南京航空航天大学材料科学与技术学院简介

南京航空航天大学材料科学与技术学院创建于1985年（前身为南航材料科学与工程系，2000年成立学院）。经过20个春秋的艰苦创业，材料学院从小到大，由弱到强，今天已发展成为一个教学、科研和科技产业基地，形成了新金属材料、信息功能材料、复合材料、焊接技术、医学物理、表面技术、新能源材料、环境保护工程和生物制药等学科方向。学院目前设有三个系：材料科学与工程系、应用化学系和医学物理系；五个研究所：纳米材料研究所、复合材料研究所、等离子表面工程研究所、新型化学电源研究所和文物保护材料研究所；两个中心：医学物理中心和复合材料工程自动化中心。并有江苏省复合材料工程中心、江苏省热处理及表面改性工程研究中心和南京先进复合材料产业化促进协会等组织挂靠在该学院。学院拥有一个博士点：材料加工工程博士点；五个硕士点：材料学、材料加工工程、应用化学、环境工程和核技术及应用硕士点。     

F15l和1Cr18Ni9Ti的电子束焊接

针对型号产品生产中遇到的Ｆ１５ｌ和１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ电子束焊接焊缝裂纹问题进行了研究、在光学显微镜及扫描电镜下观察焊缝显微组织为方向性较强的粗大奥氏体柱状晶，Ｓ、Ｓｉ等杂质液膜在一定拉应力作用下形成晶间裂纹，为此，采用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ衬底，重新设计了接头形式，使焊缝的Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ的值较高，属于先奥氏体结晶模式，从而提高了焊缝的抗裂性能，消除了焊接裂纹，经型号产品的实际使用，达到了设计要求。     

铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

耐蚀软磁合金1J116与奥氏体不锈钢0Cr18Ni9Ti焊接工艺研究

通过分析耐蚀软磁合金1J116与奥氏体不锈钢0Cr18Ni9Ti的物理性能、化学性能、化学成分及微观组织,探究了两种钢的可焊性。分析了某型号液体火箭发动机用冷气关断阀外壳体部件的结构,合理地设计了定位工装和散热工装。通过舍弗勒组织图分析了焊接参数对焊缝组织及性能的影响,制定了合理的焊接工艺。通过应力与变形机理分析,设计了合理的焊接顺序。经以上工艺攻关,成功焊接了一批产品,经外观检验和氦质谱检漏试验,焊接合格率达到100%。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

C/SiC复合材料推力室应用研究

C/SiC复合材料密度低、耐高温、抗氧化、抗烧蚀,并且具有非常好的高温力学性能,是制备高性能液体火箭发动机推力室的理想材料.本文从C/SiC复合材料燃烧室结构计算、无损探伤及C/SiC与金属连接等方面,论述了上海空间研究所在C/SiC复合材料应用于液体火箭发动机推力室方面的基础研究及应用进展.     

火箭发动机弹翼支座氩弧焊工艺技术

在对母材焊接性及焊接结构特殊性进行分析的基础上,结合试验研究,制定出氩弧焊工艺方案及过程控制和保障措施,实现固体火箭发动机的弹翼支座与其燃烧室壳体异种材料间连接。测试结果表明,焊缝成型良好,接头区域微观组织和性能不均匀性不影响产品使用性能。生产统计数据显示,产品质量与性能稳定,承压能力显著高于设定目标,表明该型号发动机的弹翼支座TIG焊接技术具有切实的可靠性。     

焊接构件低温疲劳P-S-N曲线的研究

焊接构件的低温 P-S-N曲线是冬季构件抗疲劳设计的基础.在PLG-300 kN高频疲劳试验机上,测定了在-25℃环境下4种应力水平对应的焊接构件的疲劳寿命,并得出了其中值S-N曲线.采用小样本实验的单侧容限分析方法,利用对数疲劳寿命变异系数的经验取值,得出了焊接构件的低温P-S-N曲线.这种方法既简便又经济,但需要由进一步的实验来完善.     

新一代运载贮箱搅拌摩擦焊应用研究

在分析搅拌摩擦焊(FSW)原理和工艺特点的基础上,设计了适于厚6 mm 2219铝合金焊接用搅拌头,进行了平板工艺试验,以及焊缝的外观质量、金相组织和力学性能评定。采用线能量因子确定了最佳工艺容限。新一代运载2219铝合金贮箱1∶1验证件的焊接和压力试验证明,FSW的焊接质量、构件整体尺寸精度和生产效率都远高于传统的交流钨极惰性气体保护焊(TIG),完全满足新一代运载贮箱的制造要求。