2010年30卷3期

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论文
Ti-Mo合金β结构稳定性及理论强度的第一性原理研究
贾晓, 李金山, 唐斌, 寇宏超, 周中波, 常辉, 朱知寿, 周廉
2010, 30(3): 1-4.
[摘要](26) [PDF 912KB](0)
摘要:
应用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波法和超晶胞法对Mo含量(原子分数)为6.25%~37.5%的Ti-Mo二元合金的结合能和电子结构进行了计算;通过晶胞拉伸变形过程中单原子结合能随拉伸方向晶格常数的变化曲线计算出了合金成分为Ti15Mo1,Ti14Mo2,Ti13Mo3,Ti12Mo4,Ti11Mo5和Ti10Mo6的Ti-Mo二元合金在单向拉伸状态下的理论强度。研究了Mo元素对增强β钛合金稳定性,提高β钛合金强度的作用及作用机理。结果表明:随着Mo元素含量的增加,Ti-Mo二元合金β相的稳定性和理论强度都有明显提高;态密度的分析表明,Ti,Mo成键作用的加强导致了合金理论强度的提高。
铝锌镁钪合金铸锭均匀化和基于BP神经网络的铸锭均匀化性能预测
邓英, 尹志民, 何振波, 石凯
2010, 30(3): 5-9.
[摘要](23) [PDF 1517KB](0)
摘要:
采用硬度、电导率测量和X射线物相分析技术研究了铝锌镁钪合金铸锭均匀化处理过程中组织和性能的变化规律,结果表明,铸态合金过饱和程度高,合金电导率较低而硬度较高;铸锭均匀化处理过程中,随均匀化温度升高,T相先大量析出后逐渐回溶入固溶体基体,基体固溶度先降后升,合金电导率先升后降,合金硬度则先降后升,更高温度均匀化,晶粒粗化,硬度又下降。在此基础上,运用Matlab神经网络工具箱进行BP神经网络设计,采用改进的BP网络Levenberg-Marquardt算法对权值和阈值进行训练,建立了铝锌镁钪合金均匀化工艺参数到性能预测的BP神经网络模型。实验验证结果表明,该模型计算值与实验值吻合精度高,泛化检测点电导率相对误差≤±0.23%,硬度相对误差≤±1.90%,可有效预测和分析均匀化工艺对铝锌镁钪合金性能的影响,为优化均匀化工艺、降低试验成本提供一种新方法。
三维MiLE算法模型模拟连铸结晶器内的板坯凝固过程
薛建国, 金学伟, 姚耕耘
2010, 30(3): 10-13.
[摘要](24) [PDF 912KB](0)
摘要:
建立了热流力耦合的三维非稳态有限元模型,对结晶器内钢水凝固过程中的传热、流动和变形情况进行了模拟。以尺寸为1.2mm×0.2m的Q235B板坯为研究对象,利用Procast软件的二次开发,求解出了结晶器区域内的温度场、流场和应变分布。计算结果表明,铸坯收缩量在不同方向上存在不同的分布状态。考虑气隙产生对传热的影响时,结晶器出口铸坯表面平均温度由1120.5℃增加到1289.7℃,坯壳厚度由16.1mm减少到14.2mm。
大变形异步叠轧技术制备高强高导超细晶铜材研究
王军丽, 史庆南, 钱天才, 王绍华, 杨喜昆
2010, 30(3): 14-18.
[摘要](22) [PDF 668KB](0)
摘要:
采用大变形异步叠轧并结合退火处理制备出了超细晶铜材。讨论了大变形异步叠轧的搓轧区、界面以及变形量等技术特征,测试了超细晶铜材的组织及性能。结果表明,搓轧区的存在促进了界面的复合和晶粒的细化;纯铜经过室温六道次AARB变形(累积真应变4.01)后,包含有许多亚结构,之后再经过220℃/35min退火处理,亚结构消失,获得了平均晶粒大小为200nm、抗拉强度、屈服强度分别为424.5MPa,323.1MPa、电导率为76.3 MS·m-1的高强高导超细晶铜;晶界面积的增加提高了超细晶铜的显微硬度;超细晶粒的变形不均匀性小和应力集中小,使得超细晶铜的塑性好、强度高;超细晶铜材的塑性变形机制受晶界行为控制。
TC21钛合金慢速冷却过程中的相组成及组织演化
党薇, 薛祥义, 寇宏超, 常辉, 李金山, 张丰收, 周廉
2010, 30(3): 19-23.
[摘要](30) [PDF 2451KB](0)
摘要:
采用X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜研究了TC21合金自β相区慢速冷却过程中相组成及微观组织变化。结果表明:慢速冷却过程中,TC21合金主要的相转变为β→α,且有少量金属间化合物,如Ti2AlNb(O)相和Ti2AlNb(B2)相析出;以1℃/min速率冷却过程中,α相在晶界形核,并向晶内长大,晶粒内部没有形核,形成全片层组织,以5℃/min速率冷却过程中,晶界与晶内均形核,并竞争生长,形成有少量网篮状形貌的片层组织;冷却速率对合金室温态组织特征(α片层厚度、α集束大小、α片层体积分数)的影响很大,随着冷却速率的增大,α片层厚度、α集束、α片层体积分数均减小。
Re对定向凝固Ni基高温合金组织及性能的影响
张俊, 张爱斌, 谭永宁, 贾新云
2010, 30(3): 24-27.
[摘要](19) [PDF 1593KB](0)
摘要:
采用真空感应熔炼和定向凝固重熔技术制备了不同Re含量的Ni基高温合金试样,分析了合金微观组织,测试了热处理后其室温拉伸和高温持久性能。结果表明:Re主要分布于γ基体中,在γ′强化相中分布很少。随着Re含量的增加,γ+γ′共晶体积分数略有增多,枝晶杆γ′细化明显。热处理后γ′立方化程度增加,共晶相含量明显减少。Re的加入显著提高了合金的室温拉伸屈服强度和高温持久寿命,但室温和高温塑性有所降低。Re主要通过固溶在γ基体中来阻碍γ′粗化,增大错配度,从而提高合金综合性能。
高能球磨及热压合成Al2O3/Ti3AlC2复合材料显微机理分析
刘波波, 王芬, 朱建锋, 李亚玲, 崔向炀
2010, 30(3): 28-31.
[摘要](23) [PDF 865KB](3)
摘要:
以Ti,Al和活性炭粉为主要原料,利用高能球磨及热压烧结工艺在1200℃合成Al2O3/Ti3AlC2复合材料,复合材料是在Ti3AlC2层状材料的制备过程中同时被合成。研究了在Ti-Al-C体系中,烧结温度对反应产物的影响,并重点分析了反应机理及材料微观结构对性能的影响。结果表明:通过高能球磨使的Ti3AlC2的烧结温度降低,在1200℃热压烧结时得到了物相比较均匀的、致密的Al2O3/Ti3AlC2复合材料;通过XRD,DSC和SEM测试,分析了Al2O3/Ti3AlC2复合材料的相组成及显微结构,发现Al2O3以颗粒形式均匀地分布在Ti3AlC2基体中,起到弥散增强的效果,并通过阻碍Ti3AlC2表面微裂纹的扩展使裂纹在断裂扩展过程中中断,起到微裂纹增韧效果,大大提高了复合材料的力学性能。
高温压缩对高体份SiCp/Al复合材料组织的影响
曾莉, 王小俐, 崔岩, 任学平
2010, 30(3): 32-37.
[摘要](30) [PDF 2216KB](0)
摘要:
采用无压浸渗法制备出结构/热控一体化的高体份(~55%)SiCp/Al复合材料。对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验。利用XRD和SEM观察分析了高温压缩参数对复合材料相组成及组织形态的影响。研究结果表明:高温压缩后高体份SiCp/Al复合材料的相组成仍为Al,SiC及少量Si和Mg2Si,该复合材料具有较好的高温稳定性;高体份SiCp/Al复合材料高温压缩变形后,基体仍保持连续,颗粒在压力作用下会翻转、部分颗粒会破碎,颗粒尺寸及分布均匀性等组织特性受高温变形参数控制。随着变形温度的升高和应变速率的减小,SiC颗粒的尺寸一致性、圆整度及分布均匀性有所提高;高体份SiCp/Al能复合材料在基体熔点以上的材料状态可视为粘流体,并可认为其具有一定的流动性。变形温度和应变速率对复合材料流动性的影响,使复合材料高温压缩后组织特性呈现四个阶段。
空心石英纤维增强氮化物基低介电复合材料的制备及其性能
邹晓蓉, 张长瑞, 王思青, 曹峰, 李斌, 宋阳曦
2010, 30(3): 38-42.
[摘要](24) [PDF 668KB](0)
摘要:
以环硼氮烷和全氢聚硅氮烷组成的混杂先驱体为原料,采用先驱体浸渍-裂解工艺制备了空心石英纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,研究了裂解温度对复合材料的致密化、力学性能、介电性能和断口显微形貌的影响。结果表明,当裂解温度从300℃提高到500℃时,复合材料的密度逐渐增大,材料的弹性模量随之提高,而其弯曲强度先增后减。当裂解温度为400℃时,复合材料表现出最高抗弯强度(132.4MPa),这源于较小的纤维损伤以及基体和纤维之间良好的界面结合状态。随着裂解温度的提高,复合材料的介电常数也逐渐增大,但三种温度下制备的复合材料均具有较低的介电常数(2.60~3.01)和较低的损耗角正切值(小于5×10-3),材料良好的介电性能源于介电性能优异的高纯度空心石英纤维增强相和较低密度的无碳氮化物基体。
碳纤维表面性质分析及其对复合材料界面性能的影响
石峰晖, 代志双, 张宝艳
2010, 30(3): 43-47.
[摘要](27) [PDF 1694KB](1)
摘要:
研究了T300-3K和T300-6K碳纤维的表面物理和化学特性,并对其与环氧树脂复合材料体系的界面性能进行了测试与分析。结果表明T300-6K碳纤维表面的O/C比和活性碳原子比例均高于T300-3K碳纤维。T300-6K碳纤维表面沟槽深度、宽度和长度均大于T300-3K碳纤维但表面粗糙度较小。T300-6K碳纤维环氧树脂体系的界面剪切强度与相应的T300-3K体系基本相当。
注射成型和注射压缩成型角窗的残余应力比较
陈宇宏, 袁渊, 李曦, 詹茂盛
2010, 30(3): 48-54.
[摘要](23) [PDF 2357KB](0)
摘要:
基于粘性流体力学基本方程和粘度模型,建立了注射成型和注射压缩成型的残余应力计算模型,然后对角窗的注射成型和注射压缩成型进行了计算模拟,结果表明,注射成型角窗的残余应力大,且分布范围宽;注射压缩成型角窗的残余应力相对较小,且分布范围较窄,这种特征与注射压缩成型时熔体流动阻力小、型腔压力和体积温度分布均匀有关。最后采用偏振光法对实际注射成型和注射压缩成型角窗的应力分布进行了测试,进一步验证了注射压缩成型制品的低残余应力特点。
水发泡剂对聚酰亚胺泡沫结构与性能的影响
詹茂盛, 许小强, 潘玲英
2010, 30(3): 55-60.
[摘要](26) [PDF 1992KB](0)
摘要:
采用一步法制备了一种聚酰亚胺(PI)泡沫,研究了水含量对聚酰亚胺泡沫结构和性能的影响规律。采用红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)分别表征了聚酰亚胺泡沫的分子结构和泡孔结构;采用热机械分析(TMA)和热失重分析(TGA)分别测试了聚酰亚胺泡沫的玻璃化转变温度和热稳定性;采用双通道声学分析仪测试了聚酰亚胺泡沫的吸声性能。研究表明:在所研究的水含量范围内,用水含量对聚酰亚胺泡沫的分子结构、玻璃化转变温度和热失重性能几乎无影响;驻波管法测得PI泡沫的平均吸声系数最大为0.44;玻璃化转变温度为294.7~295.6℃,热失重5%时的温度大于377.5℃,800℃时的残余质量大于49.6%。
PI/SiO2复合薄膜导热性能理论预测和实验验证
蔡岸, 杨莉萍, 雒彩云, 陈江平, 奚同庚
2010, 30(3): 61-65.
[摘要](27) [PDF 544KB](0)
摘要:
在对复合材料导热性能的多种预测模型进行理论分析和对比研究的基础上,应用自行研制的亚微米/微米薄膜材料热性能测试仪和差示扫描量热仪(DSC)对聚酰亚胺(PI)及其复合薄膜PI/SiO2的热扩散率和比热进行了实验研究,通过导热系数实测值和模型预测值的对比,显示预测模型中考虑填充颗粒尺寸分布的Sorin模型预测值与实验值更为吻合。理论预测和实验研究均表明,在20~160℃温区内,PI/SiO2的导热系数随着SiO2添加量的增加和温度升高呈现明显增大的趋势。
十八烷-棕榈酸/膨胀石墨相变储能材料的制备与性能
马烽, 李艳, 程立媛, 陈明辉
2010, 30(3): 66-69.
[摘要](24) [PDF 823KB](0)
摘要:
以十八烷和棕榈酸的低共熔物作相变材料,膨胀石墨为基体,采用真空浸渗方法,制备出十八烷-棕榈酸/膨胀石墨相变储能材料。由于膨胀石墨的多孔结构,其毛细作用力和表面张力使得相变材料在发生固液相变的过程中,失去了流动性。采用DSC,ESEM、熔化凝固过程分析对相变储能材料进行了结构和热性能研究。结果表明,癸酸-月桂酸被有效地包封在多孔石墨孔内,膨胀石墨作为基体材料,较大的提高了相变材料的导热率,同时该储能材料还具有较高的相变潜热和较好的热稳定性,可被应用于储能和热能回收系统中。
DD3单晶的Hill屈服准则应用研究
赵萍, 何清华, 李维, 陆波, 丁智平
2010, 30(3): 70-73.
[摘要](21) [PDF 1146KB](0)
摘要:
将Hill屈服准则用于DD3单晶不同温度不同取向的屈服应力预测,结果表明:Hill屈服准则中材料参数的选择对计算结果有很大的影响,且不能同时准确预测单晶三个主要承载方向的屈服强度。根据单晶材料的屈服特点,考虑到单晶材料在任意方向上剪应力及其相互作用对屈服强度的影响,通过在Hill屈服函数中加入一修正项建立了适用于单晶的新屈服函数,能对晶体取向为[001],[011]和[111]的屈服强度进行非常准确的预测,在其它方向上结果也比较满意。
飞-续-飞谱下7B04-T6铝合金裂纹扩展规律试验研究
梁超, 贺小帆
2010, 30(3): 74-77.
[摘要](31) [PDF 556KB](0)
摘要:
为确定单机飞-续-飞谱下的裂纹扩展规律,采用7B04-T6铝合金CCT试件进行了两种应力比下的等幅谱裂纹扩展试验、三种单机飞-续-飞谱下的裂纹扩展试验。给出了等幅谱下裂纹稳定扩展阶段的Paris公式拟合参数;飞-续-飞谱下裂纹扩展数据以块为单位,参照Paris公式,给出了裂纹稳定扩展阶段的拟合参数。结果表明,飞-续-飞谱下Paris公式中的指数n与谱明显相关,可反映飞-续-飞谱的强度。
测试定向有机玻璃层间剪切强度的影响因素分析
陈洁
2010, 30(3): 78-81.
[摘要](22) [PDF 830KB](0)
摘要:
分析了试验速率、试样厚度、取样方向等测试因素对定向有机玻璃层间剪切强度的影响。结果表明,剪切速度越高,剪切强度越大,剪切速度为1~5mm/min时,试样为纯剪切破断,试验过程平稳、易控制;试样越薄,剪切状态越好,试样厚度超过10mm时应从一侧铣至10mm;在双轴拉伸的定向有机玻璃上取样,取样方向不影响试样的层间剪切状态。
基于塑性损伤数值分析的小冲孔试验影响因素研究
周志祥, 凌祥
2010, 30(3): 82-87.
[摘要](16) [PDF 2115KB](0)
摘要:
基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)塑性损伤本构方程,建立了小冲孔试验试样损伤分析的有限元模型。针对尺寸为φ10mm×0.50mm的SUS304不锈钢圆片状试样进行了常温小冲孔试验。试验和有限元分析所得到的载荷-位移(Load-displacement,L-D)曲线和试样破断位置一致,从而验证了有限元模型的有效性。进一步应用所建立的有限元模型系统地分析了摩擦系数、试样厚度、钢球直径、下模孔径以及冲压速率等因素对小冲孔试验结果的影响。研究结果表明:上述因素对L-D曲线、最大载荷、试样破断时间以及启裂和颈缩位置有显著影响,克服了目前小冲孔常温试验模拟中存在的不足,所得结论为今后的小冲孔试验技术发展提供了技术指导。
基于多属性效用理论的飞机设计选材方法
蓝元沛, 孟庆春, 李锋, 许广兴, 关志东
2010, 30(3): 88-94.
[摘要](21) [PDF 317KB](0)
摘要:
首先介绍目前工程领域提出的基于多属性决策(MADM)理论的选材方法,总结基于该理论选材方法的主要步骤。针对飞机金属结构的选材问题,提出基于多属性效用理论(MAUT)理论的选材方法。结合分析飞机结构设计不同设计准则和要求对机体结构金属材料性能提出的不同要求,提出飞机主要承力构件选材的材料性能评价指标体系和基于MAUT理论选材方法的实施要点。最后以战斗机机翼大梁选材实例说明方法的有效性。
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