谭哲
,
刘金水
,
周惦武
,
胡林西
,
卢源志
,
贾骁
,
姜德福
中国有色金属学报
采用光纤激光器作为焊接热源,对1.4 mm厚DP600双相钢和1.8mm厚AZ31镁合金平板试件进行钢上、镁下搭接、钢/镁层间添加Sn箔的激光热传导焊试验,通过试验调整优化焊接工艺参数,获得最佳焊缝成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)的扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)等观察添加Sn箔钢/镁接头的显微组织、界面元素分布和相结构组成;利用ANSYS有限元软件,考虑材料物性参数的温度相关性、初始条件、边界条件等因素影响,建立钢/镁异种金属激光焊接非线性三维传导有限元模型,模拟计算钢/镁焊接接头的温度场分布.结果表明:添加Sn箔可实现钢/镁之间的有效连接,焊接模式为激光热传导焊,模拟计算获得熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证采用高斯体热源模型用于模拟双相钢/镁合金焊接接头温度场的合理性;由于添加Sn箔减缓从上层钢板向下层镁合金的热量传递,起到一定程度的隔热效果,利于熔沸点差异大的钢、镁同时熔化,此外上层钢侧冷却速度降低,延长钢板与Sn箔中Fe、Sn元素的相互扩散时间,导致钢/镁界面中钢侧过渡区域生成FeSn、Fe1.3Sn、Fe3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成Mg2Sn相.因此,添加Sn箔有助实现双相钢/镁合金异种金属的有效连接.
关键词:
钢/镁异种金属
,
Sn箔
,
激光热传导焊
,
数值模拟
,
温度场
张丽娟
,
周惦武
,
刘金水
,
徐少华
,
乔小杰
,
李升
中国有色金属学报
采用光纤激光器对1.4 mm厚DC51D+ZF镀锌钢和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行添加Mn、Zr粉末的激光搭接焊试验，利用金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制电子万能试验机等研究焊接接头各区域的金相组织、显微硬度、断口形貌、主要物相与接头的力学性能。结果表明：在钢/铝激光焊中添加Mn、Zr粉末，焊接接头平均抗剪强度与没有添加粉末相比，有所提高，其中添加Zr粉末的提高效果明显；Mn、Zr粉末的添加改变了钢/铝界面的元素分布、物相组成及微观组织形态，添加Mn能提高熔池金属的流动性，利于钢/铝界面结合，而添加Zr，焊缝区晶粒细小，形成新的ZrFe3.3Al1.3韧性相，抑制Fe-Al脆性金属间化合物生成。因此，添加Mn、Zr均改善了钢/铝焊接接头的力学性能。
关键词:
激光焊接
,
异种金属
,
金属间化合物
,
微观组织
,
力学性能
谢贤清
,
张荻
,
刘金水
,
蔡建国
航空材料学报
doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2000.04.009
采用搅拌铸造法制备了TiC/ZA43复合材料, 用环-块摩擦磨损试验机测试了连续润滑条件下复合材料的滑动摩擦磨损性能.结果表明,TiC颗粒使基体ZA43合金的微观组织及磨损性能显著改善,摩擦系数和磨痕宽度降低且变化平稳.TiC/ZA43复合材料的磨面光滑,磨痕短细;而未增强的ZA43局部表现为粘着磨损,表面产生局部的塑性流动.摩擦过程中,未增强的ZA43合金次表层的硬度明显降低;而TiC/ZA43变化不明显.
关键词:
TiC/ZA43复合材料
,
TiC颗粒
,
连续润滑
,
摩擦磨损
陈律
,
彭平
,
李贵发
,
刘金水
,
韩绍昌
稀有金属材料与工程
采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明:RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位.这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高.进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好.
关键词:
RuAl合金
,
点缺陷
,
第一原理
,
赝势平面波方法
,
塑性
张健
,
周惦武
,
彭平
,
刘金水
稀有金属材料与工程
采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了Cu合金化前后Mg2Ni相及其氢化物的能量与电子结构.负合金形成热的计算结果表明:Cu合金化Mg2Ni形成Mg2Ni(Ⅱ)"1-xCu(x=1/3)的相结构稳定性最高,两个Cu原子最易占据Ni(Ⅱ)的(0,0.5,0.166 67)与(0.5,0,0.5)位置;进一步对其氢化物的解氢反应热进行计算,发现Cu合金化后,氢化物体系解氢反应热与合金化前相比,明显降低,表明Cu合金化Mg2Ni氢化物的解氢能力增强;电子态密度(DOS)与电子密度的计算结果发现:Mg2Ni(Ⅱ)" 1-xCux(x=1/3)相结构最稳定的主要原因在于:Cu合金化后氢化物在费米能级处的成键电子数N(EF)与其它结构相比最少;而Cu合金化Mg2Ni氢化物解氢能力增强的主要原因在于:Cu合金化削弱了氢化物中Mg-Ni和Ni-H间的成键作用以及相应原子在低能级区成键电子数的减少.
关键词:
Mg2Ni相
,
Mg2NiH4
,
赝势平面波方法
,
解氢反应热
,
解氢能力
,
电子结构
彭利
,
周惦武
,
徐少华
,
彭平
,
刘金水
中国有色金属学报
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe8Al8及(Fe7X)Al8 (X=Pb,Sn,Ti,Cu,Mn,Si,Zn)超胞模型的弹性模量与电子结构,在分析合金化元素改善FeAl金属间化合物力学性质的基础上,选取降低脆性效果较好的Cu和最好的Pb,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行加入中间夹层Cu和Pb的激光搭接焊试验.结果表明:FeAl金属间化合物为脆性相,其电子结构根源在于Fe的sd态与Al的sp态存在电子轨道杂化,为明显的共价键特征；FeAl合金化后,脆性降低,相应脆性由低到高的顺序为(Fe7Pb)Al8、(Fe7Sn)Al8、(Fe7Ti)Al8、(Fe7Cu)Al8、(Fe7Mn)Al8、(Fe7Si)Al8、(Fe7Zn)Al8、Fe8Al8,Pb合金化降低脆性效果最好,激光搭接焊加入中间夹层Pb,钢侧母材与焊缝界面区由母材侧较大晶粒和焊缝的细小晶粒交错形成,熔池金属与母材铝之间没有明显的分界线,焊接接头界面熔合良好；与未加夹层相比,加入中间夹层Cu和Pb后,焊接接头力学性能提高,其中Pb的作用优于Cu的,试样断口均具有韧性断裂特征.
关键词:
镀锌钢
,
铝合金
,
第一性原理计算
,
激光搭接焊
,
FeAl脆性金属间化合物
,
力学性质
谢贤清
,
张荻
,
蔡建国
,
刘金水
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2001.08.001
采用XDTM法与搅拌铸造法相结合的工艺制备了TiCp/ZA43复合材料,研究了TiCp/ZA43复合材料的微观组织,测定了TiCp/ZA43复合材料50～250C间的热膨胀系数值,并运用理论模型对该温度区间的热膨胀系数进行了计算,分析了热膨胀性能的影响因素.结果表明,TiC颗粒增强相的加入使ZA43合金的微观组织和热膨胀性能显著改善.运用Kerner模型和Turner模型对TiCp/ZA43复合材料的热膨胀系数的计算值与实测值能很好地吻合.研究发现TiCp/ZA43复合材料的界面热应力随温度的升高而显著地增加,但随TiC颗粒含量的增加只稍有增长.应力状态引起热膨胀系数的变化随温度的不同而不同.
关键词:
热膨胀性能
,
TiCp/ZA43复合材料
,
理论模型
,
热应力
周惦武
,
戴婷
,
徐少华
,
刘金水
中国有色金属学报
采用光纤激光器对1.4 mm厚的DC56D+ZF镀锌钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行有无胶层加入的激光搭接焊和耐蚀性实验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制电子万能试验机等分析胶层加入前后焊接接头的金相组织、断口形貌、界面元素、腐蚀速度、腐蚀产物形貌与成分以及接头力学性能,探讨胶层影响钢/铝焊接试样耐腐蚀性能的作用机制.结果表明:激光功率1650 W,焊接速度35 mm/s,离焦量+3.0 mm,Ar为保护气体且流量为20 L/min的工艺条件下,加入胶层,焊接试样正面焊缝均匀连续,无气孔和裂纹等缺陷;胶层的加入改善了搭接焊中因间隙而产生的热传递受阻现象,与未加胶层相比,横截面金属平板试件间隙减少,熔深值增大;胶层受激光作用分解形成气体和固体残留物,改变铝合金表面高反射率状况,加大铝合金对激光能量的吸收,钢/铝熔融金属冷却后互相嵌入,与未加入胶层相比,钢/铝界面分界线不十分连续;激光焊接中加入胶层,焊接接头抗剪强度与平均剪切力分别为41.45MPa和1.04 kN,力学性能并没有因为胶层的加入而减弱;同等腐蚀条件下,焊接试样腐蚀方式为电偶腐蚀,腐蚀产物主要为Fe2O3、FeO(OH)、Fe6(OH)12CO3,与未加入胶层相比,焊接试样腐蚀速度减慢,耐蚀性提高;由于胶层具有绝缘性,可以抑制阳极和阴极之间的电子交换,减缓电偶腐蚀,因此,胶层的加入明显提高了钢/铝焊接试样的耐腐蚀性能.
关键词:
钢/铝异种金属
,
激光胶接焊
,
焊缝形貌
,
耐腐蚀性能
周惦武
,
刘金水
,
卢远志
,
张楚惠
中国有色金属学报
采用基于密度泛函理论的Dmol 4.1程序,从合金形成热、结合能、热力学性能和态密度等方面,研究Sb、Bi合金化提高Mg-Al系合金抗蠕变性能的影响机理.结果表明:Sb、Bi分别置换Mg-Al系合金Mg17Al12相中Mg(Ⅰ),Mg(Ⅱ),Mg(Ⅲ)和Al原子时,仅Sb置换Mg17Al12相中Mg(Ⅰ),Mg(Ⅱ) 原子,Bi置换Mg17Al12相中Mg(Ⅰ)原子能形成稳定的Mg17Al12固溶体结构,这表明Sb、Bi在Mg17Al12中固溶量有限.进一步比较合金化形成稳定的固溶体结构,发现Sb、Bi合金化后,固溶体结构的稳定性比未合金化时增强,其中,Sb置换Mg17Al12相中Mg(Ⅱ)原子时,其结构稳定性最高,其次Sb置换Mg17Al12相中Mg(Ⅰ)原子,再次Bi置换Mg17Al12相中Mg(Ⅰ)原子;而析出金属间化合物Mg3Bi2和Mg3Sb2,比相应合金化Mg17Al12固溶体的结构更稳定.不同温度下热力学性能的计算发现,合金体系中形成了结构稳定性高的Sb、Bi合金化Mg17Al12固溶体以及金属间化合物Mg3Sb2和Mg3Bi2,这些相高的结构稳定性并不因温度的升高而消失,其结构稳定性仍比Mg17Al12相高,因此Sb、Bi合金化提高了Mg-Al系合金的抗蠕变性能.电子态密度的分析结果进一步表明,Mg-Al系合金中相结构稳定性提高的主要原因在于:Sb、Bi合金化后,体系费米能级以下低能级区成键电子数的增多,其来源主要是Mg(s)、Mg(p)、Al(p)、Bi(d)和Sb(d)的价电子.
关键词:
Mg17Al12相
,
结构稳定性
,
热力学性能
