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Mo微合金化对Al-Mg-Si合金轧板微观组织和短时高温力学性能的影响

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热加工工艺 2024年

作者：韩向楠王为民刘阳李天然亓海全秦翔智眭文杰重庆国际复合材料股份有限公司桂林理工大学材料科学与工程学院昆山晶微新材料研究院有限公司

以交通运输、建筑领域和机械设备经常用到的6系铝合金为基础，以进一步改善Al-Mg-Si合金板材的力学性能为目的，通过加入Mo元素，研究Mo微合金化对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响。设计并制备了六种不同Mo含量的Al-Mg-Si合金，通过直读... 详细信息

以交通运输、建筑领域和机械设备经常用到的6系铝合金为基础，以进一步改善Al-Mg-Si合金板材的力学性能为目的，通过加入Mo元素，研究Mo微合金化对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响。设计并制备了六种不同Mo含量的Al-Mg-Si合金，通过直读光谱、金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等设备对各合金轧板微观组织和短时高温力学性能进行检测分析。结果表明：Al-Mg-Si合金中添加的Mo元素具有一定阻碍再结晶长大作用，当Mo含量为0.39%时，效果最为明显，合金具有最佳的组织结构和力学性能，其室温抗拉强度达到278 MPa，与未加钼的合金相比，其抗拉强度提高约85%。

关键词： Al-Mg-Si合金 Mo微合金化 Al Mo弥散相高温强度

不同Mo含量对Al-Mg合金轧板微观组织和短时高温力学性能的影响

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材料科学与工艺 2024年第3期32卷 69-77页

作者：韩向楠亓海全王为民刘阳李天然刘安奇郭春城秦翔智桂林理工大学材料科学与工程学院广西桂林541000 昆山晶微新材料研究院有限公司江苏昆山215313

基于高强度耐火Al-Mg合金开发需求,设计并制备了6种Mo含量(质量分数)的Al-Mg合金,经变形热处理获得H3xx态轧板,结合光学显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、带有能谱仪(EDS)的蔡司扫描电镜(SEM)等表征设备对各合金轧板微观组织和短时高... 详细信息

基于高强度耐火Al-Mg合金开发需求,设计并制备了6种Mo含量(质量分数)的Al-Mg合金,经变形热处理获得H3xx态轧板,结合光学显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、带有能谱仪(EDS)的蔡司扫描电镜(SEM)等表征设备对各合金轧板微观组织和短时高温力学性能进行检测分析,揭示了微量Mo对Al-Mg合金的强韧化机理。结果表明:Mo合金化H3xx态Al-Mg合金具有较高的力学性能,这主要归功于与铝基体呈半共格关系的Al12Mo弥散相起到的弥散强化效果和抑制再结晶作用,但过量的Mo易使Al-Mg合金形成较高Mg固溶度的难熔Al12Mo结晶相,不利于合金性能提升。Al12Mo弥散相具有一定的高温稳定性,高温状态下显著阻碍再结晶晶粒长大,进而提高Al-Mg合金高温性能。Mo含量为0.08%时的高温性能最佳,高温强度最大提升22.5%。随着Mo含量的增加,Al-Mg合金常温力学性能和短时高温力学性能都有所提高。

关键词： Al-Mg合金 Mo合金化显微组织第二相高温强度

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模拟过火后汽车结构钢DP780的组织演变及力学性能变化

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材料热处理学报 2024年第1期45卷 138-147页

作者：王为民亓海全笪仲钟李文通万宇郭春成刘安奇韩向楠桂林理工大学材料科学与工程学院广西桂林541004 桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点试验室广西桂林541004

采用热处理模拟手段,设定加热温度、保温时间和冷却方式,研究汽车结构钢DP780钢经火灾受热后的组织演变和力学性能变化。结果表明:在200~700℃加热条件下,DP780钢的显微组织均为铁素体和马氏体,但温度升高后,铁素体晶粒长大,马氏体发生... 详细信息

采用热处理模拟手段,设定加热温度、保温时间和冷却方式,研究汽车结构钢DP780钢经火灾受热后的组织演变和力学性能变化。结果表明:在200~700℃加热条件下,DP780钢的显微组织均为铁素体和马氏体,但温度升高后,铁素体晶粒长大,马氏体发生再结晶;无论空冷还是水冷,随加热温度的升高,DP780钢的屈服强度和抗拉强度先略有提高后快速下降,伸长率略低于原始母材。在800~1000℃加热条件下,空冷和水冷对DP780钢的组织和性能产生明显影响。800℃加热时,空冷和水冷组织均由原始铁素体、再生铁素体和马氏体构成,但后者马氏体体积分数显著增加,强度远高于前者;900~1000℃加热时,奥氏体晶粒长大,形成粗大的贝氏体和马氏体组织,强度高但塑性低。DP780钢的高温(200~700℃)力学性能与室温力学性能相比,当拉伸温度低于400℃时,强度提高,伸长率降低,高于400℃时强度急剧下降,伸长率升高。结果证实,只要DP780钢在200~1000℃受热,其综合力学性能均会发生下降,这将对采用DP780钢制结构件的事故车辆的继续服役产生一定的安全隐患。

关键词： DP780双相钢力学性能显微组织车辆火灾

Mo微合金化对82B钢高温力学性能及显微组织的影响

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特殊钢 2024年第2期45卷 79-85页

作者：王为民亓海全韩向楠眭文杰刘安奇郭春成笪仲钟万宇李文通桂林理工大学材料科学与工程学院桂林541004 桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点试验室桂林541004 重庆国际复合材料股份有限公司重庆401221

研究了添加Mo(质量分数)为0.02%、0.04%、0.07%、0.11%的82B钢对不同温度下高温拉伸后的组织和性能的影响及Mo对82B高碳钢的强韧化机理。结果表明:(1)200~300℃高温拉伸时,4组试验钢力学性能较好,300℃达到峰值,Mo为0.11%试验组最优,抗... 详细信息

研究了添加Mo(质量分数)为0.02%、0.04%、0.07%、0.11%的82B钢对不同温度下高温拉伸后的组织和性能的影响及Mo对82B高碳钢的强韧化机理。结果表明:(1)200~300℃高温拉伸时,4组试验钢力学性能较好,300℃达到峰值,Mo为0.11%试验组最优,抗拉强度由1139 MPa增至1192 MPa,屈服强度为736 MPa,略有降低,伸长率与断面收缩率均有显著提高,分别为22%和72.9%。相较于Mo为0.02%试验钢,虽屈服强度下降约5%,但抗拉强度升高5%,伸长率、断面收缩率大幅增加,且塑性随Mo含量同步提高,随着温度继续升高,由于材料开始软化,各项力学性能均呈下降趋势。(2)Mo为0.02%和0.04%时,显微组织除渗碳体随拉伸温度的提高逐渐增多外,索氏体与珠光体未出现明显变化,与室温相同,当Mo增至0.07%和0.11%时,索氏体、珠光体团逐渐细化且分布均匀。同时,4组试验钢在300℃高温拉伸时出现蓝脆现象,通过断口观察发现,有Al、Si等元素的夹杂物存在,且失效方式为韧性断裂,断口主要可分为剪切唇区和纤维区,剪切唇区的面积随着温度的升高逐渐缩小。

关键词： 82B钢 Mo微合金化抗拉强度高温拉伸耐火钢

黄土高原梯田运用对流域产沙的影响规律及阈值

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应用基础与工程科学学报 2020年第3期28卷 535-545页

作者：高云飞刘晓燕韩向楠黄河上中游管理局陕西西安710021 黄河水利委员会河南郑州450003 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042

近十几年来,在林草有效覆盖率改善不大、淤地坝很少的黄土高原西部地区,河流输沙量也像植被大幅改善的黄土高原东中部一样减少了85%~90%,说明以往黄土高原梯田的减沙作用被低估.以黄土高原六盘山以西82个中等流域为样本,利用下垫面和实... 详细信息

近十几年来,在林草有效覆盖率改善不大、淤地坝很少的黄土高原西部地区,河流输沙量也像植被大幅改善的黄土高原东中部一样减少了85%~90%,说明以往黄土高原梯田的减沙作用被低估.以黄土高原六盘山以西82个中等流域为样本,利用下垫面和实测输沙数据,分析了不同规模梯田运用对流域产沙的影响规律.研究表明,梯田兼具本地减沙和异地减沙作用,流域减沙幅度均大于相应时期梯田比;梯田比>30%后,单位面积梯田的减沙作用逐渐变小;梯田比达到40%后,减沙幅度基本稳定,是有效遏制黄土高原产沙的梯田阈值.

关键词：黄土高原林草梯田覆盖率梯田影响区减沙幅度梯田比阈值

过时效态Al-Zn-Mg-Cu合金断裂韧性与显微组织分析

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第2期51卷 301-308页

作者：林亮华刘志义韩向楠东华理工大学机械与电子工程学院江西南昌330013 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

采用室温拉伸、断裂韧性测试、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段研究Al-Zn-Mg-Cu合金在不同过时效状态下的力学性能和断裂行为,探讨合金断裂韧性与屈服强度的关系,分析组织中的析出相特征对合金断裂韧性的影响机理。研究结果表明:... 详细信息

采用室温拉伸、断裂韧性测试、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段研究Al-Zn-Mg-Cu合金在不同过时效状态下的力学性能和断裂行为,探讨合金断裂韧性与屈服强度的关系,分析组织中的析出相特征对合金断裂韧性的影响机理。研究结果表明:在双级过时效态下,Al-Zn-Mg-Cu合金断裂韧性与屈服强度近似呈反比关系;随着一级和二级时效时间延长,晶内析出相和晶界析出相的尺寸逐渐增大,晶内和晶界强度差异减小,断口形貌显示穿晶断裂比例增加;加工硬化指数提高,合金变形均匀性增加,合金断裂韧性提高。

关键词：铝合金断裂韧性过时效 η相

Mo合金化对Al-Mg合金和Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

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Mo合金化对Al-Mg合金和Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

作者：韩向楠桂林理工大学

学位级别：硕士

铝合金材料具有轻质高强的特点,跨度相同的铝合金结构可以较钢材减轻自重20%～30%,由于其可塑性强、外形美观、表面性能好、经济效益好、能够更好地满足具有复杂建筑造型的结构需求等优点,被广泛应用于建筑、桥梁等大跨度空间结构建筑... 详细信息

铝合金材料具有轻质高强的特点,跨度相同的铝合金结构可以较钢材减轻自重20%～30%,由于其可塑性强、外形美观、表面性能好、经济效益好、能够更好地满足具有复杂建筑造型的结构需求等优点,被广泛应用于建筑、桥梁等大跨度空间结构建筑。但铝合金结构的耐火性能较差,在短时间内结构性能会发生严重退化,因此对其进行防火设计尤为重要。目前,耐火铝合金的研制在国内外还是一个比较新的方向,尤其在理论研究方面极为稀缺,界内学者对耐火铝合金的高温强化机理缺少足够的认识,并且对组织与高温性能的影响也没有明确的看法。本论文拟对以Mo元素含量分别为0%、0.08%、0.17%、0.37%、0.53%、0.86%的Al-Mg合金和Mo元素含量分别为0%、0.11%、0.27%、0.36%、0.39%、0.70%的Al-Mg-Si合金为试验对象,结合金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等表征设备以及高温拉伸等测试方法,对其性能和组织的关系开展深入研究。本文探讨了耐火铝合金的耐火机理以及Mo对铝合金组织和力学性能的影响规律,为耐火铝合金的最终成分设计和实际生产提供依据,并保证了工业生产的可能性。主要研究成果如下:对于Al-Mg合金来说,Mo含量不超过0.08%时,冷轧态Al-Mg合金轧板晶粒形貌为纤维状,组织中未发现AlMo结晶相,材料性能较好。当Mo含量增至0.17%,轧板晶粒形貌无明显变化,组织中开始出现AlMo结晶相,合金固溶强化效果减小,强度降低。当Mo含量增至0.37%～0.53%时,AlMo结晶相数量增加,开始再结晶,强度有所降低。当Mo含量增至0.86%时,AlMo结晶相数量进一步增加,但由于大量半共格AlMo弥散相对再结晶的抑制作用增强,因此轧板的再结晶程度有所降低,材料性能较好。随拉伸温度的提高材料强度呈下降趋势,Mo含量为0.08%和0.86%时材料具有较高的高温强度,这主要与半共格AlMo弥散相的高温稳定性有关。Al-Mg-Si合金中添加的Mo元素具有一定阻碍再结晶长大作用,也可抑制固溶时效处理过程中位错的减少,并提升位错对强度的贡献,Mo含量为0.39%的合金效果最为明显。但Mo含量过多会形成大量粗大AlMo结晶相,该结晶相中存在较多的Si元素,不利于材料性能的提升。基于AlMo弥散相的耐高温性,Mo合金化的Al-Mg-Si合金具有良好的高温力学性能,高温抗拉强度可提升33%～60%。其中,Mo含量为0.39%时,其室温抗拉强度可提高约85%达到278 MPa。

关键词： Al-Mg合金 Al-Mg-Si合金 Mo合金化高温拉伸耐火铝合金

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泾河流域水沙时空分异特征及其影响因素分析

泾河流域水沙时空分异特征及其影响因素分析

作者：韩向楠西南大学

学位级别：硕士

近年来,随着气候变化和人类活动影响的加剧,黄河的水沙情势发生了重大变化,来水来沙量大幅锐减,给黄河治理和水资源利用带来了一系列新的问题。因此,研究黄河河川径流泥沙的变化特征,探明其变化的驱动力因素具有重大的理论和实践意义。... 详细信息

近年来,随着气候变化和人类活动影响的加剧,黄河的水沙情势发生了重大变化,来水来沙量大幅锐减,给黄河治理和水资源利用带来了一系列新的问题。因此,研究黄河河川径流泥沙的变化特征,探明其变化的驱动力因素具有重大的理论和实践意义。泾河是黄河中游的一条重要支流,因此本研究以泾河流域为研究区域,通过Mann-Kendall趋势检验法、有序聚类分析法、累积距平法和双累积曲线等数学方法分析泾河流域多年来径流、泥沙、降水的时空变化特征,并定量评估了降水和人类活动对径流泥沙减少的贡献,揭示了植被、梯田和淤地坝对水沙的影响。得到以下几点主要结论:(1)泾河流域的水沙特征变化。泾河流域1934016年的年均径流量和输沙量分别为16.08×10m和2.21×10t,流域内径流量和输沙量都呈显著减少趋势(p=0.01),突变年份分别为1996年和1997年,自突变点后分别减少38.5%和62.3%。通过累积距平分析发现水沙变化具有明显的阶段性特征,径流量的变化过程为丰-平-枯三个阶段,呈阶梯式减少;输沙量变化为丰-枯-丰-枯四阶段,第一个丰沙期和第二个枯沙期持续时间最长。近60多年来,流域内多数水文站的水沙都表现为显著减少(p=0.05),马莲河流域各水文站的突变点大多在2002004年,中下游水文站的突变点多位于800年代间,上游的泾川水沙发生突变的时间最早,分别为1970年和1973年。(2)泾河流域产流产沙强度的时空变化。泾河流域的径流模数从60年代的5.02×10m/km·a降至2000年后的2.4×10m/(km·a),减少了52%,各年代间径流模数呈阶梯式递减。2000年后流域内径流模数大于7×10m/(km·a)的区域消失,5×10×10m/(km·a)的区域减少,小于3.5×10 m/(km·a)的区域增加。泾河的输沙模数自80年代减少、90年代增加、2000年后急剧减少,从60年代的6262 t/km·a减少至2000年后的2138 t/(km·a),下降了61%。输沙模数在8000 t/(km·a)以上的区域消失,5000000 t/(km·a)的区域减少,2000t/(km·a)以下的区域增多。(3)降水的时空变化特征。泾河流域1966014年的年均降水量为515mm,汛期降水集中程度高。800年代降水总体偏枯,2000年以来降水逐渐转丰,2010年后暴雨频发。1966014年,在降水的年际和年内分配上,小雨和中雨的降水量均呈减少趋势,大雨、暴雨及大暴雨的降水量为增加趋势。降雨量具有明显的空间分异特征,自东南向西北递减,黄土塬区降水量较丰,马莲河上游地区的黄土丘陵区降水偏少,年降水量在500mm以下,马莲河中下游、蒲河和汭河上游地区为暴雨高发区。(4)降水和人类活动是导致水沙变化的主要因素,流域内近年来水沙显著减少的主要驱动力是人类活动。1996年前径流量减少主要是由于降水影响,而1997014年径流量减少的主因是人类活动,人类活动的贡献率为97%,降水的贡献率为3%。流域内输沙量减少的主导因素一直是人类活动,1979014年人类活动的贡献率为61.4%,降水贡献率为38.6%。而2000年后人类活动对减沙起绝对主导作用,贡献率达92%,降水影响占8%。人类活动对水沙的影响在2000年后显著增强,2010年后由于暴雨频发,降水起到增水增沙的作用,人类活动对水沙减少的贡献率均超过100%。(5)流域尺度水沙对于主要人类活动的响应,包括植被、梯田和淤地坝。流域内近年来植被状况明显改善,林草植被盖度从1978年的41.8%增至2016年的68.6%,植被和径流、泥沙之间呈非线性的负相关关系,其减水减沙作用具有明显的临界现象。植被盖度小于40%时,减水减沙作用不明显;植被盖度位于40%0%时,植被盖度每增长1%获得最大的减水减沙效益,取得最大的边际效益;当植被盖度超过60%时,减水减沙作用趋于稳定。截至2012年,流域内梯田面积为7758.7km,分析梯田占比与径流系数和产沙系数的关系发现,在流域尺度上,梯田对径流泥沙均呈非线性的负相关关系。当梯田规模较小时,其减水减沙效果不明显,梯田占比大于50%以后,随着梯田占比增加,流域的产水产沙能力减弱。梯田的减沙能力强于其减水能力,梯田对黄土塬区的减水减沙更显著。截至2016年,流域内大中型淤地坝共633座,92%的淤地坝是1990009年建成。截至2011年,流域内淤地坝的平均淤积比例为25%,自淤地坝运行至2011年共拦泥12.16×10t。淤地坝是马莲河流域泥沙减少的主要人为驱动因素。

关键词：泾河流域水沙降水人类活动水土保持

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氧化硅基陶瓷型芯的粒度准备及强化工艺

氧化硅基陶瓷型芯的粒度准备及强化工艺

作者：韩向楠中南大学

学位级别：硕士

氧化硅基陶瓷型芯主要用于形成空心涡轮叶片的复杂内腔形状,对其冷却效果的改善、航空发动机推重比的提高具有非常重要的作用。它热膨胀系数小、高温性能良好、易于用碱液脱芯,在国内外被广泛应用。研究表明,氧化硅基陶瓷型芯的粉料粒... 详细信息

氧化硅基陶瓷型芯主要用于形成空心涡轮叶片的复杂内腔形状,对其冷却效果的改善、航空发动机推重比的提高具有非常重要的作用。它热膨胀系数小、高温性能良好、易于用碱液脱芯,在国内外被广泛应用。研究表明,氧化硅基陶瓷型芯的粉料粒度及强化工艺直接影响其使用性能。本文采用热压注法制备氧化硅基陶瓷型芯,以硅酸乙酯水解液对其进行高温强化,以聚酰胺、环氧树脂和丙酮的混合溶液对其进行室温强化。系统研究了型芯中微细粉含量的控制工艺,采用测定型芯的室温抗弯强度、烧成收缩、开气孔率及高温挠度等实验方法及SEM、XRD等检测手段研究了粉料粒度及强化工艺对型芯组织与性能的影响,实现了型芯粉料粒度的优化,制定出了最佳强化工艺。主要结论如下： 1.采用垂直沉降法控制型芯中微细粉（＜10μm）的含量,效果显著。沉降工艺如下：以水为沉降液,体积为180L,沉降高度为50cm, ,次添加粉料量为500g,沉降次数为4-5次。 2.粉料粒度对型芯的组织与性能具有非常重要的影响,随着粉料粒度的增大,型芯的烧成强度降低,开气孔率增大,烧成收缩减小。然而型芯开气孔率的增大,有利于其室温强化后抗弯强度的提高,开气孔率越大,抗弯强度提高的越多,反之则越少。当基体粉料粒度为：1 0μm以下占19.95%,D50≈27μm,D90≈65μm,最大粒径不超过112μm时,型芯的综合性能良好。 3.向型芯中加入适量方石英,有利于降低型芯的烧成收缩和高温挠度,从而改善型芯的高温性能。但其加入量不宜过多,否则其高低温晶型转变所引发的体积变化会在型芯中产生较多微裂纹,造成其烧成强度降低。 4.高温强化液的最佳浓度配比（体积分数）为：硅酸乙酯90%,水5%,乙醇3.5%,盐酸1.5%。随着强化次数的增加,型芯的高温挠度逐渐降低,开气孔率及室温抗弯强度也随之大幅度下降,因此在进行高温强化时,应合理控制强化次数,使型芯的室温性能和高温性能达到最优化。型芯经高温强化后,高温挠度可由3.43mm降至0.98mm,满足使用要求。 5.室温强化剂的最佳浓度配比（质量分数）为：聚酰胺/环氧树脂=0.8,丙酮为二者质量之和的60%。最佳强化工艺为：环境温度30℃,浸泡时间30min,自然风干时间12h,固化温度170℃,固化时间45min。型芯经室温强化后,抗弯强度可由34.68MPa提高至83.73Mpa。室温强化对型芯的高温性能没有任何影响。

关键词：硅基陶瓷型芯粒度室温抗弯强度高温挠度开气孔率烧成收缩高温强化室温强化