显微偏析数值模拟的微观模型和数值方法

研究显微偏析数值模拟中的微观模型和数值方法,在微观模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素.数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数.并给出了微观计算流程图,这种数值方法可以方便地与宏观计算、相图计算相耦合.模拟算例表明模拟结果与实验结果吻合较好.     

加热温度对热轧复合钛/不锈钢板结合性能的影响

利用热模拟试验机进行了加热温度分别为800、850、900、950 ℃的纯钛TA2与304L不锈钢的压缩复合实验,并从中选取最佳加热温度进行了热轧复合实验。利用金相显微镜、电子探针、XRD物相分析等手段对复合界面处的微观形貌、元素的扩散及金属间化合物的种类等进行了分析研究,并对界面的剪切强度进行了测试。实验结果表明,TA2/304L界面处生成了σ相、σ′相、FeTi、NiTi和CrTi4等金属间化合物。随着温度的升高,金属间化合物层的厚度增加。界面剪切强度随金属间化合物厚度增加而减小。加热温度为850 ℃时,热模拟试样获得最佳结合性能,热轧复合实验获得的钛/不锈钢复合板界面的剪切强度达到215 MPa。     

加热温度对热轧复合钛/不锈钢板结合性能的影响

利用热模拟试验机进行了加热温度分别为800、850、900、950℃的纯钛TA2与304L不锈钢的压缩复合实验,并从中选取最佳加热温度进行了热轧复合实验。利用金相显微镜、电子探针、XRD物相分析等手段对复合界面处的微观形貌、元素的扩散及金属间化合物的种类等进行了分析研究,并对界面的剪切强度进行了测试。实验结果表明,TA2/304L界面处生成了σ相、σ′相、FeTi、NiTi和CrTi4等金属间化合物。随着温度的升高,金属间化合物层的厚度增加。界面剪切强度随金属间化合物厚度增加而减小。加热温度为850℃时,热模拟试样获得最佳结合性能,热轧复合实验获得的钛/不锈钢复合板界面的剪切强度达到215MPa。     

带有玻璃润滑剂的P92耐热钢与H13模具钢间的界面传热系数

在玻璃润滑热挤压工艺的模拟中,界面传热系数是非常重要的一项参数,然而目前已有文献中所使用的数值缺乏实验依据。该文根据一维稳态传热原理,搭建了界面传热系数的测试平台,测试了P92耐热钢与H13模具钢之间的界面传热系数。P92与H13之间用玻璃润滑剂隔开,研究不同温度、不同玻璃润滑剂厚度和不同界面压力对传热系数的影响,并提出了应用于工艺数值模拟的界面传热系数的合理数值。     

多道次热轧不锈钢复合板热力耦合模拟及实验研究

采用热力耦合数值模拟与实验研究相结合研究了多道次热轧不锈钢复合板成形过程。通过对7道次热轧过程的仿真,得到了基层、复层以及界面处的温度变化曲线,明晰了多道次轧制下复合板等效应力变化规律,揭示了轧后基层和复层界面处的残余应力分布状态。利用对称组坯技术制备了不锈钢复合板真空热轧坯料,基于数值分析结果进行复合板真空热轧实验。采用金相显微镜和能谱仪观察了试样基层、复层、界面组织形貌,分析了沿轧件厚度方向微观组织分布不均的原因,并进行了界面元素扩散分析,得到了不锈钢复合板界面处的主要扩散元素,对数值模拟结果进行了验证,为不锈钢复合板制备提供了参考。     

爆炸焊接波状界面形成和发展的研究

为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理,本文采用对不同强度基板爆炸焊接实验与SPH数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现当焊接参数在可焊窗口以内时,强度较低的材料界面比较容易形成周期性波纹,而且数值模拟结果显示在碰撞点后两个周期的范围内,界面粒子仍然具有较高的运动速度并沿界面持续运动形成界面波;而强度较高且表面光滑的材料则难以形成波状界面。结果表明：爆炸焊接波状界面的形成需要扰动的积累进而触发Bahrani刻入机理,而当界面缺少扰动时则难以形成波状界面;在碰撞点离开后的两个周期范围内,波状界面的熔融金属将沿界面持续运动最终形成稳定的界面波。     

WC粒度分布对WC-Co硬质合金力学性能影响的模拟分析

本文旨在建立基于WC-Co硬质合金真实微观组织的力学性能预测有限元分析方法,进而分析WC颗粒粒度分布对微区变形和力学行为的影响。实验设计和制备了具有Co含量相同,WC晶粒分布均匀和非均匀的两种WC-Co硬质合金,并进行维氏硬度测试和用SEM进行组织观测。通过对合金组织的SEM形貌照片进行WC颗粒边界的重构,建立WC和Co两相真实组织的二维有限元模型。通过有限元模拟对两种合金的弹性模量、泊松比和强度等力学性能进行预测和微观变形机理分析。有限元模拟结果表明均匀合金强度高于非均匀合金,与实验测试的硬度所揭示的规律相吻合。对微观变形机理分析揭示了均匀合金应力分布更均匀是强度较高的主要内在机理,而WC/WC邻接界面的应力集中是弱化力学性能的主要机制。     

爆炸焊接波状界面的形成和发展

为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理,采用对不同强度基板的爆炸焊接实验与光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现,当焊接参数在可焊窗口以内时,强度较低的材料界面比较容易形成周期性波纹,而且数值模拟结果显示,在碰撞点离开后2个周期的范围内,界面粒子仍然具有较高的运动速度并沿界面持续运动形成界面波;而强度较高且表面光滑的材料则难以形成波状界面。结果表明:爆炸焊接波状界面的形成需要扰动的积累进而触发Bahrani刻入机理,而当界面缺少扰动时则难以形成波状界面;在碰撞点离开后的2个周期范围内,波状界面的熔融金属将沿界面持续运动,最终形成稳定的界面波。     

SiC纤维增强钛基复合材料界面行为的有限元模拟

用薄试样push-out试验测试了SCS-6/Timetal 834复合材料从室温到530℃温度范围内的载荷-位移曲线,用有限元方法对push-out实验过程进行了数值模拟.计算表明,push-out实验的界面脱粘过程可以用剪切强度准则和能量准则来描述.剪切强度准则计算表明,材料的界面剪切强度在室温时为τm=500 MPa,530℃时为τm=140 MPa.由于应力奇异性的影响,界面剪切强度的值与单元尺寸大小有关.能量准则与单元尺寸无关,但需要一个初始脱粘长度.计算所得在临界能量释放率室温下时为30 N/m,530℃时为5 N/m.     

定向凝固微观组织相场法模拟进展

凝固过程中固液界面形态对凝固组织有着决定性作用,针对微观组织数值模拟研究,相场法可以很好地展示凝固过程固液界面形态的演变.在调研和查阅了大量资料的基础上,着重介绍了相场法数值模拟的基本原理及其在定向凝固的微观组织模拟国内外研究概况;最后,分析了相场模型的不足并指出了该领域研究中亟需解决的问题及其发展方向.     

Wf／ZrTiCuNiBe非晶合金复合材料的界面特征与性能

用渗流铸造水淬法制备了φ6mm×50mm的W纤维增强的Zr4125Ti13．75Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金复合材料。采用扫描电镜（SEM）分析了相同渗流时间，不同渗流温度复合材料的界面反应形貌，并采用Push-out法测定了界面剪切强度，讨论了界面特征、界面剪切强度与宏观压缩断裂行为之间的关系。结果表明：渗流铸造法制备的W纤维增强Zr41.25Ti13．75Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金复合材料明显提高了非晶合金的塑性和断裂强度。复合材料界面结合包括界面扩散和界面反应两个过程。界面反应程度加剧时界面剪切强度增大，复合材料的破坏方式由纵向劈裂转变为剪切破坏。     

用十字形试样评定钛基复合材料界面法向结合强度(英文)

采用单向耦合的有限元方法预测钛基复合材料界面法向结合强度以及十字形试样内的应力分布。有限元模拟共包括两步：复合材料冷却过程和横向拉伸过程。详细分析了界面杨氏模量和残余热应力对界面径向应力分布的影响,并评定得出SiC／Ti-6Al-4V界面法向结合强度为300MPa。     

SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散研究进展

介绍了目前研究Ti基复合材料界面反应扩散模型、界面反应的动力学和热力学、界面反应扩散控制机理。以及障碍涂层对界面反应扩散的影响。指出SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散的研究重点和发展方向。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的瞬间液相连接

铝基复合材料采用Cu箔、Ni箔和Cu/Ni/Cu多层箔作中间层进行瞬间液相连接。研究了保温时间和压力对铝基复合材料接头组织和性能的影响。研究发现，加压能有效改善铝基复合材料接头组织和性能；采用Cu/Ni/Cu多层箔作中间层时铝基复合材料接头强度最高，达189.6MPa，约为母材强度的84.6%。     

金属基复合材料界面反应控制研究进展

金属基复合材料可以通过基体合金成分改变、增强体的形态和种类选择及工艺控制等要素获得不同的材料特性,因而具有很强的可设计性。在金属基复合材料性能设计中,界面状态的控制是核心内容。归纳了作者近几年在金属基复合材料界面控制研究方面的研究工作,包括利用工艺技术方法控制Cf／Al有害界面反应,获得TiB2／Al自润滑界面;利用基体合金化方法控制SiC／Al和Cf／Al有害界面反应,获得W／Cu固溶体界面等方面的理论与实践。研究表明,采用材料制备工艺和基体合金化等方法控制界面反应热力学和动力学过程可以实现抑制有害界面产生及获得有益界面,而且是十分简捷、有效和低成本的方法。     

累积叠轧Nb/Zr层状复合板的微观组织与力学性能研究

采用累积叠轧法制备了初始Zr层厚度不同的两种Nb/Zr金属层状复合板并对其在叠轧过程中的微观结构、织构演化和力学性能进行了研究。结果显示, Nb/Zr层状复合材料的界面结合良好,异质界面处无金属间化合物产生。随着叠轧道次增加,层状复合结构内部形成了贯穿于多个金属层的剪切带组织,初始Zr层厚度为1 mm的复合板较Zr层厚度为2 mm的复合板易于发生Zr层的颈缩、断裂和分离。Nb层内主要为位错胞状结构, Zr层内为高位错密度晶粒与动态回复晶粒的混合组织。此外,不同初始Zr层厚度的复合板中Nb层的织构演化特征不同：当初始Zr层厚度为1 mm时,Nb表现为强立方取向;当初始Zr层厚度为2 mm时,随着叠轧道次增加,旋转立方取向始终为主导的织构组分。两种复合板中Zr层的织构演化特征一致,即经一道次叠轧后,{0001}基面双峰织构为主要织构组分。随着叠轧道次增加,基面双峰织构略有减弱,同时出现了较弱的{11-20}丝织构。单轴拉伸测试表明,随着叠轧道次增加两种不同Zr层厚度的复合板屈服强度和抗拉强度均逐渐增大,而塑性延伸率呈现先减小后增大的趋势。经三道次叠轧后两种复合板的最大延伸率分别为14.2%和16.5%。叠轧过程中各金属显著的晶粒细化、Zr层内高位错密度晶粒与动态回复晶粒共存的混合组织以及Zr织构的特征演化是贡献于复合板具有高强度和良好塑性的原因。     

MECHANICAL PROPERTIES AND INTERFACIAL STRUCTURES OF ALUMINIUM BORATE WHISKER REINFORCED ALUMINIUM COMPOSITES

Quality 9Al_2O_3-2B_2O_3 whisker reinforced 6061Al or Al composites have beenprepared by technique of squeeze casting.The mechanical properties of the9Al_2O_3·2B_2O_3(w)/6061Al composites could be hardly improved by T6 treatment,owingto cause the remarkable interracial reaction.An observation under high resolution trans-mission electron microscope on interfaces shows that the serious chemical reaction occursand the product is Al_2MgO_4.But no such reaction is found at the interfaces of 9Al_2O_3.2B_2O_3(w)/Al composite.EDS analysis on the interfaces shows that above mentionedinterracial reaction may be resulted from the interracial segregation of Mg atoms in6061Al matrix during sequeeze casting.     

Bonding interface zone of Mg-Gd-Y/Mg-Zn-Gd laminated composite fabricated by equal channel angular extrusion

In order to improve the mechanical properties and corrosion resistance of Mg alloys, the equal channel angular extrusion (ECAE) was employed to fabricate the Mg-5Gd-5Y/Mg-2Zn-1Gd (GW55/ZG21) laminated composites. After fabrication and annealing treatment, the microstructural evolution, phase constitution, microhardness, and bonding strength were investigated on the bonding interface zone of GW55/ZG21 laminated composites. The bonding interface zone of GW55/ZG21 laminated composites comprises a lot of Mg3(Y, Gd)2Zn3 particles along the bonding interface, some rod Mg24(Y, Gd)5 phases on GW55 side, and a precipitation free zone (PFZ) on ZG21 side. After annealing treatment, Mg3(Y, Gd)2Zn3 particles along the bonding interface increase, rod Mg24(Y, Gd)5 phases on GW55 side decrease, and PFZ is broadened. Meanwhile, the hardness on the bonding interface zone decreases and the bonding strength increases from 126 MPa to 162 MPa.     

超磁致伸缩复合材料的静态弹性模量及抗压强度

采用粘结技术制备出了性能良好的磁致伸缩复合材料，着重研究了合金含量、粉末粒度、磁场取向、粉末表面处理对样品的静态弹性模量及抗雎强度的影响规律。结果表明，粉末粒度、粉末表面处理对复合材料的抗压强度及静态弹性模量均有较大的影响；合金含量、磁场取向对复合材料的静态弹性模量影响不大，其中合金含量对复合材料的抗压强度有较大的影响。     

开放式低温等离子体对树脂基复合材料表面处理性能研究

目的 采用开放式低温等离子体对树脂基复合材料表面处理,研究其对树脂基复合材料粘接性能的影响。方法 运用响应曲面法,对开放式低温等离子体加工工艺与树脂基复合材料表面自由能交互性进行研究。采用接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、三维形貌仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等仪器对开放式低温等离子体处理前后复合材料的接触角与表面能、表面微观形貌与表面粗糙度、表面化学成分进行分析,使用万能试验机对处理前后复合材料的粘接强度进行研究。结果 输入功率、喷枪距离与试样移动速度3个响应因子中,喷枪距离对试样表面能的影响最为显著,其次是试样移动速度与输入功率。当开放式低温等离子体加工工艺为P=800 W,d=11.8 mm,v=10 mm/s时,表面能最大,从24.8 mJ/m²增加到78.3 mJ/m²,表面粗糙度与未处理试样相比提高了约2.5倍。处理后试样表面的氧元素含量明显增加,氧元素主要以含氧官能团的形式存在,材料表面极性增加。开放式低温等离子体对树脂基复合材料处理后,粘接试样平均拉伸剪切强度从16.6 MPa增加到27.5 MPa,粘接强度提高了约65.7%,粘接接头破坏形式从界面破坏到材料基材破坏。结论 开放式低温等离子体对树脂基复合材料表面处理后,能够有效地增加其粘接强度,树脂基复合材料润湿性与表面能、表面粗糙度以及表面含氧官能团数量增加,是粘接强度提高的主要因素。