熵合金在高应变速率范围内的动态力学行为。利用扫描电镜观察试样在不同应变速率下破坏断口的微观形貌;利用透射显微镜对压缩后的变形试样进行分析。研究了不同应变速率下该合金的变形机理。结果表明,室温下AlCoCrFeNi高熵合金具有明显的加工硬化行为。随着应变速率的提高,合金表现出显著的正应变速率强化效应,并且在高应变速率时具有很强的应变率敏感性。AlCoCrFeNi高熵合金在准静态和动态压缩下的断口形貌均为韧脆混合的准解理断裂特征,并且其塑性变形方式均为位错滑移。     

电子束选区熔化Ti-6Al-4V合金的显微组织与疲劳性能

采用电子束选区熔化成型技术制备了Ti-6Al-4V合金试样,研究了成型态与热等静压态合金试样的显微组织、拉伸及高周疲劳性能。结果表明,成型态的组织为沿沉积方向生长的柱状晶;柱状晶内部以魏氏组织为主,也有α/β片层组织存在。成型态材料的抗拉强度并未受到少量气孔及未熔合缺陷的影响,其强度和延伸率达到了ASTM标准。热等静压消除了材料内部缺陷,但显微组织发生粗化,材料抗拉强度下降约5%,但延伸率提高了约35%。热等静压后Ti-6Al-4V合金的高周疲劳性能得到显著改善,在1×10~7寿命,R=0.1的测试条件下,疲劳极限达到600 MPa。根据断口信息分析了典型试样的裂纹萌生与扩展行为,大多数试样的裂纹源位于表面,材料拉伸性能分散性较大是疲劳寿命不稳定的主要原因之一。