设计了一种新型1500MPa级Si-Mn-Cr-Ni-Mo多组元系低合金、超高强度工程结构钢,研究了回火温度对直接淬火钢组织与力学性能的影响.结果表明,抗拉强度随回火温度的升高而不断降低,屈服强度随回火温度升高先升高后下降,延伸率和冲击功均随回火温度升高呈现先升高、后降低、再升高的变化趋势.分析认为,回火过程组织演变的物理机制一方面包括板条马氏体和位错亚结构的回复、再结晶软化过程,另一方面包括残余奥氏体的分解与马氏体中过饱和碳的脱溶及析出第2相的强化机制综合作用.250℃回火后,板条马氏体内析出ε碳化物;400℃回火后ε碳化物明显粗化,产生回火脆性;600℃回火后部分析出相在奥氏体中形核,在马氏体基体内长大和粗化,最终形态为近似球形,另一部分析出相在马氏体内形核、生长,呈现椭球形或矩形

为了研究非金属夹杂物对航空用超高强度钢性能的影响,采用扫描电镜原位观测的方法,跟踪观察了拉伸和低周疲劳载荷作用下两种航空用超高强度钢中不同种类、形态和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生与扩展的微观行为.结果表明,对于单个TiN和AlN夹杂,在拉伸载荷作用下,裂纹均首先在夹杂内部萌生.夹杂面积越大,夹杂内萌生的裂纹条数越多,第1条裂纹萌生所需的应力越小.在疲劳载荷作用下,对于单个TiN夹杂,裂纹也首先萌生于夹杂内部.但对于以点链状形式存在的AlN夹杂,无论是在拉伸还是疲劳载荷作用下,裂纹均首先在点链状夹杂内部两夹杂之间的母材中萌生,然后沿点链状夹杂向两侧扩展.以点链状形式存在的夹杂对材料疲劳性能的危害比单个夹杂严重得多,夹杂物对材料疲劳性能的危害远大于对拉伸性能的危害

38CrMoAl高铝钢由于Al含量较高([Al]=0.7%~1.1%,质量分数),在连铸过程中容易导致水口的堵塞,因此需要对钢中Al2O3夹杂物进行形态控制,保证钢水的可浇性.热力学计算和实验研究结果显示:钢中高含量的Al对渣中即使少量的SiO2都具有较强的还原性;不采用传统的精炼喂钙线工艺,而进行转炉出钢过程渣洗操作,能将高熔点的Al2O3转变为低熔点的球状钙铝酸盐夹杂.同时,采用CaO-Al2O3基中间包覆盖剂,以避免钢渣反应导致钢中夹杂物含量增加.工业性试验结果表明,钢水洁净度较高,可浇性好,连续浇注5炉后,水口内壁基本无结瘤现象

用透射电镜研究了X70针状铁素体管线钢中的析出相．一种是以TiN为主、尺寸较大(50nm～1μm)、外形规则、几乎呈立方体的Ti (Nb) NC复合析出相,其中Ti/Nb比值处于5～12之间．另一种是以NbC为主、尺寸十分细小(小于20nm)、形态为圆形或椭圆形的Nb (Ti) C复合析出相,Nb/Ti比值处于1～6．37之间,衍射分析结果表明其为多晶粒构成．分析表明,尺寸较大的方形析出相在1150℃的温度时已经存在,并且在热模拟过程中变化不大．细小圆形析出相绝大部分是在1100～900℃之间析出,而且与基体保持共格或半共格的关系．V的析出不明显,其作用相对较弱．高温热塑性曲线的测量结果显示,在没有变形情况下,1050℃时析出相开始析出,900～850℃之间析出量达到最大．

提出了金属梯度结构轴的概念.研究了固-液复合的25Cr5MoA钢/Q235钢复合轴的组织、Cr元素的扩散以及结合界面附近显微硬度的变化规律.结果表明:经过挤压变形后,25Cr5MoA钢/Q235钢界面形成了良好的冶金结合,二者结合紧密,除了组织结构的差别外,二者的结合界面已经难以区分.结合界面附近Cr元素在固-液复合时得到充分扩散,并呈现出连续分布的形态.从界面向Q235钢和25Cr5MoA钢两侧±100μm范围内,硬度呈现出均匀、连续分布.经过热处理后,随着加热温度的升高和加热时间的延长,Cr元素在结合界面附近的分布更加均匀,分布曲线在界面的斜率进一步降低,使结合界面附近25Cr5MoA钢的一侧的显微硬度大幅度降低,这有利于形成化学成分、组织以及性能的梯度变化

以自然崩落采矿法为研究对象,利用二维颗粒流数值模拟(PFC2D)的原理和方法,研究了自然崩落法矿体崩落规律.以某镍铜矿的地质条件及矿岩物理力学性质为依据,采用数值模拟的方法分析了自然崩落法的崩落规律.结果表明:PFC2D模型在分析自然崩落过程中力学机理的同时,能有效地模拟自然崩落法采矿过程,并且能直观地给出矿体在崩落过程中各种参数的具体形态变化.利用PFC2D模型预测该镍铜矿自然崩落法初始崩落拉底半径为10m,连续崩落的拉底半径为22m,有效地指导该矿自然崩落法的放矿

为了研制一种连铸结晶器耐高温耐磨材料,采用超音速等离子喷涂法在纯铜板上制备了氧化钇部分稳定的氧化锆(YPSZ)涂层.利用X射线衍射仪、扫描电镜、彩色3D激光显微镜和图形软件(Image-pro Plus3.0)对YPSZ涂层的微观组织进行表征,通过销盘式磨损仪在室温干摩擦条件下测试了涂层的耐磨性能及化学硬化对涂层耐磨性能的影响.研究发现YPSZ涂层完全由t’-ZrO2相组成,其断口形貌由柱状晶和一定量的部分熔融颗粒组成,截面组织形态表现出较好的完整性,涂层孔隙率为1.2%,表面粗糙度为6.457μm.磨损实验表明化学硬化前YPSZ涂层与刚玉球对磨时的摩擦因数在0.5~0.6之间,平均磨痕宽度为3638.8μm,磨损体积为1.25508×10-2mm3,磨损机制为脆性断裂导致的磨粒磨损;化学硬化后YPSZ涂层的磨痕宽度和磨损体积均有大幅降低,脆断程度也更轻,其磨损性能得到极大改善

依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想,设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水口.对不同类型水口(直通式、四分径向以及四分切向水口)浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况进行了流体动力学比较研究.结果表明,新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流,并能够产生较强的水平旋流.该水平旋流能降低钢水的冲击深度,抑制钢液面波动,促进夹杂物上浮,还具有促进钢水过热耗散的效果.与四分径向水口相比,新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击,均匀横截面坯壳厚度.此外,该旋流状态使热中心上移,自由液面附近钢水的温度可提高2～6℃,改善化渣条件

采用扫描电镜、透射电镜及其附带的能谱仪和碳复型萃取技术等多种手段研究了不同Hf含量的FGH96合金粉末颗粒显微组织、枝晶间合金元素偏析和析出相.发现Hf含量可以改变粉末颗粒内部树枝晶、胞状长大晶和微晶凝固组织的比例,粉末的快速凝固组织形态主要取决于冷却速率和固液界面前沿温度梯度与长大速度的比值.不同Hf含量的FGH96合金粉末颗粒中,Nb、Ti、Zr和Al均富集于枝晶间,Co、Cr、W和Ni均富集于枝晶轴.当Hf质量分数为0.3%时,Ti、Nb、Zr、Hf等强碳化物形成元素的枝晶偏析程度最小.在快速凝固粉末颗粒中,Hf对氧含量比碳含量更敏感,优先形成更稳定的氧化物HfO2

对印尼红土镍矿的基础特性进行了系统的研究,发现矿石主要由蛇纹石和辉石组成,其中Ni元素主要以类质同象的形式取代Mg元素存在于蛇纹石中.在此基础上分别进行了红土镍矿焙烧、氢气还原、磁选分离镍和铁的一系列实验研究.红土镍矿与碳酸盐添加剂进行混合焙烧实现了Ni和Fe氧化物的释放;对焙烧产物进行氢气还原,还原产物中Ni和Fe元素以金属形态存在,Fe金属化率最高超过80%,远大于原矿还原产物中Fe的金属化率(4%-8%),且随着温度升高,Ni元素易与Fe结合生成Fe-Ni;磁选所得产物中Ni和TFe品位分别达到3%和20%,Fe和Ni的回收率分别达到80%和90%,初步实现Ni和Fe的富集