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关键词： 团簇模型   径向分布函数   内聚能   杠杆定律   八隅律定律  

摘要： 团簇的结构特性对材料性能具有重要影响,特别是在催化、光电转换和生物医学领域.非晶团簇的研究应从合金相出发,对合金相中不同占位原子的径向分布函数进行计算和分析,利用内聚能密度法对不同结构的团簇稳定性进行计算,从而选取具有代表性的主团簇,结合价电子数和杠杆定律在Pt(Sb, Sn, Zr)二元材料中构建双团簇式.探讨了此方法在选取结构较为稳定的团簇中的可行性.研究显示:以不同原子为心的径向分布函数可以说明团簇的选择应满足第一近邻和三角密堆原则.在不同空间构型的团簇中通过能量与其空间体积之比的方法选取出稳定结构,在此基础上运用双团簇模型解析其成分,为金属玻璃的研究提供了一种新的思路与方法.

关键词： 镍基合金   耐蚀合金   凝固组织   枝晶形貌   枝晶偏析  

摘要： 高端装备的大型化需求对镍基耐蚀合金大型铸锭的组织及偏析控制提出更为严苛的要求。本研究针对N08120合金20 t扁锭,利用金相显微镜、扫描电镜及电子探针等测试方法,开展了铸锭凝固组织及成分偏析倾向的分析,以期为工业生产评估大型镍基合金铸锭凝固质量,制定均匀化热处理工艺等提供指导。结果表明,铸锭细晶区和柱状晶区厚度分别约为5、116 mm,铸锭沿厚度方向无明显宏观成分偏析。从铸锭表层向铸锭中心过渡,枝晶形貌和二次枝晶臂间距(SDAS)均有显著变化,表层枝晶更为细小,柱状晶区枝晶干长度增加且有一定方向性,而中心等轴晶区枝晶粗大并失去方向性,SDAS从96μm单调增至383μm。枝晶间Cr、Nb、Mo为正偏析元素,C为负偏析元素,Ni和Fe无明显偏析倾向,偏析程度随位置从表层向铸锭心部逐渐增加,Nb的偏析会导致含Nb第二相析出。

关键词： Al-Mg合金   铸锭   显微组织   第二相   热加工图  

摘要： 采用金相显微镜、扫描电子显微镜和Gleeble-3500热模拟试验机,研究了500 mm厚、1 800 mm宽Al-Mg合金铸锭的显微组织、第二相析出及热变形工艺。结果表明:Al-Mg合金铸锭厚度方向表层存在约400μm的偏析壳层,该壳层二次枝晶数量较少、晶粒细小,且含较多金属间化合物;从表层至心部第二相析出与晶粒尺寸存在明显差异,表层平均晶粒尺寸为235μm,1/4厚度处为370μm,心部为612μm;铸锭心部第二相的面积分数、平均尺寸及最大尺寸较铸锭表层分别高33.76%、136.81%和107.34%,且1/4厚度处和心部的第二相尺寸大多为5~15μm。试验合金的热变形激活能为195.704 k J/mol,在应变为0.2、0.4、0.6和0.8时均存在流变失稳区,且随着应变量的增大,失稳区扩大,应变为0.8时出现2个失稳区。试验合金最佳的热加工工艺区间为变形温度430~450℃、应变速率0.1~0.19 s-1。

关键词： 绿色建筑材料   建筑热调控   辐射冷却   相变材料   气凝胶  

摘要： 建筑运行阶段能耗在全球总能耗中占比大，建筑围护结构中节能材料的应用是降低建筑能耗、调控建筑热环境的关键策略。岩棉、聚氨酯等传统建筑保温材料仅依赖热传导机制，存在热调控效率低、功能单一、耐久性差等问题，开发基于热辐射、热转化、热传导等不同热调控机制的新型绿色建筑用节能材料，实现绿色建筑的被动式热调控对其能耗的高效降低潜力大。本文系统综述了辐射冷却材料、相变材料与气凝胶材料三类分别基于不同热调控机制的绿色建筑用新型节能材料的研究进展，对不同材料的热调控机制进行阐述，总结了不同材料的分类和性能特征，梳理了不同材料热调控效率的影响因素以及性能强化方法。同时凝练出新型节能材料在绿色建筑中应用时面临制备过程复杂、综合性能差及成本较高等共性瓶颈问题，提出通过多尺度结构设计、功能复合与系统集成等策略解决单一材料环境适应性差、泄露与过冷、功能单一、服役耐久性差等问题，构筑隔热-储热-散热的协同调控机制提升在绿色建筑围护结构的工程应用价值，为高效低成本绿色建筑节能材料的研究与开发提供理论参考。

关键词： 3003改性铝合金   扁铸锭   开裂机理   组织敏感性   脆性断裂  

摘要： 由于3003改性铝合金扁铸锭在铸造过程中开裂问题十分常见。因此，本文对铸锭不同区域的微观组织特征、残余应力分布及力学性能差异做了系统分析。由此得出结论，铸锭心部区域晶粒粗大，呈粗大枝晶组织，枝晶间有连续网状分布的Al(MnFe)相偏析；心部亦有点状Si元素富集，且心部残余应力水平高于边部。更重要的是，心部粗大的枝晶组、Al(MnFe)相偏析、Si元素富集及高残余应力共同作用，导致裂纹沿晶界萌生并扩展。本文揭示了3003改性铝合金扁铸锭的开裂机制，为优化铸造工艺、控制开裂缺陷提供了理论依据。

关键词： 碲   区域精炼   高纯金属   模拟  

摘要： 区域熔炼是目前制备高纯碲的主流方法，但仍面临提纯效率低和能耗高的挑战。结合数值模拟与实验，系统比较了单熔区与双熔区配置下的提纯效果。结果表明，双熔区工艺显著提高了杂质去除率：在150 mm熔区间距条件下，碲的平均纯度达到5N69，其中Cu、Se、Bi等杂质含量普遍低于0.1 mg/kg。综合能效分析表明，四熔区配置在产能、提纯效率和能耗之间能实现最佳平衡，为高纯碲的低损耗规模化生产提供了可行路径。

关键词： TA18合金   组织遗传   织构   力学性能调控  

摘要： 微观组织遗传性是实现TA18合金微观组织和性能调控的基础。本工作以TA18合金铸锭、不同规格锻棒、挤压管坯为研究对象,研究了从铸锭到管坯全流程中微观组织和织构演变的遗传规律,及其对力学性能的影响,旨在为多尺度微观组织和性能的一体化控制提供指导。结果表明,从铸锭到管坯全流程,其组织遗传特征主要分为三类。(1)微米级晶粒尺寸和等轴α相组织形貌在粗锻阶段建立后,在后续工序中被稳定遗传,晶粒细化是轴向抗拉强度从400 MPa提升至550 MPa以及延伸率提高的基础。(2)小角度晶界(LAGB)含量的遗传则呈现动态演化。粗锻与精锻阶段的高LAGB含量遗传贡献了加工硬化,但损害塑性;挤压阶段通过完全再结晶实现LAGB低含量遗传,塑性得以恢复。(3)晶体学织构的遗传受多重因素控制。铸锭中心区域的{0001}//AD (轴向)基面织构与<1010>//AD织构在后续加工过程中被强烈遗传,且<1010>//AD织构强度持续增加;α相的c轴取向随工艺发生受控演变:粗锻后呈随机分布,精锻后转为径向织构,挤压后则形成周向织构。TA18合金通过原始组织的晶体取向、变形、动态再结晶机制的竞争与协同,耦合控制晶体学取向的遗传与演化,可通过对有益遗传(细晶、有利织构)的强化与有害遗传(高含量LAGB、不利织构)的阻断进行一体化设计,获得兼具高强度与良好塑性的TA18合金管坯。

关键词： 堆焊   Fe-Cr-C   显微组织   显微硬度  

摘要： 采用等离子堆焊技术在20钢基体上制备6组不同钒铁含量的钒铁/Fe60合金粉末的堆焊合金层,并利用SEM、EDS、XRD和维氏硬度计等设备对其进行检测,探讨不同钒铁含量对堆焊层显微组织和性能的影响规律.研究结果表明:堆焊层显微组织由α-Fe、VC、(Fe,Cr,V)_(7)C_(3)和(Fe,Cr,V)3C组成.随着钒铁含量的增加,α-Fe基体组织逐渐细化;共晶组织由长条状向蜂窝状转变,最终转变为层片状;VC、(Fe,Cr,V)_(7)C_(3)硬质相数量逐渐增多.大部分VC在晶界处析出,显著增强了界面结合强度,其与[α-Fe+(Fe,Cr,V)_(7)C_(3)]相形成多边形网络耐磨骨架,极大地提升了合金耐磨性.随着钒铁含量的增加,堆焊层平均显微硬度不断提高,当钒铁质量分数为35%时,堆焊层近表层平均显微硬度最高(629.4HV_(0.2)),约为基体的3.5倍.

关键词： GH4350合金   真空自耗重熔   熔速   氦冷   枝晶间距   偏析   数值模拟  

摘要： 采用Meltflow-VAR软件结合工艺实际和组织分析对ϕ350 mm GH4350合金铸锭真空自耗过程进行研究。主要包括不同熔炼工艺参数对熔池形状、元素宏观分布特征的影响。探究了熔速、氦冷对铸锭元素宏观分布、二次枝晶间距的影响。研究旨在采用数值模拟方法,对GH4350合金真空自耗熔炼过程进行工艺优化,对实际生产进行理论指导。研究结果表明,GH4350合金铸锭以Ti、Nb、Ta元素偏析为主。稳定期熔速对铸锭整体质量和特征具有重要影响。随着熔速提升,铸锭头部元素宏观偏析更严重,铸锭头部二次枝晶间距增大。稳定阶段熔速的变化会影响该阶段结束后的熔池体积,从而对热封顶阶段产生巨大影响,稳定阶段熔速由1 kg/min提升到5 kg/min时w[Ta]由最高6.3%增加到了7.6%。加入800 Pa氦冷压强会减小元素的宏观偏析,铸锭心部二次枝晶间距由86~115μm减小到了56~107μm,w[Ta]由最高7.3%减小到了6.5%,对于偏析程度较大的元素如Ti、Nb、Ta元素,加入氦冷会显著减轻元素的宏观偏析。熔速提升对铸锭质量影响大于无氦冷对铸锭质量影响。

关键词： 镍基高温合金   三联熔炼   凝固组织   偏析  

摘要： GH4151是一种用于航空发动机涡轮盘制造的新型变形高温合金,该合金强化元素含量高、凝固行为复杂、且开裂倾向大,大规格铸锭生产困难。本研究采用三联熔炼工艺制备了2t级Φ508mm规格GH4151合金铸锭,分析了其凝固组织,评价了铸锭的成分均匀性。工业级实验结果表明:所试制铸锭无开裂缺陷,铸锭边部至心部的二次枝晶间距分别为80和150um;头尾横截面内成分均匀性良好,Co、Cr、W、Mo等元素的极差在0.05wt%以内,Nb元素极差在0.07wt%以内;轴向上由于元素烧损造成了A1和Ti极差较大;铸锭经均匀化后,主元素偏析系数可控制在0.8~1.2;通过快锻制备了Φ300mm规格棒材,棒材组织、性能、探伤均能满足相关技术标准,验证了所制备的铸锭冶金质量良好。