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基于晶界强化的多晶体点阵超材料设计与耐撞性研究
1
作者
罗耿
肖尧之
+1 位作者
薛凯峰
陈轶嵩
《汽车工程》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期2209-2219,共11页
点阵结构力学超材料由于其良好的力学特性及耐撞性,广泛地应用于各类防护结构。传统点阵材料多为周期性排布的规则多孔材料,受金属材料微观晶体结构启发,本文在点阵材料的设计中引入了随机的晶界结构,提出并采用3D打印技术制备了多晶体...
点阵结构力学超材料由于其良好的力学特性及耐撞性,广泛地应用于各类防护结构。传统点阵材料多为周期性排布的规则多孔材料,受金属材料微观晶体结构启发,本文在点阵材料的设计中引入了随机的晶界结构,提出并采用3D打印技术制备了多晶体点阵材料试件,进一步地,基于经试验验证的有限元模型开展了其耐撞性研究。研究结果表明:与单晶体点阵材料相比,当晶格角度相同时,多晶体点阵材料的比吸能提升较大,尤其在30°角度下提升了143%;多晶体点阵材料的晶粒尺寸、晶粒内晶格角度、晶粒随机度均会影响其耐撞性,当晶粒变小时,材料的吸能过程会更加平稳,但由于边界效应的影响,晶粒过小反而会加剧吸能过程中的波动;45°晶格角度与30°/60°随机晶格角度排列下的多晶体点阵材料有着平稳的吸能过程;随机度较大的多晶体点阵材料其能量吸收过程更加平稳。本文提出的新型多晶体点阵力学超材料可以有效地提高传统点阵材料的耐撞性,可为发展新型轻质点阵超材料的设计与优化提供指导。
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关键词
点阵结构
力学超材料
晶界强化
变形模式
能量吸收
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职称材料
W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用
2
作者
贾建
罗俊鹏
+3 位作者
张浩鹏
闫婷
侯琼
张义文
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第15期50-55,共6页
通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMat...
通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMatPro 6.5计算,利用SEM、EBSD和XRD分析W含量对热处理态锭坯显微组织(如晶粒尺寸、退火孪晶、γ′强化相及错配度)的影响,测试分析不同温度下合金的拉伸性能,通过经验公式量化分析各强化机制对合金室温屈服强度的贡献情况。结果表明,随着W含量增加,γ基体层错能明显降低,热处理态退火孪晶界Σ3数量增多;W促使晶内一次γ′强化相由立方状加速粗化为固态枝晶状,对γ′总量和二次、三次γ′的影响不大;W进入γ基体产生晶格畸变的程度大于γ′强化相,使得γ′/γ错配度呈下降趋势;W有助于提高室温和650~800℃拉伸强度,但略微降低塑性;W主要起固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化作用,其中固溶强化贡献相对最低,固溶强化时以强化γ基体为主,γ基体固溶强化和γ/γ′共格应变强化效果随W含量增加而减弱,W含量为6.1%时晶界强化效果最大;固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化贡献值总和不足室温屈服强度实测值的50%,合金以γ′相沉淀强化为主,测试值和计算值较为吻合。
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关键词
粉末高温合金
退火孪晶
错配度
层错能
固溶
强化
共格应变
强化
晶界强化
沉淀
强化
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职称材料
弥散强化铂基材料的研究现状
被引量:
7
3
作者
张吉明
耿永红
+2 位作者
陈松
管伟明
张昆华
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2009年第3期58-62,70,共6页
弥散强化铂基材料是一种先进的结构型与高温型贵金属复合材料,并且是玻璃纤维漏板材料发展的主要方向。综述了弥散强化铂基材料的制备方法及其优缺点,总结了目前弥散强化铂基材料中存在的固溶强化、晶界强化及弥散强化的强化机理及其研...
弥散强化铂基材料是一种先进的结构型与高温型贵金属复合材料,并且是玻璃纤维漏板材料发展的主要方向。综述了弥散强化铂基材料的制备方法及其优缺点,总结了目前弥散强化铂基材料中存在的固溶强化、晶界强化及弥散强化的强化机理及其研究进展,介绍了弥散强化铂基材料的组织结构特点及其蠕变特征、常温高温下的主要性能、应用以及新的发展动向,为弥散强化铂基材料的选择、研究以及工业化应用提供了参考依据。
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关键词
铂基材料
固溶
强化
晶界强化
弥散
强化
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职称材料
AI-RE合金的高温强化研究
被引量:
1
4
作者
侯爱琴
任建国
水丽
《兵器材料科学与工程》
CSCD
北大核心
1995年第4期19-22,72,共5页
研究了Al-RE合金的高温性能,用扫描电镜、电子探针对该合金的断口形貌和相成分进行了分析。结果表明,该合金在350~400℃的高温下仍具有优越的力学性能,比一般耐热铝合金的耐热温度提高50℃。这主要是因为合金中形成了...
研究了Al-RE合金的高温性能,用扫描电镜、电子探针对该合金的断口形貌和相成分进行了分析。结果表明,该合金在350~400℃的高温下仍具有优越的力学性能,比一般耐热铝合金的耐热温度提高50℃。这主要是因为合金中形成了多种高温稳定的稀土化合物相,这些化合物相呈放射状分布在晶界和枝晶间,可有效地阻碍高温下晶界的滑移。
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关键词
铝合金
稀土化合物
晶界强化
合金
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职称材料
国外铂材料强化技术
被引量:
2
5
作者
扬兴无
李小甫
《世界有色金属》
2003年第4期71-73,共3页
1 前言 铂具有如下重要性质:熔点高;对熔融玻璃、气体及盐类等的抗腐蚀性能良好;在熔融玻璃中很少分解或挥发,对玻璃的污染也很小;在高温下具有较高的延展性;良好的可成形性和可焊性;可完全再循环使用。作为结构材料,铂在许多高温领域,...
1 前言 铂具有如下重要性质:熔点高;对熔融玻璃、气体及盐类等的抗腐蚀性能良好;在熔融玻璃中很少分解或挥发,对玻璃的污染也很小;在高温下具有较高的延展性;良好的可成形性和可焊性;可完全再循环使用。作为结构材料,铂在许多高温领域,如空间技术、化学、玻璃及催化剂等领域中都有许多重要用途。
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关键词
铂
固溶
强化
形变
强化
晶界强化
第二相
强化
金属间化合物
强化
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职称材料
Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响
被引量:
1
6
作者
王旭成
黄元春
《材料工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期130-139,共10页
传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯...
传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析。通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化。板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致。针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导。
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关键词
AL-MG-SI合金
双辊铸轧
微观表征
晶界强化
热力学计算
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职称材料
Sr在耐热镁合金中的应用及研究进展
被引量:
11
7
作者
张娜
程仁菊
+4 位作者
董含武
刘文君
詹俊
蒋斌
潘复生
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第15期2565-2571,共7页
镁合金是国际上公认的最有潜力的轻量化材料之一,被誉为“21世纪绿色工程金属”。它的推广应用解决了我国关键装备和重大工程的轻量化问题,缓解了我国日益严峻的环境和能源危机。然而,镁合金强度偏低,尤其是高温强度和抗蠕变性能差,严...
镁合金是国际上公认的最有潜力的轻量化材料之一,被誉为“21世纪绿色工程金属”。它的推广应用解决了我国关键装备和重大工程的轻量化问题,缓解了我国日益严峻的环境和能源危机。然而,镁合金强度偏低,尤其是高温强度和抗蠕变性能差,严重阻碍了其发展与应用。因此,常在镁合金中加入不同的合金元素来改善镁合金的微观组织和高温性能,其中价格低廉的碱土金属Sr就是一种提高镁合金高温性能的合金化元素。Sr可以提高镁固溶体的熔点,其在镁合金中扩散缓慢且具有较低的密度,因而在耐热镁合金中得到了广泛的应用。近年来,研究者们主要从Sr元素的成分优化及Sr与其他合金元素的合理搭配方面不断尝试,并取得了丰硕的成果,在适当添加元素Sr及/或其他元素后,耐热镁合金的高温性能得到了改善。目前较常用的镁合金系列有Mg-Al系、Mg-Zn系和Mg-RE系等。对Mg-Al系而言,向镁合金中加入碱土元素Sr,除了起到细晶强化的作用外,还可以在晶界处形成新相,该相具有高的熔点和热稳定性,能阻止高温下镁合金晶粒的长大和晶界的滑移,起到晶界强化的作用,从而明显提高镁合金的高温性能和抗蠕变能力。对Mg-Zn系而言,在铸态Mg-Zn合金中添加Sr元素后,合金的强度均获得一定程度的提高,但是塑性较低。因此研究者越来越关注Sr元素对变形镁合金性能的影响。在变形Mg-Zn合金中添加适量碱土元素Sr,除了起到细晶强化作用外,晶界处会析出Mg-Zn-Sr三元相,其具有更高的热稳定性,能够钉扎晶界,起到晶界强化的作用,提高镁合金的高温力学性能,同时使变形镁合金的塑性也得到提高。对Mg-RE系而言,加入适量的碱土元素Sr,不仅可降低实验成本,而且对合金的组织有很好的细化效果,第二相含量增加并且在晶界处分布更加均匀,使镁合金的高温力学性能得到提高。本文归纳了碱土元素Sr在Mg-Al系、Mg-Zn系和Mg-RE系耐热镁合金中的应用情况以及研究进展,分析讨论了碱土元素Sr改善镁合金高温性能的强化机制,指出了含Sr耐热镁合金目前存在的问题,并对其今后的发展方向进行了展望,为提高耐热镁合金的高温性能提供参考。
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关键词
SR
镁合金
耐热
强化
机制
晶粒细化
固溶度
晶界强化
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职称材料
新型汽车用Q&P钢的研究现状与发展趋势
被引量:
15
8
作者
杜金亮
冯运莉
张颖隆
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第15期15189-15196,15204,共9页
随着大气环境问题的日益加剧且全球范围面临着能源危机,在未来的几十年里,节能减排仍然是全球性的研究主题。汽车行业被要求在不降低安全性的前提下减轻车身质量,以达到节能减排的目的。汽车的轻量化推动先进高强钢从第一代发展到如今...
随着大气环境问题的日益加剧且全球范围面临着能源危机,在未来的几十年里,节能减排仍然是全球性的研究主题。汽车行业被要求在不降低安全性的前提下减轻车身质量,以达到节能减排的目的。汽车的轻量化推动先进高强钢从第一代发展到如今的第三代。先进高强钢主要通过合金成分设计、热轧、冷轧、热处理等工艺的配合对其微观结构进行调控来实现轻量化和安全性,且其内部变形机制研究更有助于把握性能调控过程。第一代、第二代汽车用钢的弊端主要有以下两方面:一方面,主要以铁素体等软相作为基体,导致钢的综合力学性能差,难以实现真正的轻量化;另一方面,第二代汽车钢性能的提升是以大量合金元素的添加为代价,生产成本较高,而且在商业化大生产当中铸造、热处理等工艺难以精细控制,存在诸多弊端。因此,第三代汽车钢得到良性的发展,其综合力学性能填补了第一代与第二代汽车钢之间的空白。Q&P钢作为典型代表,利用淬火-配分工艺,对多相、亚稳态和多尺度的微结构进行精细控制,可以获得马氏体、铁素体和奥氏体的混合组织。与第二代相比,第三代汽车钢的合金元素含量更低,满足了降低成本的要求。面心立方(FCC)与体心立方(BCC)的混合结构使得第三代汽车钢具有高强塑积(抗拉强度×延伸率)的特点,它的性能已接近时代汽车用钢的目标水平。本文概述了新型汽车用Q&P钢的发展历程,介绍了合金元素的作用、成型时的回弹,按照热处理工艺参数顺序(加热温度、淬火温度、配分温度、配分时间)阐述了工艺优化的内在原理。总结了塑性变形的强韧机制——“四种效应、两种机制”,思考了Q&P钢动态力学性能对工程实际应用的重要性,根据重大研究成果提出新的Q&P钢强化建议——晶界相变强化。最后描述了当前Q&P钢基础理论研究和工业化发展所面临的问题,并对该领域进行了展望。
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关键词
Q&P钢
晶界
相变
强化
强韧机制
动态力学性能
回弹性
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职称材料
题名
基于晶界强化的多晶体点阵超材料设计与耐撞性研究
1
作者
罗耿
肖尧之
薛凯峰
陈轶嵩
机构
长安大学汽车学院
出处
《汽车工程》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期2209-2219,共11页
基金
国家重点研发计划子课题(2021YFB2501202)
国家自然科学基金(52302427)
长安大学中央高校基金(300102223101)资助。
文摘
点阵结构力学超材料由于其良好的力学特性及耐撞性,广泛地应用于各类防护结构。传统点阵材料多为周期性排布的规则多孔材料,受金属材料微观晶体结构启发,本文在点阵材料的设计中引入了随机的晶界结构,提出并采用3D打印技术制备了多晶体点阵材料试件,进一步地,基于经试验验证的有限元模型开展了其耐撞性研究。研究结果表明:与单晶体点阵材料相比,当晶格角度相同时,多晶体点阵材料的比吸能提升较大,尤其在30°角度下提升了143%;多晶体点阵材料的晶粒尺寸、晶粒内晶格角度、晶粒随机度均会影响其耐撞性,当晶粒变小时,材料的吸能过程会更加平稳,但由于边界效应的影响,晶粒过小反而会加剧吸能过程中的波动;45°晶格角度与30°/60°随机晶格角度排列下的多晶体点阵材料有着平稳的吸能过程;随机度较大的多晶体点阵材料其能量吸收过程更加平稳。本文提出的新型多晶体点阵力学超材料可以有效地提高传统点阵材料的耐撞性,可为发展新型轻质点阵超材料的设计与优化提供指导。
关键词
点阵结构
力学超材料
晶界强化
变形模式
能量吸收
Keywords
lattice structure
metamaterial
grain boundary strengthening
deformation mode
energy absorption
分类号
U465 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用
2
作者
贾建
罗俊鹏
张浩鹏
闫婷
侯琼
张义文
机构
钢铁研究总院有限公司高温材料研究所
北京钢研高纳科技股份有限公司
中国航发南方工业有限公司
出处
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第15期50-55,共6页
基金
国家重点研发计划(2022YFB3404502)。
文摘
通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMatPro 6.5计算,利用SEM、EBSD和XRD分析W含量对热处理态锭坯显微组织(如晶粒尺寸、退火孪晶、γ′强化相及错配度)的影响,测试分析不同温度下合金的拉伸性能,通过经验公式量化分析各强化机制对合金室温屈服强度的贡献情况。结果表明,随着W含量增加,γ基体层错能明显降低,热处理态退火孪晶界Σ3数量增多;W促使晶内一次γ′强化相由立方状加速粗化为固态枝晶状,对γ′总量和二次、三次γ′的影响不大;W进入γ基体产生晶格畸变的程度大于γ′强化相,使得γ′/γ错配度呈下降趋势;W有助于提高室温和650~800℃拉伸强度,但略微降低塑性;W主要起固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化作用,其中固溶强化贡献相对最低,固溶强化时以强化γ基体为主,γ基体固溶强化和γ/γ′共格应变强化效果随W含量增加而减弱,W含量为6.1%时晶界强化效果最大;固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化贡献值总和不足室温屈服强度实测值的50%,合金以γ′相沉淀强化为主,测试值和计算值较为吻合。
关键词
粉末高温合金
退火孪晶
错配度
层错能
固溶
强化
共格应变
强化
晶界强化
沉淀
强化
Keywords
powder metallurgy superalloy
annealing twin boundaries
lattice mismatch
stacking fault energy
solid solution strengthening
coherent strain strengthening
grain boundary strengthening
precipitation strengthening
分类号
TF803.21 [冶金工程—有色金属冶金]
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职称材料
题名
弥散强化铂基材料的研究现状
被引量:
7
3
作者
张吉明
耿永红
陈松
管伟明
张昆华
机构
昆明贵金属研究所
出处
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2009年第3期58-62,70,共6页
基金
云南省基金资助项目(2007E125M)
国家重点基础研究发展计划(2008CB617609)
云南省中青年学术带头人后备人才项目(2006py01-42)
文摘
弥散强化铂基材料是一种先进的结构型与高温型贵金属复合材料,并且是玻璃纤维漏板材料发展的主要方向。综述了弥散强化铂基材料的制备方法及其优缺点,总结了目前弥散强化铂基材料中存在的固溶强化、晶界强化及弥散强化的强化机理及其研究进展,介绍了弥散强化铂基材料的组织结构特点及其蠕变特征、常温高温下的主要性能、应用以及新的发展动向,为弥散强化铂基材料的选择、研究以及工业化应用提供了参考依据。
关键词
铂基材料
固溶
强化
晶界强化
弥散
强化
Keywords
platinum-based materials, soild solution strengthening, grain boundary strengthening, dispersion strengthening
分类号
TB331 [一般工业技术—材料科学与工程]
TQ241.1 [化学工程—有机化工]
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职称材料
题名
AI-RE合金的高温强化研究
被引量:
1
4
作者
侯爱琴
任建国
水丽
机构
沈阳工业学院
出处
《兵器材料科学与工程》
CSCD
北大核心
1995年第4期19-22,72,共5页
文摘
研究了Al-RE合金的高温性能,用扫描电镜、电子探针对该合金的断口形貌和相成分进行了分析。结果表明,该合金在350~400℃的高温下仍具有优越的力学性能,比一般耐热铝合金的耐热温度提高50℃。这主要是因为合金中形成了多种高温稳定的稀土化合物相,这些化合物相呈放射状分布在晶界和枝晶间,可有效地阻碍高温下晶界的滑移。
关键词
铝合金
稀土化合物
晶界强化
合金
Keywords
Al alloy, RE compounds, strengthening of crystal boundary
分类号
TG146.21 [金属学及工艺—金属材料]
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职称材料
题名
国外铂材料强化技术
被引量:
2
5
作者
扬兴无
李小甫
出处
《世界有色金属》
2003年第4期71-73,共3页
文摘
1 前言 铂具有如下重要性质:熔点高;对熔融玻璃、气体及盐类等的抗腐蚀性能良好;在熔融玻璃中很少分解或挥发,对玻璃的污染也很小;在高温下具有较高的延展性;良好的可成形性和可焊性;可完全再循环使用。作为结构材料,铂在许多高温领域,如空间技术、化学、玻璃及催化剂等领域中都有许多重要用途。
关键词
铂
固溶
强化
形变
强化
晶界强化
第二相
强化
金属间化合物
强化
分类号
TG146.33 [金属学及工艺—金属材料]
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职称材料
题名
Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响
被引量:
1
6
作者
王旭成
黄元春
机构
中南大学机电工程学院
中南大学轻合金研究院
出处
《材料工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期130-139,共10页
基金
国家自然科学基金项目(51575539)。
文摘
传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析。通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化。板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致。针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导。
关键词
AL-MG-SI合金
双辊铸轧
微观表征
晶界强化
热力学计算
Keywords
Al-Mg-Si alloy
twin-rolling casting
microstructure characterization
grain boundary strengthening
thermodynamic calculation
分类号
TG166.3 [金属学及工艺—热处理]
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职称材料
题名
Sr在耐热镁合金中的应用及研究进展
被引量:
11
7
作者
张娜
程仁菊
董含武
刘文君
詹俊
蒋斌
潘复生
机构
重庆市科学技术研究院
重庆大学材料科学与工程学院
出处
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第15期2565-2571,共7页
基金
重庆市重点产业共性关键技术创新专项项目(cstc2017zdcy-zdzxX0006)
国家重点研发项目(2016YFB0301100)
+3 种基金
国家青年科学基金项目(51504052)
重庆市基本科研业务费项目(2017cstc-jbky-00102)
重庆市科研院所绩效激励引导专项项目(cstc2018jxjl0192)
重庆市技术创新与应用示范重大主题专项项目(cstc2018jszx-cyzdx0082)~~
文摘
镁合金是国际上公认的最有潜力的轻量化材料之一,被誉为“21世纪绿色工程金属”。它的推广应用解决了我国关键装备和重大工程的轻量化问题,缓解了我国日益严峻的环境和能源危机。然而,镁合金强度偏低,尤其是高温强度和抗蠕变性能差,严重阻碍了其发展与应用。因此,常在镁合金中加入不同的合金元素来改善镁合金的微观组织和高温性能,其中价格低廉的碱土金属Sr就是一种提高镁合金高温性能的合金化元素。Sr可以提高镁固溶体的熔点,其在镁合金中扩散缓慢且具有较低的密度,因而在耐热镁合金中得到了广泛的应用。近年来,研究者们主要从Sr元素的成分优化及Sr与其他合金元素的合理搭配方面不断尝试,并取得了丰硕的成果,在适当添加元素Sr及/或其他元素后,耐热镁合金的高温性能得到了改善。目前较常用的镁合金系列有Mg-Al系、Mg-Zn系和Mg-RE系等。对Mg-Al系而言,向镁合金中加入碱土元素Sr,除了起到细晶强化的作用外,还可以在晶界处形成新相,该相具有高的熔点和热稳定性,能阻止高温下镁合金晶粒的长大和晶界的滑移,起到晶界强化的作用,从而明显提高镁合金的高温性能和抗蠕变能力。对Mg-Zn系而言,在铸态Mg-Zn合金中添加Sr元素后,合金的强度均获得一定程度的提高,但是塑性较低。因此研究者越来越关注Sr元素对变形镁合金性能的影响。在变形Mg-Zn合金中添加适量碱土元素Sr,除了起到细晶强化作用外,晶界处会析出Mg-Zn-Sr三元相,其具有更高的热稳定性,能够钉扎晶界,起到晶界强化的作用,提高镁合金的高温力学性能,同时使变形镁合金的塑性也得到提高。对Mg-RE系而言,加入适量的碱土元素Sr,不仅可降低实验成本,而且对合金的组织有很好的细化效果,第二相含量增加并且在晶界处分布更加均匀,使镁合金的高温力学性能得到提高。本文归纳了碱土元素Sr在Mg-Al系、Mg-Zn系和Mg-RE系耐热镁合金中的应用情况以及研究进展,分析讨论了碱土元素Sr改善镁合金高温性能的强化机制,指出了含Sr耐热镁合金目前存在的问题,并对其今后的发展方向进行了展望,为提高耐热镁合金的高温性能提供参考。
关键词
SR
镁合金
耐热
强化
机制
晶粒细化
固溶度
晶界强化
Keywords
strontium
magnesium alloy
heat resistance
strengthening mechanisms
grain refining
solid solubility
grain boundary strengthening
分类号
TG146.2 [金属学及工艺—金属材料]
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职称材料
题名
新型汽车用Q&P钢的研究现状与发展趋势
被引量:
15
8
作者
杜金亮
冯运莉
张颖隆
机构
华北理工大学冶金与能源学院
出处
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第15期15189-15196,15204,共9页
基金
国家自然科学基金委面上项目(51974134,51674123)
河北省自然科学基金重点项目(E2017209237)。
文摘
随着大气环境问题的日益加剧且全球范围面临着能源危机,在未来的几十年里,节能减排仍然是全球性的研究主题。汽车行业被要求在不降低安全性的前提下减轻车身质量,以达到节能减排的目的。汽车的轻量化推动先进高强钢从第一代发展到如今的第三代。先进高强钢主要通过合金成分设计、热轧、冷轧、热处理等工艺的配合对其微观结构进行调控来实现轻量化和安全性,且其内部变形机制研究更有助于把握性能调控过程。第一代、第二代汽车用钢的弊端主要有以下两方面:一方面,主要以铁素体等软相作为基体,导致钢的综合力学性能差,难以实现真正的轻量化;另一方面,第二代汽车钢性能的提升是以大量合金元素的添加为代价,生产成本较高,而且在商业化大生产当中铸造、热处理等工艺难以精细控制,存在诸多弊端。因此,第三代汽车钢得到良性的发展,其综合力学性能填补了第一代与第二代汽车钢之间的空白。Q&P钢作为典型代表,利用淬火-配分工艺,对多相、亚稳态和多尺度的微结构进行精细控制,可以获得马氏体、铁素体和奥氏体的混合组织。与第二代相比,第三代汽车钢的合金元素含量更低,满足了降低成本的要求。面心立方(FCC)与体心立方(BCC)的混合结构使得第三代汽车钢具有高强塑积(抗拉强度×延伸率)的特点,它的性能已接近时代汽车用钢的目标水平。本文概述了新型汽车用Q&P钢的发展历程,介绍了合金元素的作用、成型时的回弹,按照热处理工艺参数顺序(加热温度、淬火温度、配分温度、配分时间)阐述了工艺优化的内在原理。总结了塑性变形的强韧机制——“四种效应、两种机制”,思考了Q&P钢动态力学性能对工程实际应用的重要性,根据重大研究成果提出新的Q&P钢强化建议——晶界相变强化。最后描述了当前Q&P钢基础理论研究和工业化发展所面临的问题,并对该领域进行了展望。
关键词
Q&P钢
晶界
相变
强化
强韧机制
动态力学性能
回弹性
Keywords
Q&P steel
grain boundary transformation strengthening
strong mechanism
dynamic mechanical properties
resilience
分类号
TG142 [金属学及工艺—金属材料]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于晶界强化的多晶体点阵超材料设计与耐撞性研究
罗耿
肖尧之
薛凯峰
陈轶嵩
《汽车工程》
EI
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
2
W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用
贾建
罗俊鹏
张浩鹏
闫婷
侯琼
张义文
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
3
弥散强化铂基材料的研究现状
张吉明
耿永红
陈松
管伟明
张昆华
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2009
7
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职称材料
4
AI-RE合金的高温强化研究
侯爱琴
任建国
水丽
《兵器材料科学与工程》
CSCD
北大核心
1995
1
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职称材料
5
国外铂材料强化技术
扬兴无
李小甫
《世界有色金属》
2003
2
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职称材料
6
Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响
王旭成
黄元春
《材料工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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职称材料
7
Sr在耐热镁合金中的应用及研究进展
张娜
程仁菊
董含武
刘文君
詹俊
蒋斌
潘复生
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
11
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职称材料
8
新型汽车用Q&P钢的研究现状与发展趋势
杜金亮
冯运莉
张颖隆
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
15
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