摘要：马氏体是选区激光熔化TC4的常见物相,其分解过程调控对优化成形件性能尤为重要。采用激光扫描SLM-TC4全α′马氏体试样,对沉积态试样施加不同热循环,结合数值模拟分析不同热循环条件下的α′马氏体相变序列,明确了α′→β_(高温)→(α+β)与α′→(α+β)两种转变路径及其组织特征,前者的α相不再具有α′的层级结构,而表现为魏氏集束与网篮组织的混合形态,后者的α相继承了马氏体的晶体取向和层级结构。在第二种转变路径条件下,当热循环温度逼近β转变温度且峰谷温差值较大时,α′马氏体可以在较短时间内依赖孪晶界完成分解,进而形成细小的球化α相,有助于选区激光熔化TC4合金的性能提升。

摘要：钛及钛合金因其比强度高、耐蚀性好、密度低等性能被广泛用于航空航天、机械制造、生物医疗等领域。特别是在生物医疗领域,钛合金相比于传统316L不锈钢、钴铬合金等,具有相对更低的弹性模量、出色的耐腐蚀性和生物相容性,逐渐受到行业人员的关注。本文基于混合元素法,利用激光定向能量沉积技术成功制备了Ti-18Zr-13Mo(质量分数,%)亚稳β生物钛合金,合金由全β相构成,沉积态弹性模量为73.5 GPa,屈服强度为842.2 MPa,伸长率为20%,性能全面优于临床应用广泛的Ti6Al4V。通过固溶处理,合金弹性模量进一步降低至69.5 GPa。Ti-18Zr-13Mo合金相比于Ti6Al4V合金可以有效减少植入物“应力屏蔽”现象的发生,同时能够提供足够的强度支撑,是一款适用于骨骼植入物的新型亚稳β生物钛合金。

摘要：在电弧增材制造中,工艺参数之间存在复杂相互作用,难以寻找最优参数组合以获得最佳的成形质量与预期的几何结构。为了加速工艺参数优化过程,在3因素3水平全因素实验的基础上,明确了电流、送丝速度和扫描速度对熔道熔宽、熔高和稀释率的影响规律,建立了神经网络、支持向量机和高斯回归分析模型来预测熔宽、熔高和稀释率。对比分析表明,高斯过程回归模型对熔宽的预测性能最好,神经网络模型对熔高的预测性能最好,支持向量回归对稀释率的预测性能最好。基于这3种机器学习模型,采用多目标遗传算法(NSGA-II),实现了以熔宽和熔高最大、稀释率最小为目标的电弧增材制造多目标优化,最后对优化结果进行了实验验证。

摘要：2000 MPa级超高强钢是极端服役环境用的关键结构材料,面临严重的强塑性倒置、合金昂贵、生产制备工艺复杂等难题。为此,设计了低成本C-Mn成分体系,研究不同调质温度对实验钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着调质温度的增加,实验钢的原始奥氏体由带状向等轴状转变,在780℃调质时,带状原始奥氏体晶粒宽约4μm、长约14μm,等轴状原始奥氏体晶粒宽约3μm、长约5μm。实验钢的位错密度随调质温度的增加,从6.87×10^(15)m^(-2)降至5.27×10^(15)m^(-2),再降低至4.46×10^(15)m^(-2)。实验钢室温下残余奥氏体(retained austenite,RA)的体积分数由12.6%降至10.2%再降至9.2%,变形前后RA的体积分数变化值由7.1%降至6.8%再升至7.1%。样品Q780的综合力学性能最好,其屈服和抗拉强度最大,分别为1665和2107 MPa,均匀伸长率也相对较高,为8.9%。5 mm厚V口Q780试样的室温裂纹萌生能(9.8 J)和裂纹扩展能(3.9 J)也相对较高,使其室温冲击功最高为13.7 J。其优异性能归因于最大的位错密度(6.87×10^(15)m^(-2))、最大的RA体积分数(12.6%)和最小的马氏体平均晶粒尺寸(0.77μm)。

摘要：为了满足三通管液压成形过程的监测和过程控制的需求,构建了一个基于有限元数据驱动的机器学习框架用于多物理场的实时预测,包括:数据生成模型构建,建立能够准确描述塑性成形过程的有限元模型;数据集生成,结合成形工艺特点和成形设备参数范围要求进行实验设计,同时通过有限元模拟创建数据集,用于机器学习模型的训练;模型训练,选择机器学习算法就有限元模拟生成的数据集进行学习,建立边界位移与材料内部位移场的映射;多物理场计算,基于预测位移场推导材料内部应变、应力以及厚度场等的分布。采用该框架构建了基于CPB06屈服准则的纯钛三通管液压成形有限元模型,在此基础上通过加载路径全因子模拟实验生成了机器学习数据集,并采用随机森林和梯度提升算法实现了材料内部位移的实时预测,计算出了等效应变、等效应力和管材壁厚的分布。将上述预测模型用于全新工况的三通管液压成形,结果表明,预测误差不超过5%,说明构建的集成有限元方法的机器学习框架可以解决有限元模型无法在线分析的问题,实现对塑性加工过程中多物理场的实时预测。

摘要：共晶合金是以凝固过程发生共晶反应命名的一类多相合金,具有悠久的历史,是应用最广的铸造合金。高熵合金是多主元的新型合金,自2004年提出以来取得了迅速发展。共晶高熵合金结合了共晶合金和高熵合金的优点,于2014年首次公开报道。经历十年发展,共晶高熵合金已经快速经历了成分设计、组织/性能调控、大规模制备与应用几个阶段。共晶高熵合金独特的微观组织特征和优异的综合性能使其在多个领域展现出广阔的应用前景,成为近年来备受关注的新型合金材料。本文对过去十年共晶高熵合金的成分设计、制备和应用进展进行了回顾,并对未来发展趋势进行了展望。

摘要：固态相变和晶粒长大的共生现象在金属材料的热加工过程中普遍存在;认识共生现象对微观组织调控和高强高韧结构材料设计至关重要。针对纳米晶金属材料,结合近年来相变长大共生的研究进展,本文对共生起源、典型共生现象、共生机理及共生调控微观组织进行了简要综述。在此基础上,对本领域面临的关键科学问题进行了展望。

摘要：无论从相变,还是从材料热加工或材料设计而言,非平衡凝固与固态相变的一体化研究均具有深远的科学意义和极大的工程应用前景。本综述系统阐述了单相固溶体合金、共晶合金、包晶合金、多组元高温合金和铝合金的非平衡凝固及其包晶反应、块体转变、亚稳-稳定相转变、沉淀析出、再结晶和晶粒长大等固态转变行为。进而从非平衡凝固影响后续固态相变、非平衡凝固导致固态相变新机制、非平衡凝固与固态相变的一体化组织调控3个层次,探讨了非平衡凝固与随后固态相变的物理关联,实现了非平衡凝固和固态相变共同作用下的微观组织控制。本综述旨在为非平衡凝固效应的定量表征以及非平衡凝固与固态相变共同作用下的组织预测提供理论支撑。

摘要：亚稳β钛合金的力学性能与其变形机制密切相关。在稳定性很高的β基体中位错滑移是唯一的变形机制,而随着β基体稳定性的降低,除位错滑移之外的其他变形机制如{112}变形孪晶、应力诱发β→ω相变、{332}变形孪晶以及应力诱发β→α″相变等变形机制会逐渐产生。这些变形机制可以导致孪晶/相变诱导塑性的效应,能显著提高相应合金的加工硬化率和塑性。近年来关于这些变形机制的研究取得了重要进展,不同变形机制之间尤其是变形孪晶与应力诱发相变之间的内在联系被揭示出来,为现有合金的性能优化和新型合金的设计开发提供了重要的理论指导。本文综述了这些研究进展,并对其中存在的一些不足进行了分析。

摘要：镍基单晶高温合金是一种极为重要的高温结构材料,主要用于制造航空发动机叶片等热端部件。位错是引起材料塑性变形的主要原因,会导致零件失效或断裂。镍基单晶高温合金在实际服役过程中形成的位错类型多样、形态各异,对蠕变性能的影响也各不相同。因此,位错与蠕变机制的关系一直是高温合金性能研究的重点,备受国内外学者关注。单晶高温合金中的位错组态主要包括γ相中的独立位错、形成堆垛层错的位错、界面位错网以及γ′相中的超位错。独立位错、堆垛层错、界面位错网和γ′相中各种类型的超位错均是位错与溶质原子、位错与γ′相以及位错与位错之间复杂交互作用的结果。基体通道中的独立位错形成于蠕变初期,是所有位错之源。堆垛层错是高温合金低温蠕变中最常见的位错组态,既可存在于基体相,也可存在于γ′相,层错形貌与两相层错能大小有关。界面位错网呈四方状或六方状,集中分布于γ/γ′两相界面附近,是高温蠕变的典型组织特征之一。高温蠕变下进入γ′相的超位错有两种,分别是〈110〉型超位错和〈010〉型超位错,两种超位错通过γ′相的机制明显不同,〈110〉型超位错主要以切割方式穿过γ′相,而〈010〉型超位错只能以滑移和攀移相结合的方式通过γ′相。合金的蠕变性能与位错组态密切相关。堆垛层错是合金层错能低的表现,低层错能会增大初始蠕变量,缩短合金的低温蠕变寿命;界面位错网是位错与两相错配应力交互作用的结果,位错网阻碍了位错切割γ′相,对高温蠕变性能非常有利;位错穿过γ′相是高温合金高温蠕变的控制性因素,进入γ′相的超位错因类型不同,对蠕变性能的影响也明显不同。对高温合金中各种位错形貌、结构以及形成过程的认识是高温合金蠕变机理研究的基础,关于位错组态对蠕变性能的影响和位错组态影响因素的分析可以为合金设计提供新思路。本文针对镍基单晶高温合金中的几种主要类型位错,分别从位错形貌与结构、位错形成机理以及位错对蠕变性能的影响三个方面进行了综述,阐明了不同类型位错的形貌特征,分析了位错决定蠕变性能的内在机理,总结了合金元素强化的一般性规律,在此基础上提出了几种提高单晶高温合金蠕变性能的潜在技术途径。