材料强韧化处理教师：赵满秀博士
摘录：李丹彭凤仇才君
教学内容：
①有关材料的强化和韧化的基本原理
②材料表面强化（重点）
目录
第一部分材料的强化和韧化的基本原理
第一章材料的强韧化基本原理
一、金属材料强韧化的意义
①通过强化处理可以优化材料的力学性能指标，充分挖掘材料的潜力。
②工作表面通过表面强化处理，增加耐磨性、耐蚀性、疲劳强度，提高工件使用寿命。
综上所述，材料的强韧化处理就是在保证材料的强化的同时，尽量提高材料的韧性。
二、实现钢铁材料强韧性的两个阶段
1、液态阶段（炼钢者研究的重点）
方法：细化晶粒、纯洁钢材、合金化
（1）、细化晶粒
方法：①快速冷却（增大过冷度）；②加变质剂：减少表面能，提高形核率；抑制晶粒长大；③震动搅动：机械形核；④合金化（用Al、Nb、Ti脱氧）：氧化物熔点高，成为非均匀形核的核心，增加形核率。
Al脱氧的原因：Al与氧的结合力强，生成高熔点的氧化物，成为非均匀形核的核心，提高形核率，细化晶粒。
钢铁冶炼的最后阶段：①脱氧：加Al、Mg、Si与O结合，细化晶粒；②合金化。
（2）纯洁钢材：如模具、刀具（含C 量高、耐磨、高纯净） 方法：去除有害元素S 、P 、O 、H ；去除氧化物、氯化物、硅酸盐；去除有害气体。 2、固态阶段
对于固体材料为提高材料的强韧化，常采用常规热处理或者形变两大方法，也可以通过表面强化提高表面强度。
（1）、常规热处理方法：正火、退火、回火、淬火（时效强化、固溶强化、细晶强化、第二相粒子强化）
（2）冷变形强化机理：塑性变形使位错密度增加，位错运动受阻。 （3）热加工强化的原因：能焊合某些缺陷、破碎粗大组织、形成纤维组织。
常规热处理与形变工艺如下所示：
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????热挤压热轧
热锻热加工挤压滚压喷丸冷变形形变淬火回火退火
正火常规热处理诱发M 相变，产生孪晶，提高硬度
三、强化的两个途径
1、晶体的理论强度和实际强度
①理论强度：按完整晶体刚性滑移模型计算出的强度 ②实际强度：实验测得的单晶体临界分切应力 2、材料强度和位错密度的关系
须晶：接近完整晶体的须状晶体 强化的两个基本途径：
①尽可能减少晶体中的位错密度，使其接近完整晶体或者制成无缺陷的完整晶体，是金属的实际强度接近理论强度。
②在实际晶体中尽可能增大晶体中的位错密度，并尽可能的从运动着的位错设置障碍，抑制位错源的运动。
四、金属材料强化机理
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?第二相强化固溶强化晶界强化：细晶强化
形变强化
1、形变强化：金属因塑性变形而引起的强化现象（冷热加工）。（硬度、韧性都增加）
实质：位错增加——位错阻力来源三个方面---位错塞积、位错割阶、位错林。
【问题：①什么是冷加工？ ②什么是热加工？】
2、晶界强化（细晶强化）
概念：细晶强化是指因晶界的存在及晶界的增多而引起的强化现象。 原因：晶界是位错的阻碍 霍尔佩奇公式：d k 2/1-y i s +=σσ σs ：屈服强度
∑i ：位错在晶粒内为克服摩擦力所需的应力 k y ：与材料的有关的常数 d ：晶粒直径
晶界强度、晶内强度与温度的关系如图所示：
常温下：晶界强度>晶内强度（温度升高，晶界强度下降幅度比晶内强
度下降幅度要快） 3、固溶强化
晶格内溶入异种原子而使金属强化的现象。
①原因：溶质原子作为位错运动的阻碍，增加塑性变形的抗力。
②类型：?
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?????无限固溶体有限固溶体
置换固溶体间隙固溶体强化效果：有限>无限 （有限固溶体：溶质在金属中溶解度愈小，固溶强化作用越大） 强化效果：间隙固溶体>置换固溶体
原因:点阵畸变变大，容易形成“柯垂尔气团”，扩散快，自发进行（使系统能量降低）
③形成固溶体的条件：半径相差不大、电负性相差不大（在元素周期表中，位置相邻）
4、第二相粒子强化（金属间化合物、氮化物、碳化物） 由于金属中的第二相的存在而引起的强化现象。
第二相强化效果与第二相的形态、数量以及其在基体上的分布方式有关。 （1）弥散分布
第二相以细小的质点的分散状态存在而使金属强化的现象。 弥散分布的第二相质点大小与强化作用密切相关，最合适的第二相质点间距为20~50个原子间距，第二相质点太粗，位错线弯曲程度不够，强化作用减弱，第二相质点不能太细，位错线不能弯曲，而是刚性地通过微小的第二相质点，强化效果不大。弥散分布的第二相质
点对基体的连续性破坏性较小，对塑性、韧性影响较小。
（2）双相合金中的第二相强化
有一些合金中，两相的体积、尺寸、结构、成分和性质，相差较大，往往以非共格形式存在。
第二相应呈片状或者球状，才能起到有效的强化作用。
双相合金中用于强化的第二相是硬脆相，当硬脆性的第二相以连续的网状分布在基体上晶粒的边界上，由于第二相本身无法产生塑性变形，对基体产生割裂作用，引起应力集中，韧性、塑性降低。
5、复合强化
各种因素综合而强化金属的现象。
例如：低碳钢经淬火后获得优质性能的原因？
（1）由于快冷，是M含碳量、含合金元素量，超过饱和状态，故有相当程度的固溶强化效果。
（2）M转变：有非扩散切变和体积变化产生的滑移变形产生形变强化。
（3）低碳M具有板条状结构，在板条状间以大晶界角度或者小晶界角度存在，即存在晶界强化。
（4）M转变开始温度高，有细小的碳化物析出，即产生弥散强化。
五、韧化的途径
强度与塑性、韧性往往是矛盾的，唯有细晶强化可以同时提高强度、塑性、韧性，其他的提高强度的方法均会不同程度的降低塑性、韧性。
1、塑性和韧性
塑性：材料抵抗变形的能力。评价指标：δ、ψ。 韧性：材料抵抗断裂的能力。评价指标：K I c 、a k 。
（K I c ：表明金属抵抗裂纹室温扩张的能力，可用定量计算，对材料的可
靠性进行评估）
2、金属材料的韧化途径 （1）减少C 含量。
（2）加入Ni 等合金改善机体韧性。
（3）提高钢的纯度，即减少S 、P 、O 、N 、H 及金属夹杂物。
（ 采用真空熔炼、电渣重溶等先进技术熔炼技术） （4）细化晶粒：d 2/1-c In -βK T =
T c ：韧脆转变温度 d ：晶粒尺寸 K 、β是常数 （5）热处理强化
低碳钢和低碳合金钢经淬火以后获得低碳板条状M,高碳钢经淬火以后获得B 下。
复合组织的利用：亚共析钢进行不完全淬火获得B 和F,及利用淬火后的A 残来提高韧性。
六、材料的设计在处理强韧性问题时，应防止两个倾向。
1、盲目追求韧性储备，限制其强度水平。克服韧性越来大越安全的传统设计思路。
2、盲目追求高强度，忽视韧性储备。强度高，韧性差，容易发生脆性
断裂。
七、钢铁材料的设计思路
成分、工艺→组织→性能→工作条件→应用场合
1.强化金属材料的各种手段,考虑的出发点在于制造无缺陷的晶体或者制造位错运动的障碍
4.常见公式和相关计算题 公式一:霍尔-佩奇 d 21-0 s k +=σ σ 公式二:培莱-赫许公式ρ τ τ210 aGb += 题一:若平均晶粒直径为1mm 和0.04mm 的纯铁的屈服强度分别为100mpa 和250mpa,则平均晶粒直径为0,01mm 的纯铁的屈服强度为多少? 答:根据材料的屈服强度与晶粒尺寸的霍尔佩琪公式: d 21- s k +=σ σ
有: )(122 11 2 12 21121 1 s σσσσs s s d d d d ---+=- --- 所以:MPA 5.337)100250(1 110004 .001 .02 121s =---+=- - σ 题二:晶体滑移面上有一位错环,外力场在其柏士矢量方向的切应力为G 10 4 -= τ,柏士矢量 m 55.2b 1010 -?=此位错环在晶体中能扩张的半径为多大? 答:单位长度位错受力为: GN/m 55.255.2G b F 10101014 -10-4-?=??==τ 曲率半径为R 的位错因线张力而施加于单位长度位错线的力R 2G F b 2 ≈,当此力和外加应力 场对位错的力相等所对应的R 就是此位错环在晶体中能扩张的半径,所以: m GN /55.22R G 10b 14 2 -?=,即m 275.1R 106 -?= 5.合金强化包括固溶强化和沉淀相颗粒强化 6.陶瓷材料韧化机制为相变增韧和微裂纹增韧 7.位错在金属晶体中收到这些阻力: 8.复合材料的增韧机制有: 9.高温时细晶材料比粗晶材料软,与常温时的细晶强化作用相反.高温时可利用定向凝固来增大颗粒,而通过机械震动,添加不溶杂质,增加过冷度来细化晶粒 10.细晶强化能增大材料的韧性的原因是:晶粒越细,单位体积内晶粒越多,形变时同样的形变量分散到更多的晶粒中,产生均匀形变而不会产生应力集中,引起裂纹的过早产生和发展 11.弹性模量大一般强度和脆性大,弹性模量小不意味着不易变形,例如橡皮筋弹性模量较小但是变形大,因为机制不同 12.加工硬化应力-应变曲线一般有三个阶段:易滑移阶段,线性硬化阶段,抛物线硬化阶段 13.加工硬化原理类似与位错强化机制,是金属形变后的位错密度增加,起到了强化作用 14.形变后的屈服应力称为流变应力 15.替换式固溶强化作用小于填隙式固溶强化,但在高温时变得较为重要 16.可变形微粒的强化作用为切割机制,适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形;不可变形微粒的强化作用为奥罗万机制（位错绕过机制）,适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的情形。 17.高聚物的强化方法： （1）引入极性基 链上极性部分越多，极性越强，键间作用力越大； （2）链段交联 随着交联程度的增加，交联键的平均距离缩短，使材料的强度增加； （3）结晶度和取向 高聚物在高压下结晶或高度拉伸结晶性高聚物，可使材料的强度增加；
《复合材料》教学大纲 一、课程名称：复合材料 二、学分、学时：2学分、32学时 三、教学对象：06级应用化学本科 四、课程性质、教学目标 《复合材料》是应用化学专业的一门学科基础课程，选修。复合材料是包括多学科、多领域的一门综合性学科。 本课程以恰当的比例分别对复合材料的各种增强材料、复合材料的各种基体材料以及聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料等的性能、制备、应用和发展动态进行了较为系统的讨论。使学生在已有的材料科学的基础上，较为系统地学习复合材料的各种基体材料和增强材料，以及各种复合材料的性能、制备方法与应用，了解材料的复合原理，以及复合材料的发展方向。从而丰富和拓宽学生在材料及材料学方面的知识。 五、课堂要求 要求认真随堂听课，认真阅读指定教材，广泛查阅有关复合材料方面的最新资料。按教学要求完成专题综述论文的撰写，并进行课堂交流。 六、教学内容与基本要求 （一）绪论（2学时） 复合材料的国内外发展状况及今后的发展方向；复合材料的分类；复合材料的基本性能；复合材料的增韧增强原理；复合材料的特性；复合材料的应用。 基本要求：掌握复合材料的基本性能及分类，了解复合材料的应用。 （二）材料的基体材料 （6学时） 金属材料：金属的结构与性能、各种合金材料； 陶瓷材料：包括水泥、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷； 聚合物材料：聚合物的种类、结构与性能，复合材料选用聚合物的原则。 基本要求：掌握常用基体材料的种类、结构性能及其选用的原则。 （三）材料的增强材料 （6学时） 玻璃纤维及其制品的分类、制备、性能与应用； 碳纤维的分类、制备、性能与应用； 陶瓷纤维、芳纶纤维、晶须的制备、性能与应用； 填料（高岭土、石墨、烹饪土、烹饪土、碳酸钙、化石粉等）的性能与应用。 基本要求：掌握常用增强材料的种类、性能及其选用的原则。 （四）传统复合材料的新发展 （4学时） 航空用先进树脂基复合材料的发展：先进复合材料在飞机上的应用、材料技术的进展、低成本复合制造技术的进展； 热塑性片材与热塑性树脂基复合材料：由片材制造成品的成型工艺、GMT片材在汽车工业中的应用； 熔体自发浸渗制备金属基复合材料：熔体自发浸渗制备金属基复合材料的原理及方法及研究现状； 陶瓷基层状复合材料：陶瓷制品的仿生结构构思、材料体系和制备技术、陶瓷基层状复合材料的结构性能及其强韧化机制、陶瓷基层状复合材料的发展方向。 基本要求：掌握常见几种传统复合材料的新应用、制备工艺与性能的基本知识，了解传统复合材料的发展方向。 （五）功能复合材料（4学时）
“钢的热处理原理及工艺”作业题 第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、说明相界面和应变能在固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 4、固－固相变的等温转变动力学曲线是“C”形的原因是什么？ 第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。 第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？ （1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性； （2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形； （3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒； （4）要消除T12钢中的网状渗碳体； 第四章、马氏体转变
纺织结构复合材料中的纺织品 刘洪玲 (东华大学纺织学院,上海,200051) 摘 要:本文从结构的角度分别综述纺织结构复合材料中的几种纺织品:机织物、编织物、针织物和非织造布,分析各种织物的结构特点及性能,同时也指出了各种织物应用于复合材料时存在的不足。 关键词:纺织品,复合材料,结构,特性 中图分类号:TS10616 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2001)10-0002-05 1 概述 利用纺织品作为增强材料与基体相结合所形成的复合材料称为纺织结构复合材料。应用于复合材料的纺织品,广义上包括纤维束、纱线、机织物、针织物、编织物及非织造布等。由于纤维束和纱线并不是纺织所特有的,因此,一般只将机织物、针织物、编织物及非织造布等作为应用于复合材料的纺织品[1～3]。 以纺织品作为增强结构的纺织结构复合材料的应用由来已久。早在一百多年前,就出现了用机织物与橡胶复合制造的轮胎,以后又陆续出现了充气筏、传送带、篷面材料、灯箱材料等柔性纺织结构复合材料。20世纪50年代,刚性纺织结构复合材料诞生了,它具有比强度高、比模量大的优点,可作为金属和木材的替代物,能够显著减轻重量[4]。但这类层压织物复合材料的层间剪切强度低,易分层,这主要是由于织物层间仅靠性能较低的基体粘结。为了解决分层问题,人们采取了很多措施,主要包括基体改性、厚度方向缝纫和衬入纤维,但这些方法不仅成本较高,而且还不能从根本上解决分层问题[5]。三维纺织结构复合材料能够从根本上解决分层问题,这类纺织品包括三 收稿日期:2001-03-27 作者简介:刘洪玲,女,1973年生,博士研究生。从事纺织材料及纺织品的开发研究。维机织物、三维编织物、多轴向缝编针织物等。在这类结构中,纤维束在空间相互交错、交织形成一个整体结构,从而在厚度方向引入增强纤维,提高了复合材料的层间剪切强度和损伤容限,因此它不会分层。这类结构的另一优点是可以加工各种不同形状的预型件,在浸渍前最终产品已经预成型,因而避免了由切割加工引起的性能下降[3,6]。因此,近几年来三维纺织结构复合材料的发展极为迅速,各种新型织机及其相应的产品不断出现,其性能研究也逐步深入,从而大大推动了纺织结构复合材料的发展与应用[7,8]。本文拟从结构的角度分析纺织结构复合材料中机织物、编织物、针织物和非织造布,分析各种织物的结构特点及性能(而不是从具体加工工艺的角度分析各种织物),同时也指出了各种织物存在的不足。 2 机织物 机织物是应用于纺织结构复合材料中最常见的纺织品。它既有平面二轴向结构,也有平面多轴向结构,还有空间三维结构。 2.1 平面机织物 2.1.1 平面二轴向机织物 根据织物组织结构,平面二轴向机织物可以分为以下几种:①平纹织物,它是机织物中最简单的组织,经纬纱交织次数最多。当经纬纱号数、密度相同时,可织成经纬向各向同性的增强结构。 ②斜纹织物,它较平纹织物有更好的变形能力。
【材料的强韧化与断裂】复习思考题 1、什么是弹性对称面和弹性主轴？假设一弹性体只有一个下xoy弹性对称面，请推导出其刚度矩阵表达式。 2、对均匀各向同性体，有哪些经典宏观强度理论？其适用范围如何？为什么？ 3、在材料强度分析中有哪几种常用的统计分布函数 4、如何应用Peach-Koehler公式计算平行位错之间的弹性交互作用力？ 5、位错有哪些典型组态？层错的宽度主要取决于什么？它对塑性变形有什么影响？ 6、溶质原子与位错有哪几种基本交互作用？哪种交互作用最强烈？ 7、简要说明应力场强度因子、裂纹扩展能量释放率、J积分和裂纹尖端张开位移的概念与意义，以及它们在线弹 性状态下的相互关系？ 8、复杂裂纹状态下的断裂判据是什么？ 9、裂纹尖端塑性区对断裂有何影响？金属材料的强度与断裂韧度有什么关系？ 10、在起始塑性变形阶段，位错之间的相互作用有哪几种基本类型？位错平衡间距（自由程）与位错密度有什么关 系？ 11、什么是可逆流变应力和不可逆流变应力？不同温度下的可逆流变应力有什么关系？？ 12、加工硬化的本质是什么？有哪些基本理论？ 13、简述细晶强化的效果及原因。 14、什么是固溶强化？固溶强化有哪些主要机制？ 15、氮（N）原子在α-Ti和α-Fe中形成的Cottrell气团有何差异？ 16、什么是时效硬化？什么是弥散硬化？两者有何区别？ 17、位错在何种情况下绕过颗粒，又在何种情况下切过颗粒？切过颗粒时的障碍力为多少？它可来自哪及个方面的 贡献？ 18、对于钢、硬铝和（α+β）钛合金，生产上最常采用什么强化工艺，其实质是什么？ 19、断裂类型有哪几种常见的分类方法？各有何特点？ 20、试用位错理论分析解理裂纹的萌生过程。 21、工程金属材料中裂纹萌生及裂纹扩展有什么规律？ 22、材料的本质韧、脆性与什么有关？ 23、在服役条件下，有哪些因素会影响材料的韧性？是如何影响的？ 24、金属材料有哪些基本的增韧方法？其原理是什么？ 25、在循环应力作用下，金属材料的微观结构有什么变化和特征？ 26、金属的组织特征对疲劳抗力有什么影响？ 27、什么是疲劳裂纹闭合效应？有那些裂纹闭合机制？ 28、什么是应变速率效应？ 29、在高速载荷下材料的变形有何特点？ 30、在高速载荷下材料的损伤和破坏有何特点？ 31、什么是迟屈服？ 32、金属的蠕变蠕变律和本构方程有什么特征？ 33、影响金属蠕变速率的因素有那些？ 34、金属蠕变机制有哪些？分别在什么条件下起主要作用？ 35、金属蠕变断裂与常温静载断裂有什么差别？
复合材料概论复习提要 一、名词解释 1、复合材料 2、基体 3、增强体 4、聚合物基复合材料 5、金属基复合材料 6、陶瓷基复合材料 7、水泥基复合材料 8、碳/碳复合材料 9、玻璃钢 10、脱模剂 11、复合材料的蠕变: 材料在常应力作用下，变形随时间的延续而缓慢增长的现象。 12、CVD 13、玻璃纤维：以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的一种性能优异的无机非金属材料 14、碳纤维 15硼纤维 16氧化铝纤维 17、晶须 18、A玻纤、E玻纤、S玻纤、M玻纤 19、玻璃纤维增强环氧树脂 20玻璃纤维增强酚醛树脂 21玻璃纤维增强聚酯树脂 22、单模、对模 23、等代设计法。 24、水泥 二、重要知识点 1、复合材料中的基体有三种主要作用。 2、复合材料的界面的作用和效应。 3、复合材料的可设计性以及意义、如何设计防腐蚀（碱性）玻璃纤维增强塑料。 4、增强材料的表面处理、沃兰（V olan）的结构式，沃兰和有机硅烷对玻纤表面处理的机理。 5、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶的生产过程以及性能（优点和缺点）、表面处理方法。 6、不饱和聚酯树脂的固化过程以及性能（优缺点）。 7、玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂主要性能。 8、铝基复合材料的制造与加工。 9、陶瓷基复合材料的使用温度范围。 10、晶须或者纤维增韧陶瓷基复合材料的制造工艺和成型加工方法。 11、RTM成型工艺、模压成型工艺和手糊成型工艺。 12、在连续玻璃纤维及其制品的制造过程中，拉丝时要用浸润剂的原因。 13、金属基纤维复合材料的界面结合形式以及影响界面稳定性的因素。
1金属材料强韧化的目的和意义？ 目的：A.节约材料，降低成本，节约贵重的合金元素的使用，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命。 B.希望所使用的材料既有足够的强度，又有较好的韧性，但通常的材料二者不可兼得。 意义：在于理解材料强韧化机理、组织形态、微观结构与金属的强度、韧性之间的确切关系，以便找出适宜的冶金技术途径来提高金属的强韧性，使之达到新的水平或研究出新的高强韧性的金属。这是一个具有重大的理论意义和经济价值的研究开发领域。理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是合理运用和发展材料强韧化方法从而挖掘材料性能潜力的基础。 2.金属材料强韧化的主要机制有哪些？ 1）物理强韧化：所谓物理强韧化是指在金属内部晶体缺陷的作用和通过缺陷之间的相互作用，对晶体的力学性能产生一定的，进而改变金属性能。 2）化学强韧化：化学强韧化是指是元素的本质决定的因素以及元素的种类不同和元素的含量不同造成的材料性能的改变。 3）机械强韧化：就是除了结构、尺寸、形状方面的机械原因外，主要指界面作用造成的强韧化。 4）复合组织强韧化：即两种或两种以上的金属组织复合在一起，其中有的组织强度比较高，有的组织韧性比较高，复合后起到了既提高强度有提高韧性的作用。 3.如何理解强化和韧化的关系 强度是是在给定条件（温度/压力/应力状态/应变速率/周围介质）下材料达到给定变形量所需要的应力，或材料发生破坏的应力，研究变形及断裂是研究强度的重要手段和过程。 韧性是断裂过程的能量参量，是材料强度与塑性的综合表现，它是材料在外加负荷作用下从变形到断裂全过程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，则断裂韧性愈高。 一般情况下，材料的强度和韧性是不可兼得的，在提高金属材料强度的同时塑性必然会下降，反之，在改善金属的塑性的同时，强度也会下降。目前，晶粒细化是提高金属强韧化的有效方法，金属的晶粒变细后，强度提高，韧性又不显著降低。 4.试举出3种最新强韧化技术方法的例子。 1）细晶强化：它是常温下一种有效的材料强化手段。细化晶粒可以提高金属的强
多功能整理剂则是随化学、生物医学、高分子复合材料学、光化学、热力学、电学、生态学等多学科技术的发展而发展起来的一类功能整理剂。由于纺织品的功能整理是针对纺织品某些特定的性能的，因而目的性强效果好产品的附加值也高。 1、抗静电整理剂及性能指标 永久性抗静电整理剂主要成分为聚氧乙烯衍生物物化性能为假阳离子型，微黄透明粘稠液体.1%稀释液pH值510~515。整理用浸渍、浸轧法整理效果表现为对涤纶、腈纶、PVA、醋酐维的散纤维、纱线、面料均可获得永久的抗静电效果同时还适于各类合成纤维与天然纤维的混纺织物。 生态指标显示可生物降解，多功能整理及抗静电剂QMILEASE)主要成分为亲水性高聚物物化性能为含固里99.9%。非离子性熔点50C淡黄色固体易分散于热水中。 可与阴离子、阳离子、非离子助剂同浴使用。整理用浸渍去整理效果表现为:在整个显整理过程中应用，可防止“鸡爪痕”及褶皱并可防污。染色中加入可防止染色疵病。在后整理过程中应用对合成纤维织物具有优良的抗静电效果，且耐
洗性好，织物柔软性好可提高缝纫性。生态指标显示生产过程中无泡无不良气味产生。 抗静电剂主要成分为有机氮化合物物化性能为:外观为无色透明的液体阳离子型助剂,pH值5~ 51525C时密度约105能用水稀释。整理用浸责法、浸轧法。整理效果表现为可赋予合成纤维及其混纺的各类针纺织品优良的抗静电性能有良好的干洗牢度可与拒油、拒水整理同时进行，无明显的相互抑制作用可使织物获得丰满、柔软的手感。生态指标显示不产生泡沫,无毒性。 2、防紫外线整理剂及性能指标 紫外线吸收剂:主要成分为杂环化合物:物化性能为阴离子型白色粘稠液体pH值6.与水、酸、碱接稳定性好:与非离子、阴离子型物质相容性好与阳离子相容可能出现沉淀。 整理用浸责法、浸轧法整理效果表现为纤维反应性紫外吸收剂主要用于纤维素纤维和锦纶织物与羟基基团和氨基基团反应而产生紫外线吸收效果。耐日晒和耐水洗效果优良。生态指标显示无泡可按一般染化料对待。
钢的强韧化处理机制 王立洲 （辽宁工程技术大学材料科学与工程学院阜新123000） 本文根据钢的淬火组织特点,归纳了提高钢强韧性的途径,介绍了一些强韧化处理工艺。 随着工业的发展,各种机械对钢铁材料的机械性能要求逐渐增高。材料及热处理工艺的 研究得到迅速的发展。其中,利用现有材料,通过调整一般的热处理方法,在同时改善钢的强度和韧性指标方面的工作取得了显著的进步。它对充分发挥材料的性能潜力有着重要的意义。这些工艺方法通称为强韧化处理,是热处理发展的一个值得注意的方向。 强韧化处理的发展是建立在我们对钢中各种组织的特点,形成条件,机械性能,以及在外力作用下的破断过程的认识不断深入的基础之上的。 透射电子显微镜技术的应用,使我们对各种组织超显微精细结构的认识跨进了一大步, 开始有可能比较深入地研究组织和机械性能的关系。 另一方面,从材料断裂过程的研究中知道,在各种应力作用下,材料的破断是通过微裂纹的形成及扩展的方式进行的。钢铁材料的各种组织形态在各种应力状态下,抵抗微裂纹的形成和扩展的能力是不同的,因此表现出不同的性能指标。但是无论哪一种组织,只要它形成微裂纹的倾向比较小,或者微裂纹一旦形成后,在这类组织中扩张时消耗的功愈大,它就会有较高的强韧性。这样,我们就有可能采用适当的热处理工艺方法和调整工艺参数,能动地控制钢的组织,充分利用对钢强韧化有利的因素,排除不利的因素,更充分地发挥材料的强度和韧性的潜力。 目前发展的强韧化处理工艺有多种多样,归结起来,它们大多通过一种或几种途径达到强韧化效果的。 (1)充分利用位错型马氏体和下贝氏体组织形态,尽量减少或避免片状孪品马氏体的出现。 (2)细化钢的奥氏体晶粒和细化过剩碳化物。 (3)获得马氏体与具有良好塑性的第二相的复合组织。 (4)形变热处理。 下面将简要介绍这些强化处理的机理。 一位错型马氏体的扩大应用 很久以来就知道,在保证淬、回火零件强度指标的前提下,选用含碳量较低的钢,能够 使零件热处理后获得较高的韧性。改变热处理工艺参数,可以在中碳及高碳钢中获得以板条马氏体为主的淬火组织,显著改善中碳钢及高碳钢的强韧性。这种控制淬火组织形态的方法,已成为中、高碳钢强韧化的一条重要途径。 1、中碳钢的高温淬火 一般含碳量为0.35%一0.55%之间的中碳钢经正常温度淬火,获得片状和板条马氏体的混合组织。这两种淬火马氏体对钢强韧性的贡献是不同的。钢的含碳量愈高,正常淬火组织中片状马氏体的比例愈高,钢的强度虽然有所增加,但断裂韧度不断减小。断裂韧度的这种变 化是韧性较高的板条马氏体相对量减少的结果。但是,提高中碳钢淬火温度和延长淬火保温时间,则有利于在淬火后得到较多数量的板条马氏体,提高钢的断裂韧度。例如,将40CrNIMo 钢的淬火温度从570℃提高到1200℃,淬火后得到了板条马氏体和极少量残留奥氏体。在淬火不回火状态下,钢的断裂韧度提高70%,在淬火和低温200℃回火状态下,可提高20%。 我们将5CrMnMo热锻模具钢的淬火加热温度从830~850提高到900℃,淬火后将获得近乎单一的板条马氏体组织,图1给出了在500一520℃的高温回火状态下,淬火温度对强度、塑性和断裂韧度的影响。
（ 二 〇 一 零 年 零 六 月 纺织复合材料论文 题 目：纺织复合材料技术的发展和应用 姓 名： 学 院：轻工与纺织学院 班 级：纺织工程08-2班 学 号：
摘要 纺织复合材料涉及日常生活方方面面，研究其发展和应用有极其重要的社会价值和现实意义。 本文是纺织复合材料从十九世纪开始发展历经二百余年的发展过程的缩影包括19世纪的纤维素化学和碳纤维20世纪的煤炭化学、玻璃纤维和复合材料、合成纤维和复合材料、太空时代的先进复合材料；纺织复合材料的应用领域包括、航天航空领域飞行器的重量、降落伞、个体防护装备、弹射座椅、等其它航空装备中复合材料的应用，船舶工业，汽车工业，军事工业和其他行业。 关键词：纺织复合材料、发展、应用、玻璃纤维、航空、军事、船舶
Abstract Textile composite materials involved in every aspect of daily life, study their development and application of a very important social value and practical significance Textile composite materials involved in every aspect of daily life, study their development and application of a very important social value and practical significance Keywords: textile composite、developing 、application glass fiber、aviation、car military、shipping
课后练习题 一、填空题 1.写出层合板的铺设顺序： [(0/±45)2/0/90]S = 0/+45/-45/0/+45/-45/0/90/90/0/-45/+45/0/-45/+45/0 2.C/C 复合材料中的基体碳可以是石墨、焦炭和烧结炭。 3.按基体材料分类，复合材料可分为聚合物基体、金属基体、无机非金属基体。 4.按增强纤维种类分，复合材料可分为玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料、 有机纤维复合材料、金属纤维复合材料等。 5.表面处理剂处理玻璃纤维的主要方法有前处理法、后处理法、迁移法。 6.玻璃/环氧复合材料的基体材料是环氧树脂。 7.玻璃钢是以环氧树脂为基体，玻璃纤维做增强体的复合材料。 8.玻璃纤维 40 支纱表示：质量为1g的原纱长40m 9.玻璃纤维的生产中需使用浸润剂，其作用有：使多根单丝集中成股；增加原纱的耐磨性和提高拉伸强 度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀。 10.玻璃纤维增强树脂基复合材料又称玻璃钢。 11.单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，称为捻度。 12.电热混凝土是由胶凝材料、导电材料、介电骨料和水等组分，按照一定配合比混合凝结而成的多 相复合材料，通电后能发热。 13.非线性效应可为乘积效应、系统效应、诱导效应、共振效应。 14.复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体材料；而另一相是以独立的形态分布在整个连续 相中的分散相，称为增强材料。 15.复合材料的界面不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域。 16.复合材料的界面效应有传递效应、阻断效应、不连续效应、散射和吸收效应和诱导效应。 17.根据复合材料的命名规则，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料可称为玻璃纤维/环氧树脂（玻璃纤 维/环氧）复合材料。 18.复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能特征。 19.复合材料区别于传统的“混合材料”和“化合材料”的两大特征是多相体系和复合效果。其最 大的特点是可设计性好。 20.复合材料设计包括单层材料设计、铺层设计、结构设计三个层次。 21.复合材料中，希望界面应有足够的强度，但并不是界面结合强度越高越好。如果界面结合过强，材料 会呈脆性。 22.复合材料中基体的三个作用是：将增强体连成一整体；传递和承受载荷；保护纤维不受影响。 23.改善复合材料界面的方法有：降低界面残余应力、基体改性以及选择合理的复合工艺和使用条件。纤 维表面处理和涂层（表面改性）
燕山大学 金属强韧化原理及其应用 题目：TWIP钢强韧化原理及应用院系：材料科学与工程学院 班级：材料学14班 学号：S12080502041 姓名：李培
TWP钢强韧化原理及应用 1.1 TWP钢的出现与意义 随着人们生活水平的日益提高，有车一族在城市中的比重越来越大，现代汽车的发展趋势是轻量化，节能和安全等，为适应这一发展需要，在汽车制造中有必要采用高强度的钢板。据统计，汽车重量每减轻1%，燃料消耗可降低0.6%～1.0%，而能耗高会导致尾气排放量增加，因此，汽车减重对节能和环保意义重大。汽车减重的一个重要手段是采用高强度钢。基于这种情况汽车工业迫切需要人们对高强度钢的研究和开发。近年来新开发的含15-25mass%Mn、2-4mass%Si和2-4mass%Al的高Mn钢显示出极高的延伸率（60-95%）和中等的强度（600-1100MPa），其抗拉强度和延伸率的乘积在50000 MPa%以上，其优良的力学性能来自于形变过程中的孪生诱发塑性效应，即TWIP效应。TWIP钢是现在研究较广泛的超高强度钢，它不仅具有高强度，高的应变硬化率，还有非常优良的塑性，韧性和成形性能。从现代汽车用钢对高强度和高塑性的要求来看，TWIP 钢是最佳选择。 1.2 TWIP钢的发展现状 TWIP钢在使用时无外载荷，冷却到室温下的组织是稳定的残余奥氏体，但是如果施加一定的外部载荷，由于应变诱导产生机械孪晶，会产生大的无颈缩延伸，显示出非常优异的力学性能。由于加入了大量的Al，钢的密度也会有所下降。目前国外的研究已经从第1代的Fe-25Mn-3Al-3Si-0.03C系列到第2代的Fe-23Mn-0.6C系一直到目前的Fe-26Mn-11Al-1.1C和Fe-6Al-0.05Ti-0.05Nb-0.02B 系。德国马普钢铁研究所G..Frommeyer课题组研制和开发了Fe-Mn-Si-Al系高锰奥氏体TRIP/TWIP钢，并申请专利(专利号：1997DE19727759，EP9810981)并注册商标“HSD”。国内开展这方面的研究起步较晚，但勿庸置疑，TWIP钢具有极高的强塑积，优势十分明显。TWIP钢的开发在我国具有极大的潜力，蕴涵着巨大的商机和市场。
材料强韧化处理教师：赵满秀博士 摘录：李丹彭凤仇才君 教学内容： ①有关材料的强化和韧化的基本原理 ②材料表面强化（重点）
目录
第一部分材料的强化和韧化的基本原理 第一章材料的强韧化基本原理 一、金属材料强韧化的意义 ①通过强化处理可以优化材料的力学性能指标，充分挖掘材料的潜力。 ②工作表面通过表面强化处理，增加耐磨性、耐蚀性、疲劳强度，提高工件使用寿命。 综上所述，材料的强韧化处理就是在保证材料的强化的同时，尽量提高材料的韧性。 二、实现钢铁材料强韧性的两个阶段 1、液态阶段（炼钢者研究的重点） 方法：细化晶粒、纯洁钢材、合金化 （1）、细化晶粒 方法：①快速冷却（增大过冷度）；②加变质剂：减少表面能，提高形核率；抑制晶粒长大；③震动搅动：机械形核；④合金化（用Al、Nb、Ti脱氧）：氧化物熔点高，成为非均匀形核的核心，增加形核率。 Al脱氧的原因：Al与氧的结合力强，生成高熔点的氧化物，成为非均匀形核的核心，提高形核率，细化晶粒。 钢铁冶炼的最后阶段：①脱氧：加Al、Mg、Si与O结合，细化晶粒；②合金化。
（2）纯洁钢材：如模具、刀具（含C 量高、耐磨、高纯净） 方法：去除有害元素S 、P 、O 、H ；去除氧化物、氯化物、硅酸盐；去除有害气体。 2、固态阶段 对于固体材料为提高材料的强韧化，常采用常规热处理或者形变两大方法，也可以通过表面强化提高表面强度。 （1）、常规热处理方法：正火、退火、回火、淬火（时效强化、固溶强化、细晶强化、第二相粒子强化） （2）冷变形强化机理：塑性变形使位错密度增加，位错运动受阻。 （3）热加工强化的原因：能焊合某些缺陷、破碎粗大组织、形成纤维组织。 常规热处理与形变工艺如下所示： ?????? ? ? ? ? ?? ? ?????? ???????? ?????????????? ????热挤压热轧 热锻热加工挤压滚压喷丸冷变形形变淬火回火退火 正火常规热处理诱发M 相变，产生孪晶，提高硬度 三、强化的两个途径 1、晶体的理论强度和实际强度
纺织复合材料的应用及研究进展 陈新琪（学号：1015033006）杨小玲（学号：1015063005） （武汉纺织大学材料与工程学院） [摘要]纺织复合材料具有质轻、高强、刚性好等性能，由于其优越的性能，其应用范围日益扩大，纺织复合材料几乎可渗透到所有的领域。本方主要介绍了纺织复合材料的基本概念，论述了纺织复合材料的成型技术、纺织复合材料的应用及其研究进展。 [关键词]纺织；复合材料；应用；研究进展 1 前言 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。纺织复合材料的定义是在复合材料的基础上定义的，它是含有纤维、纱线或织物的复合材料。 纺织复合材料的原材料包括增强材料和基体材料。作为增强材料的纤维一般有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维和芳纶；基体材料主要包括金属基体材料、陶瓷基体材料和树脂基体材料，其中树脂基体材料使用最为广泛。树脂的基本功能是为纤维提供一种支撑，并将纤维在材料中预定的位置固定，使构件具有完整稳定的结构。 纺织复合材料具有质轻、高强、刚性好等性能。纺织复合材料的强度、刚性比金属的大，而密度则比金属的小。经研究表明:钢的强度数值为 1.8，而玻璃纤维复合材料的为7.1，碳纤维复合材料的是11.2；代表刚性大小的比弹性模量值按上述材料排列的顺序分别是 2.2、2.8、10.0。但是，纺织复合材料的密度则为钢的1/4、铝的1/2[1]。 2 纺织复合材料成型技术 2.1 手糊成型工艺 纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温或加热、无压或低压条件
陶瓷材料的强韧化方法概述 鉴于本人在研究生阶段的研究方向与陶瓷材料有关，故本篇所选择的主要内容为陶瓷材料的强韧化方法。 与传统材料相比陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异特性，但它也存在脆性大、易断裂的缺点，从而大大限制了陶瓷材料在实际生产中的应用。因此改善陶瓷材料的脆性、增大强度、提高其在实际应用中的可靠性成为其能否广泛应用的关键。近年来，陶瓷材料的强韧化课题已经受到国内学者的高度重视。目前已有的强韧化主要措施如下所述。 1、氧化锆相变增韧：当材料受到外力作用时，裂纹扩展到亚稳的t-ZrO2粒子，这会促发t-ZrO2粒子向m-ZrO2的相变，由此产生的相变应力又会反作用于裂纹尖端，降低尖端的应力集中程度，减缓或完全抑制了裂纹的扩展，从而提高断裂韧性； 2、微裂纹增韧：由于温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差会在陶瓷基体相和分散相之间产生的弥散均布裂纹。当导致断裂的主裂纹扩展时，这些均匀分布的微裂纹会促使主裂纹分叉，使得其扩展路径变得曲折，增加了扩展过程的表面能，从而使裂纹快速扩展受到了阻碍，增加了材料的韧性； 3、裂纹偏转增韧：在发生裂纹偏转时，裂纹平面会在垂直于施加张应力方向上重新取向，这就意味着裂纹扩展路径将被增长。同时，由于裂纹平面不再垂直于张应力方向而使得裂纹尖端的应力降低，因而可以增大材料的韧性； 4、裂纹弯曲增韧：在裂纹扩展过程中，如果遇到基体相中存在的断裂能更大的第二相增强剂就会被其阻止，裂纹前沿如需继续扩展便要越过第二障碍相而形成裂纹弯曲。这也会使裂纹快速扩展受到了阻碍，从而增加材料的韧性； 5、裂纹桥接增韧：所谓的裂纹桥接是指由增强元连接扩展裂纹的两表面形成裂纹闭合力而导致脆性基体材料增韧的方法。其增强元可分为两种：一种为刚性第二相，另一种则是韧性第二相； 6、韧性相增韧：韧性相会在裂纹扩展中起到附加吸收能量的作用，这就使得裂纹进一步扩展所需的能量远远超过形成新裂纹表面所需的净热力学表面能。同时裂纹尖端高应力区的屈服流动使应力集中得以部分的消除，抑制了原先所能达到的临界状态，相应的提高了材料的抗断裂能力； 7、纤维、晶须增韧：纤维和晶须具有高弹性和高强度，当它作为第二相弥散于陶瓷基体构成复合材料时，纤维或晶须能为基体分担大部分外加应力而产生强化。纤维和晶须的存在也使得裂纹扩展途径出现弯曲从而使断裂能增加。此外在裂纹尖端附近由于应力集中，纤维或晶须也可能从基体中拔出。拔出时以拔出功的形式消耗部分能量，同时在尖端后部，部分未拔出或未断裂的纤维或晶须则起到了桥接的作用。而且在裂纹尖端，由于应力集中可使基体和纤维或晶须发生
一、第一章 （一）绪论 1、复合材料：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 2、复合材料的组成及作用 3、基体、界面和增强体 基体：复合材料中的连续相，起到将增强体粘结成整体、并赋予复合材料一定形状、传递外界作用力、保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。（环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、高性能树脂基体） 增强体：高性能结构复合材料的关键组分，在复合材料中起着增加强度、改善性能的作用。（玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、其他高性能纤维（高强高模聚乙烯纤维、陶瓷纤维、金属纤维、硼纤维）） 界面：复合材料中增强体与基体接触构成的界面。 （二） 1、纺织复合材料：以纺织材料(纤维、纱线、织物作为增强体)与基体结合形成的复合材料是现代纺织材料技术和复合材料技术的集成与创新。 特点： 1）显著的抵抗应力集中、冲击损伤和裂纹扩展的能力，而且还能实现复合材料结构件的近净体加工。 2）受到航空、航天、国防等领域的广泛重视，成为国家防御、航空航天、能源环境、交通运输等领域的重要基础材料。 2、分类（按基体材料分） 1）聚合物基复合材料（热塑性树脂基、橡胶基、热固性树脂基） 2）金属基复合材料（高熔点金属基、轻金属基、金属间化合物基） 3）陶瓷基复合材料（玻璃基、高温陶瓷基、玻璃陶瓷基） 4）水泥基复合材料 5）碳基复合材料 3、高比强度、高比模量（刚度） 比强度= 拉伸强度/密度MPa /（g/cm3）质量相等的前提下，衡量材料承载能力； 比模量= 弹性模量/密度GPa /（g/cm3）质量相等的前提下，刚度特性指标； 1）一般比强度愈大，原料自重就愈小；比模量越大，零件的刚性就愈大。 2）据估计，当用复合材料和用高强度钢制成具有相同强度的零件时，其重量可减轻70％左右，这对于需要减轻材料重量的构件具有十分重大的意义。 二、第二章 1、复合材料组成部分中增强材料所起的作用 1）纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分 2）纤维不仅能使材料显示出较高的抗拉强度和刚度而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等 2、三大纤维 1)玻璃纤维 分类（以不同的含碱量来区分）：无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维、特种玻璃纤维 生产玻璃纤维的常用方法主要有：坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝法。 一）玻璃纤维的物理性能 1.外观和密度
摘要：近年来，各种复合材料制备技术日益更新，从陶瓷基复合材料、金属基复合材料到聚合物基复合材料，各种制备技术都得到了很大改善，使得复合材料的性能和应用得到了显著提高。本文综述陶瓷基复合材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料等几种重要的研究方法以及应用。 关键词：先进，复合材料，制造技术。 正文：一·陶瓷基复合材料 工程陶瓷的开发是目前国内外甚为重视的新型材料研究领域。纯陶瓷材料因其脆性，不能满足苛刻条件下的使用要求。因此，目前广泛采取增韧技术来提高陶瓷的使用性能。纤维和晶须增韧陶瓷是一类有效的方法。用纤维来增韧陶瓷的技术是十年代以后开始的，最初是用碳纤维增强陶瓷，八十年代以来又开发了用陶瓷纤维和晶须增韧陶瓷，增韧效果不断取得进展，增韧技术也不断有所创新。连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一，以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。 连续纤维补强陶瓷基复合料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用.20世纪70年代初，科学家在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上，首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念，为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步，人们逐步开发出制备这类材料的有效方法，使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。 由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性[5-6]，因此，在重复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不会发生灾难性破坏。其耐高温和低密度特性，使其成为发展先进航空发动机、火箭发动机和空天飞行器防热结构的关键材料。 二·金属基复合材料 金属基复合材料具有比强度高，比刚度高，耐热，耐磨，导热，导电，尺寸稳定等优点，是一种很有发展前途的新材料，金属基复合材料广泛应用于制造航空抗天零部件，也用于制造各种民用产品。 按基体分，金属基复合材料分为：铝基、镁基、钛基、锌基、铁基、铜基等金属基复合材料；按增强材料分，可分为：纤维增强金属基复合材料；其纤维有C、SiC、Si3N4、B4C、Al2O3等纤维；粒子增强金属基复合材料，增强粒子有：Al2O3、TiC、SiC、Si3N4、BN、SiC、MgO等。 纤维增强金属基复合材料的制造方法： （1）叠层加压法：工艺过程是：将金属（合金）箔片或纤维增强金属片按要求剪裁，并一层一层的进行叠层，然后加热加压进行成型和连接，一般是在真空或气体中进行。适于这种方法的材料有铝、钛、铜、高温合金，其增强纤维随需要而定。为了改善连接性能，有事在两片之间加入中间金属或在待连接表面涂覆或沉积一层中间金属。 （2）辊轧成型连接法：其主要的基材是铝、钛箔片，增强纤维主要是B、C、SiC、Si3N4等，有时在基材表面要涂覆一层低熔点的中间金属，增强纤维表面要预先浸沾铝或经物理气相沉积（PVI）、化学气相沉积（CVI）处理。 （3）钎焊法：在增强纤维与基材之间加入箔状、粉末状或膏状的钎料，经真空钎焊或保护钎焊而成。钎焊法可以制造管材、型材、叶片等。 （4）热等静压法：如图2所示，其工艺过程是：将纤维与基材进行叠层并装入一模具中，
Fe-Ni-Al基超强钢的纳米析出行为和强韧化机制研究 本质更安全的过程设计作为化工过程众多保护层中最有效和最重要的一道,逐渐受到了越来越多的从业人员和国内外学者的重视。而换热网络综合是提高化工过程能源利用率,实现高效 节能,达到经济效益的有效方法。 随着化工产业的转型升级和加快转变发展方式的迫切需求,研究本质更安全的换热网络优化设计对实现化工行业节能减排、绿色环保、安全可持续化发展具有重要意义。本文通过对化工过程本质安全进行量化表征,采用数学规划法构建本质安全与换热网络综合的数学模型,采用线性加权和法进行多目标优化求解,最终 获得本质更安全的换热网络。 主要研究内容包括:(1)换热器与换热网络的模拟与安全评价:首先,采用评价指数的方法,对换热网络的本质安全易爆性、毒性、存量进行量化表征,获得描述换热网络的本质安全量化指标。然后,对换热器和换热网络进行模拟和基于本质安全易爆性、毒性、存量的本质安全评价。 结果表明,在提高换热网络本质安全性的同时,会增加换热网络 的经济费用。(2)换热网络的经济和安全同步优化:由于提高换热网络的安全性会相应地增加经济费用,所以本文对换热网络的经济和安全同步优化。 超高强钢不仅在航空航天、交通运输、安全防护、先进核能以及国防装备等国民经济重要领域发挥着重要作用,而且也是未来轻型化结构设计和先进能源应用的
关键材料。然而现行超高强度钢的强化始终基于传统的半共格析出产生强共格畸变的学术思路,导致超高强度钢中析出相数量有限且分布不均匀,在承载时易萌生裂纹,既降低了塑韧性又影响服役安全性。 此外,昂贵的制备成本也限制了其实际应用,成为困扰高端钢铁工业发展的难题。本文针对低成本高性能化的研究目标,提出通过低错配低能界面设计超高密度共格析出以及利用析出相强的有序效应实现高剪切应力的学术思想。 使用低成本且轻质的Al代替传统超强钢中重要元素Co、Ti等,通过调整Al、Mo 含量等最小化两相理论晶格错配度,并采取简单的热处理制度制备了体积密度大于1024m-3、尺寸为2～4纳米的B2结构Ni(Al,Fe)增强的成分为 Fe-18Ni3Al4.5Mo0.8Nb0.08C的新型马氏体时效钢。该纳米析出在产生显著强化效果的同时有效提高了马氏体时效钢的均匀塑性变形能力,从而使其获得了优异的力学性能,其中抗拉强度超过2200 MPa,延伸率超过8%。 优化Fe-Ni-Al基马氏体钢中纳米第二相的析出行为。发现Mo极低的扩散速率以及析出的高驱动力作用下,纳米析出的形核过程为局部低含量溶质元素的剧烈重排,低Al核心使得形核时两相的弹性畸变几乎为零,整体上降低形核势垒,从而促进超高密度析出。 第二相长大亦为局域化行为,最小化的粗化驱动力和低扩散速率抑制了不稳定高密纳米析出的局部粗化行为,使得组织热稳定性高,在长时时效后新型马氏体钢仍具有良好的力学性能。在获得均匀弥散组织的基础上,研究了共格有序增强马氏体钢的塑性变形机制。 发现在强有序效应钉扎下,大量可动位错在高应力下滑移切过析出后能够击穿位错网络及小角度晶界,产生剧烈的位错增殖并抑制显著平面滑移带的产生,提高