摘要:针对水下焊接凝固过程冷却速度快，焊缝组织性能恶化等问题，采用可调环形激光对2205双相不锈钢进行局部干法水下焊接试验，同时与陆上焊缝做对比，具体研究中心和环形激光不同比例对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响。结果表明，熔深主要受中心激光的影响，且中心功率占比增大时，焊缝表面氧化程度变得严重，表面粗糙度增大。与陆上同参数的组织相比，水下焊缝的魏氏奥氏体含量增加，晶内奥氏体数量减少甚至消失。随着环形激光占比提高，焊缝中奥氏体 含量无明显变化，焊缝晶粒尺寸和纵横比降低，焊缝两侧柱状晶生长的方向性减弱，小角度晶界数量增多。在性能方面，水下接头的抗拉强度略高于陆上，但延伸率比陆上要低，而随着环形激光功率占比由1/3提高到2/3，水下接头延伸率提升 了约50%。

摘要:首先分析了水下湿法焊接排斥过渡形成机理。受水环境影响水下焊接熔滴在焊接过程中受多种力综合作用，熔滴所受气体压力、气体拖曳力、等离子流力受电弧气泡生成部位及阴极斑点位置影响而波动不定，是熔滴发生排斥过渡的主要原因，表面张力阻碍熔滴侧向脱离焊丝端部，自身重力则促进熔滴脱离焊丝端部完成过渡。采用正交试验法研究了脉冲电流频率、占空比、峰值电流对水下湿法焊接成形、熔滴过渡、焊接稳定性的影响，采用焊缝余高变异系数来评估成形质量，试验结果表明，当占空比在15%~20%，峰值电流350 A，脉冲频率20 Hz左右时，焊接效果较好，通过施加脉冲电流在峰值电流阶段可以显著增强熔滴所受电磁收缩力，促进熔滴完成过渡，提高过渡频率。

摘要:热循环对钛合金厚板窄间隙焊接接头的组织和性能具有重要影响，本工作采用摆动送丝磁控电弧窄间隙焊接技术完成60 mm厚TC4钛合金焊接接头，借助数值模拟研究了典型热循环下的显微组织演变（α相、β相和晶界α_GB）、显微硬度变化及拉伸性能变化。结果表明，高温热循环发生完全的α→β转变，将有利于α相择优生长，形成粗大且方向一致的α群落；相比之下，后续低温热循环发生不完全α→β转变，较低的冷却速率及温度梯度将削弱择优取向，板条α相得以细化。经过整个热循环后，板条α相的厚度由0.910.09 μm增加至1.020.18 μm，残余β相比例由0.02%增加至1.89%。得益于细晶强化作用，焊接接头打底层显微硬度最高；打底层拉伸强度最高，盖面层延伸率最高，接头均表现为韧性断裂。

摘要:我国自主研发10CrNi3MoV高强钢，凭借其较高的强度、良好的韧性以及优异的抗爆性和耐腐蚀性能，成为制造潜艇耐压壳体的重要结构材料。本工作采用响应曲面法研究了激光功率、扫描速度及送丝速度对水下单道沉积层稀释率和沉积角的影响，得到了优化的水下单道沉积工艺参数。在此基础上，研究了水环境对单道沉积层成形、微观组织及显微硬度的影响。与陆上相比，由于水下激光熔化沉积过程的冷却速度更快，因此水下沉积层的沉积角较大，而稀释率较小。此外，水下沉积层的微观组织较为细小，导致水下沉积层的显微硬度较高。

摘要:磁控等离子-药芯焊丝电弧复合焊（plasma-flux cored arc welding，Plasma-FCAW）作为一种高效的复合电弧焊接方法，具有深熔性好、飞溅小等优势，但由于水下环境复杂，焊接过程易受干扰，为此，本研究采用自主设计的励磁装置对Plasma-FCAW复合水下焊施加横向磁场进行调控，促进两电弧间的柔性耦合，有效改善复合焊接过程及焊缝成形的稳定性。在此基础上进行不同盐度、温度水环境下的焊接工艺实验，并研究了水环境对熔滴过渡行为及焊缝成形和组织性能的影 响。结果表明，盐度提高会使熔滴过渡周期缩短、冷却速度提高、焊缝熔宽下降，水温对电弧稳定性和熔滴过渡行为影响显著，低温下熔滴过渡周期缩短，高温时熔滴过渡周期不规则。盐度增加和水温降低都会导致焊缝区侧板条铁素体和针状铁素体含量提高，而水温升高会使热影响区珠光体含量有所增加，从而对焊缝硬度产生影响。

摘要:随着海洋工程的快速发展，水下焊接技术的研究与应用已成为海洋工程建设的关键。本文简述了水下焊接的分类及其特点，重点分析了水下环境、焊接材料、焊接工艺对水下湿法焊接质量的影响规律，介绍了焊接过程原位观测方法和外加辅助手段在水下湿法焊接领域的应用，总结了送粉/送丝两种方式的水下局部干法激光焊接研究成果，介绍了不同水深下水下干法研究进展，分析了水下搅拌摩擦焊接领域研究成果。

摘要:研究了添加0.5wt% Nb的Co-Ni-Cr-Mo基合金在不同塑性变形和热处理条件下的强度和阻尼性能。通过维氏硬度测试、自由共振杨氏模量测量和微观组织分析，阐明了位错密度、空位形成和再结晶对该合金性能的影响。结果表明，随着轧制变形程度的增加，位错密度升高，阻尼性能得到增强，而在再结晶温度以下的时效处理通过Suzuki效应导致的位错钉扎作用降低了阻尼性能。再结晶热处理可恢复材料的原始组织结构和阻尼水平。该合金的抗拉伸强度约为1500 MPa，对数衰减值δ^-1处于2×10^-4~3×10^-4之间，表现出优异的力学性能，相较于Ti基合金更具优势，使其成为超声波工具和医疗应用的理想材料。

摘要:对化学腐蚀后的单晶高温合金进行了980和1100 ℃下的原位拉伸试验。使用场发射扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱、电子探针X射线显微分析和透射电子显微镜分析了拉伸过程中表面的相变过程。通过观察和动力学计算相结合，研究了合金表面相变机理及其对合金的影响机理。结果表明：在高温拉伸过程中，化学腐蚀促进了合金表面μ相和σ相等拓扑密排（tcp）相的析出。在1100 ℃下，2种相在表面的析出量和尺寸均大于980 ℃下的析出量和尺寸。tcp相在合金表面的析出导致了表面区域1层影响层的形成，该影响层中的合金元素分布特征与合金基体的合金元素分布特征存在明显差异。1100 ℃下形成的影响层厚度大于980 ℃下的影响层厚度。tcp相的析出促使tcp相周围的γ相转变为γ′相。

摘要:研究了K4750高温合金重力铸造和离心铸造的凝固组织及室温力学性能，对比分析了两种工艺条件下实验合金的第二相分布、晶粒尺寸、元素偏析、缩松缺陷分布、室温力学性能及其断口形貌。发现两种铸造工艺条件下铸态K4750合金均由γ基体相、晶内MC碳化物、细小弥散分布的晶内γ'相以及晶界MC和M₂₃C₆碳化物组成，离心铸造工艺下析出相的尺寸减小。离心铸造铸态K4750合金的平均晶粒尺寸从重力铸造下的4.52 mm减小到2.22 mm，缩松缺陷面积分数由重力铸造的1.75%减少至0.27%；重力铸造铸态K4750合金组织枝晶排列整齐，离心铸造铸态K4750合金组织枝晶发生破碎，元素微观偏析程度减轻；离心铸造制备的铸态K4750合金展现出优异的室温力学性能，其屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为632 MPa、938 MPa和11.2%。相比于重力铸造试样，其抗拉强度提高了20.6%，这主要归因于晶粒细化、析出相尺寸减小以及铸造缺陷减少的共同作用。

摘要:低周疲劳失效是单晶涡轮叶片榫头部位主要的失效模式，由于实际工作载荷与设计载荷之间的差异，疲劳失效后往往需要给出导致疲劳失效的应力，而断口是载荷、温度的综合体现，对断口进行定量分析反推疲劳应力，在叶片失效分析中具有重要的工程应用价值。单晶高温合金特有的组织结构和晶体结构，使其疲劳断裂特征不同于多晶材料，单晶高温合金主要的疲劳断裂特征为滑移面，而非疲劳条带。本研究提出了利用裂纹尖端塑性区进行定量分析的模型与方法。单晶高温合金疲劳断口与载荷之间有一定的角度，为复合型开裂模式，而非Ⅰ型开裂模式。针对单晶高温合金的开裂特点，利用DD6单晶高温合金在530 ℃、应变比r=0.05条件下的试验数据，分析其不同寿命区间的迟滞回线，结果表明：寿命在千次到万次之间，其滞后环非常狭窄；寿命大于万次，其滞后环基本为直线；表明DD6单晶高温合金在530 ℃，应变比r=0.05条件下具有小屈服的特点。基于此，针对低周疲劳断口，研究了裂纹萌生、扩展阶段特性及其断裂特征，建立了考虑复合型开裂和基于裂纹尖端塑性区r_p的疲劳应力断口定量分析模型。利用3个试样的共12个裂纹位置处r_p进行了疲劳应力断口定量分析，分析结果表明：疲劳萌生应力误差在1.3倍内、扩展第1阶段应力反推结果误差在1.5倍分散带内。研究结果对单晶高温合金主要以滑移面开裂（非疲劳条带）进行断口定量分析应力提供了模型和方法。

摘要:Monel K-500合金在真空感应熔炼（vacuum induction melting，VIM）浇注过程中铸锭上部易出现大量缩孔缺陷，导致成材率低、质量差。为解决该问题，本研究通过Jmat-Pro热力学计算对Monel K-500合金的热物性能及凝固过程进行了探究。结果表明：Monel K-500合金的凝固区间在1250~1350 ℃；凝固路径为：L→L+γ→L+γ+MC→γ+MC+M₇C₃→γ'+γ+MC+M₇C₃；凝固过程中随着残余液相质量分数减小，Ni元素发生负偏析，Cu元素发生正偏析。将热力学计算结果结合有限元（FEM）模型，对工业中6 t级Monel K-500合金真空感应熔炼浇注过程进行模拟计算，并将结果和实际真空浇注的感应锭上部缩孔缺陷形状及尺寸进行对比，验证浇注模型的可靠性。此外，本研究依托该模型探究了不同浇注参数对真空感应锭缩孔缺陷的影响，结果表明：添加冒口对真空感应锭中缩孔缺陷的改善最大，随着冒容比增大，真空感应锭中缩孔缺陷体积大幅降低，在冒容比为20%时，真空感应锭中无缩孔缺陷；浇注速度在2.5~17.5 kg/s范围时，随着浇注速度降低，真空感应锭中缩孔体积减小，但小于7.5 kg/s时缩孔缺陷向真空感应锭内部移动。

摘要:采用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了不同喷砂工艺对4777DS合金再结晶缺陷的影响以及合金产生再结晶的情况。对喷砂的合金表面再结晶组织分析结果表明，随着喷砂强度增加、时间延长、砾径增加以及喷砂距离的减少，合金表面再结晶的深度增加。经喷砂后的变形试样，接近喷砂表面的γ′相由蝶状变成长条状，部分变形γ′相环绕在变形较大的区域，同时由TEM可观察到在γ基体通道与γ′相中分布着大量位错。枝晶干与枝晶间不同的γ′相会影响再结晶的生长，从而使再结晶晶界形成波浪状形貌，未发现共晶及碳化物对再结晶的抑制作用。由于表层再结晶晶粒较小及残存应力的存在，次表层会形成新一层的再结晶晶粒。

摘要:对二氧化铈（CeO₂）粉体的飞行加热过程进行了实验和数值模拟研究。在实验中，将CeO₂粉末（平均粒径30 μm）注入射频氩等离子体中，并使用DPV-2000监测仪测量温度。此外，提出了一种结合氩气等离子体中粉末飞行加热的电磁、热流和传热模型。研究了不同粒径的CeO₂粉体的熔化过程以及在热阻作用下的熔融过程。结果表明，CeO₂粉末颗粒的加热过程包括3个主要阶段，其中一个阶段与一个称为Biot数的无量纲参数有关。当Biot数≥0.1时，热阻显著增大，尤其对于较大的粉体。预测的颗粒出口温度（1800~2880 K）与实验结果吻合较好。

摘要:探究了微量0.1wt% Y元素的加入对于铸造Al-2.2Li-1.5Cu-0.5Mg-1Zn-0.2Zr-0.2Sc合金在铸态及热处理态下晶粒细化和力学性能的影响。结果表明：添加0.1wt% Y元素到Al-2.2Li-1.5Cu-0.5Mg-1Zn-0.2Zr-0.2Sc合金中，能够提升Al₃(Sc, Zr)相的形核温度，导致Al₃(Sc, Zr)相优先析出，增加了其在基体中的分布数量。并且，Al₃(Sc, Zr)相作为α-Al基体中的非均质形核位点，能够加速形核，细化晶粒。Y元素的加入改变了铸态合金晶界处的析出相特征，使得初始在晶界呈连续粗大条状分布的第二相转变为了断续点状、棒状分布，并且尺寸更小、数量更多。在细晶强化和沉淀强化的共同作用下，经过175 ℃/10 h时效处理后Al-2.2Li-1.5Cu-0.5Mg-1Zn-0.2Zr-0.2Sc-0.1Y合金极限抗拉伸强度达到了412 MPa，延伸率为6.3%，相较于未加入Y元素的合金抗拉伸强度和延伸率分别提高了16.1%和53.7%。

摘要:针对钛及碳化钛制备这一全球关注的重要课题，开发了一种基于CH₄-H₂混合气体的新型TiO₂还原工艺，并对其中存在的热力学行为、相平衡和能耗进行了研究。结果表明，在CH₄-H₂混合气氛下，TiO₂的还原过程呈现出独特的逐步转化特征，其反应路径遵循从TiO₂到Ti(C, O)的演变规律，过程中可观察到Magnéli相（Ti_nO_2n-1）和Ti₃O₅等低价氧化物作为重要的中间相存在。与传统的纯CH₄还原体系相比，H₂的引入显著增加了反应难度，这一现象可能与H₂对表面碳沉积的抑制作用有关。在能量消耗方面，获得了具有重要指导意义的数据：在标准条件下，1000 ℃时完全碳化反应的能耗为1159 kJ/mol，当温度升至1100 ℃时能耗显著降低至925 kJ/mol，而继续升温至1200 ℃时却出现能耗回升至977 kJ/mol的反常现象，这可能与高温下气相平衡的移动和副反应增加有关。

摘要:研究了Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca（ZM61-0.5Ca）和Mg-6Zn-1Mn-2Sn-0.5Ca（ZMT612-0.5Ca）合金在250~400 ℃和0.001~1 s^–1条件下的热压缩变形行为。结果表明：添加Sn促进了动态再结晶，CaMgSn相可作为压缩变形过程中的形核位点。流变应力随应变速率的增加和温度的降低而增大。ZM61-0.5Ca和ZMT612-0.5Ca合金具有明显的动态再结晶特征。加入Sn后，CaMgSn相能有效抑制位错运动，从而提高合金的峰值流变应力。Sn的加入使ZM61-0.5Ca合金的热变形活化能从199.654 kJ/mol提高到276.649 kJ/mol，提高了合金的热稳定性。ZMT612-0.5Ca合金的最佳热变形参数为变形温度350~400 ℃、应变速率0.001~0.01 s^–1。

摘要:随着激光粉末床（LPBF）增材制造技术发展，如何高效利用超出常规粒径（15~53 μm）范围的粉末以提高原材料利用率，成为亟待解决的关键问题。本研究聚焦于粗粒径（53~150 μm）AlMgScZr合金粉末在激光粉末床增材制造过程的工艺调控、微观组织及力学性能特征。基于控制变量法研究工艺参数对致密度、缺陷、微观组织及力学性能的影响。结果发现粗粒径AlMgScZr合金工艺窗口较窄，其成形稳定性对工艺波动高度敏感，优化后工艺参数为：层厚100 μm，功率450 W，扫描速率900 mm/s，此时致密度为99.3%±0.2%。熔合线附近为细密的等轴晶，熔池内为柱状晶，未观察到明显的第二相颗粒。打印态样品显微硬度为99.7±8.9 HV_0.1，抗拉强度为336.5±8.0 MPa，延伸率为12.7%±0.4%。

摘要:采用单因素+Box-Behnken响应曲面法对钨酸铵溶液蒸发结晶法除杂工艺进行优化，以制备更高纯度的仲钨酸铵（APT）。首先，以降低APT中4种杂质（Na、K、S、Mo元素）总含量为出发点，利用单因素法初步确定结晶温度、搅拌线速度、钨酸铵溶液初始浓度的优选范围。其次，通过Box-Behnken响应曲面法对APT的蒸发结晶除杂工艺进一步优化，研究3种因素对APT中4种杂质总量的相互影响规律。结果表明，3种因素对4种杂质总量的影响顺序为：钨酸铵溶液初始浓度>蒸发温度>搅拌线速度；较佳工艺条件为蒸发温度94 ℃，搅拌线速度1.25 m/s，钨酸铵溶液初始浓度73 g/L。该实验条件下，制备所得APT 4种杂质总含量降低至39.351 mg/L，与响应曲面法模型的最优预测值的相对误差仅为4.110%，APT纯度达到4N；生成的APT晶体为伴生有少量碎晶的柱状长方体形貌，层状结构明显，粒径分布均匀，晶粒细化明显。

摘要:采用同一工艺制备了两组不同粘结相含量的WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金，研究了WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金的组织结构变化趋势及性能差异，结果表明，两组WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金的粘结相均为单相结构，粘结相含量增加会引起合金平均晶粒尺寸的增大，在性能上表现为硬度、矫顽磁力下降，而钴磁、抗弯强度和冲击韧性均呈上升趋势。同一粘结相含量下，WC-Co硬质合金的钴磁、矫顽磁力、抗弯强度均高于WC-Ni-Fe硬质合金。粘结相含量较高时，WC-Ni-Fe硬质合金则展现出更好的冲击韧性，最高可达5.9 J/cm²。WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金具有相似的摩擦磨损行为，随着粘结相含量的增加，合金的磨损程度逐步加剧。当合金中具有相同的粘结相含量时，WC-Co硬质合金的耐磨性略好于WC-Ni-Fe硬质合金。

摘要:通过对现有的等离子旋转电极雾化（plasma rotating electrode atomization，PREP）制粉设备进行改进，在用纯钛棒料制粉过程中调节不同氮气通入流量，制备出内部为低氮量表层为高氮量的核壳结构粉末。利用标准振筛机、激光粒度分析仪、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）对粉末粒度分布、微观形貌、组织结构等进行表征。结果表明：通入氮气后的粉末粒径比不通氮气的粉末粒径要小，当通入氮气流量由3 L/min增加到8 L/min时，粉末粒径呈现先减小后增大的变化趋势。通入氮气可以有效地抑制纯钛金属粉末中卫星粉的形成，同时改善球形粉末的表面形貌使其变得光滑，但是也会使粉末中出现长条状和球化不充分的异形粉末颗粒。在不同氮气流量下所制备的粉末表面都均匀分布N元素，形成了Ti-N_x组织的壳层，粉末表层的氮含量明显高于内部。

摘要:以TA15合金为对象，开展了气相充氢温度对其氢损伤行为的影响研究。结果显示：800~900 K、10 MPa、1 h充氢条件下，随充氢温度升高，合金强度先增加而后降低，但延伸率则持续降低；当充氢温度为800 K时，合金抗拉强度比未充氢时增加9%，而延伸率下降12%，而当充氢温度为900 K时，合金抗拉强度下降85%，并呈完全脆性断裂（塑性损减达到100%）。微观分析表明，随充氢温度由800 K提高到900 K，合金中的氢化物由主要沿α/β相界析出转变为在α和β相内析出，且其尺寸和数量明显增加，导致合金的氢致开裂由沿α/β相界开裂转变为沿α和β相内氢化物或氢化物/基体界面开裂。

摘要:石墨烯/铜复合热沉凭借高导热、热膨胀系数可调控、高强度及低密度等特性，在军工装备热管理、高功率电子封装、新能源汽车及5G通信等领域具有广泛的应用前景。然而，复杂结构件制备工程中石墨烯与铜分散不均匀、界面结合不良等问题会严重影响石墨烯/铜基复合热沉的综合性能，限制其工程化应用。基于此类问题，总结了石墨烯/铜基复合热沉的制备方法，并对其优缺点进行了分析；综述了石墨烯/铜基复合热沉的均匀分散性、界面结合、作用机制及分子动力学模拟等关键问题，最后展望了石墨烯/铜基复合热沉在工程应用中的发展前景。

摘要:高熵合金的“多主元”特性，颠覆了传统“单一主元”的合金设计理念，使其具有优异的力学性能。然而，也正因为“多主元”，高熵合金具有复杂的变形行为，表现为多种变形机制交替出现且耦合关联。因此，厘清高熵合金的复杂变形机制是当前研究的难点。在表征复杂变形行为方面，中子衍射技术比传统显微方法更具优势，其强穿透性可原位、实时、无损探测厘米级块体样品在复杂环境下的结构演变，且中子衍射可精确表征C、O等轻元素和近邻元素的晶胞占位。本文从中子衍射原理、实验及数据分析出发，结合当前面心立方高熵合金研究的最新进展，总结并展示了运用中子衍射探究其变形行为的典型范例，揭示了位错、层错、孪晶和相变主导的变形机制。

摘要:随着高性能航空发动机对材料性能要求的日益提升，变形高温合金的合金化程度持续增加，高合金化铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂。铸锭一旦开裂，严重干扰后续重熔过程的稳定性，导致铸锭的废品率升高，对最终产品的性能和可靠性也会产生不可逆的影响。铸锭开裂作为熔炼过程中的一种复杂冶金缺陷，已成为制约我国高合金化变形高温合金锭型扩大化生产的关键技术瓶颈。鉴于此，本文综述了近年来国内外关于变形高温合金铸锭在三联熔炼过程中开裂原因的研究成果，深入剖析了裂纹形成的影响因素，针对不同开裂原因提出相应的控制措施，展望了铸锭开裂的未来研究方向，旨在为实现零缺陷高温合金材料的制备提供理论依据与技术参考。

摘要:钽作为一种“亲生物”的高性能医用金属材料，被广泛应用于骨结构重建和骨功能修复领域。多孔钽骨科植入物具有优异的力学性能、生物学性能和体内骨融合以及骨长入性能，临床治疗效果突出。本论文在团队近年来研究工作基础上，结合文献分析，重点评述增材制造多孔钽材料的制备工艺、结构设计及优化、力学性能、生物学性能、体内骨融合和骨长入能力以及临床应用方面的最新研究进展。增材制造（3D打印）技术在多孔钽材料及骨科植入物领域的应用，为骨组织修复提供了新的解决方案，通过精准调控三维贯通仿生多孔结构，实现孔隙率、孔径分布及连通性的优化，模拟天然骨组织的孔道结构，为细胞迁移、营养物质传输及骨长入创造适宜的微环境。多孔钽材料展现出优异的静动态力学性能，其弹性模量与天然骨相匹配，有效避免应力屏蔽效应。多孔钽材料表现出显著的骨传导性，并与宿主骨组织形成稳定的界面结合，实现良好的骨整合效果。此外，增材制造技术能够基于患者医学影像数据，实现个性化定制植入物的高效制备，显著提高植入物的适配性和治疗效果。在临床应用方面，增材制造多孔钽材料在复杂骨缺损修复、关节置换及脊柱融合等人体骨功能重建和骨疾病治疗领域展现出广阔的应用前景。

摘要:NbTi、Nb₃Sn、MgB₂、Bi系超导材料的结构复杂，金属间、金属与粉体间及芯丝间的协调变形均匀性决定了线材加工质量和力学性能。线材和模具结构、加工工艺、变形条件是影响其协调变形行为的重要因素，基于有限元数值模拟方法，分析和评估多种因素下超导线材的协调变形行为是一种重要工程手段，能够较为准确和直观地分析多层、多芯复合结构超导线材成形过程协调流变行为及复合相间及其界面处的应力/应变分配。本综述旨在概述超导线材成形过程有限元模拟的研究进展，归纳总结了超导线材成形有限元模型构建、本构模型选择及边界条件设置等。同时论述了变形参数、模具结构和加工工艺对协调变形行为影响机制及多尺度分析最新研究进展。