大规格损伤容限钛合金TC4-DT的研制及应用

为了满足新一代战斗机对大规格损伤容限钛合金的需求，开展了TC4-DT钛合金大规格棒材与锻坯的成分与组织控制、大型锻件热处理过程中的显微组织控制、材料与锻件的制造过程控制、零件的疲劳强化等研究。经过大型铸锭熔炼、大规格棒材和锻坯试制、大厚度锻件试制、结构设计与制造，结果表明：损伤容限钛合金TC4-DT大型铸锭的成分均匀、大型锻坯和大厚度锻件的抗拉强度变异系数降至约2%，激光冲击、喷丸和冷挤压等对该合金的寿命增益效果显著。损伤容限钛合金TC4-DT在新一代战斗机上获得了广泛应用。     

基于微观结构的2B06铝合金全寿命概率模拟

通过新型铝合金2B06轧制薄板材料的金相分析和疲劳断口的扫描电镜分析知,其疲劳裂纹萌生机理与材料微观结构有着紧密的联系,该型铝合金轧制薄板光滑试件的疲劳裂纹一般倾向于尺寸较大的S相(Al₂CuMg)粒子处萌生。经统计分析获得S相粒子尺寸的分布规律;将S相粒子当量假设为表面裂纹,运用概率断裂力学,建立涵盖"材料微观结构→短裂纹扩展→长裂纹扩展→断裂"失效过程的全寿命概率模拟理论模型,通过不同应力水平和不同应力比的多组疲劳试验对模型进行验证。结果表明,提出的全寿命概率模拟方法是合理的、可行的。     

典型高强铝合金材料的点腐蚀坑前缘特征的研究

针对2024和7804两种典型高强铝合金的点腐蚀坑的前缘微观结构进行了研究.发现:在3.5%NaCl溶液腐蚀环境下,经过不同的腐蚀时间,这两种铝合金材料的点腐蚀坑在扩展速度、坑的形态类型、腐蚀坑的前缘微裂纹及形貌特征等方面具有明显不同.对于点腐蚀坑前缘特征的形成机理以及点腐蚀坑对这两种材料的疲劳性能影响也进行了分析讨论.同时将分形理论应用于腐蚀坑前缘的特征分析,求得了腐蚀坑截面轮廓分形维数.     

巨磁电阻材料La1—xZnxMnO3化合物的制备工艺及其结构研究

对巨磁电阻材料La1-xZnxMnO3(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1.0)样品的制备工艺、晶体结构、微观结构进行研究。结果表明,样品ZnO与MnO2固相反应的烧结温度和时间分别大于1300℃和6h时,反应生成具有四面体结构的ZnMnO3化合物;压制成型的压力对结构具有一定影响;不同浓度的Zn2 (x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)掺杂样品在1350℃烧结12h后,均具有钙钛矿结构,但掺杂浓度在大于x=0.5时有新的衍射峰,产生新的物相,从而影响巨磁电阻效应性能。     

钢表面热爆合成耐热金属间化合物基复合材料

利用钢熔体点燃Ti-C-3Ni-Al体系热爆反应,在钢件表面合成一层金属间化合物基复合材料,通过对Ti-C-3Ni-Al体系的反应热力学和热爆产物的形貌的分析,研究了金属间化合物基复合材料的物相、组织形态及界面。结果表明:在熔融钢液作用下,Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,制备出TiC颗粒增强金属间化合物基表面复合材料。研究发现,TiC的含量对表面复合材料的表面组织和界面结合有明显影响,随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大,复合材料更致密,与钢基体界面变为良好的冶金结合。     

热轧AZ31镁合金超塑变形中的微观组织演变及断裂行为

通过热轧工艺制备了具有细晶微观组织的AZ31镁合金薄板。在250-450℃的温度范围和0.7×10-3-1.4×10-1s-1的初始应变速率范围内研究了热轧AZ31镁合金板的超塑性流变行为。分别通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了AZ31镁合金超塑性变形中的微观组织演变和断裂行为,并计算了不同温度下的变形激活能。结果表明,从300℃开始,热轧AZ31镁合金开始表现出超塑性的流变特征。在400℃,0.7×10-3s-1的变形条件下,最大延伸率可达362.5％,显示了良好的超塑性能。在300-400℃的超塑变形温度范围内,AZ31镁合金超塑变形的主要机制是由晶界扩散控制的晶界滑移,而变形温度和应变速率对AZ31镁合金断裂行为的影响主要体现在变形机制从晶内滑移到晶界滑移的转变。     

EB-PVD沉积Ni-Cr-Al合金的组织和力学性能的研究

利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法制备出厚度为0.5mm的Ni-Cr-Al高温合金。研究了该合金在制备状态和长期时效后的显微组织及其力学性能。结果表明,制备态合金表面的晶粒尺寸约为185nm,并且材料断面呈层状结构。合金在760℃下时效16h,72h和120h后,材料断面的层状结构消失,且明显看到晶粒的存在。合金时效16h后,在靠近基板一侧形成柱状晶,但远离基板一侧为等轴晶。760℃长时间时效形成的主要强化相为γ'相。断口结果表明,制备态合金室温断口为混合型断口,接近基板一侧发生沿柱状晶边界的脆性断裂,而在另一侧为韧窝为主的韧性断裂。材料经长时间的真空时效后,断口由脆性断口转变为韧性断口。合金的室温显微硬度随时效时间的增加而下降,这是由于γ'相不断长大所引起。与制备态合金相比,时效后合金的力学性能明显改善。     

扩链剂对HTPB/IPDI聚氨酯反应流变性和微观结构的影响

借鉴橡胶硫化反应的测定方法,采用无转子硫化试验机对不同扩链剂HTPB/IPDI系聚氨酯的扩链反应过程进行了流变学分析,利用AFM考察了材料的微观结构.结果表明,不同反应活性的扩链剂导致了HTPB/IPDI系聚氨酯反应流变性的极大差异,1,4-丁二醇扩链反应t100为13 046 s,3,3'-二乙基-4,4'-二苯基甲烷二胺需要3 958 s反应完全,脂肪族二胺D-230凝胶非常快,仅758 s完全固化.提出聚氨酯软/硬段的热力学不相容性、反应流变性及链段的运动能力是决定聚氨酯微观结构的3个因素的观点,并通过3种聚氨酯不同微观结构形成因素的分析验证了该观点的正确性.     

基于高精度通用单胞模型的材料细观结构拓扑优化设计

 利用高精度通用单胞模型(HFGMC)建立了材料的宏观力学性能与细观拓扑结构之间的关系,采用遗传算法进行细观结构优化设计。以材料的极限剪切模量或体积模量为优化目标,从随机的细观结构出发,对实体材料体积分数进行约束,采用遗传算法进行优化,获得了满足设计要求的细观拓扑结构。利用细观结构的对称性减小了设计变量的规模,并对遗传算法的交叉过程进行了改进,有效提高了优化效率。以单相材料为例,验证了所提优化方法的有效性.     

金属橡胶用异型不锈钢微丝轧制成形对组织性能的影响规律研究

采用光学显微镜、三维视频显微系统、扫描电镜、X射线衍射、有限元仿真模拟等技术,研究了金属橡胶构件以不同轧制率度冷轧以及410～1270℃热轧异型小锈钢微丝的微观组织结构和力学性能的变化规律.实验结果表明,φ0.4mm的原材料冷拉拔不锈钢微丝中形变马氏体含量为82.1%,经冷轧成形后有所增加,经热轧后则有不同程度的减小.轧制成形异型不锈钢微丝内部存在的微孔体积分数比轧制前有所减小,尤其是在固定轧制速率下随轧制温度的降低而减小.冷轧成形异型不锈钢微丝的抗拉强度高达1374～1553MPa,硬度为402～510 HV.若轧制率一定,异型不锈钢微丝的抗拉强度和硬度随轧制温度的升高而降低,延伸率随之增大.模拟结果表明,异型不锈钢微丝轧制成形后截面的变形区域为49.8%.