纳米压痕技术在工程材料研究中的应用

纳米压痕技术具有高灵敏度、操作简单等优点,可以在微纳尺度上获得块体材料、薄膜以及涂层等的多种力学性能参数。尤其随着材料基因组技术的推广,其将成为应用越来越广泛的力学性能表征方法。本研究介绍了纳米压痕技术的Oliver-Pharr方法原理,以及其在载荷-位移、硬度、弹性模量、断裂韧度、蠕变性能、残余应力、纤维界面性能表征方面的应用。在使用过程中仍存在一些问题需要注意和进一步研究:纳米压痕技术获得的力学性能参量需要考虑其测试模型的适用性;材料表面加工过程需要很高的技术及一致性,以最大减小甚至消除材料表面状态及物理特征对测试结果准确性和重复性的影响;由于测试位置较难精确定位,标准压头外形尺寸存在偏差以及设备本身的热漂移,纳米压痕测试重复性差。     

硼含量对IC10高温合金凝固行为的影响

采用差示扫描量热(DSC)、等温淬火和显微组织分析方法对比分析含硼量为0.005%(质量分数,下同)和0.03%的IC10合金显微组织及组成相的形成过程,研究不同硼含量合金中初生相的析出温度及析出顺序。结果表明:DSC的冷却曲线上可显示出γ、MC碳化物、(γ+γ′)共晶以及次生γ′的析出峰,但微量相M3B2硼化物和Ni5Hf相未能显示。等温淬火法可以确定所有相的析出温度。不同含硼量合金的相组成相同,按形成先后顺序六种相分别为γ、MC、(γ+γ′)共晶、次生γ′、M3B2和Ni5Hf。IC10合金含硼量的增加,显著提高了M3B2和(γ+γ′)共晶的含量(体积分数),使合金液相线和固相线温度降低,同时延缓了MC碳化物和(γ+γ′)共晶的形成。     

Cr-Mn-Si-Ni高强度钢疲劳裂纹的萌生行为

通过扫描电镜原位疲劳试验,研究Cr-Mn-Si-Ni高强度钢疲劳裂纹的萌生行为,观察并记录从滑移带自然萌生的小裂纹和其发展到宏观裂纹的过程。研究结果表明：在低周疲劳情况下,不是所有萌生的裂纹都会持续扩展,大部分微裂纹在疲劳早期即已萌生,但是裂纹发展很慢,导致失效的裂纹快速扩展在疲劳晚期发生,微裂纹长度与循环数之间也有一定的关系。     

形变对Fe－30Mn－6Si基合金形状记忆效应的影响及其机理研究

本文用膨胀法比较了Ｆｅ－３０Ｍｎ－６Ｓｉ合金在拉伸应变下纵向（沿拉伸方向）和横向（垂直拉伸方向）恢复率的不同；研究了预应变对纵向恢复量，恢复率以及Ａ_ｓ，Ａ_ｆ的影响；还用一个大应变量下的样品在Ａ_ｓ和Ａ_ｆ范围内的不同温度区间进行了加热和冷却循环试验，得到了一些很有意义的信息。用正电子湮灭方法研究了Ｆｅ－３０ＭＤ－６Ｓｉ，Ｆｅ－３０Ｍｎ－６Ｓｉ－５Ｃｒ合金时效和非时效样品拉伸预应变量对合金中缺陷量，缺陷密度，γ→ε相变量等的影响。     

DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究

研究了常规热处理和长期时效状态的DZ125定向凝固高温合金在室温和700℃下的超高周疲劳特征及其差异。利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能,采用扫描电镜研究了合金的疲劳断口特征,借助电子探针和纳米压痕测量仪分别测试了合金枝晶间和枝晶干的成分和弹性模量。结果表明:两种热处理制度下DZ125合金的枝晶间和枝晶干的弹性模量以及合金元素分配和偏析比差异不大;DZ125合金在700℃下的超高周疲劳性能低于室温,合金在室温下存在明显的频率效应,但在700℃下不存在频率效应;室温和700℃下,合金经过长期时效后的疲劳性能均有所降低,特别在700℃下合金性能降低得更多。室温下,DZ125合金的两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面;700℃下,两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的亚表面。     

1250℃热处理对Nb-16Si-24Ti-6Cr-6Al-2Hf合金的组织影响

采用电弧熔炼的方法制备了Nb-16Si-24Ti-6Cr-6Al-2Hf(原子分数/%)合金.在1250℃下对其进行不同时间的热处理.使用SEM,EDS,XRD等方法进行组织分析.结果表明:多元合金化能消除Nb-Si合金中亚稳相Nb3Si;热处理能够有效改善Nb-Si多元合金中硅化物的分布、尺寸、形态和数量;热处理使得β-Nb5Si3转变为α-Nb5Si3.     

定向凝固速率对Nb-Si系原位复合材料组织和性能的影响

采用光学悬浮晶体生长炉制备了Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf六元体系原位复合材料试棒,并对其定向微观组织、压缩性能和抗氧化性能进行了研究.结果表明:定向复合材料主要由Nb固溶体和β-Nb5Si3相组成,低的生长速率有助于定向组织的形成.力学性能测试表明,良好的定向组织有助于提高材料的抗压性能,以6 mm/h生长的定向凝固试样在1250 ℃的抗压强度约为396 MPa;定向生长速率对复合材料的抗氧化性能没有太大影响,其氧化动力学接近直线规律,观察到严重的内氧化现象,抗氧化能力无明显改善.     

单晶高温合金DD6表面渗碳处理组织研究

对单晶高温合金DD6进行表面渗碳处理,采用SEM、TEM研究了DD6合金渗碳层组织,运用EDS与SAD分析了渗碳层内碳化物的类型。结果表明,表面渗碳处理后,在渗碳层γ相内析出大量细小的MC型碳化物,与合金名义成分相比,其化学成分富含铌、钽和钼,而铝和镍含量较低。该碳化物呈块状析出,尺寸约为0.1μm,弥散分布在渗碳层区域内。由于碳化物的析出,渗碳层区域内的γ′相不能保持完整的立方化形态。渗碳处理温度越高,渗碳层深度越大。MC碳化物与基体γ相之间存在[001]MC∥[001]γ,(200)MC∥(200)γ的晶体学取向关系。     

电子束熔炼Nb-Si系多元合金的组织和性能

采用电子束熔炼对Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf多元合金进行重熔,研究合金锭成分与组织的均匀性以及合金的硬度、室温断裂韧性、高温抗压性能.结果表明:电子束熔炼易导致合金元素的挥发损失,使得合金锭的成分不均匀;高的冷却速度有助于细小、均匀的等轴组织形成,其中硅化物相的显微硬度HV约为1100,是Nb固溶体相的3倍左右;电子束熔炼Nb-Si系多元合金的室温断裂韧性(KQ)约为10.3MPa·m1/2;在1250℃的抗压强度约为426.3MPa,且具有一定的高温塑性.     

Nb-Si系金属间化合物的研究进展

介绍了Nb-Si系金属间化合物及其复合材料的制备工艺，力学性能和物理性能，综述了Nb-Si系金属间化合物作为高温结构材料的最新研究进展和发展趋势，作为轻质高温结构材料的有力竞争者，Nb-Si系金属间化合物及其复合材料，特别是具有低温韧性和高温强度优良均衡的Nb-Nb5Si3原位复合材料，有望在下一代航空航天发动机上（≥1600℃）应用。