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A100超高强度钢的等温压缩行为及工艺参数优化

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A100超高强度钢的等温压缩行为及工艺参数优化

作者：任书杰南昌航空大学

学位级别：硕士

A100超高强度钢因其具有高的抗拉强度、硬度和抗疲劳性能并兼有高的断裂韧性和延展性,被广泛用于先进战机起落架和各种重要承力构件及防护件。本文主要借助Gleeble-3500型热模拟机和LEICA金相显微镜对A100超高强度钢进行热压缩实验和金... 详细信息

A100超高强度钢因其具有高的抗拉强度、硬度和抗疲劳性能并兼有高的断裂韧性和延展性,被广泛用于先进战机起落架和各种重要承力构件及防护件。本文主要借助Gleeble-3500型热模拟机和LEICA金相显微镜对A100超高强度钢进行热压缩实验和金相实验。通过摩擦和温升效应对流变应力的影响、流变应力曲线、动态再结晶行为、组织演变规律、本构模型以及加工图的深入研究,可为该钢的热加工可行域优化和组织性能控制提供理论依据。主要研究成果如下:A100超高强度钢在热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响较为显著,采取的修正方法能有效降低这些因素引起的流变应力误差。该钢的流变应力对变形温度和应变速率较为敏感,会随着变形温度的升高或应变速率的降低而下降。基于Cingara-McQueen方程的推导,确定了其动态再结晶临界应变与峰值应变的比值约为0.459,并通过Zener-Hollomon因子建立了动态再结晶的临界应变/应力、峰值应变/应力和稳态应变/应力模型,绘制了动态再结晶状态图,准确描述了动态再结晶发生的参数区间。根据该钢热变形后组织演变规律的分析,表明变形温度的升高或应变速率的降低均有利于动态再结晶的发生;在同一变形条件下,压缩试样中的不同压缩区域中组织发生动态再结晶的程度为大变形区>小变形区>难变形区;低温、高应变速率和高温、低应变速率下的组织均匀性较差,不宜进行热加工。函数d(28)80883.16?(5)exp(95410.22/RT)(10)0.198为该钢的动态再结晶平均晶粒尺寸预测模型,其预测值与实验值具有良好一致性,平均相对误差为8.56%。通过Arrhenius型唯象本构模型和具有物理基础的本构模型分别表征了A100超高强度钢的流变应力行为。两种本构模型均考虑了应变的影响,其中所建立的物理本构模型还考虑了温度对材料自扩散系数和杨氏模量的影响,构建方法较为简便。结果表明:唯象和物理本构模型的平均相对误差分别为4.99%和4.89%,均具有较好的预测效果,其中具有物理基础的本构模型的预测效果更优。根据能量耗散系数和失稳参数构建了A100超高强度钢在不同应变下的加工图,并结合微观组织验证,结果表明:该钢的流变失稳区范围大致为85090℃、0.010 s,890100℃、0.40 s和1100200℃、1.20 s,失稳组织特征表现为机械失稳和局部塑形流动;该钢在900050℃、0.01.1 s和1050100℃、0.1 s的条件下具有较高的能量耗散值,是形成较为细小、均匀的动态再结晶组织的区域,可作为其最佳的热加工工艺参数范围。

关键词： A100超高强度钢热变形行为动态再结晶本构模型加工图

黄土高原南部半湿润区品种、施氮和栽培模式对冬小麦冠层特征和产量影响的集成效应

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黄土高原南部半湿润区品种、施氮和栽培模式对冬小麦冠层特征和产...

作者：任书杰西北农林科技大学

学位级别：硕士

在黄土高原南部年降水量 630mm左右的半湿润区以红油土为供试土壤，分别在杨凌和岐山进行大田试验，研究不同施氮水平(设不施氮和每公顷施氮 120kg 等 2 个水平)、不同小麦品种（小偃 22 和小偃 503 等 2 个品种）和不同栽培模式（设常... 详细信息

在黄土高原南部年降水量 630mm左右的半湿润区以红油土为供试土壤，分别在杨凌和岐山进行大田试验，研究不同施氮水平(设不施氮和每公顷施氮 120kg 等 2 个水平)、不同小麦品种（小偃 22 和小偃 503 等 2 个品种）和不同栽培模式（设常规栽培、全程覆膜栽培、覆膜 150d 栽培、三密一稀栽培和集雨面栽培等 5 种栽培模式）对冬小麦冠层结构特征和产量影响的集成效应。通过研究，所取得的主要研究进展和新见解有： 1. 通过对小麦冠层结构的研究发现，从小麦拔节到成熟，冠层的透光率(DIFN)和叶面积指数(LAI)均随着生长过程的推进而不断发生变化：DIFN 是先减小而后增大，而 LAI 的变化与此相反:DIFN 在开花期达到最小值，为 0.437，在成熟期达到最大值，为 0.497；而LAI 在开花期达到最大，为 1.73，成熟期最小，为 1.24。DIFN 和 LAI 在不同小麦品种间存在显著差异，小偃 22 的 DIFN 大于小偃 503，LAI 与此相反，且小偃 22 的冠层参数对氮肥的反应较敏感。施氮可使冠层 DIFN 显著下降，而使 LAI 显著增加：施氮处理的 DIFN 为0.372，不施氮处理的 DIFN 为 0.549，施氮后 DIFN 下降 0.177(32.2%)，对施氮处理，LAI为 2.07，对不施氮处理，LAI 为 1.027，施氮增加 1.05(102.3%)。不同的栽培模式的 DIFN 和LAI 存在极显著差异（P<0.01），从三密一稀(DIFN 平均为 0.490)、集雨面栽培（0.479）、对照常规栽培（0.479）全程覆膜(0.436)和覆膜 150d(0.419)，DIFN 依次降低，而 LAI 基本与DIFN 的变化相反，从常规栽培（1.33）、三密一稀(1.34)、集雨面栽培(1.36)、全程覆膜(1.78)到覆膜 150d(LAI 平均为 1.82)，LAI 依次增加。 2. 不同栽培模式小麦叶片光合速率存在一定差别，其中以三密一稀栽培模式和常规栽培模式的光合速率较大，分别为 18.04 μmolCO2m-2.s-1和 18.00μmolCO2m-2.s-1，集雨面栽培模式居中，为 17.11 μmolCO2m-2.s-1，以全程覆膜和覆膜 150 天较小，分别为 16.45μmolCO2m-2.s-1和 16.34 μmolCO2m-2.s-1；不仅不同栽培模式的光合速率存在一定差别，而且群体光合能力也存在明显差异：与常规栽培群体光合能力（302.76μmolCO2小区-1.s-1　）相比，三密一稀栽培模式（301.85μmolCO2小区-1.s-1）和集雨面栽培模式(282.60μmolCO2小区-1.s-1)有所下降，分别下降了，0.91μmolCO2 小区-1.s-1 和 20.16μmolCO2 小区-1.s-1，而对于全程覆膜(378.35μmolCO2小区-1.s-1)、覆膜 150d 栽培(371.90μmolCO2小区-1.s-1)则显著增加，与常规栽培相比，全程覆膜、覆膜 150d 栽培栽培模式分别增加 75.99μmolCO2 小区-1.s-1(25.0%)、69.14μmolCO2 小区-1.s-1(22.8%)。覆膜栽培模式较高的群体光合能力，为以后高产奠定了基础。而集雨面栽培模式群体光合能力与常规栽培模式相比虽然也有一定程度的降低，但在生长后期 LAI 下降小，这为以后的高产奠定了基础。 3. 通过对小麦籽粒灌浆的研究发现，小麦籽粒体积在灌浆起始阶段快速增长，而后缓慢增长至最大值，而后快速下降。小偃２２的体积大于小偃５０３，在不同的栽培模式中籽粒体积大小的顺序为集雨面栽培＞全程覆膜＞对照栽培。在不同的灌浆天数间，不同的小麦品种间以及不同的栽培模式间小麦每千粒体积的差异达到极显著水平，但施氮对小麦的籽粒体积的影响不大。小麦籽粒的含水量几乎呈直线下

关键词：半湿润区冬小麦冠层特征产量栽培模式

中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究

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环境科学 2007年第12期28卷 2665-2673页

作者：任书杰于贵瑞陶波王绍强中国科学院地理科学与资源研究所生态网络观测与模拟重点实验室CERN综合研究中心

大尺度的叶片的氮（N）和磷（P）的化学计量学特征是植物对环境条件的长期适应的结果，并能为大尺度模型的发展提供数据基础．通过对文献数据的搜集整理，对中国东部南北样带168个采样点的654种植物的N和P的化学计量学特征、空间格局及... 详细信息

大尺度的叶片的氮（N）和磷（P）的化学计量学特征是植物对环境条件的长期适应的结果，并能为大尺度模型的发展提供数据基础．通过对文献数据的搜集整理，对中国东部南北样带168个采样点的654种植物的N和P的化学计量学特征、空间格局及其与气候因子（年均温度）的关系进行了研究．结果表明，中国东部南北样带654种植物叶片的N和P的化学计量学特征存在很大的变异性．叶片N的变化范围为2．17～52．61mg·g^-1，几何平均数为17．55mg·g^-1，叶片P的变化范围为0．10～10．27mg·g^-1，几何平均数为1．28mg·g^-1，叶片N／P的变化范围为1．7～74．6，几何平均数为13．5．中国东部南北样带乃至中国区域叶片P的含量显著低于全球尺度的其它研究结果，这说明与全球尺度相比，中国区域植被生长更易受到P的限制．在所研究的不同功能群间，以叶片N含量的差异最大，P次之，N／P的差异最小，这与在多数的功能群内，其叶片N和P含量间存在显著相关性有关．另外在系统发育上亲缘越远的功能群N和P含量差异越大（蕨类植物与种子植物），亲缘越近的差异越小（双子叶植物与单子叶植物）．叶片的N和P含量与纬度和年均温度间存在极显著的相关关系，随着纬度升高和年均温度的降低，叶片N和P含量极显著地增加（P〈0．001）．可是N／P与纬度和年均温度的相关性较弱（P=0．386和P=0．342），这可能是由于N和P含量随纬度和年均温度的变化趋势相同且变异性较大，并且相对于全球尺度而言本研究的区域范围相对较小等多种因素共同导致的．

关键词：中国东部南北样带叶片养分生态化学计量学功能群

土壤微生物体氮的季节性变化及其与土壤水分和温度的关系

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植物营养与肥料学报 2004年第1期10卷 18-23页

作者：李世清任书杰李生秀西北农林科技大学资源环境学院

以杨陵土垫旱耕人为土(中等肥力红油土)为供试土壤进行田间试验和室内培养试验,研究土壤微生物体氮的动态变化及其土壤含水量和温度的关系。结果表明,田间土壤微生物体氮的变化有明显的季节性;夏季最高,冬季最低,其它时期居中;且与土壤... 详细信息

以杨陵土垫旱耕人为土(中等肥力红油土)为供试土壤进行田间试验和室内培养试验,研究土壤微生物体氮的动态变化及其土壤含水量和温度的关系。结果表明,田间土壤微生物体氮的变化有明显的季节性;夏季最高,冬季最低,其它时期居中;且与土壤温度有显著或极显著的正相关性,相关系数在0.855以上;试验期间土壤水分含量在10%以上,基本能满足微生物活动所需,因而微生物体氮的变化与水分关系并不密切。应用培养试验结果进一步证明了田间试验结果,即在4～36℃范围内,微生物体氮与温度呈线性相关,而在土壤含水量为6.75%～23.23%范围内,与水分呈指数相关关系,当土壤水分小于10.87%时,水分对微生物体氮有突出结果,当超过10.87%后,几乎没有影响。频繁的干湿交替会使微生物体氮显著减少,但冻融交替却无明显影响。

关键词：土壤微生物体氮季节性动态变化土壤水分土壤温度

Ti-22Al-24Nb合金热成形工艺参数优化研究

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稀有金属材料与工程 2018年第9期47卷 2793-2799页

作者：任书杰王克鲁鲁世强黄贇许求喜高夏云南昌航空大学江西南昌330063

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究Ti-22Al-24Nb合金在温度900～1110℃和应变速率0.01～10 s^(-1)条件下的热变形行为。分析了该合金的高温流变应力曲线特性和不同相区的热变形激活能及变形机制,并根据基于Prasad和Murty失稳判据下的加... 详细信息

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究Ti-22Al-24Nb合金在温度900～1110℃和应变速率0.01～10 s^(-1)条件下的热变形行为。分析了该合金的高温流变应力曲线特性和不同相区的热变形激活能及变形机制,并根据基于Prasad和Murty失稳判据下的加工图及相应的组织特征优化了该合金的热成形工艺参数。结果表明,Ti-22Al-24Nb合金的流变应力对热成形工艺参数敏感;其在(α_2+B2)两相区的主要变形机制为晶界滑移,对应的变形激活能为603.56 kJ/mol,而B2单相区的变形激活能为406.25kJ/mol,其变形主要以动态回复和动态再结晶的变形机制为主。根据这两种加工图的比较和组织观察可知,Ti-22Al-24Nb合金选择基于Prasad失稳判据下的加工图更为合理;其对应的主要失稳区为900～990℃、0.2～10 s^(-1)和1035～1095℃、1～10 s^(-1),且失稳区所预测的组织中主要存在绝热剪切带和局部流变失稳现象;而动态再结晶及胞状亚结构的组织易出现在η峰区,表明该合金较优的热力参数区间是990～1035℃、0.01～0.03 s^(-1),1040～1090℃、0.02～1 s^(-1)和1090～1110℃、0.01～0.18 s^(-1)。

关键词： Ti-22Al-24Nb合金热成形工艺参数热变形激活能加工图

中国区域478种C_3植物叶片碳稳定性同位素组成与水分利用效率

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植物生态学报 2011年第2期35卷 119-124页

作者：任书杰于贵瑞中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室 CERN综合研究中心北京100101

目前,在中国区域关于植物碳稳定性同位素组成(δ13C)已经有了很多的研究,同时,δ13C作为植物水分利用效率(WUE)的替代指标,得到了越来越广泛的应用。而这些研究多集中在站点或小的区域尺度,那么在整个中国区域尺度上,δ13C能否作为植物... 详细信息

目前,在中国区域关于植物碳稳定性同位素组成(δ13C)已经有了很多的研究,同时,δ13C作为植物水分利用效率(WUE)的替代指标,得到了越来越广泛的应用。而这些研究多集中在站点或小的区域尺度,那么在整个中国区域尺度上,δ13C能否作为植物WUE的替代指标值得探讨。该文通过对文献资料的收集整理,研究了中国区域187个采样点478种C3植物叶片的δ13C,统计分析结果表明δ13C的变化范围为–33.50‰––22.00‰,均值为–(27.10±1.70)‰。在乔木、灌木和草本3种不同的生活型间,叶片δ13C的差异达到极显著水平,其中以草本的δ13C最高,乔木最低,这与在站点或小的区域尺度上的研究结果不同。对不同系统发育类型的植物而言,种子植物的δ13C极显著地大于蕨类植物;祼子植物与被子植物间的差异未达到显著水平;单子叶植物极显著地大于双子叶植物。叶片δ13C值随经度的变化没有明显的规律,但是随纬度的增加,δ13C极显著地升高。随年均温度和年均降雨量的降低,叶片δ13C值极显著升高。年均降雨量与δ13C间的这种极显著的负相关关系,与WUE和降水量间的关系一致,这表明在大的区域尺度上,δ13C可以作为植物WUE的指示指标。

关键词： C3植物生活型降雨量稳定性同位素水分利用效率

A100超高强度钢的流变应力曲线修正与唯象本构关系

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材料工程 2019年第6期47卷 144-151页

作者：任书杰罗飞田野刘大博王克鲁鲁世强南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 中国航发北京航空材料研究院北京100095

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线... 详细信息

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线;并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上引入应变量参数构建了基于应变量耦合的唯象本构模型。结果表明:随着变形温度的降低或应变速率的增加,摩擦和温升效应对流变应力的影响逐渐显著;所建立的本构模型预测值与实验值的绝对平均相对误差为4.902%,相关系数为0.99,能够用于准确预测不同应变下的流变应力。

关键词： A100超高强度钢流变应力曲线修正唯象本构关系热压缩实验

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TiAl合金的物理本构模型与加工图

中国有色金属学报 2020年第6期30卷 1289-1296页

作者：任书杰王克鲁鲁世强刘大博田野罗飞南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 北京航空材料研究院北京100095

借助热模拟试验机研究TiAl合金在变形温度为1273~1523 K、应变速率为0.001~1 s^−1和变形程度为50%条件下的热变形行为;分析流变应力曲线特征,构建基于应变补偿的物理本构模型;考虑TiAl合金的弹性模量和自扩散系数与温度的关系,基于动态... 详细信息

借助热模拟试验机研究TiAl合金在变形温度为1273~1523 K、应变速率为0.001~1 s^−1和变形程度为50%条件下的热变形行为;分析流变应力曲线特征,构建基于应变补偿的物理本构模型;考虑TiAl合金的弹性模量和自扩散系数与温度的关系,基于动态材料模型建立该合金的加工图,确立合适的热加工工艺参数。结果表明:TiAl合金具有正应变速率敏感性和负温度敏感性,流变应力曲线主要表现为动态再结晶软化机制;所建立的物理本构模型的预测值与实验值具有较好的吻合度;根据加工图的分析,该合金适宜的变形参数范围为1360~1523 K、0.001~0.02 s^−1。

关键词： TiAl合金物理本构模型加工图流变应力

等通道转角挤压7075铝合金的组织模拟和试验

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特种铸造及有色合金 2015年第12期35卷 1254-1256页

作者：谭险峰任书杰谢保华南昌航空大学航空制造工程学院

对7075铝合金单道次等通道转角挤压过程进行了正交试验研究,并进行了微观组织观察。试验结果表明,90°转角挤压后试样的晶粒细化效果最好。基于Zener-Hollomon参数模型,在设定初始平均晶粒尺寸40μm的前提下,采用Deform-3D软件中的Micro... 详细信息

对7075铝合金单道次等通道转角挤压过程进行了正交试验研究,并进行了微观组织观察。试验结果表明,90°转角挤压后试样的晶粒细化效果最好。基于Zener-Hollomon参数模型,在设定初始平均晶粒尺寸40μm的前提下,采用Deform-3D软件中的Microstructure模块进行了组织演变数值模拟,分析了不同截面材料内部组织及晶粒尺寸的变化。模拟结果表明,试样头部平均晶粒尺寸为3.5μm,中部为2.4μm,尾部为29.1μm,均有不同程度的细化,其变化规律与试验结果相符合。

关键词： 7075铝合金等通道转角挤压组织模拟