超声速等离子喷涂颗粒加热熔化与细化过程分析

针对超声速等离子喷涂过程中颗粒撞击基体前熔化状态未知的问题,利用数值计算方法分析了单个颗粒在超声速气流中的加热熔化过程,并对颗粒的破碎细化行为进行了探究。计算考虑颗粒内部相变后,得到不同时刻颗粒内部的温度分布更加合理,通过分析得到了颗粒熔化界面随加热时间的变化曲线,其在0.35ms时完全熔化,这与实验分析结果相符。熔融颗粒在进入到高温高速等离子体射流中粒径会迅速减小,统计得到100mm处小于5μm的颗粒所占比例最大,超过了50%,与实验收集粒子的粒度分布一致。     

强迫对流下硼颗粒燃烧特性影响因素研究

针对冲压发动机燃烧室内强迫对流下的硼颗粒燃烧特性展开了系统研究,考虑气相流动、扩散和表面单步有限化学反应动力作用,建立了强迫对流下硼颗粒燃烧过程的物理和数学模型;采用有限体积法求解含多组分反应流的二维轴对称Navier-Stokes方程,并验证了数值仿真方法的正确性。首先通过数值仿真研究了来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力等因素对硼颗粒燃烧特性的影响,并对其成因展开了详细分析。研究表明,在强迫对流作用下,硼颗粒总的燃烧质量流率和质量流率通量均随来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力的增加而增大。通过深入分析发现,强迫对流下硼颗粒的燃烧质量流率通量随着来流雷诺数的增加而增大。然后基于大量数值仿真结果,对相对静止气氛下的硼颗粒质量流率通量进行了修正,用于描述强迫对流下的硼颗粒燃烧特性。     

超温处理对热等静压FGH96合金PPB及主要力学性能的影响

研究了超温对热等静压FGH96合金原始颗粒边界(PPB)、拉伸性能及冲击性能的影响,并分析了力学性能试样的宏观和微观断口特征。分析发现,超温后FGH96合金中的PPB会有所增加,且随着超温温度的提高,增加得更为明显;相同超温温度下,超温时间对PPB的影响不明显。超温后热等静压FGH96合金的拉伸强度有所降低,而拉伸塑性和冲击韧性略有提高,拉伸断口和冲击断口沿PPB开裂的特征更加明显。     

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展.Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性.Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性.Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因.通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf γ(C)→MC(2) γ反应或者固溶两种方式被消除.元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量.在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素.具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层.Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素.根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实.还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W.Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm·s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1.     

降低颗粒粘结高燃速推进剂初始压强峰的途径

为降低颗粒粘结高燃速推进剂发动机试验时的初始压强峰,分别采用降低点火药量,改变燃喉比、燃通比,内外表面涂钝感剂和控制内、外燃通比之比小于1等方法进行了发动机试验,获得了每种条件下的压峰比数据。分析结果表明,采用控制内、外燃通比之比小于1的装填条件,可使其高燃速推进剂的压峰比小于1 3。     

提高铸造高速钢模具韧性和耐磨性的研究

用Re-Mg-Ti对低碳铸造高速钢(6W6Mo5Cr4V)模具进行变质处理,消除了钢中网状共晶碳化物,细化了基体组织,还可减轻W、Mo元素偏析。变质处理后,高速钢硬度、红硬性和强度变化不大,断裂韧性和疲劳裂纹扩展门槛值有所提高,冲击韧性提高1倍以上,耐磨性也明显提高,可以实现“以铸代锻”。     

氮化硅颗粒预制体的设计及其制备

设计了一种与纤维预制体有类似孔隙结构的颗粒预制体微结构.裂纹穿越具有此种微结构的复合材料时将延长裂纹途径和吸收裂纹能量,达到复合材料强韧化的目的.采用团聚模压法制备具有此种微结构特征的氮化硅基复合材料的颗粒预制体有利于后期的CVI过程.     

金属基复合材料超声无损检测及评价技术的发展

利用超声技术对金属基复合材料多种特征参数进行评价,操作较简便,设备要求不高,成本较低,且无须破坏试样,适合于实际的生产应用,对提高材料研制水平、缩短研制周期及提高制件的质量等方面具有重要的意义.     

相变材料微胶囊表面吸附纳米颗粒对传热过程的影响

通过对相变材料微胶囊、纳米颗粒和基液之间传热过程的仿真计算,分析了纳米颗粒的数目、粒径和热导率对微胶囊与流体之间传热Nu的影响.进而采用数值方法研究了吸附纳米颗粒后,微胶囊-流体传热系数的提高对相变过程的影响,研究结果为纳米颗粒的强化传热机制提供了部分理论依据.      

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究

采用加压浸渗法成功制备了SiC_p/Al(纯)复合材料,探讨了加压浸渗工艺并测定了复合材料的力学性能。试验结果表明,向SiC颗粒内加入适量添加剂后制成的预制件,更有利于铝液的渗透,从而能有效地提高复合材料的强度。试验结果还表明,在本试验范围内(SiC颗粒体积分数30％～50％,颗粒粒径0.1～5μm),复合材料的强度随SiC百分含量的增加而增加,随SiC颗粒粒径的减小而呈上升趋势。