【摘 要】
：
新一代高超声速飞行器的发展迫切需要高性能轻质耐高温薄壁构件。NiAl合金具有密度低、使用温度高、比强度/刚度高和抗氧化性优良等优点,是在800°C～1000°C代替高温合金的潜在材料。为解决现有先制备NiAl合金板坯再成形曲面薄壁构件存在的一系列难题,本文提出了NiAl合金成形-原位反应复合制备方法,实现构件成形与组织性能的协同控制。本文以NiAl合金柱面薄壳和锥面薄壳为研究对象,揭示NiAl合金
论文部分内容阅读
新一代高超声速飞行器的发展迫切需要高性能轻质耐高温薄壁构件。NiAl合金具有密度低、使用温度高、比强度/刚度高和抗氧化性优良等优点,是在800°C～1000°C代替高温合金的潜在材料。为解决现有先制备NiAl合金板坯再成形曲面薄壁构件存在的一系列难题,本文提出了NiAl合金成形-原位反应复合制备方法,实现构件成形与组织性能的协同控制。本文以NiAl合金柱面薄壳和锥面薄壳为研究对象,揭示NiAl合金曲面薄壳的成形-原位反应复合制备规律,研究NiAl合金反应制备工艺和形状精度变化特征,阐明组织结构与力学性能的调控机制,为NiAl合金曲面薄壁构件的成形提供新途径。采用XRD、SEM和EBSD分析测试方法对Ni/Al叠层箔不同反应制备工艺条件下的组织结构进行表征,揭示了低温和高温反应制备过程中元素扩散与相结构转变规律,双峰层状晶粒结构的形成与演变规律,阐明了采用Ni/Al叠层箔制备均匀NiAl合金板材的反应合成机理,获得了反应制备工艺参数。反应制备工艺包括低温和高温两个阶段。低温反应制备阶段中熔点较低的Al相通过扩散反应完全转化为Ni2Al3相,形成Ni/Ni2Al3/Ni层状结构。高温反应制备工艺中剩余的Ni相与Ni2Al3相发生后续的反应以形成均质NiAl合金。低温反应阶段形成的NiAl3层和Ni2Al3层,以及高温反应阶段形成的Ni3Al层,均为细小的等轴晶组织,晶界扩散是元素扩散的重要形式,浓度梯度有助于各阶段扩散反应的高效进行。反应制备NiAl合金板材的成分均匀性良好,化学成分为50.8%Ni-49.2%Al（at.%）,细晶层微区内Ni和Al的化学成分偏离0.92%,粗晶层微区内化学成分偏离1.36%。通过单向拉伸实验对反应制备NiAl合金板材的室温及高温力学性能进行研究,分析了拉伸变形行为及流动应力变化规律。采用SEM、EBSD和3D-CT等分析测试方法,对其变形过程中的组织演变规律进行研究,揭示了NiAl合金板材高温变形和断裂机制。NiAl合金板材具有室温脆性,表现为兼具沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂模式。高温拉伸变形初期,高密度位错首先在细晶层中积累,为动态再结晶提供驱动力,随着应变量的增大,细晶层中的位错密度降低,协调转化并扩展到粗晶层中,随后动态再结晶在此区域发生。高温拉伸断口沿厚度方向发生剧烈变化并呈现锯齿沟壑状,局部颈缩发生在粗晶层,空间表现为孔洞和裂纹密度和尺寸的梯度分布。通过成形-原位反应复合制备工艺实验,验证了新工艺的可行性,成功成形出NiAl合金柱面薄壳和锥面薄壳。讨论了工艺参数的设定方法,分析了曲面薄壳的壁厚分布规律,阐明了构件成形过程的主要缺陷形式。构件成形效果良好、形状精度高,1000°C时屈服强度为73MPa,抗拉强度为81MPa。柱面薄壳和锥面薄壳在各位置均发生了壁厚减薄,沿横截面顶点处壁厚均小于其它位置,并随着角度的增加壁厚逐渐增加,在底部两端获得最大值。沿轴截面方向,柱面薄壳壁厚分布均匀,而锥面薄壳则出现壁厚梯度分布,沿小径端向大径端壁厚逐渐增大。三维尺寸精度分析显示,构件与模具型面一致性较高,尺寸精度好,柱面薄壳构件整体型面最大偏差尺寸均在±0.5mm以内,锥面薄壳构件最大偏差尺寸均在±0.1mm以内。采用XRD、SEM和EBSD等分析测试方法对成形-反应制备薄壳的微观组织进行表征,深入分析了曲面薄壳各区域的相结构、晶粒形态及孔洞的分布特征,探究了孔洞形成与演化规律,阐明了工艺参数与组织结构及力学性能的相关性,提出了通过工艺方法实现微观组织与力学性能调控的新方法。柱面薄壳各区域组织成分分布均匀,各区均为NiAl相。晶粒形貌相似,均呈现出双峰层状结构,但随着角度的增加,粗晶平均尺寸略有减小,细晶平均尺寸变化不大。曲面薄壳内孔洞呈现不均匀分布特征,增大压力可实现构件内部整体孔洞尺寸的降低。构件的晶粒度与Ni/Al叠层箔的初始厚度有关,通过减小初始Ni/Al箔材厚度可以实现NiAl合金晶粒的细化。通过调整Ni箔和Al箔的厚度比,可设计出具有Ni/Ni3Al/Ni的层状结构,有助于提升力学性能,从而实现对构件的组织性能调控。
其他文献
生物水黾是一种常见的水生昆虫,能够在水面飞快的滑行与跳跃。其非凡的水面环境运动能力,成为学者们研究水面运动机器人争相模仿的对象。仿水黾水面运动机器人可用于导航通讯中继节点、执行水质监测、水面侦查等任务,在军用、民用领域均具有广阔的应用前景。仿水黾机器人的研究不仅需要探究生物水黾水面运动机理,同时涉及到机器人水-空气界面运动与水相互作用,由于水的流动性与易扰动性,导致其在运动过程中与水相互作用力变化
石油工业的迅速发展造成的石油烃类（Total petroleum hydrocarbons,TPH）污染已成为我国土壤资源破坏的主要形式之一。同时,石油火灾的扑灭以及定期的防火演习导致了大量水成膜泡沫灭火剂（Aqueous film forming foams,AFFF）的释放,从而引起了全氟烷基化合物（Perfluoroalkyl substances,PFAS）的环境污染。这也促使了一些石油工
对于工作温度为中温段的热电材料,无论是从热电优值和机械性能角度比较,还是从经济性和环境友好性角度比较,方钴矿基热电材料均具有显著的竞争优势,并被成功应用在民用汽车尾气废热回收和航天深空探测领域。热电材料在实际应用中需要将p型热电材料与n型热电材料用导电材料连接组成热电器件使用。调控热电材料内部声电输运,优化热电传输性能,同时设计低接触电阻和高热稳定性的电极/热电材料接头是实现高转换效率和高可靠性热
使用地震数据研究地球物理特征,这对于地球内部结构探索至关重要。然而,大多数真实地震数据在记录过程中都受到噪声污染。数据中的噪声导致重要信息被掩盖,从而影响分析的准确程度。因此,记录数据的噪声消除是地震信号处理中的一项重要任务。获取高分辨率图像,提高信噪比,挖掘隐藏信息并保留重要特征是去噪过程的关键。为了深入研究此问题,人们提出了许多数学理论和方法。这些算法各有优缺点。本论文综合现有技术的优点,针对
现有的颗粒动理学理论大多针对气固流动而建立,而在液固流动中颗粒惯性作用显著减弱,紊动扩散趋势增强。在稠密液固两相流颗粒相本构关系中应综合体现流体湍流脉动-颗粒作用以及颗粒间碰撞的共同影响,发展建立稠密液固两相流颗粒动理学模型具有重要意义。此外,大部分工业液态流化介质均表现出典型的非牛顿流变特性,研究非牛顿流体各流变参数对固相颗粒流动特性的影响十分必要。液固流化床以及钻井过程中的岩屑颗粒输运是典型的
以涡轮为代表的热端部件冷却技术是制约我国航空发动机事业发展的瓶颈技术。涡轮叶片尾缘受到气动、结构和强度的限制使得尾缘冷却结构的设计较难,较高的尾缘温度让叶片易发生裂缝、断裂以及烧蚀等情况。为了适应第五代航空发动机涡轮冷却要求,进一步强化尾缘冷却结构的换热能力显得尤为重要。基于以上原因,本文按照原型研究-强化机理研究-三维气热固耦合验证的思路对尾缘扰流柱通道、交错肋通道和尾缘半劈缝气膜进行了详细研究
采用火星漫游车对火星表面环境的探测中,火星漫游车的探测速度慢、效率低,且其工作还受到火星地表环境未知等因素影响,难以提前回避沙坑等危险区域。火星近地表面存在稀薄的大气层,这为研制一种高空勘探地形的火星直升机的飞行提供了必要条件。火星直升机作为一种协助火星漫游车完成探测任务的空中探测平台,可实现自主起降并针对火星漫游车难以到达的目标区域完成地表探测与路径规划。此外,火星直升机的定点起飞与降落功能还可
气膜冷却是燃气轮机热端部件的一种重要冷却方式,随着现代先进燃气轮机对功率和效率的要求不断提升,热端部件对冷却性能的要求也在不断增加,亟需高性能气膜冷却技术的应用。然而,涡轮叶片气膜冷却技术的应用还受到加工、气动性能和辅助装置的复杂性能等因素的限制。因此,研究应从目前可行的冷却结构入手,探究对冷却性能造成影响的主要流场特征和流动细节,而后,基于以上认识,进一步改进优化其冷却能力,并充分考虑复杂的综合
阿尔兹海默症（Alzheimer’s Disease,AD）造成语言能力、记忆能力等独立生存技能逐步丧失,其缓慢的发病过程对于个体和社会都是沉重的负担。然而,人类仍无法全面理解AD的发病机制,且对于AD的诊断和治疗还没有有效、安全的手段。随着测序技术飞速发展,多组学数据呈指数型增长,这给计算机方法高效、低成本地识别AD组学特征提供了机遇与挑战。针对AD组学特征的识别,展开组学数据相关方法的研究将协
随着无线通信和无线侦测技术的高速发展,对作为无线通信及无线侦测系统前端的天线提出了更高的要求和挑战。采用传统金属和介质设计制作天线的技术已日益成熟,而利用新型材料的独特材料特性来改善天线性能的方法则成为研究热点。近年来,天线功能调控技术受到了国内外研究者们的广泛关注,并应用在通信、雷达、侦测等众多领域。本文结合新材料和天线功能调控的双重优势提出了基于新材料的天线功能调控的新方法。本文从天线辐射体的