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采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱等分析手段研究了DD6单晶合金与陶瓷型壳的界面反应。结果表明:DD6高温合金与陶瓷型壳的界面反应产物主要是Al2O3和HfO2,同时伴随着少量Ta元素的析出;界面反应层的厚度为5~6μm,反应产物在合金/型壳界面的富集,能够抑制氧化反应的进一步进行;高温下DD6合金与陶瓷型壳润湿角为145~150°,降低型壳内表面的气孔率能够减少毛细作用的产生,从而有效抑制界面反应的产生。
利用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对原始锻态、等温锻造和时效处理后Mg-10Gd-2Y-0.5Zn-0.3Zr合金的微观组织进行分析研究。结果表明:等温锻造合金晶粒相对于原始锻态合金细化不明显,但大量的第二相在基体中的弥散析出是等温锻造合金强度略有上升的主要原因;合金在200℃时效过程中,随着时效时间的延长,越来越多细小颗粒及层片状强化相在基体中析出,其最优的时效工艺为200℃/60h;峰值时效合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为379 MPa、245 MPa和4.6%;β'相和长周期相(long period stacking order, LPSO)的大量弥散地在基体中析出是峰值时效合金的主要强化机制。
利用快速凝固和低温球磨复合工艺制备Al-Cu-Mg合金粉末,通过冷压、热挤压工艺固结成形,并对其进行固溶和自然时效处理,研究该过程中材料的微观组织变化和力学性能。结果表明:球形Al-Cu-Mg合金雾化粉末球磨4h后全部变为层片状,CuAl2和Al2CuMg相发生分解并回溶入α(Al)基体中形成过饱和固溶体;挤压态材料的组织致密(致密度达98.6%),经热处理后平均晶粒尺寸约900nm,自然时效阶段合金中析出大量弥散分布的GP区和S″相;T4态材料的抗拉强度和屈服强度分别为526MPa和397MPa,而伸长率(15%)仍保持在较高水平,其强化方式主要为细晶强化和沉淀强化。
采用有限元方法,分析了不同形状与厚度的硅橡胶均压层对半豆荚杆先进拉挤成型时接触压力分布的影响,并以离散系数评价压力分布均匀性的优劣。结果表明:在5~50mm厚度范围内,无论增加等距面硅橡胶的垂向厚度还是平移面硅橡胶的竖向厚度,压力分布的离散系数均呈现出先减小后增大的变化趋势,模具型面上接触压力的均匀性先提高后降低;采用竖向厚度为10mm的平移面硅橡胶,模具型面上的接触压力分布最均匀,压力分布的离散系数最小,仅为0.8%。
为研究玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)在挤压载荷作用下的损伤起始、演化方式和失效特点,采用超声C扫描、断面分析和扫描电子显微镜对三种铺层方式的GLARE层板单钉双剪实验进行观测。对挤压载荷下层板损伤起始和演化进行了观察对比,分析了铺层方式对层板挤压失效过程和破坏模式的影响。对实验中观察到的金属塑性变形、纤维屈曲、基体开裂、分层扩展等现象之间的关系进行了分析和说明。实验表明,挤压初始阶段,GLARE层板主要由铝合金承载,铝合金进入塑性之后,层板承载特性、损伤过程及最终破坏模式主要受纤维铺层方式影响。
通过实验,获得了GH600合金薄板的成形极限图(FLD),建立了其成形极限图的函数模型,并将实验基础上获得的FLD函数模型与专用有限元软件DYNAFORM中利用Keeler公式自动生成的FLD作为模拟时破裂的判据,模拟研究了GH600合金筒形件的拉深和杯突实验过程,将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明:利用Keeler公式自动生成的成形极限图与实验获得的FLD数据差别较大,实验获得的FLD作为DYNAFORM模拟时的破裂判据,能更准确的预测GH600合金薄板成形过程中的破裂问题。实验所得成形极限图(FLD)和所建立的函数模型为该类板材成形过程的数值模拟提供了重要的依据。
使用体视显微镜、光学显微镜、扫描电镜及其能谱仪对GH536焊接接头组织进行分析,结果表明:固溶态GH536由γ基体、大量M6C及少量M23C6组成;焊后,大量M6C在晶内弥散析出,在晶界和孪晶界上不连续析出,原有的碳化物长大。热影响区分为三个区域:靠近母材处,存在粗大"岛链状"碳化物;中部,部分碳化物重新固溶入基体,存在"网链状"碳化物;靠近熔合线,存在碳化物贫化区。焊缝处碳化物在晶界和枝晶间析出,从边缘到中心逐渐凝固:初始阶段,组织为非外延式生长的胞状晶,生长方向垂直于熔合线;中间阶段,组织转变为柱状树枝晶,且越靠近焊缝中心,晶粒尺寸越大;中心为粗大的等轴状树枝晶。焊接过程中,焊缝金属中各元素未损失。
对工业纯钛自冲铆接头整体进行去应力退火和淬火处理,并对未热处理和热处理后的接头进行静拉伸试验,对比分析热处理工艺对接头的力学性能及失效机理的影响。结果表明:两种热处理工艺可以提高工业纯钛自冲铆接头的静强度,去应力退火可以提高接头的静态能量吸收能力,淬火对接头的静态能量吸收能力几乎没有影响;三种接头的失效模式都为铆钉被拉出或拉断,且未热处理的接头的铆钉断口呈现为沿晶脆性断裂特征,去应力退火后的接头的铆钉断口呈现为韧性断裂特征,淬火处理后接头的铆钉断口呈现为准解理断裂特征;去应力退火为工业纯钛自冲铆接头较优的热处理工艺。
为了研究不同表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响,采用激光毛化、NaOH阳极氧化两种表面处理工艺在不同参数下对TB8钛合金进行表面处理,并分析其表面形貌;然后将表面处理后的TB8钛合金试样与复合材料胶接,采用90°剥离试验进行剥离强度对比研究。结果表明:激光毛化和NaOH阳极氧化均可提高TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度;经过60A-1ms-3Hz-270mm/min激光毛化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到4.20N/cm;经过10V-20min NaOH阳极氧化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到5.99 N/cm。
通过高能球磨工艺制备了掺杂Cu/SnO2电触头材料,采用XRD评估了Cu/SnO2的混粉效果,利用SEM对电触头材料的微观形貌以及电弧烧蚀形貌进行了观察,测试了电触头材料的电导率和硬度,系统研究了混粉时间、烧结温度以及不同掺杂对Cu/SnO2电触头材料的性能影响。结果表明:Cu/SnO2混粉时间4h,850℃烧结的Cu/SnO2电触头材料物理性能最佳,其电导率达到49.0%IACS,硬度达到122.0HV;添加La2O3的Cu/SnO2电触头材料的电弧烧蚀轻微,具有良好的耐电弧烧蚀特性。
为了研究热障涂层孔隙微结构对其表面冷却气膜流场的影响,本工作基于层状和柱状热障涂层(TBC)真实结构,通过灰度处理和像素识别,获得涂层微结构并形成计算网格。利用格子Boltzmann方法(LBM),建立了冷却气膜和热障涂层微结构内流动微观分析模型。结果表明:热障涂层微结构对冷却气膜和涂层交界处气膜流动有较大的影响,来流的垂直方向上产生扰动,会影响冷却气膜的稳定性;柱状结构涂层竖直微孔内存在微弱的气体流动,表面交界处产生漩涡;层状结构涂层表面比较粗糙,气膜竖直方向速度波动相比柱状结构更加剧烈。
研究了GH4169高温合金在高温条件下小裂纹的萌生和扩展行为。选用单边缺口试样,在650℃下进行应力比R为0.1,频率为0.5Hz的高温低频疲劳试验,采用覆膜法记录裂纹长度。结果表明,在试样缺口根部只存在一条主裂纹,且萌生于夹杂物附近,疲劳小裂纹扩展阶段占全寿命一半以上。利用SEM对断口进行断面微观分析,发现疲劳小裂纹倾向于以半椭圆形向试样内部扩展。同裂纹扩展速率曲线相对比,发现在断裂模式转变处裂纹扩展发生停滞现象,且在裂纹扩展完全由穿晶扩展转变为沿晶扩展之后,裂纹快速长大,导致试样断裂。
针对飞机结构表面涂层的老化问题,基于失光率的失效标准,根据Arrhenius公式分别建立了服从对数正态分布和Weibull分布的当量加速关系理论模型,通过自然曝晒试验和实验室加速老化试验验证了两种理论模型的合理性,并使用两种模型分别预测了飞机涂层的老化寿命。结果表明,对数正态分布模型的预测结果比Weibull模型的预测结果更接近飞机涂层寿命的实际值。
为了跟踪和记录热障涂层缺陷产生、发展直至脱落的过程,对热障涂层试片组进行热循环实验,在实验前和不同实验阶段分别对各个试片进行闪光灯激励红外热像检测;对发现的可疑区进行了解剖分析,识别出微裂纹;利用含有自然缺陷和人工缺陷的试片对红外热像检测的检测能力进行了评价。结果表明:闪光灯激励红外热像检测技术能够检测出直径小于0.5mm的脱粘缺陷,还能够识别出微裂纹态,这种状态用肉眼从涂层表面无法识别;闪光灯激励红外热像检测技术不仅可用于热障涂层的缺陷检测,还有希望用于热障涂层的寿命评估。
通过研究微波信号在复合材料中的传播特性,利用N5225A网络分析仪对复合材料中碳纤维的方向和纤维弯曲变形进行了微波无损检测研究,用微波信号的反射系数相位和幅值来表征纤维方向和纤维变形缺陷的变化。结果表明:在30~40GHz范围内,中间层纤维方向为90°和0°的复合材料,反射系数相位差和幅值差随频率的增大而增大,在40GHz时相位差为48°,幅值差为0.37;在频率为36GHz时可以用反射系数相位差来表征纤维弯曲缺陷,反射系数相位差最大变化为2.65°,在频率为38GHz时可以用反射系数幅值差表征纤维弯曲缺陷,反射系数幅值最大变化为0.004;检测纤维方向时的灵敏度要远远大于检测纤维弯曲缺陷时的灵敏度。
