高强耐热稀土镁合金研究进展

梳理了高强耐热镁合金的研究历程及现状。Mg-Gd(Y)-Ag和Mg-Gd(Y)-Zn系合金是目前强度最高的镁合金体系,铸造Mg-9.8Gd-2.7Y-2.0Ag-0.4Zr合金最优常温力学性能如下:抗拉强度(UTS),410 MPa;屈服强度(YS),300 MPa;延伸率(EL),2.3%。高强耐热稀土镁合金的大尺寸构件铸造工艺性亟需重点研究。总结了"固溶强化增塑"的合金设计、"高、低稀土镁合金"强韧性的设计与开发、"低稀土总量、多元合金"耦合强化设计、集成计算材料工程(ICME)等理念,对新型高强耐热铸造镁稀土合金的开发具有指导意义。     

2195铝锂合金热处理工艺研究

对2195铝锂合金的热处理工艺进行了研究。力学性能测试和金相分析结果表明:该合金较理想的热处理制度为固溶处理(510±5)℃/10min,水淬,人工时效(170±5)℃/720min,空冷。热处理后合金的抗拉强度大于等于560MPa,屈服强度大于等于505MPa,伸长率大于等于6%,析出相呈细小弥散分布,对合金的强化效果高。     

固溶处理工艺对2219铝合金力学性能的影响

针对铝合金在硝盐槽中固溶热处理存在加热介质不环保、超温爆炸的问题,以2219铝合金不同厚度板材为对象,研究了空气介质加热固溶处理工艺对2219铝合金力学性能的影响。探索了其力学性能随固溶处理保温时间的变化规律,并观察了6 mm板材典型的热处理工艺:(535±5)℃/70 min固溶,(165±5)℃/960 min时效,板材显微组织的析出相呈细小弥散状分布,对合金有较好的强化效果。试验获得了不同厚度2219铝合金板材较为理想的固溶处理工艺参数。合金热处理后的力学性能达到了产品的技术指标:抗拉强度R_m≥405 MPa,屈服强度Rp0.2≥286 MPa,延伸率A11.3≥10%。2219铝合金空气介质加热固溶处理工艺技术已替代硝盐介质固溶处理技术,并在运载火箭贮箱结构件中得到成功应用。     

ZM5镁合金阻燃与中间合金变质细化行为研究

采用光学显微镜等研究了Ca、Ce、Y阻燃元素,以及Al-8Ti-2C和Al-4C中间合金对ZM5合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:复合添加阻燃元素比单独添加更有利于提高ZM5合金阻燃性能,复合添加0.5%Ce和0.5%Y时,合金燃点提高70℃;单独添加0.5%的Ca时,合金晶粒得到细化;同时添加0.5%的Ca和Al-4C中间合金时,ZM5合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到245 MPa、96 MPa和9.5%。     

火箭发动机燃烧室用高强高导Cu-0．8Cr-0．2Zr合金的组织与性能

采用硬度、拉伸力学性能及导电率测试研究了Cu-0.8Cr-0.2Zr合金的力学性能和导电性能,采用金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)观察了不同处理态合金的显微组织。研究结果表明:时效热处理过程中,合金发生回复和再结晶,同时过饱和固溶体分解析出新相,析出的纳米弥散强化相,能显著提高合金的强度,同时保持良好的导电性。Cu-0.8Cr-0.2Zr合金的最佳热处理工艺为:热轧后980℃/1h固溶处理,经70%冷变形,然后再经过450℃/4h时效处理后,硬度、抗拉强度和屈服强度分别为153HB5、29MPa和489Mpa,导电率达到85.1%IACS。研究的加工工艺实现了高强高导,获得了强度和导电率的最佳匹配。     

Al—Li—Cu—Mg—Zr合金的尺寸稳定化工艺

对 Al- Li- Cu- Mg- Zr合金进行 530± 5℃保温 3小时固溶处理后 ,采用不同的淬火介质进行淬火 ,而后进行 1 85℃时效 8小时 ,再进行 1 55 - 1 96℃循环处理。发现随循环处理的次数增加 ,合金中的应力松弛速度减慢 ,应力松弛强度增加。稳定化循环次数为两次效果最好 ,并且急冷效果好于缓冷效果。文中 Al- Li- Cu- Mg- Zr合金尺寸稳定化的最佳工艺是 :采用530± 5℃保温 5小时固溶后热油淬火、1 85℃时效 8小时 ,再经 1 55 - 1 96℃循环处理两次。     

K4202镍基高温合金激光选区熔化成形室温拉伸性能研究

为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH4202锻件标准值,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等理化分析手段揭示了其强化机理主要为细晶强化、应变硬化、沉淀硬化和过饱和的固溶强化。同时研究了固溶、固溶时效、直接时效三种热处理制度对K4202力学性能的影响,结果表明直接时效后的综合力学性能最佳。     

固溶时效后高强高导Cu-Cr-Zr合金的性能与显微组织研究

在测试不同固溶时效阶段Cu-Cr-Zr合金力学性能和导电性能的基础上,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察了合金的显微组织,发现经过490℃/240min时效处理后合金达到时效强度峰值,强度的提高主要是共格弥散强化相造成.运用Gerold及其推导公式计算了共格强化导致的最大拉伸应力增量(△σcsmax)的范围,同时应用单元体导电模型和马提申定则计算了合金时效时的导电率的增量值范围,与实验数值相比误差较小.说明所建模型能较好的反映时效析出过程中的强度和导电率变化.     

热处理工艺对双网篮Ti750合金组织性能的影响

研究了普通退火、双重退火、固溶时效三种热处理制度对双网篮组织近α高温钛合金Ti750合金组织结构、力学性能的影响.结果表明不同热处理制度对Ti750合金组织性能影响较大,近β相变点固溶时效处理能极大提高合金强度,但塑性极大降低;采用900℃/1..5hAC 600℃/3hAC双重退火热处理工艺,合金综合性能较好,强度、塑性相对有所提高.     

铝钪合金与高浓度过氧化氢的相容性

美国在研的空天飞机X-43B采用的推进剂是JP-7(jet propellant-7)和浓度为90%的过氧化氢.1060工业纯铝和5254铝镁铬合金屈服强度比较低,不能满足轻重量贮箱或结构的要求.铝镁合金中添加适量配比的钪和锆,通过与高浓度过氧化氢材料的相容性试验表明,铝钪合金与过氧化氢一级相容,其稳定性为99.29%,是理想的高浓度过氧化氢贮箱材料.并且通过实验表明钪和锆的加入能显著改善铝合金的可焊性、耐热性、抗蚀性、热稳定性和抗中子辐照损伤的作用,并大幅度提高强度(7X11铝钪合金屈服强度是5254铝镁合金的4.8倍).     

低温变形对2A14铝合金组织性能影响

提出了低温变形与热处理协同的2A14铝合金强韧化新方法,借助透射电镜、扫描电镜、金相显微镜、拉伸试验机等测试手段对比分析了室温和超低温变形工艺对2A14铝合金组织性能的影响。结果显示:与室温变形相比,超低温变形与热处理协同能够大幅提升合金综合力学性能。当超低温变形量达到20%,合金内部位错密度上升,第二相粒子尺寸更小,分布更为均匀,晶粒细化显著,合金综合力学性能达到最高,抗拉强度为474.5 MPa,屈服强度为426.5 MPa,延伸率为11.6%。     

长期自重载荷作用下固体发动机药柱的位移分析

为了分析固体发动机药柱在长期自重载荷作用下的位移水平,采用加速老化试验,得到该推进剂松弛模量随贮存时间的变化规律;考虑固体导弹发动机的实际贮存情况,探讨了有限元计算中处理发动机滚转的方法;应用三维粘弹性有限元分析方法,对贮存一定时间后的发动机进行了数值仿真,从中获得发动机药柱在长期自重载荷作用下的位移情况。计算结果表明,固体发动机每0.5 a定期翻转,蠕变基本回复到原来的3%以内,药柱的位移增加不大,说明贮存过程中每0.5 a翻转1次是一种好方法,可为固体发动机的设计和使用提供参考。     

熔体混熔制备Si相增强Al-8wt．％Si合金

采用熔体混熔方法结合挤压铸造制备了Al—8wt．％Si合金。利用SEM、DSC、TEM和力学性能测试等分析手段研究了合金的组织及性能。结果显示,通过将高温的A1-30％Si合金熔体和低温的工业纯铝金属液混和,凝固形成的亚共晶成份Al.08wt．％Si合金中含有3％左右的细小初生si相。与传统熔体变质处理后制备Al．8wt．％Si合金的相比,经初生Si相增强的Al—Si合金拉伸强度达到185MPa,抗弯强度达到437MPa,分别提高15％和19％,同时延伸率增加近1倍达到6．7％。     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

复合材料壳体发动机推进剂药柱立式贮存应力分析

固体火箭发动机(SRM)推进剂药柱在立式贮存时要承受两种主要栽荷联合作用，即固化降温趋于平衡后的长期温差热载荷以及轴向的重力载荷作用。根据推进剂的材料特性以及不同的加载条件，采用线弹性理论，分别进行了SRM药柱在两种载荷作用下的三维有限元应力、应变计算，对药柱及其界面的危险部位重点进行了分析。     

宇航钛合金气瓶优化设计与实验验证

本文用有限元法对7升TC4钛合金气瓶进行应力分布计算和结构优化设计，并用水压爆破试验对优化结果进行试验验证。结果表明：结构优化设计使气瓶接嘴部分最大经向应力降低136MPa，约13％，7升气瓶减重210g，约7.7%，提高了气瓶的实际水压爆破压力。     

基于微观图像及内聚力模型的复合材料裂纹扩展模拟

为研究材料微观结构及晶界强度对材料力学性能的影响,在晶界处引入内聚力单元模型,模拟晶间破坏过程。以ZrB_2-SiC复合材料为研究对象,将其扫描的微观结构图片进行矢量化处理,并导入ABAQUS有限元软件中建立模型,同时在其晶界处,设置内聚力单元模拟晶界破坏过程。通过改变Zr B2与Si C相界面强度,得到了晶界及材料不均匀对材料应力分布及裂纹扩展的影响。结果表明,由于晶界的存在,材料内部出现应力分布不均匀现象并产生应力集中。随着晶界强度的改变,裂纹起始位置及扩展方向发生改变,且裂纹沿低强度的界面进行扩展。随着ZrB_2-SiC界面强度增大,材料的强度提高,拉伸模量不变。