采用万能拉伸试验机、金相显微镜、粗糙度仪等研究了化学成分、表面类型和预拉伸变形量对6×××系铝合金薄板粗糙度R_a、波纹度W_(sa)的影响。结果表明:随着预拉伸变形量从2%增加至10%,薄板的R_a和W_(sa)增大,预拉伸变形量为10%的薄板R_a和W_(sa)增大最明显,普通轧辊轧制的表面(MF表面)的R_a增大较电火花毛化的轧辊轧制的表面(EDT表面)明显,EDT表面的W_(sa)大于MF表面;提高硅和铁含量、降低镁含量均使薄板的W_(sa)增大;预拉伸变形量为10%、表层晶粒尺寸约为38μm的6×××系铝合金薄板波纹度较易控制。
使用分子动力学方法模拟了退火态CoCrFeMnNi和Fe_(40)Mn_(20)Cr_(20)Ni_(20)高熵合金在300和77 K的单轴拉伸试验过程,并结合公共邻域分析、位错分析和平面缺陷分析等研究了温度对合金微观组织演变和塑性变形行为的影响。结果表明:由于堆垛层错和层错结构的差异,CoCrFeMnNi和Fe_(40)Mn_(20)Cr_(20)Ni_(20)高熵合金在室温拉伸时的塑性变形机制不同。Fe_(40)Mn_(20)Cr_(20)Ni_(20)合金的不稳定堆垛层错能较低而固有堆垛层错能较高;温度降低使合金屈服强度升高,广义堆垛层错能降低,合金中更易产生堆垛层错和其他平面缺陷结构。
在25CrNiMo钢成分的基础上,采用以SiMn替代CrNi的成分优化,设计了1 300 MPa级低合金20SiMnMo钢。通过经验公式计算结合热膨胀试验、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、硬度测试、拉伸试验和冲击试验等,对两种钢的相变特性、微观组织与力学性能进行对比研究。结果表明:20SiMnMo钢的贝氏体和马氏体临界冷速与25CrNiMo钢的相近,分别为1和5℃/s。300℃回火后20SiMnMo钢的屈服强度和抗拉强度分别为1 316和1 546 MPa,室温及-40℃冲击吸收能量分别为70和25 J,达到了与25CrNiMo钢相近的强韧性匹配。
采用NACE标准中的双悬臂梁(NACE-D)法和拉伸试验、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能量色散X射线光谱仪和电子背散射衍射研究了钛对Nb-V微合金化C110级油套管钢的力学性能、微观组织及抗硫化物应力开裂(sulfide stress cracking, SSC)性能的影响。结果表明:Nb、V元素易在Ti元素所在区域偏聚,形成大量氢捕获能力不佳的(Ti, Nb, V)(C,N)碳氮化物,导致VC、NbC、(Nb, V)C等纳米级氢陷阱含量下降,从而使Ti-Nb-V微合金化油套管钢的力学性能和抗SSC性能下降。
对17-4PH不锈钢进行1 040℃加热1 h水冷的固溶处理,随后于580℃回火4 h使富Cu相析出和在400℃进行长期时效处理。利用显微硬度计、原子探针层析技术(atom probe tomography, APT)及高分辨率透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope, HRTEM)研究了富Cu相对17-4PH不锈钢时效过程中G相析出的影响及其硬度随G相微观结构的变化。结果表明:回火后时效的试样硬度低于直接时效的试样,预回火生成的粗大富Cu相周围富集了Ni、Mn元素,在随后的时效过程中,Si元素在Ni、Mn富集区偏聚,加速了Ni-Mn-Si团簇向G相的转变。
由于锰和硅含量较高,先进高强钢板在高温卷取过程中会发生选择性氧化,影响后续的酸洗效率,且热轧过程中存在水蒸气可能降低钢板的表面质量。为此,研究了水蒸气对含0.18%C、1.80%Si和2.50%Mn(质量分数)的热轧先进高强钢板高温卷取过程中发生内氧化的影响。结果表明:水蒸气的存在明显增加高强钢板的内氧化深度,并影响氧化皮的构成;在含水蒸气的气氛中还原铁从氧化皮-基体界面向外生长,而在干燥气氛中还原铁从氧化皮表面向内生长;水蒸气的存在未导致钢板脱碳深度显著增加。
对选区激光熔化(selective laser melting, SLM)制备的Cu-1Cr-0.1Zr合金进行930、980与1 030℃保温60 min的固溶处理,随后于430℃时效30、300 min,以提高铜合金的硬度和导电性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计和X射线衍射仪等,研究了不同固溶-时效处理工艺对合金显微组织和性能的影响。结果表明:SLM成形Cu-1Cr-0.1Zr合金经不同固溶时效工艺处理后,硬度为70.6~137.1 HV0.1,电导率为28.4~87.3%IACS;固溶温度为930℃时,Cr与Zr原子从基体脱溶,慢冷试样的硬度升至115.6 HV0.1,电导率高达87.3%IACS;固溶温度为980℃时,Cr、Zr原子在铜基体中固溶度达到最大,慢冷试样的硬度降至75.8 HV0.1,电导率降至33.7%IACS;1 030℃固溶时,温度过高导致晶界熔化,形成孔洞缺陷,合金性能下降。纳米级第二相的共格析出能显著提升硬度,Cr、Zr固溶度的降低以及非共格析出相的粗化明显提升电导率。
研究了纵向磁场强度、抽拉速度和温度梯度对单晶高温合金定向凝固过程中平台杂晶形成的影响。结果表明:随着纵向磁场强度的增加,变截面平台处杂晶形成的范围扩大。此外,温度梯度和抽拉速度的提高均使纵向磁场促进的杂晶形成的倾向增大。模拟和试验结果均表明,纵向弱磁场使平台边缘和中心的温差增大,这是由于该磁场抑制了液-固界面前沿熔体的径向流动,从而减少了变截面平台区域的径向热交换,使平台边缘的过冷度增大,最终导致杂晶形成。
激光增材制造技术可以快速制造出形状结构复杂且尺寸精度高的零件,被广泛应用于汽车、航空航天和医疗器械等领域。在激光增材制造过程中,为了得到性能更佳的合金和适用于不同材料的工艺参数,需要进行大量的反复试验,耗时且成本较高。机器学习通过输入试验数据和采用特定的算法,建立起能泛化的模型并通过自我更新和优化来不断提高结果的准确性,可以有效预测增材制造材料的成分、性能和缺陷,在高性能辅助材料开发方面具有广阔的发展前景。从上述三方面总结了近年来机器学习在激光增材制造中的应用实例,并提出了其未来发展的趋势及应用方向。
为了探索GCr15轴承钢中魏氏组织和针状铁素体的形成机制,对GCr15轴承钢铸坯和线材以一设定的速率30℃/min从900℃冷却至600℃,随后空冷至室温。采用金相显微镜、扫描电子显微镜对从900℃冷却至600℃的过程中铸坯和线材的组织转变进行了原位检测。结果表明:铸坯的奥氏体晶粒平均尺寸为237μm,线材为145μm;在以30℃/min的速率从900℃冷却至600℃的过程中,由于其奥氏体晶粒平均尺寸不同,铸坯中形成了魏氏组织,而线材中未形成魏氏组织;铸坯和线材中均发生了晶内针状铁素体在尺寸小于6μm的Al_2O_3上形核和长大。