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  • 2023年第52卷第7期文章目次
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    • >高温合金
    • 焊接热循环及峰值温度对C-HRA-2镍基合金组织演变的影响

      2023, 52(7):2377-2384. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220992

      摘要 (510) HTML (120) PDF 2.07 M (843) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过焊接热模拟方法得到了C-HRA-2镍基合金在不同一次峰值温度(Tp1=1150,1250,1350 ℃)和二次峰值温度(Tp2=850,950,1050,1150,1250,1350,1450 ℃)下的焊接热影响区(HAZ),研究了峰值温度和热循环次数对C-HRA-2合金HAZ微观组织演变的影响,并测试了其显微硬度。采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对HAZ的微观结构和碳化物进行表征。结果表明,在Tp1=1150 ℃的HAZ中,可观察到沿晶界析出的细小的M23C6碳化物。在Tp1>1250 ℃的HAZ中,在晶界附近发现由于成分液化而导致的γ基体与M23C6碳化物组成的微观结构。当Tp2在1050~1250 ℃,可在HAZ中的晶界附近观察到与在Tp1=1150 ℃的HAZ中类似结构的碳化物,这是由Tp1Tp2间基体中Cr的固溶度差值导致的。在Tp2>1250 ℃的HAZ中,在晶界附近可观察到与在Tp1=1250 ℃的HAZ中类似的熔融态微观组织。随着Tp2的升高,显微硬度出现很大程度的起伏,在Tp2=1250 ℃的试样显微硬度要稍高于母材硬度,这是因为晶界附近出现的碳化物起到了晶界强化作用。

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    • GH4169合金在冷轧和热处理过程中的组织演变和力学性能

      2023, 52(7):2385-2395. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230106

      摘要 (475) HTML (92) PDF 5.41 M (897) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射和透射电子显微镜研究了GH4169合金在冷轧和热处理过程中的组织演变和力学特征。结果表明,随着冷轧变形的增加,晶粒被拉长成纤维状,微观组织中未观察到δ相。热处理后,原始变形晶粒被细小的再结晶晶粒取代,晶粒尺寸随着冷轧变形量的增加和热处理温度的降低而减小。但当变形量大于50%时,出现混合晶粒结构。热处理温度为950和990 ℃时,基体中存在δ相析出。随变形量的增加,δ相含量而增加,形态由短棒状变为球状。在冷轧状态下,当变形量为70%时,抗拉伸强度(UTS)达到1484.27 MPa,是冷轧态合金(772.5 MPa)的1.92倍,但延伸率(EL)降低到8.93%。然而经过990 ℃热处理后,延伸率提高到46.47%,是冷轧状态合金EL的5.2倍。冷轧变形量为50%、热处理温度为990 ℃时,获得了最佳的力学性能组合(UTS=943.59 MPa,EL=52.31%)。

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    • 喷丸强度对FGH4113A高温合金微观组织的影响及定量表征

      2023, 52(7):2415-2423. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220555

      摘要 (520) HTML (50) PDF 202.78 M (1059) 评论 (0) 收藏

      摘要:镍基粉末高温合金涡轮盘长期在高温高应力条件下服役,对其综合力学性能有着严苛的要求,而表面形态与微观组织对盘件性能有着至关重要的影响,通常需进行表面喷丸强化处理。基于此,本工作系统性的研究了不同喷丸强度下FGH4113A合金的表面和亚表层微观组织及变形情况,并探究了两者的定量关系。结果表明:经过喷丸处理后,合金亚表面产生位错塞积,诱发晶粒内形成变形孪晶,并且变形孪晶数量随喷丸强度的增大而增大。另外由于喷丸强化引入的位错使变形层存在大量的小角晶界,从而发生晶粒细化以提升合金硬化效果。随着喷丸强度的增大,合金表面粗糙度、表面残余亚应力、硬化层厚度以及表面显微硬度等特征呈现出不断增大的趋势,并且表现出较好的线性关系或幂指数关系。这一发现可为实际生产过程中喷丸强化参数的调控提供一定的数据支撑。

    • 选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

      2023, 52(7):2434-2443. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220558

      摘要 (392) HTML (47) PDF 1.26 M (828) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明:随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。

    • 温度对Super304H焊缝金属再热裂纹敏感性的影响

      2023, 52(7):2444-2452. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220417

      摘要 (272) HTML (45) PDF 10.93 M (845) 评论 (0) 收藏

      摘要:Super304H奥氏体不锈钢是超超临界火电机组中过热器与再热器管的重要材料,在高温长期服役条件下,管道焊接接头的装配处易产生再热裂纹。本文使用预压缩CT试样的方法系统的研究了温度对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明,650 ℃试验温度下的焊缝金属产生裂纹所需的时间比600 ℃试验温度下的焊缝金属所需要的时间更短,具有更高的再热裂纹敏感性。导致该现象的主要原因在于650 ℃试验温度下晶界强度随时间衰减更快,应力松弛速率更高,而不同温度下晶内强化差异带来的影响较小。

    • 协同获得两类特殊晶界对Inconel 617合金高温氧化行为的影响

      2023, 52(7):2461-2467. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220524

      摘要 (243) HTML (47) PDF 1.27 M (711) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以Inconel 617合金为研究对象,通过形变控冷处理工艺协同引入两类特殊晶界,分析晶界特征对合金高温氧化性能的影响。结果表明:采用形变控冷处理,可将Inconel 617合金中的Σ3n晶界比例提升至70%以上;同时,获得平均振幅为0.83μm,平均波长为15.98μm的锯齿晶界,锯齿晶界形成与晶界析出Mo6C和Cr23C6型碳化物钉扎晶界有关。协同获得两类特殊晶界可有效改善合金的抗高温氧化性能,表现为显著降低基体表面Cr2O3氧化层厚度以及基体中Al2O3沿晶界的扩散深度;这主要是由于Σ3n晶界、锯齿晶界以及非连续的平直随机晶界网络可有效抑制Cr和O元素沿晶界扩散。

    • 高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

      2023, 52(7):2511-2518. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220545

      摘要 (358) HTML (45) PDF 3.22 M (799) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验、高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与应力水平表现出明显的相关性。显微断口分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。

    • 一种新型镍基变形高温合金“孪晶+γ′相”组织调控及高温力学性能研究

      2023, 52(7):2549-2558. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220559

      摘要 (450) HTML (42) PDF 1.40 M (1058) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究采用形变热处理的方法在新型镍基变形高温合金中构筑了“孪晶+ γ′相”复合结构,并结合EBSD和SEM探讨了孪晶与γ′相的演变规律。同时,研究了合金在760 ℃下的高温力学性能。结果表明,“孪晶+ γ′相”复合结构可以有效改善合金的高温力学性能,且随着退火孪晶长度分数的增加,孪晶片层厚度增加,材料的高温强度呈降低的趋势;当轧制态合金(ε=68%)在1120 ℃退火15 min并进行双级时效处理(650 ℃/24 h/AC和760 ℃/16 h/AC)后,“孪晶+ γ′相”复合结构中退火孪晶的长度分数为25.38%,γ′相的平均尺寸为32.21 nm,此时,合金的屈服强度从固溶态的775 MPa提高到了1184 MPa,断后伸长率从3.18%提高到了18.96%。通过构筑“孪晶+ γ′相”复合结构可以有效提高合金的高温力学性能,这为高温力学性能的提升提供了一种新策略。

    • GH3230合金焊接板材长期热暴露后组织和性能研究

      2023, 52(7):2573-2581. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220561

      摘要 (288) HTML (50) PDF 302.45 M (935) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了GH3230合金焊接板材在经过不同温度(700-1000 ℃),不同时间(1000-2000 h)的长期热暴露处理后显微组织和力学性能的变化。结果表明:热暴露处理后熔化区铸态组织的枝晶成分偏析程度显著降低,并且随着热暴露温度的升高,降低效果更明显,逐渐形成晶粒组织。室温抗拉强度和屈服强度降低,延伸率上升,主要是由于热影响区小颗粒状(CrW)23C6碳化物回溶和W6C碳化物粗化导致的。高温持久性能随热暴露温度升高,持久断裂时间明显降低,而持久塑性有所升高,晶粒尺寸变化和碳化物粗化是焊接板材断在母材处的原因。GH3230合金焊接板材焊接接头组织未发现TCP脆性相等有害相,该合金适宜作长期使用的燃烧室和叶片。

    • Mo和W在镍基单晶高温合金中的作用研究进展综述

      2023, 52(7):2599-2611. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220469

      摘要 (453) HTML (48) PDF 1.26 M (1034) 评论 (0) 收藏

      摘要:镍基单晶高温合金因其优异的高温性能而广泛应用于航空发动机涡轮叶片的制备。经过几十年的发展,国外已发展至第六代镍基单晶高温合金,合金体系中的Re和Ru等贵重金属元素的含量也不断增加。贵重元素的添加导致合金的成本和密度上升,对合金的研制和批量商业化应用不利。Mo和W作为较低成本的强化元素,在镍基单晶高温合金中发挥了重要的作用。Mo 和W在镍基单晶高温合金中的作用已有较为广泛的研究,本文简单综述了Mo和W在镍基单晶高温合金中对微观结构,包括元素分布、γ/γ′相两相结构、组织稳定性等方面,以及高温持久性能、对凝固缺陷和抗氧化及抗热腐蚀性等的影响,并提出了未来潜在的研究方向。

    • >材料科学
    • 初生 α 相对Ti6242s合金在保载疲劳载荷作用下微区塑性变形的影响

      2023, 52(7):2317-2325. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220925

      摘要 (500) HTML (161) PDF 3.06 M (834) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si(Ti6242s)合金的组织特征和疲劳性能的关系。微观组织定量分析结果显示,不同温度固溶处理对初生α相的比例和形貌有明显影响,这些微观结构特征的变化对Ti6242s合金的室温拉伸性能和低周期疲劳性能有轻微的影响,但是对室温保载疲劳和保载疲劳敏感性有明显影响。随后分析证实了Ti6242s合金在保载疲劳载荷作用下存在相对较强的应力集中和不均匀微区塑性变形情况。而且,通过对疲劳失效断口形貌分析也证实了Ti6242s合金在室温保载疲劳下形成小平面特征和附近的准解理断裂区域特征,相关测试结果恰好对应等轴初生α相和附近的软相/软晶粒的微观组织应力应变分布表征结果。因此,在具有较低体积分数等轴初生α相的合金中形成相对较低程度的微区不均匀塑性变形,有助于降低裂纹萌生的概率并延迟裂纹扩展,从而改善保载疲劳性能。

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    • Er含量对ZL201A铝合金组织和力学性能的影响

      2023, 52(7):2326-2334. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220889

      摘要 (505) HTML (142) PDF 2.85 M (801) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪分析和力学测试,研究了添加Er对ZL201A铝合金的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Er的加入使α-Al基体从柱状晶粒转化为细小的等轴晶粒,同时θ相(Al2Cu)从细小的网络结构转变为弥散细小颗粒结构。当Er含量达到0.4%(质量分数)时,晶粒细化效应达到最大,合金的力学性能最佳;α-Al的平均晶粒尺寸为19 μm;抗拉伸强度和伸长率分别为298.14 MPa和6.56%;断裂模式从脆性断裂转变为韧性-脆性断裂,有利于铝合金的实际应用。当Er含量超过0.4%(质量分数)时,合金的晶粒尺寸增大,力学性能下降。

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    • 掺杂Sn(La, Ce)(Fe, Al, Si)13 合金磁热效应和相变性质的影响

      2023, 52(7):2335-2342. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230098

      摘要 (258) HTML (136) PDF 2.17 M (721) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了磁制冷材料La0.75Ce0.25Fe11.5-xAl0.2Si1.3Snxx=0,0.05,0.1,0.2)的磁热效应和相变性质。X射线衍射结果表明,随着Sn掺杂浓度的增加,主相1:13相减少,α-Fe和LaFeSi相增加。引入密度泛函理论,结合实验结果得出,增加Sn掺杂浓度能够增大晶格常数,并增强相邻原子之间的交换相互作用,从而提高居里温度。当磁场变化为2 T时,体系中最大磁熵变为13.59 J·kg-1·K-1,其相对制冷能力为154 J/kg,具有成为磁制冷材料的潜力。通过Banerjee准则和等温熵变的场相关指数n确定当Sn掺杂浓度为0.05%(质量分数)时,合金由一级相变转变为二级相变。合金的相变行为对Sn含量非常敏感,可以通过调节Sn掺杂浓度,实现多级串联制冷。

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    • SiNi-Cr-Mo合金熔覆层高温耐腐蚀性能的影响

      2023, 52(7):2343-2352. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220999

      摘要 (302) HTML (104) PDF 2.20 M (745) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究Si含量对Ni-Cr-Mo系合金熔覆层耐高温腐蚀性能的影响,利用激光熔覆技术制备了4种不同Si含量的熔覆层。采用失重法测试了4种熔覆层在模拟垃圾发电腐蚀环境中多种温度下的耐腐蚀性能。通过对4种熔覆层在600及650 ℃下腐蚀产物的特性分析,发现Si的加入有助于腐蚀产物中富Cr氧化皮的稳定性。还可以通过“钉扎”作用提升富Cr氧化皮与基体的粘结性,从而有效提高熔覆层的耐腐蚀性能。但Si含量并非越多越好。当温度提升到600 ℃以上,含3%(质量分数,下同)Si的合金展现了最佳的耐腐蚀性能。这是由于含3% Si的合金腐蚀层中形成了一层保护性的SiO2,有助于耐腐蚀性能的提升。而含1% Si的合金由于Si含量较低,含5% Si的合金由于Si的偏析严重,均未能形成有效的SiO2保护层。

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    • 不同Mn含量Cu-Mn合金熔覆层的腐蚀特性

      2023, 52(7):2353-2363. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230016

      摘要 (471) HTML (90) PDF 2.54 M (807) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同Mn含量Cu-Mn合金熔覆层的腐蚀特性和防污性能,利用激光熔覆技术制备了成分均匀、稀释率低的Cu-Mn合金熔覆层。采用电化学测试、盐雾腐蚀实验、腐蚀形貌观察及铜离子释放试验对3种不同Mn含量的Cu-Mn合金熔覆层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀特性进行研究,重点研究了Mn对腐蚀产物和铜离子释放率的影响。结果表明:在电化学测试中,随着Mn含量增多,熔覆层的耐腐蚀性降低。盐雾腐蚀实验中,随着Mn含量的增多,Cu-Mn合金熔覆层腐蚀程度加深,平均质量损失增大。对电解腐蚀后的熔覆层样品进行腐蚀形貌观察,Mn含量高的Cu-Mn合金样品生成的腐蚀产物较低Mn含量的样品更疏松,裂纹孔洞数量多,腐蚀产物更易剥落。铜离子释放试验中,3种Mn含量合金熔覆层样品都可以抑制海洋生物生长,且Mn含量越高,铜离子渗出率越大,在防污材料方面有良好的应用前景。

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    • 连续柱状多晶铜室温强塑性变形过程中的微观组织演变和性能

      2023, 52(7):2364-2376. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220035

      摘要 (263) HTML (75) PDF 3.40 M (744) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用光学显微镜、扫描电子显微镜、维氏显微硬度计和万能拉伸试验机,定量研究了连续柱状多晶铜在室温下强塑性拉拔变形过程中的组织演变和性能变化规律,并根据高分辨率电子背散射衍射技术测量的不同织构中位错胞的结构参数计算了形变储能。结果表明,连续柱状晶组织逐步细化为纤维晶组织,铸态连续柱状多晶铜的抗拉伸强度为168 MPa,延伸率为52%,导电率达到103%IACS。室温连续拉拔变形达到99%时,抗拉伸强度增加至455 MPa,延伸率下降至3%,导电率降低至96.8%IACS;连续柱状多晶铜的横截面和纵截面均具有<001>原始择优取向,且随着拉拔变形量的增加,最终形成大量的<111>取向+少量的<001>取向纤维织构。横截面中Cube织构逐渐减少,S织构和Copper织构逐渐增加,而纵截面中Cube织构和Goss织构逐渐向Brass织构、Copper织构和S织构转变。晶界和变形带处的核平均误差(KAM)值较高,且随着变形量的增加,KAM值逐渐增大,应力更集中。相同变形量下,横截面比纵截面具有更高的形变储能,<001>取向织构组分具有比<111>取向织构组分更低的形变储能。在大变形量加工之后,连续柱状多晶铜仍具有高含量的“软”取向<001>形变织构,是其具有低加工硬化率和优异的冷变形能力的重要原因。

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    • 超低温等通道转角挤压高导电单晶铜的霍尔佩奇强化

      2023, 52(7):2396-2403. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220760

      摘要 (343) HTML (93) PDF 3.36 M (711) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电子背散射衍射分析超低温等通道转角挤压(ECAP)中等应变量单晶铜的形变组织和织构演变,测试材料的力学和导电性能,分析材料组织转变机理及其对材料力学和导电性能的影响。结果表明,超低温ECAP早期形成的定向剪切带在后续变形过程中会严重影响材料组织的转变过程。增加应变量,A路径变形中剪切带内部会形成高密度的位错塞积,特征晶界占比增加;BC路径变形时剪切带内部的位错发生强烈的交互作用;C路径变形后剪切带的取向发生分散。经过6道次变形后,单晶铜组织中形成强烈的{111}<112>织构,材料强度从初始126.0 MPa增加到400.2 MPa,而导电率仍保持在98%IACS以上。低温ECAP变形后组织内部形成定向剪切带并产生高密度的位错,位错间相互缠结,有效阻碍了位错滑移,而晶粒仍保持良好的单晶特性。

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    • L12-Al3Zr/Al合金的界面行为、电子性质和微观力学性质

      2023, 52(7):2404-2414. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220037

      摘要 (275) HTML (160) PDF 2.44 M (614) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用第一性原理模拟研究L12-Al3Zr/Al合金的微力学、热力学和电学特性。计算结果显示,具有类体材料原子堆叠方式的界面具有最好的粘附性和最高的界面强度。在加工过程中,界面系统更倾向于在Al一侧发生解离。非驰豫拉伸测试结果表明,L12-Al3Zr(001)/ Al(001)界面系统表现出最高的拉伸应力(16.78 GPa),而对于驰豫拉伸,L12-Al3Zr(110)/Al(110)界面系统的拉伸应力最高(10.18 GPa)。此外,电子云密度和电子局域化函数表明界面上的原子形成了共价键和金属键。界面原子轨道的共振峰表明,界面Al和Zr原子产生了s-p-d或s-p杂化轨道。

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    • >材料工艺
    • 钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

      2023, 52(7):2424-2433. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220557

      摘要 (374) HTML (48) PDF 202.78 M (884) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善TC21钛合金表面微弧氧化(MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能,对MAO涂层进行了激光重熔改性,并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层三层结构组成,其中外层和内层主要由Al2TiO5,rutile- TiO2和α- Al2O3组成,热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成,重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中,重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体,其磨损机制以黏着磨损为主,并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。

    • 综合提升Al-Zn-Mg-Er-Zr合金强度和耐蚀性的双级时效研究

      2023, 52(7):2453-2460. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220521

      摘要 (322) HTML (46) PDF 2.09 M (660) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以Al-Zn-Mg-Er-Zr合金为研究对象,通过硬度、电导率、力学性能、剥落腐蚀性能测试获得合金在不同时效工艺对应性能的变化规律,同时使用 EBSD、XRD、SEM 及 TEM 等组织与成分表征手段对其微观组织进行分析,阐明合金最佳综合性能与其组织模式的关系。结果表明:最优的双级时效工艺为90℃/12h+145℃/18h;此双级时效下的屈服强度为388MPa,延伸率为14.0%,剥落腐蚀评级为PB,此时合金主要强化相(GP区和η′亚稳相)在晶内大量弥散析出,晶界处的η相呈断续分布。对比该合金T6(120℃/24h)单级时效处理态,屈服强度为328MPa,延伸率为17.75%,剥落腐蚀评级为EC,双级时效后合金综合性能得到显著提升。

    • 搅拌针对FSSW-B接头界面组织与力学性能的影响

      2023, 52(7):2468-2477. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220540

      摘要 (281) HTML (38) PDF 1.34 M (647) 评论 (0) 收藏

      摘要:铝/镁异种金属复合结构,在结构轻量化领域具有极大的应用价值。本文采用新型搅拌摩擦点焊-钎焊技术(Friction Stir Spot Welding - Brazing, FSSW-B)对铝/镁异种金属进行搭接点焊,同时与搅拌摩擦钎焊(Friction Stir Spot Brazing, FSSB)工艺进行对比,研究焊接工具中搅拌针的存在对接头界面组织与力学性能的影响。FSSW-B接头界面中间层分为明显上下两部分,上层界面主要组织为MgZn2,下层界面主要为Mg7Zn3;FSSB接头主要为MgZn2相。接头的断裂模式主要为界面剥离断裂,由于搅拌针的存在,出现了眉状断裂模式。搅拌针的存在提高了接头的抗拉剪性能与疲劳性能,FSSW-B接头的最大抗拉剪力为7600 N,疲劳极限为3366.6 N;搅拌针对抗拉剪性能的贡献率为53.5%,对疲劳性能的贡献率为11.4 %;FSSW-B中搅拌针的存在增加了接头疲劳性能的分散性。

    • 基于低共熔溶剂稀土金属钇、钐、铽的电沉积研究

      2023, 52(7):2478-2484. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220518

      摘要 (237) HTML (40) PDF 930.10 K (594) 评论 (0) 收藏

      摘要:低共熔溶剂是一种新型离子液体类似物,具有宽的电化学窗口和独特的物理化学性质,在电沉积领域有着潜在的应用。本文提出以氯化胆碱-尿素基低共熔溶剂为介质,系统研究三种稀土金属(钇、钐、铽)在该介质中的电沉积行为,并采用循环伏安法和恒电位法成功实现了稀土金属(钇、钐、铽)的电沉积。研究结果表明,在该低共熔溶剂中钇、钐、铽的电沉积过程为扩散控制过程,扩散系数(D0)分别为7.3744×10-13、1.1032×10-12和9.2936×10-13 cm2/s,沉积所获得的稀土金属钇、钐、铽具有二维纳米网络结构。本研究为稀土金属的电沉积及提炼提供新的策略,具有重大的研究意义和应用价值。

    • Ti/TiAl复合板大压下率热轧复合行为及组织性能研究

      2023, 52(7):2485-2493. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220543

      摘要 (287) HTML (43) PDF 1.56 M (639) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用大压下率包套热轧法成功制备了界面无缺陷的Ti-6Al-4V(wt.%)/Ti-43Al-3V-2Cr(at.%)复合板,并对复合板的显微组织和力学性能进行了研究。实验结果表明,观察到界面区域无明显缺陷,成功避免了Kirkendall现象。复合板界面厚度约为230 μm,根据相组成不同,将界面分为两个区域,其中1区域为近Ti6Al4V合金界面处,主要由α/α2+β/B2相组成;界面2区域为近TiAl合金界面处,主要为α/α2+β/B2+γ相。界面区域结构是由于Ti6Al4V合金中Ti元素扩散到TiAl合金层以及由TiAl层的Al和Cr元素扩散到Ti6Al4V合金层所致。测试了复合板的维氏硬度和不同加载方式的三点抗弯强度。实验结果表明,界面1处具有最高的显微硬度,横向试件表面加载时复合板表现出最佳的抗弯能力,抗弯强度达到1150.82 MPa,并结合显微组织特征对其力学性能进行了详细分析和讨论。

    • 热处理对CLAM钢焊缝抗辐照损伤性能的研究

      2023, 52(7):2494-2504. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220544

      摘要 (193) HTML (38) PDF 15.69 M (759) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高中国低活化马氏体钢(China Low Activation Martensitic steel, CLAM)焊缝抗辐照损伤及辐照硬化的能力,采用原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)、掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction, GIXRD)、拉伸和纳米压痕技术等方法,对热处理前及热处理后的CLAM钢焊缝在室温下经能量为70-KeV、剂量为1×1017 ions/cm2的He+辐照后的辐照损伤情况及力学性能进行了研究。研究结果表明,离子辐照后,热处理前及热处理后焊缝金属中均产生了空洞等微观缺陷,力学性能呈现不同程度的降低。热处理后的CLAM钢焊缝晶粒组织更小、晶界密度更高的特点,阻碍了微观缺陷的相互聚集,焊缝内形成的缺陷分布更均匀、尺寸更小,该焊缝在辐照前及辐照后始终具有更优异的力学性能。通过热处理工艺来细化焊缝晶粒,提高焊缝抗辐照损伤及辐照硬化的能力,是一种可行的思路与方法。

    • Ta表面氧含量的调控及Pd/Ta复合膜的制备研究

      2023, 52(7):2505-2510. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220515

      摘要 (201) HTML (38) PDF 742.07 K (648) 评论 (0) 收藏

      摘要:以Ta箔为研究对象,分别采用机械抛光和化学抛光的方法进行了Ta表面氧含量的调控研究,研究结果表明,机械抛光目前较难获得相对“洁净”的Ta表面,需结合氩离子溅射才可以获得氧含量很低的Ta膜;化学抛光能获得相对“洁净”的Ta表面。Ta箔表面经化学抛光处理后,进行Pd/Ta复合膜的化学镀制备研究。通过控制化学镀的时间,在Ta箔表面获得了完整均匀且无孔洞的Pd膜,该Pd膜的厚度约2.8μm。

    • TiAl合金与异种材料的摩擦焊接

      2023, 52(7):2519-2524. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220550

      摘要 (302) HTML (41) PDF 642.19 K (697) 评论 (0) 收藏

      摘要:TiAl合金与42CrMo直接摩擦焊接性较差,为此分别引入高温合金GH3039、K418、N80A和纯镍N6作为中间材料,对TiAl—GH3039/K418/N80A/N6异种材料摩擦焊接工艺进行了研究。采用硬度计、扫描电镜和万能试验机对焊后接头区域的硬度、组织和焊合区成分变化以及接头机械性能等进行了分析。研究表明,TiAl合金与异种材料焊后接头中形成了复杂的多层状金属间化合物;TiAl与GH3039、N80A的摩擦焊接性较好,与K418、N6的摩擦焊接性较差;根据不同材料的线胀系数等随温度的变化规律,与TiAl合金焊接接头的抗拉强度,以及与42CrMo的摩擦焊接性,最终选择GH3039作为中间材料。通过引入中间材料,得到了TiAl涡轮+ 42CrMo转轴的异种材料整体转子,使得TiAl在涡轮增压器领域的应用成为可能。

    • 焊接距离对钛合金搅拌摩擦焊搅拌头磨损的影响

      2023, 52(7):2525-2532. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220552

      摘要 (283) HTML (49) PDF 1.36 M (682) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用搅拌摩擦焊对TC4钛合金热轧板进行焊接。通过失重法、3D影像仪和显微组织观察对TC4钛合金搅拌摩擦焊过程中,DZ22高温合金搅拌头磨损情况进行表征,研究了焊接距离对TC4钛合金搅拌摩擦焊搅拌头磨损的影响。实验结果表明:搅拌头磨损率与焊接距离成正相关,焊接距离达到180mm后搅拌头磨损严重,搅拌针长度缩短0.24mm,磨损率为0.97%;轴肩深度缩短0.4mm,磨损率为1.73%;搅拌头重量缩减0.15g,磨损率为0.74%。在FSW过程中,高温高压是造成搅拌头磨损的主要原因,搅拌头磨损类型主要有机械磨损、磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损,搅拌头的磨损往往是这几种磨损相互作用的结果。磨损的搅拌头会对焊缝造成污染形成孔洞等缺陷,从而影响焊接接头的性能。

    • 多孔铂电极的蓄热传热性能及热稳定性研究

      2023, 52(7):2533-2539. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220517

      摘要 (161) HTML (38) PDF 663.16 K (693) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文应用固体物理理论和方法,研究了氧传感器多孔铂电极材料的热容量、热导率等蓄热传热性能及热稳定性随温度、时间和晶粒半径的变化规律,探讨了原子非简谐振动对电极材料蓄热传热性能及热稳定性的影响。研究表明,多孔铂电极的热容量随温度的升高先增大后趋于常数,随晶粒半径和时间的增大而减小;多孔铂电极的蓄热稳定性系数随温度的升高先急剧增大后迅速减小,最后趋于常数,在温度约为60 K时,其蓄热稳定性最差。多孔铂电极的热导率随温度的升高先急剧减小后趋于常数,随晶粒半径的增大而增大,随时间的增长而减小;表面层对热导率的贡献随温度先急剧减小后趋于0;多孔铂电极的非简谐效应使其热容量有所减小,而使蓄热稳定性系数和热导率有所增大。本文所得结果与其它文献的结果基本一致,其结论可为固体电解质氧传感器的稳定性问题提供理论指导。

    • 垂直布里奇曼法CdMnTe晶体生长过程的数值模拟与实验研究

      2023, 52(7):2540-2548. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220578

      摘要 (284) HTML (42) PDF 6.95 M (730) 评论 (0) 收藏

      摘要:为经济高效获得CdMnTe晶体生长条件,基于有限元软件建立二维有限体积数值模型,模拟了垂直布里奇曼法(VBM)生长CdMnTe的晶体过程;探究坩埚内部熔体的传热、流动以及生长界面变化情况,分析5 K/cm、10 K/cm和15 K/cm三种不同温度梯度条件对固液界面的影响。结果表明,晶体生长初期,固液界面径向流速差较大,从而使界面略凹向晶体。随着晶体生长的进行,固液界面逐渐平缓,开始有利于良好晶体的生长。在生长中后期,固液界面变为凸面,随着温度梯度的增大,可以更好地抑制对流,对获得高质量晶体是有利的条件。本文在模拟的基础上,进行Cd0.9Mn0.1Te晶体的制备,成功地生长出质量良好的Cd0.9Mn0.1Te晶体。

    • 离心铸管充型过程中夹杂物运动规律数值模拟研究及应用

      2023, 52(7):2559-2564. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220564

      摘要 (184) HTML (46) PDF 702.91 K (686) 评论 (0) 收藏

      摘要:对卧式离心铸造充型过程中流体质点受力进行分析,根据夹杂物运动规律推断出不同种类夹杂物沉淀分离时间及最佳浇注温度。基于Procast软件建立了卧式离心铸造充型过程夹杂物运动追踪,对离心铸管在不同转速条件下夹杂物运动轨迹及最终停留位置进行了数值模拟及工艺优化。在此工艺参数条件下,对离心铸管进行了实际浇铸实验,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM-EDS)获得其夹杂物分布信息。实际铸件夹杂微观分析结果与数据模拟一致,验证了预测及模拟结果的有效性。结果表明夹杂物比重越小、粒子尺寸越大,分离时间越短。 5μm的 SiO2夹杂最容易在离心力的作用下从金属液中甩出,并最终停留在铸管内表面。适合L605离心铸管最佳浇注温度为1580℃,离心转速为2800r/min。

    • 基于CEL方法的Al/Mg搅拌摩擦焊温度场及材料混合流动研究

      2023, 52(7):2565-2572. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220560

      摘要 (245) HTML (56) PDF 15.12 M (822) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法建立5A06铝合金与AZ31B镁合金对接搅拌摩擦焊(FSW)的全热力耦合数值模型,并结合试验测试对Al/Mg异种金属FSW过程的温度场及材料混合流动特征进行研究。数值模拟所得特征点的温度循环曲线、焊缝表面形貌以及横截面上异种材料的混合分布状态均与试验结果吻合良好。在此基础上,采用质点追踪法对材料混合流动行为进行了深入分析。结果显示,高温区集中分布在轴肩下方区域,返回侧(Mg侧)温度较低温度梯度较大。焊缝区上表面材料熔合线偏向于前进侧(Al侧)。搅拌针附近材料流动剧烈,前进侧和返回侧的大部分材料都较均匀地沉积于搅拌针后方。前进侧与返回侧材料在水平和竖直方向上的交叉混合流动,最终形成了两种材料“咬合式”的界面特征。

    • 中间层厚度对TLP扩散连接TC4组织和性能的影响

      2023, 52(7):2582-2587. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220565

      摘要 (196) HTML (41) PDF 2.73 M (608) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用电沉积Ni/Cu层作为中间层实现了TC4钛合金瞬时液相(TLP)扩散连接,采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪研究了Cu层厚度对TC4钛合金接头界面微观组织和力学性能的影响,并结合Ti-Cu和Ti-Ni二元相图阐明了反应机制。结果表明,瞬时液相扩散连接接头的典型界面组织为TC4/α-Ti+Ti2(Cu, Ni)/TC4,其中Ni元素均以固溶体的形式存在于接头中。随着电沉积Cu层厚度增加,扩散层和焊缝宽度增加,接头中央未焊合的孔洞消失,反应层中开始出现连续的Ti2(Cu, Ni)金属间化合物层且宽度逐渐增加。接头抗拉强度在电沉积Cu层厚度为15 μm时达到最大值500 MPa。断裂分析表明,所有TLP扩散连接接头均以解理断裂方式在焊缝处断裂。

    • Ce联合Nb/Co改性稀土尾矿催化剂NH3-SCR性能及脱硝机理研究

      2023, 52(7):2588-2598. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220573

      摘要 (239) HTML (50) PDF 1.06 M (650) 评论 (0) 收藏

      摘要:白云鄂博稀土尾矿含有Fe、Ce等利于催化脱硝的活性元素,作为天然矿物对环境友好且成本低,是做脱硝催化剂的天然原料,但稀土尾矿催化剂温度窗口较窄(350~450℃)。为拓宽稀土尾矿催化剂的温度窗口,用Ce、Nb、Co改性稀土尾矿,采用水热法制备了一系列Ce-M(Nb、Co)改性稀土尾矿催化剂,探究元素比例及元素种类对脱硝性能的影响。通过BET、XRD、XPS、H2-TPR和NH3-TPD对改性稀土尾矿进行表征分析,并利用In situ DRIFTS 技术对Ce-Co改性稀土尾矿的NH3-SCR机理进行了探究。结果显示,Ce-Nb(2:1)改性稀土尾矿在300~400℃脱硝效率最高为85%,Ce-Co(2:1)改性稀土尾矿在250~400℃脱硝效率能够达到90%。Nb和Co的加入提高了催化剂表面CeCO3F的分散度,暴露更多活性吸附位点。同时,元素之间的相互作用促进了电子的转移,Nb5+的形成阻碍了Ce4+的还原,调节了氧化还原性能,使得Ce-Nb改性稀土尾矿具有优异的N2选择性。而Co的加入提高了催化剂氧化还原能力,使得Co3+增加,进而提高Br?nsted酸性位的吸附强度,NH4+及Co3+-NH2能够首先与NO反应,形成NH3HNO及NH2NO等中间产物,催化剂表面同时遵循E-R机理和L-H机理,E-R机理占主导。

    • >评述
    • 氢分离合金冷轧成膜组织演变及透氢性能研究进展

      2023, 52(7):2612-2622. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220456

      摘要 (324) HTML (63) PDF 8.47 M (862) 评论 (0) 收藏

      摘要:第VB族(Nb、V、Ta)难熔金属与商用Pd比不但具有较高的氢渗透率而且价格低廉,成为人们青睐的新一代可替代钯的新型氢分离膜材料。为了规模化制备高通量的氢分离合金膜,研究者们对铸锭合金先进行冷轧变形以获得大尺寸平面膜,然后通过退火处理提高渗透率从而达到合金膜通量效率提升的目的。本文从合金的冷轧成形性、轧态及后续退火态组织演变以及透氢性能三方面的研究进展进行综述,分析了冷轧成膜的成分效应,阐述铸态、冷轧态和退火态的微观组织与渗透率的关系。讨论了通过轧态后续退火改善组织结构,进而开发高通量氢分离合金膜研究所面临的问题,最后对冷轧成膜及后续退火是实现低成本可规模化制备低厚度、高渗透率氢分离合金膜的前景进行展望。

    • 金属有机框架材料及其涂层在生物抗菌领域的应用研究进展

      2023, 52(7):2623-2638. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220527

      摘要 (300) HTML (40) PDF 17.97 M (737) 评论 (0) 收藏

      摘要:细菌耐药性问题日益严峻,对人类的健康造成了巨大威胁。面临着传统抗菌药物有效性下降的现状,开发新型抗菌材料成为了该领域的重要研究课题。金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)材料是由金属离子与有机配体组成的多孔配位聚合物,被认为是一种很有前途的抗菌材料。近年来,国内外学者已设计、制备出不同结构的MOFs及其复合材料,并将其广泛应用于各种抗菌领域。本综述以MOFs材料的作用方式和抗菌机理为出发点,分类概述了MOFs及其涂层在生物抗菌领域的应用,并对该领域的发展趋势进行了一定的展望。

    • 三元层状MoAlB材料的研究进展

      2023, 52(7):2639-2652. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220459

      摘要 (288) HTML (51) PDF 1.50 M (920) 评论 (0) 收藏

      摘要:二元过渡金属硼化物因高熔点、高硬度和高导热性等优点在航空航天领域具有重要应用前景。然而,该类材料的本征脆性和较差的抗氧化性严重制约了其在高温极端环境下的应用。MAB相是在二元硼化物晶胞中引入IIIA和IVA族元素原子得到的一类新型三元层状硼化物,兼具陶瓷和金属诸多优异性能,其中MoAlB具有优异的断裂韧性、抗氧化性、损伤容限特性和机械加工性,成为MAB相材料的研究热点。本文概述了MoAlB粉末、块体、涂层的制备方法及基本性能,包括理化、力学、摩擦和抗高温氧化性能等;讨论了MoAlB的改性方法及机制,旨在明确MoAlB材料在制备和应用过程中存在的关键问题及可能的解决途径,并指出了MoAlB材料的潜在应用领域。

    • >研究快报
    • 烧结温度对WC-Co-Ti3SiC2硬质合金微观组织与力学性能的影响

      2023, 52(7):2653-2657. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220688

      摘要 (374) HTML (45) PDF 618.03 K (617) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以掺杂3.0wt.% Ti3SiC2的WC-Co-Ti3SiC2硬质合金为对象,研究了烧结温度(1350~1470 ℃)对WC-Co-Ti3SiC2硬质合金中的Ti3SiC2分解物相和比例、微观组织、及其力学性能的影响规律与机制。结果表明:烧结温度的升高,促进了WC-Co-Ti3SiC2硬质合金中Ti3SiC2的分解以及(W,Ti)C和WSi2相的生成,同时导致WC晶粒尺寸逐渐增大。硬质合金的硬度随烧结温度的增加呈现出先增大后降低的趋势,而断裂韧性则逐渐下降。当烧结温度为1410℃时,WC-Co-Ti3SiC2硬质合金的致密性最佳(孔隙率仅为0.47 %),其力学性能也较为优异,硬度与断裂韧性分别为2076.36 kgf/mm2和10.15 MPa·m1/2。进一步分析可知,WC-Co-Ti3SiC2硬质合金硬度的增加归因于合金内部致密性的提高,而硬质合金中脆性相(W,Ti)C和WSi2含量的增加则会造成其断裂韧性的降低。

    • 凝胶注模多孔NiTi合金的固化工艺及动力学研究

      2023, 52(7):2658-2664. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220655

      摘要 (227) HTML (43) PDF 760.68 K (657) 评论 (0) 收藏

      摘要:以氢化脱氢钛粉和雾化镍粉为原始粉末,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)-1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)为凝胶体系,采用凝胶注模法制备多孔NiTi合金。研究了引发剂、催化剂、固化温度及固相体积分数对固化过程的影响。结果表明:随着引发剂及催化剂加入量的增加,固化时间降低,最佳的催化剂N,N-二甲基苯胺(DMA)用量为1.5 wt.%,引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)用量为2 wt.%;固化反应随着固化温度及固相体积分数的增加而加快;根据DSC测试结果,计算得到HEMA-HDDA-TBPB-DMA凝胶体系的固化反应表观活化能为61.52 kJ/mol,反应级数为0.91。在最佳固化工艺条件下,利用50 vol.%镍钛浆料制备了孔隙率为32.68%、抗压强度为331 MPa,且具有三维连通双级孔隙结构的多孔NiTi合金。

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