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以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能等材料研发各阶段的信息查询、添加、修改、删除、搜索以及支持信息管理、设计分析视图、案例推理辅助设计、用户与系统管理等功能。基于神经网络回归算法训练机器学习模型,利用材料微观结构参数预测材料力学性能,对不同微观结构参数的影响权重进行评价,并部署在系统平台中;通过Web用户界面调用机器学习模型,对预留的验证集数据进行拉伸模量和弯曲模量预测。结果表明:机器学习模型预测材料力学性能的精度达到95%左右,训练出来的预测模型具有良好的精度与泛化能力。
采用机械合金化法制备FeCoCrNiAl0.5Ti0.5高熵合金粉末,再经等离子熔覆制备高熵合金涂层,研究了机械合金化后高熵合金粉末的微观结构,分析了高熵合金涂层的显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明:机械合金化后形成了具有体心立方和面心立方结构双相固溶体的FeCoCrNiAl0.5Ti0.5高熵合金粉末,粒径在2~4 μm。熔覆制备的高熵合金涂层仍保持双相固溶体结构,无明显孔隙、裂纹等缺陷,由熔覆界面处至涂层表面依次形成了胞状晶→树枝晶→等轴晶的典型熔覆组织;高熵合金涂层的平均显微硬度达616.6 HV,为NM400钢的1.46倍,同等磨损条件下的磨损质量损失为NM400钢的48%,磨损机制以磨粒磨损为主,表现出较优的耐磨性能。
石墨氮化碳(g-C3N4)在新能源开发和环境修复方面具有巨大的应用潜力,但纯g-C3N4存在的光吸收范围小、结晶度高、光生载流子复合率高和活性位点偏少等缺点限制了其应用范围。引入碳量子点(CQDs)构建复合相,可以增加g-C3N4的反应活性位点,加快其表面电荷的转移,抑制载流子的复合,从而提升其光催化活性。对CQDs的制备方法和原料来源,以及CQDs/g-C3N4复合材料的合成方法(溶剂热法、煅烧法、自组装法)和光催化性能的提升策略等方面的研究进展进行了综述,介绍了近年来CQDs/g-C3N4复合材料在氢气制取、污染物降解、抗菌方面的应用,最后对CQDs/g-C3N4复合材料的未来发展方向进行了展望。
以Ni60+质量分数20% Cr3C2复合粉末作为堆焊粉末,采用等离子堆焊技术在Q235低碳钢表面制备单道Ni60/Cr3C2堆焊层,研究了焊接电流(110~140 A)对堆焊层宏观形貌、显微组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明: Ni60/Cr3C2堆焊层与基体间形成良好的冶金结合。随着焊接电流增大至130 A,堆焊层表面变得光滑平整,成形质量变好,但当焊接电流过高(140 A)时,表面出现氧化烧损现象,成形质量变差。随着焊接电流的增加,堆焊层的熔高、熔深、熔宽、稀释率均增大。110 A焊接电流下的堆焊层由γ-Ni(Fe)、Cr7C3和CrB相组成,随着焊接电流的增加,铬化合物种类增多,130,140 A焊接电流下由γ-Ni(Fe)、Cr7C3、CrB、Cr23C6和Cr3C2相组成;随着焊接电流的增加,堆焊层中的块状组织细化,碳化物增多,但140 A焊接电流下组织又变得粗大且碳化物数量减少,堆焊层的硬度先升后降,磨损质量损失先减后增。当焊接电流为130 A时,堆焊层无明显缺陷,成形质量良好,堆焊层组织最细小,碳化物数量最多且出现了以碳化铬为中心的花状形貌组织,硬度最高,洛氏硬度和维氏硬度分别达到62.6 HRC和763 HV,耐磨性最好,磨损质量损失最小,与基体相比降低65.8%,磨粒磨损程度最轻。
对7075-T6铝合金进行了不同预时效温度(85,100,120 ℃)、预时效时间(0~32 h)、成形温度(150,200,250,300 ℃)的预时效-温成形处理,研究了工艺参数对合金组织和性能的影响,确定了最佳工艺参数。结果表明:随着预时效时间延长,7075铝合金晶粒尺寸无明显变化,析出相数量增加,硬度和强度均先增大后减小;相比预时效温度为100,120 ℃时,预时效温度为85 ℃时析出相的数量较少,尺寸较小,硬度和强度较大,断后伸长率较小;随着温成形温度升高,硬度和强度均减小;最佳预时效-温成形工艺参数为预时效温度85 ℃、预时效时间24 h、温成形温度150 ℃,此时合金综合性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为T6态的95%和163%;成形后经180 ℃×30 min烘烤处理可提升其强度、降低塑性。
采用ABAQUS有限元分析软件,基于与氢浓度相关的内聚力模型,通过顺序耦合的方法模拟了316L不锈钢的氢致开裂行为,研究了晶粒尺寸(35,25,15 μm)、应力集中系数(4.0,2.6)和应力(500,312 MPa)对氢致开裂的影响,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:内聚力模型可以很好地模拟316L不锈钢的氢致开裂行为,模拟得到的氢致裂纹长度与试验结果的相对误差均在15%以内;当应力集中系数或应力较大时,氢致裂纹较长,说明316L不锈钢易发生氢致开裂;随着晶粒尺寸减小,氢致裂纹的长度减小,沿晶特征减少,316L不锈钢的氢脆敏感性降低。
采用Gleeble 3800型热模拟试验机测定了含磷高强无间隙原子钢(IF钢)在变形温度为950,850 ℃,单道压缩变形量为50%,变形速率为0.01,0.1,1,10 s-1时的应力应变曲线,对其变形行为进行了分析.结果表明:应变速率为10 s-1,变形量为50%时,应力-应变曲线仅为动态回复型,不因温度的变化而改变类型;当变形温度为950 ℃时,变形速率越高,铁素体晶粒越大;而当变形温度为850 ℃时,这种差别比较小.说明在变形速率不太高的情况下,变形温度是影响奥氏体或铁素体晶粒尺寸的主要因素.
在碳碳坯体的基础上,通过液相渗硅法制备了密度为2.0~2.2 g·cm-3、用于飞机刹车片的碳陶复合材料,研究了该材料的物相组成、微观结构、力学性能,通过模拟飞机不同制动条件,利用大样试验台架对1.4 MJ能载下该材料摩擦副的干、湿态摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:该材料由碳相、β-SiC相及硅相组成,SiC相主要分布在碳纤维束之间及短切碳纤维构成的网胎层中;该材料的垂直和平行弯曲强度分别为132.7,135.5 MPa,层间剪切强度可达12.2 MPa。在0.2~0.5 MPa制动压力、5~27 m·s-1制动速度下,随制动速度的增加,该材料的干态动摩擦因数在0.30~0.65区间先升高后降低,并与制动压力负相关;在0.5 MPa制动压力下,当制动速度由25 m·s-1升高至27 m·s-1时,湿态动摩擦因数的衰减率小于10%。在制动压力0.55 MPa,制动速度25 m·s-1下,不同磨损状态下的每次每面平均线磨损率为0.001 2~0.001 3 mm,磨损率整体较低且较稳定。
以三聚氰胺为原料、FeCl2·6H2O为催化剂前驱体,应用催化热解法制备竹节状氮掺杂碳纳米管,研究了反应温度和FeCl2·6H2O添加量对产物物相组成和显微结构的影响。结果表明:当反应温度为650~800℃时,碳纳米管的生成量及长径比均随反应温度的升高先增后降,其最佳反应温度为750℃;在750℃热解时,随着FeCl2·6H2O添加量的增加,碳纳米管的生成量和长径比均先增后减,最佳添加量为三聚氰胺质量的0.50%,在此条件下合成的碳纳米管直径为40~50 nm,长度为10~15 μm,碳纳米管中氮掺杂量(原子分数)为3.42%,其中石墨型氮的物质的量分数为43.1%。
以微米级TiN粉体为原料,纳米级Y2O3和Al2O3粉体为液相烧结助剂,采用无压液相烧结工艺制备TiN陶瓷,研究了烧结温度(1 700~1 850 ℃)对TiN陶瓷显微组织、力学性能和电学性能的影响。结果表明:不同烧结温度下陶瓷均由TiN、YAG(Y3Al5O12)和YAM(Y4Al2O9)三相组成;当烧结温度低于1 800 ℃时,TiN相分布均匀,YAG和YAM相较少,当烧结温度为1 800 ℃时,TiN晶粒长大,YAG和YAM相增多。随着烧结温度的升高,TiN陶瓷的相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度均先增大后减小,开口气孔率和电阻率均先减小后增大。当烧结温度低于1 800 ℃时,陶瓷的断裂方式以沿晶断裂为主,当烧结温度不低于1 800 ℃时以穿晶断裂为主。当烧结温度为1 800 ℃时,TiN陶瓷的综合性能最佳,其相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度均最大,分别为98.3%,13 GPa,420 MPa,6.1 MPa·m1/2,开口气孔率和电阻率均最小,分别为0.12%和3.04×10−7 Ω·m。
增材制造是智能制造的重要组成部分。随着增材制造技术与产业的日臻成熟,为了推动增材制造产品从“可制造”到“可使用”再到“安全稳定使用”的跨越,不断促进增材制造制件在航空、航天、电子信息、医药等领域的规模化应用以及全产业链的健康稳步发展,迫切需要增材制造标准的制定与实施。系统梳理了国内外增材制造标准体系框架,总结了国内外增材制造标准发布情况,分析了国内增材制造标准化工作的发展趋势,最后通过对标国际适用的增材制造标准化体系架构和发展路线,对我国增材制造标准体系建设提出建议。
静电纺丝是制备氧化铝纤维的重要途径之一,具有合成过程简单、纤维组分易于调节、纤维结构设计合理等特点,近年来得到快速发展。介绍了静电纺丝技术的原理及进展,系统分析了工艺参数(聚合物参数、溶剂参数、纺丝液参数、过程控制参数、环境参数、热处理参数等)和铝前驱体种类(无机铝源、有机铝源、混合铝源等)对纤维结构和性能的影响,阐述了氧化铝纤维应用领域(吸附过滤、催化、储能、高温隔热),并对静电纺丝法制备氧化铝纤维的未来发展方向进行了展望。
在不同温度(25,200,300,400,500 ℃)下对纯钨进行小冲杆试验,获得断裂能与温度之间的关系,拟合得到纯钨的韧脆转变温度;对不同温度小冲杆试验后的纯钨断口形貌进行观察,探究纯钨在小冲杆试验中的变形特性。结果表明:在25,200 ℃下纯钨处于完全脆性状态,在300 ℃下处于半脆性状态,而当温度达到400 ℃后,纯钨表现出良好的塑性;在250~400 ℃范围内纯钨的断裂能急剧升高,拟合得到的韧脆转变温度为(342±8)℃。当温度低于韧脆转变温度,纯钨断口存在沿轧制方向的长直裂纹,断裂特征随温度升高由沿晶断裂向穿晶断裂转变;当温度高于韧脆转变温度,断口出现帽形挤出形貌以及环形裂纹和短缺口裂纹,并且环形裂纹处存在大量韧窝,断裂特征为韧性断裂,且短缺口裂纹处出现钨分层现象。
介绍了金属材料加工硬化、动态回复和动态再结晶流变行为的传统本构模型; 概述了统一本构理论模型的产生、通用形式和共同特点, 并对Miller、Walker、B-P和Chaboche等几种典型的统一本构模型重点进行了介绍。
高熵合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀等优点,在工业上具有巨大的发展潜力。典型的高熵合金相包括面心立方(FCC)相、体心立方(BCC)相、密排六方(HCP)相等固溶体相以及非晶相,独特的相结构对高熵合金的力学行为产生重要的影响。综述了不同相结构高熵合金的力学行为,总结了典型高熵合金相结构预测方法,包括经验法则、CALPHAD方法、第一性原理计算、机器学习方法等的研究进展,并给出了高熵合金相结构预测的未来发展方向。
在不同焊接热输入(9,13,17 kJ·cm−1)下对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢板进行多层多道电弧焊,研究了焊接热输入对焊接接头显微组织与力学性能的影响。结果表明:不同焊接热输入下所得焊接接头焊缝和热影响区的组织均为板条马氏体、少量δ铁素体和残余奥氏体;随着焊接热输入的增大,焊缝和热影响区的板条马氏体变粗大,δ铁素体含量增多;不同焊接热输入下焊接接头的抗拉强度和屈服强度分别约为810,600 MPa,均高于母材且符合项目规定,屈强比均小于0.9,接头的拉伸性能良好,拉伸后均在母材处断裂;随着焊接热输入增大,冲击吸收能量减小,焊接热输入为9,13 kJ·cm−1下冲击断口中的韧窝尺寸略大且均匀,接头的冲击韧性更好;不同焊接热输入下焊缝的硬度为310~340 HV,其平均硬度高于热影响区和母材,随着焊接热输入的增加,焊缝和热影响区的硬度均略微降低。
制备了钛、铌和钼等元素掺杂的微合金化低碳马氏体钢,并对其进行热轧+880 ℃淬火+不同温度(170,190,210,230,250 ℃)回火处理,研究了不同热处理态试验钢的显微组织、拉伸性能和冲击性能,以190 ℃回火态钢为例分析了强韧化机制。结果表明:热轧态试验钢由铁素体和贝氏体组成,淬火态试验钢由铁素体和马氏体组成,不同温度回火态试验钢均由回火马氏体和少量铁素体组成,回火态试验钢的铁素体面积分数在15%~20%,低于热轧态和淬火态;淬火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度最高;随着回火温度升高,回火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度下降,断后伸长率、屈服强度和冲击吸收功均先增大后减小;190 ℃回火态试验钢的断后伸长率和冲击吸收功最高,拉伸断口和冲击断口处纤维区中韧窝占比最高,抗拉强度、布氏硬度和屈服强度适中,综合力学性能最好;190 ℃回火态试验钢中析出的纳米级小尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起到沉淀强化作用,纳米级大尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起细晶强化作用,大角度晶界占比较高,提高了裂纹扩展功,因此试验钢强度和韧性提高。
针对高温合金复杂薄壁铸件易出现欠铸、晶粒粗大和疏松等问题,开发了一种以“低温浇注、高温充型、顺序凝固”为特征的新型热控凝固工艺,研究了在1 380 ℃浇注温度下模壳温度(1 260~1 350 ℃)和抽拉速度(6~48 mm·min−1)等工艺参数对IN718高温合金圆柱试样组织的影响,并在优化工艺下进行了复杂薄壁特征结构件的成形试验。结果表明:随着模壳温度升高,试样的晶粒尺寸从2.33 mm增加到7.46 mm,且组织均匀性变差,断面等轴晶比例由98%降低到41%,疏松数量减少,尺寸减小。随着抽拉速度增大,晶粒尺寸从3.66 mm减小到2.69 mm,疏松数量增加,尺寸增大;当抽拉速度不小于24 mm·min−1时,组织均匀性较好。最优工艺为模壳温度1 290 ℃、抽拉速度24 mm·min−1,采用该工艺可制备得到晶粒尺寸为0.81 mm、疏松面积分数仅为0.2%、最小壁厚为1.8 mm的IN718高温合金大面积薄壁特征结构件。
在含溶解氧(质量浓度分别为300,1 000 μg·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。
用两块1060纯铝轧制板夹持固溶态AZ31镁合金板组成“三明治”结构,在400 r·min−1轧辊转速、400 ℃轧制温度下进行轧制制备Al/AZ31/Al复合板,研究了轧制变形量(30%,45%,60%,80%)对复合板组织及界面结合性能的影响。结果表明:当轧制变形量为30%时,镁合金板与一侧铝板尚未复合,镁合金晶粒粗大,并存在大量孪晶;当轧制变形量为45%时,镁合金板与两侧铝板结合紧密,镁合金发生了动态再结晶,晶粒细化;当轧制变形量为60%和80%时,镁合金晶粒进一步细化,但界面处铝板出现开裂。随着轧制变形量由45%增加到80%,界面结合力降低。当轧制变形量为45%时,拉伸力达到峰值后趋于稳定,复合板各部位界面均结合良好;当轧制变形量为60%时,拉伸力达到峰值后先降低再趋于稳定,各部位界面结合力差异较大;当轧制变形量为80%时,拉伸力呈分阶段上升的趋势,各部位界面结合力的差异更大。复合板获得较优的组织和界面结合性能的轧制变形量为45%。
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