先驱体转化2DCf/SiC-Cu复合材料热处理工艺

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,在Cf/SiC中引入Cu,通过Cu发汗降低材料表面温度,提高其烧蚀性能.采用先驱体转化法制备了2D Cf/SiC-Cu,考察了裂解温度为1 000、1 100、1 200、1 350℃时,对材料力学、烧蚀性能及微观结构的影响.结果表明,随着裂解温度的提高,试样的弯曲强度和断裂韧度均逐渐下降,分别为:280.0、225.7、193.2、163.0 MPa和18.0、13.6、13.4、13.2 MPa·m1/2.经氧乙炔焰烧蚀30 s后试样的弯曲强度随着裂解温度的提高基本不变,分别为121.2、115.5、124.2和117.5 MPa,其中1 200℃裂解制得的试样具有较低的线烧蚀率(0.025 5mm/s)和质量烧蚀率(0.028 g/s).烧蚀后试样中的Cu大量流失,基体中有少量铜硅化合物(Cu3Si,Cu5Si)出现.     

3Y-ZrO2／Al2O3细晶复相陶瓷涡轮盘的超塑挤压

以高纯氧化铝(Al2O3)和氧化锆(3Y-ZrO2)粉末为原料,在1450℃下通过真空热压烧结制备3Y-ZrO2/Al2O3细晶复相陶瓷致密块料,随后在1500~1650℃温度范围内进行涡轮盘模拟件的超塑挤压。结果显示,3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷在1600℃具有最佳挤压性能,最大单位挤压力小于25MPa,最大压头速率达到0.14mm.min-1,成形件质量良好,无明显缺陷。与变形前相比,尽管材料晶粒明显粗化,但是致密度有很大提高,断口SEM显示主要以穿晶断裂方式为主,所以成形件的弯曲强度、断裂韧度和维氏硬度并没有出现大的变化,甚至盘片部位还有所提高,分别由变形前的573MPa,7.1MPa.m1/2和17.7GPa提高到617MPa,8.1 MPa.m1/2和18.8GPa。     

7A99铝合金锻件双级时效组织性能

采用金相、扫描电镜、透射电镜分析及拉伸性能和断裂韧度试验等手段,研究了7A99铝合金锻件双级时效处理后的组织和性能。结果表明:7A99铝合金锻件经过120℃/4h+165℃/8 h双级时效处理后的抗拉强度、屈服强度、伸长率和电导率分别为548 MPa,513 MPa,12.0%和38.2%IACS;锻件的L-T向断裂韧度为30.5 MPa·m1/2,锻件显示了较好的强韧匹配和耐蚀性;合金的断裂方式为穿晶韧窝断裂方式;主要沉淀相为η'相和η相。     

裂解温度对先驱体转化制备2D-Cf／SiC材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了2D-Cf/SiC材料,考察了首次裂解温度对材料结构与性能的影响.结果表明,首次裂解温度的提高有助于弱化界面结合,形成良好的界面结构,从而提高材料的力学性能.当裂解温度从1000℃提高到1600℃时,材料的弯曲强度由200.7MPa提高到319.2MPa,剪切强度由16.8MPa提高到29.8MPa,断裂韧度由7.4 MPa·m1/2提高到15.0 MPa·m1/2.     

微波烧结制备MoSi2 及SiC/ MoSi2 纳米复合陶瓷

采用微波烧结法制备了MoSi2和10vol%SiC/MoSi2纳米复合陶瓷。通过SiC预加热体的混合式加热法和合理的保温结构设计,实现了MoSi2低温阶段的快速升温,提高了温度均匀性。密度和力学性能测试结果表明,1 450℃保温60 min烧结工艺下,MoSi2试样的相对密度达到93.4%,断裂韧度4.5 MPa.m1/2,维氏硬度为10.53 GPa,弯曲强度为186 MPa。10vol%SiC/MoSi2试样尽管相对密度下降为90.3%,但各项力学性能均优于MoSi2试样。相比1 650℃热压烧结,微波烧结温度降低了200℃,MoSi2和SiC/MoSi2试样致密性有所下降,但力学性能有较大提高,尤其是MoSi2试样。断口扫描分析表明,微波烧结试样相对热压烧结试样基体晶粒更细,孔隙细小且分布均匀;SiC/MoSi2试样微波烧结的晶粒细化效果不如MoSi2明显。     

7050铝合金高强高韧低SCC敏感性时效工艺与机理研究

在单级时效制度下,对7050铝合金进行了长时间人工时效处理。研究了不同时效状态下合金的微观组织与常规力学性能,并测试了合金的SCR性能。结果表明:不同温度下长时间人工时效处理后,合金的强度随时效程度的增加均发生明显变化,经过传统峰时效后合金的强度先减小后增大,出现第二峰值,且第二峰强度高于第一峰;合金断裂韧度随时效程度的增加而提高,第二峰韧度高于第一峰;应力腐蚀敏感性随时效程度增加而降低,第二峰抗应力腐蚀性能优于第一峰。135℃下,合金的双峰位较为突出,双峰值较高。第一峰位,σ0.2,σb分别为580MPa,625MPa;第二峰位,σ0.2,σb分别为590MPa,640MPa。第二峰位断裂韧度较好,KIC为39.5MPa.m1/2,SCR性能得到很大改善,临界应力强度因子KISCC为12.72 MPa.m1/2。微观组织分析表明:合金双峰状态下晶内及晶界组织都存在极大差异,第一峰基体组织为高密度GP区,晶界为连续带状η'相,第二峰基体组织以η'相为主,晶界为断续离散的粗大η相。     

纤维热处理对C/C-SiC复合材料断裂韧度的影响

对未处理和不同温度(600℃,900℃,1200℃和1500℃)热处理的纤维增强树脂基复合材料(CFRP)进行裂解,获得不同微裂纹和孔隙分布的C/C预制体,用液硅熔渗法(LSI)制备C/C-SiC复合材料。采用单边切口梁法(SENB)测试C/C-SiC复合材料的断裂韧度,分析纤维热处理温度对C/C-SiC复合材料微观形貌和断裂韧度的影响机理。结果表明:对碳纤维进行热处理能够有效改变C/C预制体的裂纹和孔隙分布,通过液Si熔渗可以制备不同微观组织结构的C/C-SiC复合材料,经热处理纤维增强的C/C-SiC复合材料中SiC基体增多,包裹在C纤维表面且分布较为均匀,同时C/C-SiC复合材料的断裂韧度提高,经1200℃热处理的碳纤维增强的C/C-SiC复合材料断裂韧度达到7.9MPa·m1/2,与未处理的相比,断裂韧度提高了53%。     

Fe_2O_3掺杂原位合成Al_2O_3/TiAl复合材料的组织与性能

利用Ti-Al-TiO2-Fe2O3体系的放热反应,原位热压合成了Fe掺杂的Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD和SEM研究了复合材料的物相组成和显微结构以及Fe2O3引入量对复合材料结构和力学性能的影响。结果表明:产物主要由γ-TiAl,α2-Ti3Al,Al2O3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;随Fe2O3的掺杂量增大,Al2O3颗粒呈细小弥散分布,同时基体晶粒尺寸也减小,较好地改善了材料的力学性能,复合材料的相对密度和洛氏硬度逐渐增大。Fe2O3掺杂量为0.84%(质量分数)时,复合材料弯曲强度和断裂韧度达到最大值,分别为624MPa和6.63 MPa·m1/2。     

新型Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效制度研究

采用硬度法测定了一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金挤压带板的GP区临界形核温度TV（GP区在此温度下形核不依靠空位浓度）和TC（GP区在此温度以上不能形核）。他们的温度区间分别为130～140℃和170～180℃。依据实验结果确定了合金的一级时效温度为120℃,二级时效温度为165℃。合金在120℃/4h+165℃/8h制度下热处理后,L向的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断裂韧度和电导率分别为617MPa,590MPa,13.5%,41.6MPa m^1/2和39.1%IACS,是一种综合性能优良的双级时效600MPa级铝合金。     

原位热压合成Cu掺杂Al2O3／TiAl复合材料

利用Ti-Al-TiO2一CuO体系的放热反应,原位热压合成了Cu掺杂的AJ2O3/TiAl复合材料.借助DSC和XRD研究了Ti-Al-TiO2-CuO体系的反应过程,并采用XRD、SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构.结果表明:在Al的开始熔化的同时,Al和CuO的反应开始缓慢进行,并形成CuTix中间产物,放出大量的热,促使Al和TiO2的反应提前,进而使材料在较低温度下致密烧结.CuO掺杂量为6%(质量分数)时所得复合材料弯曲强度可达474 MPa,断裂韧度可达8.89 MPa·m1/2.     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

在温度为910℃，压力为3.4MPa条件下对TC4钛合金板材进行了扩散焊接，对获得的扩散焊接头取样进行金相观察，仅在接近接头表面材料深度为1mm范围内发现未焊合缺陷，其余部分焊合较好，表明在给定工艺下可获得质量良好的焊接头.随后对TC4扩散焊接头的力学性能进行了试验研究，分别开展了静拉伸试验、断裂韧性试验及焊缝附近区域的纳米压痕试验.试验结果表明，所制得的TC4扩散焊接头屈服强度为887MPa，抗拉强度为948MPa，断裂韧性为101.9MPa·m1/2，均与原材料的性能相差不大.纳米压痕试验的结果显示，接头焊缝区和母材区的显微弹性模量分别为180.2GPa和178.0GPa.      

Cr对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金显微组织与高低温力学性能的影响

 以Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf成分为基础,分别添加了2%和17%(原子分数,后同)的Cr元素替代Nb(分别称2Cr和17Cr合金),研究了Cr含量对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金相组成、显微组织形貌、室温断裂韧性和高温强度的影响,分析了高低温失效机制。结果表明,铸态和1 375 ℃×100 h热处理后2Cr合金由Nbss和Nb₅Si₃两相组成;当Cr含量为17%时,出现了具有C15结构的Laves Cr₂Nb相,合金由Nbss、Nb₅Si₃和Cr₂Nb三相组成,热处理后在Nb₅Si₃中还析出了球状Cr₂Nb相。随着Cr含量由2%提高到17%,热处理合金的室温断裂韧性K_Q由14.32 MPa·m^1/2下降到10.30 MPa·m^1/2。合金强度与Cr含量的关系受温度影响,随Cr含量提高,室温和1 150 ℃时合金的硬度或强度增高,而1 250 ℃和1 350 ℃时合金强度降低。如1 150 ℃时2Cr和17Cr合金的屈服强度σ_0.2分别为349 MPa和387 MPa;1 350 ℃时分别为306 MPa和74 MPa。     

热处理制度对激光增材制造TA15钛合金力学性能的影响

进行了普通退火态和双重退火态激光增材制造TA15钛合金显微组织观察和力学性能试验。试验结果表明:普通退火态为细片层α+β超细网篮组织,双重退火态为端部带根须状形貌的初生α相+超细β转变组织构成的特种双态组织;普通退火态激光增材制造TA15钛合金极限强度、屈服强度和疲劳极限均优于双重退火态;双重退火态激光增材制造TA15钛合金具有较好的塑性和优异的断裂韧性。     

A357铸造铝合金力学性能研究

研究TA357铸造铝合金在室温及150℃高温条件下拉伸力学性能。试验结果表明：在室温条件下,A357-T5铸造铝合金的力学性能略好TA357-T6铸造铝合金;相反,150℃高温条件下,A357-T6铸造铝合金的力学性能略好于A357-T5铸造铝合金。铸造缺陷主要是空穴或氧化铝及氧化硅沉积物。     

Ca对Mg-5Al-8Zn-xCa镁合金显微组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备了Mg-5Al-8Zn-x Ca(x=0,1.75,2.0,2.25,2.5,2.75,3.0,wt%)合金。使用XRD、OM和SEM等研究了Ca含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-8Zn-x Ca合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg32(Al,Zn)49相及MgZn2相和Al2Ca相组成。当Ca含量从1.75wt%增加到2.75wt%时,基体晶粒显著细化,β-Mg17Al12相由粗大的连续网状转变为细小的断续网状分布于晶界上,层片状Al2Ca相也显著细化,此时合金的拉伸强度达到最大值138 MPa,较未加Ca时提高了27.8%;Ca含量继续增加至3.0wt%,晶粒又发生粗化,合金拉伸强度发生下降;拉伸断裂形式均为准解理脆性断裂。     

时效处理对高强耐热镁合金等温模锻件组织与性能的影响

采用锻后直接时效处理的方法研究了时效处理工艺对高强耐热镁合金等温模锻件的组织与性能的影响,分析了其时效强化过程中第二相的形成及时效处理制度相关的断裂行为,得出了其时效强化的内在机理及优化的锻后时效制度.研究表明优化的时效处理制度为200℃×63 h.在该时效制度下,材料的室温抗拉强度达到了371MPa,屈服强度达到243 MPa,伸长率达4.1％     

热等静压ZrO_2-Y_2O_3陶瓷的组织结构与性能

 本文采用透射电镜中电子衍射与暗场技术、X射线衍射及电子探针等方法,研究了热等静压及热等静压后时效处理的ZrO_2-5mol％Y_2O_2陶瓷的组织结构并测定力学性能。结果表明:经冷等静压成型,1500℃烧结,再于1450℃热等静压试样为c+t双相混合晶粒组织,且c相晶粒内有呈“tweed”形态的t相析出物。试样再经1100℃,1000h时效后,形成“tweed”组织,可使弯曲强度从565MPa提高到990MPa,断裂韧性也有所改善;而提高温度至1400℃时效100h,则形成“colony”组织,使强度显著下降至低于无时效组织。     

基于ProCAST的高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造

通过铸造模拟软件ProCAST实现高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造充型凝固过程的模拟仿真,研究浇注充型工艺对合金熔体充型、缩孔缩松等充型凝固特性的影响,优化相应工艺;进行浇注实验与铸件的无损检测分析,并进行铸件的解剖分析验证缩孔缩松分布;使用附注试棒研究叶轮在室温和高温下的力学性能。结果表明:ProCAST软件对高Nb-TiAl铸件缩孔缩松预测较为准确,通过模拟仿真预测结果优化了工艺方案从而避免了铸件中大尺寸缩孔缩松的形成,在最终的铸件中只存在尺寸小于22μm的显微缩孔;所有铸件均实现完整充型,铸件室温抗拉强度约580 MPa,850℃高温抗拉强度约450 MPa。     

不同编织结构Cf/Al复合材料高温压缩性能与失效机理

对基于真空气压浸渗法制备的三维五向、三维正交、叠层穿刺和2.5D浅交直联4种不同编织结构C_f/Al复合材料,分别在350℃和400℃下进行压缩试验,分析其高温压缩性能以及温度对复合材料压缩性能的影响,并进一步利用SEM观察叠层穿刺结构的断口形貌,探讨其压缩失效机理。结果表明,不同编织结构的复合材料在高温环境下压缩性能差异较大,三维正交结构的压缩强度最高,在350℃和400℃下分别为351.4 MPa和288.6 MPa;2.5D浅交直联结构的压缩强度最低,分别为87.3 MPa和52.2 MPa。同时不同编织结构的C_f/Al复合材料高温稳定性也存在较大差异,当温度由350℃升高到400℃时,2.5D浅交直联结构的压缩强度下降幅度较大,约为40.2%,其高温压缩稳定性较差;叠层穿刺结构的压缩强度下降幅度较小,约为4.0%,其高温压缩稳定性较好。叠层穿刺结构复合材料的高温压缩失效过程根据切线模量特征可分为两个阶段：第一阶段基体合金承受主要载荷,第二阶段基体与增强纤维共同承受载荷。