张德丰
,
陆建生
,
吕建国
,
宋鹏
钢铁研究
通过扩展Avrami相变动力学模型、开发线性混合热膨胀模型、应用有限元单胞法,考虑了相变诱导塑性(TRIP)、相变膨胀、热膨胀等机制,建立了热力耦合有限元单胞模型.用该模型研究了X65管线钢分别在0、±50、±100、±150、±200 MPa拉、压单轴外载作用下,以1℃/s的冷速从540℃冷却至480℃的控冷过程,标定了TRIP系数,定量分析了TRIP效应对应变、应力的影响.结果表明:本模型适用于研究X65管线钢中由Greenwood-Johnson机制产生的TRIP效应,TRIP系数为5.35×10<'-5>;控冷结束,拉应力外载产生的ε<,trip>占ε的比例最低22%,最高79%;拉、压外载作用下,TRIP效应产生的最高残余拉、压应力分别为346 MPa和-103 MPa的.
关键词:
热力耦合
,
有限元
,
单胞
,
X65管线钢
,
相变诱导塑性
宋鹏
,
陆建生
,
吕建国
,
张德丰
稀有金属材料与工程
研究比较沉积热障涂层和无热障涂层的镍基高温合金铂改性铝化物涂层在900,1000和1100 ℃空气中高温氧化生成的氧化铝层表面形态和断面结构.发现低铂含量涂层氧化初期热生长层(TGO)表面有放射状裂纹形成和长大,造成氧化铝的局部脱落,并在TGO与铂铝涂层界面形成空洞.涂层900 ℃循环氧化300 h后TGO内部均形成空洞.而在1100 ℃氧化时,TBC陶瓷层的存在改变了两种铂铝涂层TGO的内应力变化趋势,升高温度使TGO厚度迅速增大,涂层寿命迅速下降.
关键词:
铂
,
铝化物涂层
,
高温氧化
,
热生长层
宋鹏
,
陆建生
,
周洁
,
张德丰
,
杨滨
材料科学与工艺
doi:10.3969/j.issn.1005-0299.2007.02.036
利用有限单元法对影响金属薄膜沉积初期的因素进行了计算机模拟.按膜料为Pt、Pt-Ru、Pt-Ti、Pt-Ni、Pt-Al等五种模式,采用刚性球入射到C或Si基底,重点研究了沉积原子的半径差异比、沉积原子能量和原子入射角等参数对薄膜沉积的影响,同时检验了有限元方法在微观领域中的合理性和适用性.
关键词:
金属薄膜
,
沉积因素
,
有限单元法
,
计算机模拟
张德丰
,
陆建生
,
吕建国
,
宋鹏
材料科学与工艺
摘要：为研究X65管线厚板控制冷却时板厚方向的残余应力，通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond模型建立了热力耦合有限元模型，用该模型研究了控冷工艺、相变效应对残余应力的影响．结果表明：当上表面层流冷却系数由1mW／（mm2·K）分别增至2、3mw／（mm2·K）而下表面维持1mW／（mm2·K）不变时，上、下表面与心部两侧的平均温差由0℃分别增至9、10℃，上表面一侧的拉应力峰值锐减188MPa，并使上表面和心部附近的拉、压应力峰向下表面方向大幅迁移，即上下表面的不对称控冷加剧了板厚方向温度和残余应力的不对称分布；实际控冷工艺下，相变效应通过产生拉、压应力峰值分别为779、-454MPa的应力而显著影响板厚方向的残余应力。
关键词:
管线
,
控制冷却
,
残余应力
,
热力耦合
,
有限元
,
工艺
,
相变效应
张德丰
,
陆建生
,
宋鹏
,
吕建国
稀有金属材料与工程
研究了镍基高温合金热障涂层系统中铂改性铝化物粘结层在空气中非连续高温氧化生成的Al2O3层内应力状态及相应的粘结层微观结构.利用Raman光激发荧光谱技术,发现铂铝粘结层在900℃氧化初期生成了θ-和α-Al2O3,而在1100℃氧化时,表面则形成连续致密的α-Al2O3层.通过α-Al2O3的光激发荧光谱偏移量,计算得到了热障涂层中热生长层的内压应力略高于3.0 GPa.铂改性铝化物涂层表面Al2O3“背脊”处的内应力相对较低,同时由于没有陶瓷层的压制,生成的Al2O3起伏较大,并发生局部的Al2O3脱落.随氧化时间延长,由于Al元素沿晶界扩散较快,导致更多的γ′-Ni3Al在粘结层晶界处形成,粘结层中基本相β-NiAl向γ′-Ni3Al转变,改变了粘结层本身的热膨胀系数,引起热生长层中内应力变化.
关键词:
铂改性铝化物
,
粘结层
,
氧化
,
内应力
宋鹏
,
陆建生
,
黄太红
,
张德丰
,
吕建国
稀有金属材料与工程
研究NiPtAl和MCrAlY作为粘结层的EB-PVD热障涂层不同温度循环氧化寿命差异,从涂层高温氧化角度理解氧化铝的生长差异对上述涂层不同寿命的影响原因.发现2种Pt浓度的NiPtAl涂层具有相似的氧化行为和涂层寿命,同时NiPtAl比MCrAlY作为粘结层的热障涂层表现出明显较长的循环氧化寿命.NiPtAl比MCrAlY具有较低的氧化铝生长速率和较大的临界失效厚度.NiPtAl氧化铝呈明显的等轴和柱状晶粒分布,涂层中的Pt和氧化铝晶界中Hf偏析物是影响氧化铝生长速率的重要因素.进一步证明铂能够提高氧化铝的粘结性能和热障涂层寿命,从而抵消铂的高成本进而促进NiPtAl涂层在涡轮机中的进一步广泛应用.
关键词:
铂改性铝化物
,
热障涂层
,
氧化铝
,
生长
,
微观结构
张德丰
,
陆建生
,
宋鹏
,
吕建国
材料导报
阐述了优化TRIP(相变诱导塑性)钢所需的马氏体相变晶体学、热力学、动力学和TRIP效应等基本理论,重点介绍了WLR和B-M晶体学、O-C热力学、K-M和O-C动力学以及与TRIP效应相关的G-J、Magee机制.概述了TRIP钢的理论的研究进展,提出了目前理论研究存在的问题和研究方向.
关键词:
TRIP钢
,
晶体学
,
热力学
,
动力学
宋鹏
,
陆建生
,
张德丰
,
周洁
,
杨滨
材料科学与工艺
doi:10.3969/j.issn.1005-0299.2007.06.023
为了从微观领域研究金属薄膜缺陷的形成和薄膜的初期生长模式,利用有限元法对金属薄膜沉积过程中的缺陷和生长模式进行了计算机模拟.以Pt原子为膜料粒子,采用刚性球入射到石墨基底,重点研究了在基底上形成的缺陷结果表明,在薄膜生长初期会形成"树桩"小岛,而当碳基底上沉积铂原子的能量值达到75 eV时,就有可能发生随机原子注入."树桩"小岛的形成使薄膜生长多为岛状生长机制,同时检验了有限元方法在微观领域中的合理性和适用性.
关键词:
薄膜缺陷
,
薄膜生长模式
,
有限元
,
计算机模拟
宋鹏
,
陆建生
,
吕建国
,
张德丰
稀有金属材料与工程
研究镍基高温合金的热障涂层系统中不同铂含量的改性铝化物粘结层在1100 ℃空气中循环氧化和非连续氧化行为及生成的氧化铝层的内应力状态.发现在不同循环氧化条件下,铂铝粘结层表面都形成连续致密的α-Al_2O_3层,并且α-Al_2O_3具有相同的形态和相似的平均厚度.而在非连续氧化初期,Al_2O_3层热生长应力快速增大,在氧化至100 h时内应力出现峰值.同时由于高含量铂促进Al元素的扩散从而改变了涂层力学性能,造成高含量铂涂层中表现较大的内应力,但铂含量不能影响Al_2O_3层中内应力曲线变化趋势.另外,低铂含量涂层γ′-Ni_3Al多沿β-NiAl晶界生成,而高含量铂使涂层晶粒细化,导致γ′-Ni_3Al相呈弥散分布生长,从而可以形成Al元素的"网"状快速扩散通道.
关键词:
铂
,
铝化物涂层
,
高温氧化
,
内应力
张德丰
,
陆建生
,
宋鹏
,
林清华
,
吕建国
材料科学与工艺
通过开发线性混合热膨胀模型、使用Leblond相变诱导塑性（TRIP）模型和拓展Avrami相变动力学模型建立了热力耦合有限元模型,考虑了相变潜热、相变膨胀、TRIP效应、热膨胀等机制.用该模型分析了X65厚管线板从860℃至低温的非对称（上下表面层流冷却系数分别为3,1mW/mm2K）控冷过程,定量研究了相变潜热、TRIP效应对温度、残余应力的影响.结果表明：相变期间,潜热升温52.7℃,并减缓下表面和心部的温降分别为50%,25%;控冷终了,潜热提高板温44℃.潜热和TRIP效应分别产生峰值为±89MPa和130,-170MPa的残余拉、压应力,并通过迁移应力峰来影响残余应力值和分布状态.
关键词:
相变诱导塑性(TRIP)
,
热力耦合
,
相变潜热
,
相变膨胀
,
X65厚管线板
