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基于介观模型的锆合金辐照变形数据挖掘库的建立与应用研究

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核技术 2024年第6期47卷 76-88页

作者：黄俊张自康刘桂森沈耀上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合... 详细信息

在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合金辐照变形实验数据,建立了一个包含实验数据及其详细描述信息的数据库;在此基础上,利用数据库进行规律探索,结合自研介观模型进行模型验证和数据挖掘。特别地,对数据库中的50余组初步数据进行数据挖掘,探讨了模型参数与控制变量之间的关联要素。通过数据挖掘发现,随着Nb含量的增加,滑移系的临界分切应力增加;随着温度升高,锆合金的辐照蠕变柔度增加。相比于传统的数据归纳方法,该研究引入了基于物理机制的介观模型拟合和数据挖掘的新思路,为锆合金辐照变形研究带来新的方法和启示,在收集的数据充分扩充后,其效益将会更显著。

关键词：锆合金辐照变形介观模型数据挖掘库黏塑性自洽模型

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NiTi形状记忆合金中的氢效应研究进展

材料工程 2024年第5期52卷 57-66页

作者：赵厚锐左舜贵王盖世肖飞中国航发长江动力有限公司湖南岳阳414100 上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

NiTi形状记忆合金应用于牙齿正畸弓丝、心血管支架、流体阀门等场景时受应力与化学腐蚀的双重作用,导致合金出现一定程度的氢脆并影响构件的可靠性与安全性。本文围绕NiTi合金中的氢效应问题,综述氢在NiTi合金中的占位、存在状态与扩散... 详细信息

NiTi形状记忆合金应用于牙齿正畸弓丝、心血管支架、流体阀门等场景时受应力与化学腐蚀的双重作用,导致合金出现一定程度的氢脆并影响构件的可靠性与安全性。本文围绕NiTi合金中的氢效应问题,综述氢在NiTi合金中的占位、存在状态与扩散行为。总结NiTi合金中氢的含量、状态、分布和扩散系数的表征方法,介绍氢对NiTi合金马氏体相变、阻尼行为的影响,重点讨论NiTi合金的氢脆行为、氢脆影响因素及氢脆机制,并总结用于避免或延迟NiTi合金氢脆发生的措施与方法。最后,提出氢在NiTi合金各相中的扩散行为研究、氢分布的可视化表征以及氢-马氏体相变相互作用等研究方向,以期为NiTi形状记忆合金的研究人员提供有益参考。

关键词： NiTi合金形状记忆合金马氏体相变氢效应氢脆

增材制造TiB/Ti复合材料网状组织形成与力学性能

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材料工程 2024年第2期52卷 31-39页

作者：韩远飞方旻翰张亮孙中刚黄光法吕维洁上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海材料研究所上海3D打印材料工程技术研究中心上海200437 南京工业大学材料科学与工程学院先进材料研究院南京210009

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金,形成一种新型超细网状结构钛基复合材料(titanium matrix composites,TMCs)粉体,并采用激光增材制造技术,制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料,系统分析和讨论增材制... 详细信息

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金,形成一种新型超细网状结构钛基复合材料(titanium matrix composites,TMCs)粉体,并采用激光增材制造技术,制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料,系统分析和讨论增材制造TMCs超常凝固网状组织形成机制与力学特性。研究发现:增材制造TiB/Ti复合材料网状组织(约9μm)主要由原位自生纳米TiB晶须组成,呈现B27和Bf两种晶体结构;B元素的直接引入,易于在凝固界面形成成分过冷,不仅促使交替形成等轴网状组织和柱状网状结构,也同步细化基体晶粒尺寸,实现基体合金片层α相的等轴化。经原位力学观察分析发现,增材制造形成的原位自生纳米TiB网状组织结构,不仅能够抑制裂纹偏转并钝化裂纹,还将大量滑移迹线聚集于网络结构内部,并在晶界诱发高密度位错,限制材料的塑性变形,大幅度提高了复合材料的强度,增材制造TiB/Ti复合材料抗拉强度提高42%,伸长率保持在约10%。

关键词：增材制造钛基复合材料网状结构力学性能

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440 MPa级高强钢焊缝金属的断裂韧性

材料研究学报 2024年第2期38卷 151-160页

作者：曾道平安同邦郑韶先代海洋曹志龙马成勇钢铁研究总院焊接研究所北京100081 兰州交通大学材料科学与工程学院兰州730070

使用自研的Si-Mn-Ni气保护实心焊丝对440 MPa级高强钢进行MAG焊,并在系列温度下进行冲击试验、疲劳裂纹扩展速率试验和裂纹尖端张开位移试验,研究了焊缝金属的断裂韧性和显微组织对断裂韧性的影响。结果表明:焊缝金属的韧脆转变温度约为... 详细信息

使用自研的Si-Mn-Ni气保护实心焊丝对440 MPa级高强钢进行MAG焊,并在系列温度下进行冲击试验、疲劳裂纹扩展速率试验和裂纹尖端张开位移试验,研究了焊缝金属的断裂韧性和显微组织对断裂韧性的影响。结果表明:焊缝金属的韧脆转变温度约为-48.4℃;随着恒幅载荷(13~17 kN)的增大载荷循环次数N减小、疲劳寿命降低,且在应力强度因子范围ΔK相同的情况下疲劳裂纹扩展速率da/d N总体上随着恒幅载荷的增大而减小;焊缝金属的CTOD值δ为0.481~0.781 mm,有效特征值δ_(0.2BL)为0.5103 mm,CTOD值δ的离散系数仅为16.5%,表明焊缝金属的良好断裂韧性满足海洋工程的技术要求;阻碍裂纹扩展能力较强的针状铁素体使断裂韧性提高,而阻碍裂纹扩展能力较弱的准多边形铁素体和易诱发微裂纹的M-A组元使断裂韧性降低。

关键词：金属材料 440 MPa级高强钢焊缝金属断裂韧性显微组织

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镁合金电弧增材制造研究现状及展望

材料工程 2024年第2期52卷 16-30页

作者：刘宏杰刘文才孙家伟王茜瑶邝思羽吴国华上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电... 详细信息

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法,重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能,讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素,分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题,并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。

关键词：镁合金丝材制备电弧增材制造力学性能

水中溶解氧对低锡中铌锆合金氧化膜显微组织和电化学性能的影响

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机械工程材料 2024年第6期 11-17页

作者：王旭彤李九霄于一笑赵志伟郑锋欣曾奇锋刘庆冬上海工程技术大学材料科学与工程学院上海交通大学材料科学与工程学院上海大学材料科学与工程学院上海交通大学核科学与工程学院

在含溶解氧（质量浓度分别为300,1 000μg·L-1）环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验，研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化，并结合离位电化学检测表... 详细信息

在含溶解氧（质量浓度分别为300,1 000μg·L-1）环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验，研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化，并结合离位电化学检测表征了腐蚀后合金的电化学性能，分析了溶解氧对电化学性能的影响。结果表明：在含溶解氧环境中腐蚀时，合金表面氧化膜的厚度随时间呈线性增加，氧化膜内裂纹增多，氧化膜/基体界面起伏加剧；当溶解氧含量较高时，合金的腐蚀质量增加较大，表面氧化膜内裂纹较多。在含溶解氧环境中腐蚀130 d时，合金的自腐蚀电位和极化电阻最小，自腐蚀电流密度最大，其耐腐蚀性不仅与表面氧化膜厚度有关，还受氧化膜内缺陷影响；腐蚀300 d时，合金的阻抗谱呈多容抗弧特征，较高溶解氧含量下的容抗弧数量较多。

关键词：锆合金高温高压腐蚀氧化膜溶解氧电化学检测

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镍基高温合金反重力铸造压力曲线设计与验证

航空材料学报 2024年第2期44卷 143-150页

作者：隋大山麻晋源许圆王迪董安平孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院塑性成形技术与装备研究院上海200030 上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620 上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料与精密成形重点实验室上海200240

针对镍基高温合金反重力铸造工艺中传统压力曲线设计方法的不足,充分考虑铸件沿充型方向的变截面结构特征,通过CAD软件的二次开发,实现铸件截面积的自动计算,以定量化描述铸件的截面变化特征。基于伯努利方程和流量守恒方程,推导出充型... 详细信息

针对镍基高温合金反重力铸造工艺中传统压力曲线设计方法的不足,充分考虑铸件沿充型方向的变截面结构特征,通过CAD软件的二次开发,实现铸件截面积的自动计算,以定量化描述铸件的截面变化特征。基于伯努利方程和流量守恒方程,推导出充型压力与金属液面上升速度之间的关系,提出基于铸件截面积自动计算的新型压力曲线设计方法。在此基础上,对镍基高温合金铸件的反重力铸造过程进行数值分析。充型模拟结果表明:与传统压力曲线设计方法相比,新型设计方法确定的压力曲线能使最小截面处充型速度峰值由0.611 m/s降至0.439 m/s,降幅达28.15%,有效避免金属液震荡和飞溅;同时可缩短充型时间,确保金属液快速平稳充型。水力学实验和浇注实验表明,新型压力曲线的充型液面更平稳,能有效抑制铸造缺陷,证明新型压力曲线设计方法的有效性,为合理设计反重力压力曲线提供依据。

关键词：镍基高温合金反重力铸造压力曲线变截面数值模拟

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冷喷涂硬质合金耐磨涂层研究进展

表面技术 2024年第10期53卷 28-40页

作者：王明远李文亚徐雅欣雒晓涛西北工业大学材料学院陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室西安710072 西安交通大学材料科学与工程学院西安710049

硬质合金涂层具有高耐磨性与高耐腐蚀性等优势,因此广泛应用于冶金等领域的耐磨、耐蚀防护中。采用传统热喷涂技术制备硬质合金涂层,其高温会导致涂层材料产生相变、氧化、脱碳等问题,从而损害涂层的服役性能。冷喷涂技术作为一种新兴... 详细信息

硬质合金涂层具有高耐磨性与高耐腐蚀性等优势,因此广泛应用于冶金等领域的耐磨、耐蚀防护中。采用传统热喷涂技术制备硬质合金涂层,其高温会导致涂层材料产生相变、氧化、脱碳等问题,从而损害涂层的服役性能。冷喷涂技术作为一种新兴的涂层制备技术,具有低温的特点,可避免传统热喷涂方法所带来的涂层质量问题,成为硬质合金涂层制备的潜在技术。在简述冷喷涂技术原理及其沉积机理的基础上,综述了冷喷涂制备硬质合金耐磨涂层(如WC-Co、WC-Ni、Cr_(3)C_(2)-NiCr等),以及影响涂层硬度、耐磨性等力学性能的主要因素,包括硬质相、黏结相的种类、含量和尺寸等。综合比较了冷喷涂与超音速火焰喷涂制备的硬质合金涂层的耐磨性能,分析了后处理(喷后热处理、搅拌摩擦处理)对冷喷涂硬质合金涂层耐磨性的影响。最后,提出了冷喷涂技术在硬质合金耐磨涂层制备方面的局限性,并对未来发展进行了展望。

关键词：冷喷涂硬质合金涂层耐磨性后处理

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超音速火焰喷涂铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数与性能试验

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工程科学学报 2024年第5期46卷 844-852页

作者：毕然董安平孙益民马静娴王德成中国机械科学研究总院北京100044 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 安徽师范大学化学与材料科学学院芜湖241000

为了进一步深入研究铁基非晶涂层的制备和性能,利用人工神经网络和多因素多水平设计对超音速火焰喷涂技术制备的铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数和性能进行了优化,以期对铁基非晶涂层的实际应用提供参考.多因素多水平试验通过设计分析方... 详细信息

为了进一步深入研究铁基非晶涂层的制备和性能,利用人工神经网络和多因素多水平设计对超音速火焰喷涂技术制备的铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数和性能进行了优化,以期对铁基非晶涂层的实际应用提供参考.多因素多水平试验通过设计分析方法和设计实验参数,建立神经网络模型,研究了煤油量、氧气量、送粉率和喷涂距离四项工艺参数对涂层孔隙率、硬度、结合强度和沉积效率的影响规律.采用扫描电镜、透射电镜等手段表征了粉末及涂层的显微结构和内部微观组织形貌;采用X射线衍射仪、同步热分析仪等设备对粉末和涂层成分、相组成和非晶程度进行了观察分析.验证了工艺参数优化过程的计算机模拟结果,确定了最佳喷涂工艺参数范围,进一步提升了涂层的性能.讨论了喷涂过程中孔隙形成的微观过程和非晶纳米晶对涂层性能的影响机理.研究表明各工艺参数对涂层性能是多因素互相影响的,理论上最佳喷涂工艺参数为煤油量23 L·h^(-1)、氧气量51 L·h^(-1)、送粉率72 g·min^(-1)、喷涂距离280 mm,制备出的铁基非晶涂层厚度约为270μm、孔隙率约为1.3%、结合强度约为84 MPa、硬度约为1110 HV_(0.3).涂层非晶程度在80%左右,纳米晶尺寸为3~5 nm,涂层在600℃以下不会发生晶化过程.

关键词：超音速火焰喷涂多因素多水平试验设计方法神经网络喷涂工艺参数铁基非晶纳米晶