1 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心,辽宁 沈阳 110016
2 中国科学技术大学材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110016
激光选区熔化GH4169合金粉末的循环使用可以显著降低制备成本、缩短生产周期。但是,利用循环使用的合金粉末,通过激光选区熔化技术成形的部件在组织、缺陷、性能行为上均存在差异。研究了不同循环使用次数下GH4169合金粉末的组织、缺陷及粒径分布等特征对成形件热处理态组织和相分布、拉伸行为及变形机制的影响。分析了循环使用后的粉末形貌和粒径分布、热处理试样的断口形貌、断口纵剖面组织和断口附近透射组织特征,详细阐述了拉伸断裂方式和强韧化机制。结果表明:粉末多次循环使用后平均粒径由30.45 μm逐渐增大至41.80 μm;表面愈加粗糙,流动性由14.85 s/50 g增加到18.62 s/50 g,较差的流动性导致热处理试样出现孔洞缺陷;合金拉伸强度(50~100 MPa)下降,力学性能受损;而断裂方式和变形机制不受影响。热处理态合金析出了纳米尺寸的块状碳化物、短棒状δ相、Laves相以及γ″和γ′强化相,拉伸过程中有效的钉扎位错提升了合金性能,使合金在室温和650 ℃下的最大抗拉强度分别达到1430 MPa和1205 MPa,优于或接近已报道的锻造、铸造和增材制造GH4169合金。研究结果为激光选区熔化GH4169合金的粉末循环使用和拉伸变形机制分析提供了参考。
增材制造 激光选区熔化 GH4169合金 粉末特性 组织演变 拉伸行为 中国激光
2024, 51(10): 1002310
1 广州大学物理与材料科学学院,广东 广州 511442
2 东莞材料基因高等理工研究院,广东 东莞 523808
采用激光选区熔化(SLM)技术在H13模具钢顶部沉积了一种新型3D打印模具钢材料AM40,通过扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等方法,研究了热处理对AM40/H13双金属结构材料微观组织演变及其力学变形行为的影响。结果表明:沉积态AM40/H13双金属材料界面无裂纹缺陷,AM40侧呈现增材制造特有的Marangoni熔池特征,以及细小的胞状和柱状结构的马氏体组织,H13侧为粗大奥氏体组织,界面存在明显的组织不均匀性。经过1000 ℃淬火+560 ℃回火热处理后,熔池特征消失,H13侧形成均匀的板条马氏体,消除了界面晶粒尺寸和取向差的不均匀性,且界面处的元素扩散宽度增加60 μm。沉积态AM40/H13界面硬度为642 HV,高于AM40(529 HV)和H13(202 HV)。热处理消除了AM40/H13硬度的不均匀性,使整体平均硬度为480 HV。热处理后,AM40/H13双金属的抗拉强度从沉积态的644 MPa提高到1436 MPa,强度介于AM40和H13之间,断裂位置从沉积态的H13侧变为AM40侧,界面保持较高的强度和塑性。
激光技术 激光选区熔化 双金属结构 热处理 连接界面 微观组织 拉伸性能 中国激光
2024, 51(16): 1602304
1 广东腐蚀科学与技术创新研究院,广东 广州 510530
2 中国科学院金属研究所,辽宁 沈阳 110016
3 广州大学物理与材料科学学院,广东 广州 510006
4 华南理工大学材料科学与工程学院,广东 广州 510641
使用电子万能材料试验机对不同热处理后的18Ni300马氏体时效钢进行拉伸试验,并通过X射线衍射(XRD)分析了不同热处理后马氏体及奥氏体的含量,研究了18Ni300钢在不同热处理过程中的组织演变、力学性能以及二者的关系,对比了其在不同热处理后的综合力学性能,从而筛选出了最佳热处理工艺。结果表明,热处理后试样的熔道逐渐消失,马氏体组织特征更加明显,硬度从34.1 HRC上升到52~54 HRC,抗拉强度从1174 MPa上升到2000 MPa以上。490 ℃直接时效6 h后实现了较好的强韧组合,这与组织内生成的强韧化相(逆转奥氏体)的含量密切相关。XRD测试结果表明,490 ℃直接时效后,试样内部具有最高的逆转奥氏体含量(体积分数约为6.9%),这些细小的逆转奥氏体分布在马氏体边界和内部,在一定程度上改善了18Ni300钢的韧性。
激光技术 激光选区熔化 18Ni300马氏体时效钢 逆转奥氏体 热处理 拉伸性能 中国激光
2024, 51(16): 1602302
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西 南昌 330063
2 中国航空研究院研究生院,江苏 扬州 225003
主要研究了激光熔覆Ti60合金的工艺参数对成形质量的影响,以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明,激光熔覆Ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒,中部区域为β柱状晶,且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相和板间β相构成,且板条α相中有大量白色析出相产生,随着激光功率的增加,微观组织由网篮组织转变为魏氏组织。块体试样的显微硬度分布较为均匀,其硬度值在420~440 HV范围内波动。激光熔覆Ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa,断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%和14.4%。当温度为300 ℃和600 ℃时,抗拉强度分别为932 MPa和739 MPa,在600 ℃时,断后延伸率和断面收缩率分别为11.7%和18.2%。激光熔覆Ti60合金试样在室温下的断裂方式为准解理断裂,高温下其断裂方式为韧性断裂。
激光技术 Ti60高温钛合金 激光熔覆 工艺参数优化 微观组织 拉伸性能 中国激光
2024, 51(12): 1202202
1 华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心,湖北武汉 430223
2 武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉 430205
针对雾气环境下实际图像亮度/对比度不佳的情况,提出了整体灰度拉伸和局部对比度增强算法,改善了图像的亮度和对比度。采用基于暗原色先验的图像去雾算法来去除视频监控中常常遇到的雾霾影响。为了消除块效应,将图像分成最小的块,即对每个像素提取暗原色,并采用邻近相似性原则修正暗原色,MATLAB仿真表明,改进后的算法可以很好地去除图像中的雾气。最后,完成了基于达芬奇 DM6467的图像增强算法软件开发,实现了 4路视频的输出、切换和图像增强。增强后的图像,其 SSIM指标可提高 50%以上,该系统可以有效地去除雾气对图像的影响,满足图像去雾增强的需要。
块效应 图像增强 图像去雾 灰度拉伸 对比度增强 blocking artifact image enhancement image haze removal gray extending contrast enhancement
1 中铁十八局集团有限公司, 天津 300222
2 天津大学, 天津 300192
为探索湖北省西部地区郑万高铁湖北段苏家岩隧道炭质页岩段围岩动态拉伸力学特性, 从而为层状岩体地层隧道爆破破岩机理研究提供依据, 采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置, 同时借助高速摄像及数字图像相关技术(DIC), 开展0°、30°、45°、60°和90°共5种不同冲击角度(冲击加载方向与试样层理面夹角)下鄂西炭质页岩动态巴西劈裂试验, 每个冲击角度工况采用0.1 MPa、0.2 MPa及0.3 MPa共3种冲击气压进行动态加载来达到不同冲击速率, 以研究冲击角度和冲击速度对炭质页岩动态抗拉强度及动态拉伸破坏模式的影响规律。研究结果表明: 不同冲击速度下, 随着冲击角度增加炭质页岩动态抗拉强度整体呈现出先减小后增大的趋势, 且冲击角度为30°时最小, 冲击角度为90°时最大, 页岩动态抗拉强度呈现出显著的各向异性特征, 且随着冲击速度增加页岩动态抗拉强度各向异性程度也随之降低; 随着冲击速度增加, 炭质页岩动态抗拉强度均相应增大, 且动态抗拉强度与冲击速度具有显著的线性关系; 此外, 冲击角度和冲击速度均对页岩动态拉伸破坏模式有较大的影响。
炭质页岩 霍普金森压杆 动态巴西劈裂 动态抗拉强度 动态拉伸破坏模式 carbonaceous shale split hopkinson pressure bar dynamic brazilian split dynamic tensile strength dynamic tensile failure mode
郑州大学材料成型及模具技术教育部重点实验室, 橡塑模具国家工程研究中心, 河南 郑州 450001
聚合物制品在使用过程中, 人们最关心的是它的使用失效条件, 失效的重要体现就是材料的屈服。 目前为止, 人们普遍利用位错理论来解释聚合物材料的屈服现象, 该理论关注的是晶体的取向和破坏现象, 而忽略了晶体的形变和受力情况。 事实上, 晶体的取向和破坏只是屈服的结果, 晶体承受应力的能力才是屈服的直接原因。 因此, 从晶体的受力和非均匀形变入手研究了聚合物制品的屈服行为, 期望为理解聚合物材料的失效行为提供新思路。 这里选取被人们广泛使用的等规聚丙烯(iPP)材料作为研究对象, 将iPP熔体在不同温度下等温结晶制备出具有不同片晶厚度iPP样品, 利用二维广角X射线衍射光谱原位监测了拉伸过程中iPP样品的晶体破坏和晶体取向过程。 首次利用“覆盖法”对二维X射线衍射图进行了处理, 原位观察了(110)晶面在拉伸过程中的2θ角的变化, 区分出了两个方向上(平行于拉伸方向和垂直于拉伸方向)晶体形变的非均一性。 结果表明: 对于不同片晶厚度的iPP晶体, 在单轴拉伸过程中, 晶体在不同方向上的受力和形变均是不同的, 即晶体的非均一形变是一种普遍现象; 晶体的破坏和取向总是同时发生, 都是从屈服点位置处开始, 这和片晶厚度无关; 而晶体破坏时对应的临界应力和晶体厚度有关, 片晶越厚, 晶体越稳定, 需要的临界应力就越大。 以上结果表明, 原位X射线衍射光谱技术可以实时观测晶体结构在拉伸过程中的变化情况, 从而将晶体结构演化和宏观力学性能直接关联。
二维广角X射线衍射光谱 等规聚丙烯 原位检测 单轴拉伸 晶体形变 Two-dimensional WAXD measurements Isotactic polypropylene In-situ detection Uniaxial stretching Crystal deformation 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1426
1 1.上海理工大学 材料与化学学院, 上海200093
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
3 3.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 结构陶瓷与复合材料工程研究中心, 上海 200050
SiCf/SiC陶瓷基复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景, 其界面层设计是研究重点。研究表明, 复合界面层可以有效提升陶瓷基复合材料的抗氧化性能, 但其对材料力学性能及损伤机制的影响尚不明确。本研究利用化学气相渗透法(CVI)制备得到具有BN及(BN/SiC)3复合界面层的小复合材料, 探究了复合界面层对SiCf/SiC复合材料失效机制的影响。基于两种力学加载实验结合声发射探测分析了两种界面层小复合材料的损伤过程。实验结果表明, 利用CVI制备的小复合材料界面结构清晰, 基体致密。两类小复合材料均具有SiCf/SiC陶瓷基复合材料的典型力-位移曲线, 不同界面层小复合材料损伤过程具有不同的力声特征。通过两类力学加载试验的声发射特征能够有效分析小复合材料各阶段损伤发展情况。本实验中BN及(BN/SiC)3复合界面层SiCf/SiC小复合材料最大承受载荷分别为139和160 N, 复合界面层小复合材料中的多层界面具有更强的偏转裂纹能力, 降低裂纹延伸至纤维的速度, 进而提高材料的力学性能。
复合界面层 小复合材料 单调拉伸 损伤分析 声发射 multilayered interfaces minicomposite monotonic tensile damage analysis acoustic emission
1 烟建集团有限公司, 烟台 264000
2 烟台大学土木工程学院, 烟台 264000
高收缩率是限制高性能工程水泥基复合材料(HP-ECC)大规模工程应用的瓶颈之一。本文通过引入超吸水性聚合物(SAP)来缓解HP-ECC的收缩, 研究了不同掺量的SAP对HP-ECC抗压强度、抗折强度、拉伸性能、自收缩和干燥收缩性能的影响, 并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了SAP对HP-ECC拉伸后纤维表面形貌变化的影响。结果表明, HP-ECC中掺入SAP后的抗压强度和抗折强度降低, 自收缩和干燥收缩得到缓解, 且自收缩和干燥收缩随SAP掺量的增加而降低。此外, HP-ECC的拉伸强度降低, 拉伸延伸率提高。SAP的引入降低了基体的断裂韧度, 使基体更容易形成微裂缝, 从而改善了HP-ECC的应变硬化行为和多缝开裂现象。随着SAP掺量的增加, 纤维从基体中拔出时的表面形貌越来越光滑, 纤维-基体界面黏结性能降低。
超吸水性聚合物 高性能工程水泥基复合材料 收缩性能 抗压强度 抗折强度 拉伸性能 superabsorbent polymer high performance engineered cementitious composite shrinkage property compressive strength flexural strength tensile property
吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
基于岛⁃桥结构的可拉伸发光器件阵列是当前实现可拉伸显示器的重要方案之一,受到广泛关注。本文汇总了过去十几年中关于岛⁃桥结构可拉伸发光器件阵列的相关研究内容,对各个器件的性能和特点进行综述。围绕器件的拉伸性、机械稳定性和显示质量等核心问题,重点介绍了发光单元之间可拉伸导线(互连桥)的形状设计与材料选择方案,并对已报道的高像素密度集成策略、阵列拉伸应变分布优化策略和阵列像素密度因拉伸度增大而降低问题的解决方案进行了总结。目前,基于岛⁃桥结构的可拉伸发光显示阵列研究还处于初级阶段,器件的设计、制备和实现高性能还面临许多挑战,本综述旨在通过对当前研究的总结,为推动可拉伸显示器的发展做出一些贡献。
发光器件 可拉伸 岛-桥结构 light-emitting device stretchable island-bridge structure