H13钢的高温拉伸性能研究

利用高温传感器在 MTS880试验机上系统地研究了 H13钢由室温到700℃温度范围内的应力应变特性,并给出其应力应变关系随温度的变化规律,同时对拉伸试件断口进行了微观分析。研究结果表明：由室温到600℃的温度范围内,H13钢的屈服强度、抗拉强度、弹性模量随温度的增加而线性地缓慢降低;室温拉伸试验的断口表现为多点起裂的撕裂断口,表明 H13钢的强度较高,但韧性较低;400℃时断口为典型的韧性断口形貌,强韧性很好;550℃和600℃时断口为韧窝状断口,具有一定的强度和韧性;当温度高于600℃时 H13钢的强度和韧性快速下降,失去了承载能力。     

Mg—PSZ陶瓷在不同环境温下的摩擦磨损行为与机制研究

研究了氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷（Ｍｇ－ＰＳＺ）在不同环境温度下的摩擦磨损行为与机制。结果表明：室温时,Ｍｇ－ＰＳＺ陶瓷的磨损机制主要是微观犁削和微观断裂,温度为２００℃时陶瓷磨损表面形成的针（轴）状磨损呈现“滚动轴承”效应,表现出最低的摩擦系数和磨损率;随着温度的进一步升高磨损率增大;４００℃以上可使偶件的磨损率急剧上升,其磨损机制则转变为脆性断裂和晶粒剥落。     

Mg-PSZ陶瓷在不同环境温度下的摩擦磨损行为与机制研究

研究了氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷（Ｍｇ－ＰＳＺ）在不同环境温度下的摩擦磨损行为与机制．结果表明：室温时,Ｍｇ－ＰＳＺ陶瓷的磨损机制主要是微观犁削和微观断裂;温度为２００ ℃时,陶瓷磨损表面形成的针（轴）状磨屑呈现“滚动轴承”效应,表现出最低的摩擦系数和磨损率;随着温度的进一步升高磨损率增大;４００ ℃以上时可使偶件的磨损率急剧上升,其磨损机制则转变为脆性断裂和晶粒剥落．     

高强铝合金的动态拉伸断裂行为实验研究

在分离式霍普金森拉杆、三点弯曲和平板撞击加载下对棒材铝合金（2024-T4、7075-T6）进行动态拉伸断裂实验研究。实验结果表明：1）一维应力动态加载下 7075-T6铝合金的初始屈服应力与断裂应变明显高于2024-T4铝合金,但三点弯曲和平板撞击层裂实验中发现2024-T4铝合金相比于7075-T6铝合金具有更好的抗裂纹扩展与层裂失效能力,这表明应力状态对两种铝合金拉伸断裂行为有明显的影响; 2）断口的光学与扫描电镜分析发现：2024-T4铝合金主要表现出脆性断裂行为,起因于孔洞或裂纹主要成核于晶内强化相形成穿晶断裂;而7075-T6铝合金则展现出韧性和脆性混合断裂特征,原因是部分孔洞或裂纹在晶界成核增长发生沿晶断裂,部分在晶内强化相周围形成孔洞从而造成穿晶断裂。, 在分离式霍普金森拉杆、三点弯曲和平板撞击加载下对棒材铝合金（2024-T4、7075-T6）进行动态拉伸断裂实验研究。实验结果表明：1）一维应力动态加载下 7075-T6铝合金的初始屈服应力与断裂应变明显高于2024-T4铝合金,但三点弯曲和平板撞击层裂实验中发现2024-T4铝合金相比于7075-T6铝合金具有更好的抗裂纹扩展与层裂失效能力,这表明应力状态对两种铝合金拉伸断裂行为有明显的影响; 2）断口的光学与扫描电镜分析发现：2024-T4铝合金主要表现出脆性断裂行为,起因于孔洞或裂纹主要成核于晶内强化相形成穿晶断裂;而7075-T6铝合金则展现出韧性和脆性混合断裂特征,原因是部分孔洞或裂纹在晶界成核增长发生沿晶断裂,部分在晶内强化相周围形成孔洞从而造成穿晶断裂。     

激光选区熔化增材制造GP1不锈钢动态拉伸力学响应与层裂破坏

采用选择性激光熔化增材制造技术,制备了GP1不锈钢单轴拉伸板条试样和层裂圆片试样,并对材料微观结构进行了表征。借助Zwick-HTM5020高速拉伸试验机,并结合数字图像相关性全场应变测量技术,开展了增材制造GP1不锈钢材料的轴向拉伸力学性能实验研究,得到了不同应变率下材料的拉伸应力-应变曲线,结果显示:(1)GP1不锈钢流动应力具有比较显著的应变强化效应;(2)通过回收试样的电子背散射衍射表征,发现GP1不锈钢在拉伸变形过程中会发生奥氏体与马氏体之间的相变;(3)GP1不锈钢的屈服应力随着应变率呈幂指数增大,断裂应变在中低应变率下保持不变,但在高应变率下则显著减小。采用一级轻气炮实验装置和激光干涉粒子速度测量技术,开展了增材制造GP1不锈钢的层裂实验,发现GP1不锈钢的层裂强度随着飞片撞击速度增大而减小。单轴拉伸试样断口和层裂试样断口的显微分析结果表明:随着应变率增大,单轴拉伸断裂模式和断裂机理都发生了转变;层裂损伤易成核于激光熔池边界线的交汇处,断口韧窝形貌明显区别于单向拉伸断口。     

应变率及温度对FGH95粉末高温合金塑性变形性能影响的实验研究

在420℃～650℃的温度范围内,实验研究了FGH95粉末高温合金在应变率0．0001s^-1～0．01S^-1范围内的拉伸一断裂性能,分析了温度和应变率对该合金流动应力的影响,结果表明,应变率对杨氏模量、拉伸屈服强度和塑性模量的影响不是很大,随着应变速率的增大和温度的升高,合金的塑性流动应力有所提高,断裂强度和断裂韧性增强。并通过流动应力与应变、应变率和温度之间的函数关系,分别讨论了硬化指数咒、应变速率敏感系数m及应力相关系数K与温度ε和应变率;的函数关系。SEM断口分析表明FGH95合金是微缺陷敏感材料,在高温（420℃-650℃）应变率范围为10^-4s^-1～10^-1s^-1时的拉伸断裂都是韧性断裂。     

单向连续竹纤维增强聚合物的拉伸性能

描述了一种单向连续竹纤维增强聚合物试件的制作工艺过程:研究了该型竹纤维增强复合材料的拉伸力学性能。将该性能与单向连续玻璃纤维增强聚合物的拉伸力学性能进行了比较,发现竹纤维增强聚合物的拉伸模量要明显高于玻璃纤维增强聚合物的对应值,而其拉伸强度和玻璃纤维增强聚合物的相当。同时发现竹纤维增强聚合物的纵向延展性较小,呈现一次性单界面脆性断裂状况,相对地,连续玻璃纤维增强聚合物的拉伸断裂是多次多界面分段断裂。     

玻璃纤维增强型复合材料圆筒高温高压动态冲击断口形貌分析

为了探究埋头弹火炮所用的玻璃纤维增强型(GFR)复合材料药筒在高温高压瞬态冲击条件下的结构强度,分别开展了圆筒静态整体拉伸和动态高温高压冲击实验,从拉伸/瞬态超高压破坏试样断口部分截取断口样品,在扫描电子显微镜下观察断口形貌,得到GFR复合材料在两种不同受力情况下的失效模式。结果表明:室温整体单轴拉伸断裂时,GFR复合材料的断面与轴线夹角接近45°, 失效模式为环氧树脂基体破坏和纤维拔出;在高压瞬态冲击作用下,试样主要失效模式为纤维的脆性断裂,同时由于火药燃烧产生的高温燃气使部分环氧树脂基体碳化,纤维与基体界面结合力降低,少数纤维熔融或软化附着在断口上,部分软化的纤维因瞬态超高压被拉细。     

缝纫复合材料单向板面内力学性能的试验研究

对缝纫复合材料单向板在单向拉伸载荷作用下的面内力学性能进行试验研究,给出了缝纫密度、缝纫线直径对复合材料单向板面内拉伸强度的影响规律.研究发现复合材料的破坏模式与缝纫密度有关,对于中低密度缝纫的单向板其破坏模式为纤维断裂,而对于高密度缝纫的单向板其破坏模式为复合材料撕裂破坏.并从复合材料细观结构层次上揭示了破坏模式和拉伸强度与缝纫密度之间的内在关系.     

氧化锆增韧莫来石复相陶瓷的摩擦磨损行为与磨损机制

研究了氧化锆增韧莫来石得相陶瓷（ＺＴＭ）与氧化铝陶瓷摩擦副在室温至４００℃干摩擦下的摩擦磨损行为与机制。研究表明：ＺＴＭ陶瓷的磨损率随温度的升高而逐渐降低;室温下ＺＴＭ陶瓷的磨损机制以微观切削和微观断裂为主;随着温度的升高,ＺＴＭ陶瓷中的玻璃相具有微观润滑作用,其磨损机制转变为微观断裂和晶粒剥落为主;偶件氧化铝的磨损机制主要是脆性断裂及晶粒剥落。     

7A04铝合金的本构关系和失效模型

使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250 ℃的 准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及 Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的 应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。     

锗-硼硅玻璃局部加热低温封接温度场研究

在光学读出非制冷红外热像仪焦平面阵列(FPA,Focal Plane Array)真空封装结构中,硼硅玻璃和双面镀增透膜的锗片分别作为透可见光和透红外光的窗口材料.由于锗窗上增透膜不能承受高温(<250℃),同时FPA也不能承受高温(<100℃),因此封装过程须在低温下进行,并对锗窗上的增透膜及FPA进行保护.本文提出了一种用于锗-硼硅玻璃低温扩散焊接的局部加热方法.该方法从导热系数较大的锗窗外表面加热(200℃),而导热系数较小的硼硅玻璃窗口外表面维持低温(60℃).有限元模拟计算结果表明,该加热过程稳态情况下待焊接区域温度约200℃,满足低温焊接的温度要求.锗窗上温度(200℃)低于250℃,且FPA区域的温升在75℃以下.用实验方法对模拟结果进行了验证,实验结果同模拟结果一致,证明该方法能够有效地保护FPA及锗窗上的增透膜.     

长期中子辐照 Al-Mg-Si合金的压缩力学行为

利用材料试验机及分离式霍普金森压杆装置,开展长期中子辐照后的Al-Mg-Si合金（反应堆内实际服役近30年的LT21铝合金）在不同温度和应变率下压缩力学行为的实验研究,获得了实验温度、应变率对其屈服强度及流动应力的影响规律。结果表明:材料在一定的温度区间（?40～300 ℃）和应变率区间（0.001～3 000 s?1）内,分别呈现出较为明显的温度效应与正应变率效应;其中在较低的温度（?80～?40 ℃）和较高的应变率（3 000～5 000 s?1）区间力学性能受温度和应变率变化的影响较小;当温度升至300 ℃时,材料的塑性变形行为已趋于理想塑性流动。根据前述实验结果,计及材料内部的微观辐照缺陷对力学性能的影响,建立了考虑辐照损伤的Zerilli-Armstrong本构模型,模型的计算结果与前述实验结果吻合较好。结合文献中高纯铝的微观辐照缺陷的演化数据,对不同快中子辐照剂量LT21铝合金的屈服强度,以及另两个来自反应堆内不同受辐照区域试样在不同应变率和温度下的屈服强度进行了计算。上述研究表明,本文建立的考虑辐照损伤的Z-A本构方程不仅能较好地反映长期中子辐照后的Al-Mg-Si合金宏观应力和应变、应变率、温度等参数的关系,也能针对位错运动及辐照硬化机制进行较好地描述,并且能够为反应堆内相应结构元件的设计、运行和安全评估提供一定的参考。     

温度对高应变率扭-拉复合加载下形状记忆合金本构关系影响的研究

利用分离式扭-拉复合加载Hopkinson杆装置,在20℃和500℃下研究了温度对高应变率扭-拉复合加载下铁基形状记忆合金本构的影响,试验结果表明：该材料在高应变率扭-拉复合加载下的名义剪切屈服强度、剪切强度极限和名义拉伸屈服极限、拉伸强度极限均随温度的升高而降低,拉伸和扭转之间具有相互藕合作用。     

退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术在GH-4169高温合金基体上沉积氧化铬薄膜,并对薄膜进行了不同温度的退火处理,系统研究了不同退火温度(500、600、700和800 ℃)对薄膜形貌、薄膜结构、薄膜力学性能及薄膜摩擦学性能的影响. 结果表明:随退火温度升高,薄膜表面缺陷减少,氧化铬晶化趋于完善,薄膜硬度下降. 高温摩擦学性能方面薄膜经500和600 ℃退火后,在环境温度从室温到800 ℃宽温域范围内摩擦系数较退火前均有所增加;经800 ℃退火后的薄膜在环境温度为400~600 ℃时的摩擦系数均明显下降,但室温摩擦系数明显升高,宽温域内摩擦系数波动较大;700 ℃退火后薄膜宽温域内摩擦系数在0.21~0.33之间,波动较小.      

Ti_3SiC_2/PM3O4摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti_3SiC_2/PM304摩擦副从室温到630℃范围的摩擦磨损性能,并与Nj-Cr合金/PM304摩擦副的摩擦磨损性能进行了对比.结果表明:Ti_3SiC_2/PM304摩擦副具有比Ni-Cr合金/PM304摩擦副更好的摩擦磨损性能,特别是在400～630℃的温度范围内,Ti_3SiC_2/PM304摩擦副具有优异的摩擦磨损性能.从室温到300℃,Ti3_SiC_2/PM304摩擦副的磨损机制为Ti_3SiC_2晶粒拔出、脱落后与转移的PM304形成机械混合层,随着环境温度的升高机械混合作用加强.在400～630℃范围内,摩擦界面的机械混合作用受到显著抑制,在Ti3SiC_2磨损表面形成富集银的转移润滑膜,而转移润滑膜的连续性对摩擦副的摩擦磨损性能影响较大.     

Si掺杂对NbTaWMo难熔高熵合金的高温摩擦学性能的影响

采用放电等离子烧结技术在NbTaWMo难熔高熵合金中掺杂Si元素成功制备了NbTaWMoSi_0.25难熔高熵合金,研究了物相组成、显微结构和力学性能的变化,并重点对比了25 ~800 ℃的摩擦学性能. 结果表明:NbTaWMo高熵合金由单一的BCC相组成,而NbTaWMoSi_0.25合金由BCC相和硅化物两相组成. 在NbTaWMo难熔高熵合金中掺杂Si元素后,高熵合金室温下的屈服强度、抗压强度和断裂应变均有显著的提高. NbTaWMo难熔高熵合金掺杂Si元素后从25 ℃到800 ℃摩擦系数变化较小,但其耐磨性显著改善,其耐磨性的提高主要由于硅化物增强了合金的强度. NbTaWMoSi_0.25难熔高熵合金从室温到中温阶段的磨损机制主要为磨粒磨损,而高温阶段的磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损的综合作用. NbTaWMoSi_0.25高熵合金在宽温域内具有良好的耐磨性,在高温摩擦学领域具有较大的应用潜力.      

锡铅钎料粘塑性行为及其本构描述

随着航天事业的发展，航天电子产品使用环境变得越来越复杂苛刻，对焊点可靠性要求日益提高，因此，研究焊点材料服役环境下的本构关系对于分析焊点性能、准确预测焊点可靠性具有重要意义．本文分析锡铅钎料Sn63Pb37在-45~150 ℃温度范围内和10-5~10-3/s应变率范围内的粘塑性行为，在此基础上，建立了修正的Anand本构模型．通过构建材料参数与温度的函数关系，提升Anand本构模型在不同环境温度尤其是低温环境下对材料应力-应变关系的预测能力，为航天电子产品可靠性设计提供技术支撑．     

热氧化温度对TC4钛合金在生理盐水中腐蚀磨损性能的影响

本文中考察了在大气环境下经热氧化处理后TC4钛合金在生理盐水中的腐蚀磨损性能,重点研究了热氧化温度(500~900 ℃)对TC4钛合金的表面氧化物薄膜的结构及腐蚀磨损性能的影响. 结果表明:经热氧化处理后TC4钛合金表面的氧化膜的结构主要由三部分组成:TiO₂与α-Al₂O₃混合组成的表层,以TiO₂为主的亚表层以及氧扩散层内层,热氧化温度对氧化膜的物相结构、表面硬度、膜基结合性能和腐蚀磨损性能有显著影响,其中,在700 ℃下热氧化处理获得的氧化层膜基结合性能最好,表面硬度最高,耐腐蚀磨损性能最好.      

高速列车用6008铝合金动态变形本构与损伤模型参数研究

高速列车在实际服役过程中会经受复杂的应力状态和环境条件,铝合金型材以其优良的力学和加工性能被广泛应用于新型高速列车的吸能结构,其防撞性能对高速列车的安全运行至关重要。本文针对一种新型轨道车辆用材料6008-T4铝合金型材进行了多种力学性能测试,包括动静态拉压实验、准静态高低温实验、不同应力路径的断裂实验等,提出了一种计算局部断裂应变的新方法,进而标定和获取了Johnson-Cook本构和损伤模型参数。最后利用平板侵彻实验来对所获取的参数进行检验,发现模拟和实验结果吻合良好,说明本文所获取的参数和参数标定方法都是有效的。