一种新型热作模具钢的高温磨损性能研究

采用球盘式高温摩擦磨损试验机,对针对某特殊工况自行研制的一种新型热作模具钢在室温、200、400、500和600℃下进行干滑动摩擦磨损试验,研究了该钢的磨损行为和磨损机制,并测试了不同温度磨损后材料亚表层的应变硬化区深度.结果表明:随着环境温度的升高,钢的磨损率呈现先升高,后降低再升高的趋势;摩擦系数随着温度增加先降低后升高;室温和200℃下磨损时其磨损机制主要为疲劳磨损;随着环境温度升高到400和500℃时,磨损表面生成一层致密氧化物并随着温度升高而增厚,呈轻微氧化磨损特征;600℃时,高温磨损表面的氧化物层继续增厚,但在试验载荷持续挤压下,氧化层出现破裂剥落,磨损率急剧升高,表现为氧化磨损;材料亚表层在磨损后产生明显的应变硬化,硬化效果随温度的升高先增强后减弱.     

经历不同高温后砂岩的动态力学特性实验研究

运用RX3 -20 -12型箱式电阻炉将砂岩试样分别加热至100、200、400、600、800和1 000℃,然后自然冷却至常温,制成经历不同温度的砂岩试件。运用直径为100mm的分离式Hopkinson压杆装置,用薄圆形紫铜片作为波形整形器,以不同弹速轴向冲击砂岩试样,测试经历不同温度后砂岩试样在不同冲击荷载下的动态力学性能,得出了砂岩的应力-应变曲线及各自的破坏形态。结果表明:常温下砂岩的动态压缩破坏的应力-应变曲线具有明显的4阶段特征,但经历100~400℃作用的砂岩应力-应变曲线的平台段消失,温度继续升高时平台段又重新出现;砂岩的峰值应变随温度升高而升高,动态压缩强度也随温度升高而升高,但在800℃以后陡然下降;砂岩的动态压缩破坏形态受温度和冲击荷载的共同影响,冲击荷载越大破碎程度越大,而且破坏过程总是由外层向内芯发展。     

铝制旋转抛物面型激光推力器温度效应的实验研究

研究了激光推进中铝制旋转抛物面型推力器的温度变化情况。采用脉冲TEA-CO2激光器作为推进光源,用响应较快的K型热电偶丝作为温度传感器,分别在大气呼吸和烧蚀两种工作模式下,研究了抛物面上不同点的温度分布情况,以及脉冲个数和环境气压对抛物面温度的影响。文中对冲量耦合系数和气压的关系也作了研究,并将其与温度联系起来。结果发现在旋转抛物面的顶点处温度为最高,随离顶点距离的增大而减小。在大气呼吸和烧蚀两种模式下,抛物面温度随着激光脉冲个数增加,但增加的斜率逐渐减小,有饱和的趋势。在激光脉冲个数确定的条件下,大气呼吸模式的温度随气压的减小先增大后减小,出现一个峰值;烧蚀模式则随气压的减小而增大。在大气呼吸模式下,冲量耦合系数随着气压的减小先略为增大而后迅速减小,在约0．5atm处出现了一个弱峰;在烧蚀模式下,冲量耦合系数随气压减小迅速升高,在气压低于0．5atm后,几乎为定值。     

低温工况甲烷最小点火能实验研究

为探索低温工况下甲烷的爆炸特性，利用自行构建的实验装置，测试了温度为-90~0 ℃、压力为0.1~0.5 MPa的条件下甲烷的最小点火能。研究表明:在研究范围内，随着压力的升高，甲烷的最小点火能减小，且低压时甲烷最小点火能随初始压力的增高减小较快，高压时减小较慢；随着温度的升高，甲烷最小点火能也减小，且低压时甲烷最小点火能随初始温度的增高减小较快，高压时减小较慢；甲烷的最小点火能分别与压力平方的倒数、温度的倒数呈近似线性关系。     

液氮激冷对含氢非晶碳膜性能的影响

采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜. 加热到相应温度(200、250、300、350和400 ℃)后，对薄膜进行液氮激冷处理，并研究其结构、机械及摩擦性能的变化. 结果表明:薄膜硬度在200~300 ℃温度下液氮激冷后，其硬度随热处理温度增加，C-C sp2键逐渐增加；在350~400 ℃温度下液氮激冷处理后，薄膜的硬度逐渐减小，薄膜呈石墨化趋势；而其弹性恢复在整个处理过程(200~400 ℃)中随温度升高持续增大，和C-C sp2键变化趋势一致. 液氮激冷处理后，含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善，在300 ℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.      

高温花岗岩遇水快速冷却后力学性质实验研究

通过对高温加热–遇水快速冷却后的花岗岩试样进行单轴和三轴实验,研究了800℃内高温花岗岩遇水快速冷却后的力学性质随温度和围压的变化规律。实验结果表明:(1) 400℃为高温加热–遇水快速冷却对花岗岩力学性质影响的阈值;(2)同一温度条件下,峰值偏应力、峰值应变随围压的增大而增大;弹性模量随围压的增大先增大后减小;(3)单轴实验中,温度低于400℃时,岩样表现为复合破坏,随着温度的升高破坏形式转变为拉破坏;三轴实验中,岩样整体上表现为剪切破坏。     

温度对聚酰亚胺摩擦磨损性能的影响

栓－盘摩擦磨损试验表明：连续升温时，聚酰亚胺的摩擦因数随温度升高而增大直至最高值０。６６，继而降低至０．１６；定温试验时，其摩擦因数骨动时间延长很快上升到最高值，继而争速降低到趋于稳定；聚酰亚胺的磨损率随温度升高而增大。扫描电子显微镜观察发现：聚酰亚胺以犁削磨损为主，但随环境温度的升高，磨屑由细微粒状变为大片状直至细长条状；其摩擦磨损行为与材料表层状态密切相关，温度较高时，摩擦热使材料表面产生了低     

H13钢的高温拉伸性能研究

利用高温传感器在 MTS880试验机上系统地研究了 H13钢由室温到700℃温度范围内的应力应变特性,并给出其应力应变关系随温度的变化规律,同时对拉伸试件断口进行了微观分析。研究结果表明：由室温到600℃的温度范围内,H13钢的屈服强度、抗拉强度、弹性模量随温度的增加而线性地缓慢降低;室温拉伸试验的断口表现为多点起裂的撕裂断口,表明 H13钢的强度较高,但韧性较低;400℃时断口为典型的韧性断口形貌,强韧性很好;550℃和600℃时断口为韧窝状断口,具有一定的强度和韧性;当温度高于600℃时 H13钢的强度和韧性快速下降,失去了承载能力。     

激光淬火和冲击复合强化处理40Cr钢的耐磨性能研究

对激光淬火40Cr钢强化区域进行激光冲击复合强化处理，并分别同激光淬火和氮化处理40Cr钢对比考察了激光淬火和冲击复合强化处理40Cr钢的表面硬度和耐磨性．结果表明：经激光淬火和冲击复合强化处理的40Cr钢的硬度比激光淬火处理40Cr钢的硬度高11％；同氮化和激光淬火处理40Cr钢相比，复合强化处理40Cr钢的耐磨性分别提高了约4．3倍和1．6倍．     

激光触发SF6气体间隙开关的数值模拟

建立了激光触发SF6气体间隙开关的数值模型，计算了Woodworth的实验系列。激光触发延迟的计算值与实验结果比较符合。在充气压力一定时，延迟时间随激光能量、工作电压比(工作电压与自击穿电压之比)的增加而减小。激光能量越大或工作电压比越高，则延迟时间对电压的变化越不敏感，越稳定；反之，延迟时间对电压的变化越敏感，越不稳定。     

水冷却对高温花岗岩的细观损伤及动力学性能影响

为探讨高温花岗岩经水冷却后的细观结构损伤及动态力学性能，对水冷却后高温花岗岩开展波速和核磁共振测试，分离式霍普金森压杆冲击试验，以及冲击破碎试样的扫描电镜观察，分析比较不同状态下花岗岩波速、孔隙度和动力学参数的变化规律。研究发现:随着温度升高，经水冷却处理后高温花岗岩波速非线性下降，大孔径孔隙度分量增大，且水冷却后试样的孔隙孔径尺寸和数量均大于自然冷却；水冷却后高温花岗岩动力学参数呈现出随着温度升高，峰值应力减小，峰值应变增大，弹性模量则先增大后减小的规律；由于水冷却使高温花岗岩表面温度急剧降低，产生额外的温度应力，花岗岩内部损伤加剧，表现出更低的波速与峰值应力；而水的冷淬作用一定程度上提高了表层花岗岩的硬度，降低了高温后花岗岩的塑性能力，与自然冷却相比水冷却后花岗岩的峰值应变减小，弹性模量增大，表现出脆性破坏特征。在温度低于400 ℃时，冷却方式对冲击裂纹影响不大，随着温度升高到800 ℃，自然冷却后花岗岩冲击断面呈蜂窝状，而水冷却后冲击断面则相对平整。     

靶板在爆炸成型弹丸垂直侵彻下的层裂

为了准确掌握靶板层裂过程和规律，基于波动力学和基本假设，建立了爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）垂直侵彻有限厚靶板时层裂的力学模型，得到了层裂点的表达式。研究结果表明:EFP速度为1 800 m/s、靶板厚度从35 mm增大到60 mm时，靶板背面弯月形层裂区厚度不断增大，弯月形层裂区长度不断减小；靶板厚度保持40 mm不变、EFP速度从1 600 m/s增大到1 900 m/s时，靶板背面层裂区厚度不断减小，弯月形层裂区长度不断增大。开展了EFP侵彻40 mm厚装甲钢靶板的实验，将实验结果和理论计算结果进行对比分析，两者吻合较好。     

H13钢氧化磨损行为的研究

采用销盘式磨损试验机,对H13钢在室温、200和400℃和不同载荷条件下进行干滑动磨损试验,研究了钢的磨损行为及磨损机制.结果表明：在室温至400℃之间,200℃时钢的磨损率最低,其次为室温下的磨损率,400℃时磨损率最高.室温下钢的磨损率随载荷的提高而增加,磨损表面氧化物较少,其磨损机制主要为黏着磨损;200℃时的磨损行为极为特殊,随载荷从50增至100 N时,磨损表面出现较厚的氧化物层,故磨损率降低,载荷从100增至200 N时磨损率略提高,且显著低于室温和400℃时的磨损率,呈轻微氧化磨损特征.当环境温度达到400℃时,虽然磨损表面发生了明显的氧化,但随载荷的提高,导致基体塑性变形和热软化,导致磨损表面氧化物层剥落量增大,磨损率提高;当载荷超过150 N后材料的磨损机制由轻微氧化磨损转变为氧化磨损和塑性挤出磨损,磨损率迅速提高,为严重磨损.     

8km/s激光驱动飞片发射技术实验研究

实验研究了激光驱动飞片技术中激光能量剖面和飞片靶金属膜层的力学特性对飞片的速度和完整性的影响,认为激光能量剖面整体呈“平顶型”的光束是发射高质量飞片的基础,同时飞片靶的膜基附着力、金属膜层的强度和韧性三者之间应保持良好的匹配才能得到完整的飞片。制备了基底/Cr/Al复合结构飞片靶,利用波长1 064nm、脉宽15ns的激光,将直径1mm、厚度3μm的铝飞片稳定驱动至8km/s。     

热处理温度对Fe—Ni—P非晶合金镀层显微硬度和耐磨性的影响

测定了电沉积Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金镀层在不同温度下热处理后的硬度，在环－块磨损试验机上对镀层的耐磨性进行了研究，对镀层的显微组织和磨损表面作了观察与分析，就其强化机理和磨损机理作了分析与探讨．镀层的硬度和耐磨性均随热处理温度上升而提高，４００℃时都达到极大值，最高硬度为ＨＶ１１．２ＧＰａ；在４００℃以上，镀层的硬度和耐磨性均随温度升高而降低，此时镀层的含磷量越多，硬度越高，耐磨性越好；在５００℃以下热处理后镀层的磨损机理主要为点蚀和剥落，剥落坑随着温度的升高而减少；６００℃以上热处理镀层发生的是磨粒磨损．     

温度对10MW高温气冷堆用石墨摩擦性能的影响

采用SRV标准摩擦磨损试验台研究了温度对10MW高温气冷堆用石墨IG-11在空气和氦气中的摩擦性能的影响．结果表明：在空气中，室温、100℃、200℃和300℃下石墨的摩擦系数相当，400℃下石墨的摩擦系数最小；在氦气中，室温时石墨的摩擦系数最大，而其它温度下的摩擦系数相对较小．其原因在于，石墨在较高温度下同空气发生氧化反应，在摩擦表面形成具有减摩作用的反应膜，从而使摩擦系数减小．在氦气中，摩擦系数的减小主要归因于石墨层间范德华力的减小。     

激光对涂层玻璃钢材料的烧蚀阈值实验研究

介绍了玻璃钢材料的特性。用连续ＹＡＧ激光辐照不同防火涂料层的玻璃钢材料,进行烧蚀阈值的实验研究。在实验中,用激光光斑仪确定激光辐照玻璃钢材料靶表面的光斑尺寸和光场分布。用红外热像仪测量了激光辐照玻璃钢材料生产的温度响应,并给出了损伤和起燃阈值。     

退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术在GH-4169高温合金基体上沉积氧化铬薄膜，并对薄膜进行了不同温度的退火处理，系统研究了不同退火温度(500、600、700和800 ℃)对薄膜形貌、薄膜结构、薄膜力学性能及薄膜摩擦学性能的影响. 结果表明:随退火温度升高，薄膜表面缺陷减少，氧化铬晶化趋于完善，薄膜硬度下降. 高温摩擦学性能方面薄膜经500和600 ℃退火后，在环境温度从室温到800 ℃宽温域范围内摩擦系数较退火前均有所增加；经800 ℃退火后的薄膜在环境温度为400~600 ℃时的摩擦系数均明显下降，但室温摩擦系数明显升高，宽温域内摩擦系数波动较大；700 ℃退火后薄膜宽温域内摩擦系数在0.21~0.33之间，波动较小.      

基于J-C模型的Q235钢的失效准则

使用Instron材料试验机、霍普金森拉杆（SHTB）对Q235钢试件进行了不同温度下的准静态和动态拉伸实验,研究了温度、应变率及应力三轴度对Q235钢失效应变的影响,结果表明:Q235钢失效应变随温度的升高而增加,随应变率的增加而减小,随应力三轴度的增加先减小后增加再减小。基于实验结果对Q235钢J-C失效模型中的温度项进行了修正,并结合数值模拟提出了基于J-C失效模型的应力三轴度三分段式失效准则,通过Taylor撞击实验和数值模拟对给出的模型相关参量进行了验证,实验与模拟结果吻合较好。     

烧蚀模式激光推进的数值模拟

采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法，以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（weighted essentially non-oscillatory schemes），给出了高温气体状态方程的简便描述，并考虑激光与等离子体的相互作用，模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程，并给出了不同参数条件下激光烧蚀固体靶的推进效应参数（冲量耦合系数等）。计算结果及与实验结果的对比表明，靶材料和激光参数（功率密度、波长、脉冲宽度等）是影响推进效应的主要因素，并且计算结果具有较高的精确度。