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  • 2024年第0卷第7期文章目次
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    • Cu含量对铁基中熵合金耐腐蚀及抗菌性能的影响

      2024, 53(7):1817-1825. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230636

      摘要 (46) HTML (0) PDF 2.17 M (73) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用水冷铜坩埚磁悬浮真空熔炼炉制备了(Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)99.5?xCuxAg0.5 (x=1,2,3,4,5,at%)合金,并对合金试样进行抗菌时效处理,研究Cu含量对合金耐腐蚀性能以及抗菌性能的影响。结果表明,经过固溶时效处理后的中熵合金均为fcc结构,随着Cu含量的提高,fcc1富铁基体上逐渐析出了富Cu和富Ag的fcc2相。合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的耐腐蚀性能优于AISI304。随Cu含量的增加,腐蚀电流密度先减小而后增加,容抗弧半径先增大后减小,表明合金的耐腐蚀性能先增强后减弱。合金在大肠杆菌悬浮液中的腐蚀速率呈现出先增大后减小的趋势,x=2合金的耐生物腐蚀能力最优,而抗菌性能和腐蚀性能存在倒置关系。富Cu和富Ag的fcc2相能有效提升合金的抗菌性能,x=5合金的抗菌性能最优,抗菌率达到99.94%.

    • 不同压下量对波纹辊轧制铜/铝复合板微观组织及力学性能的影响

      2024, 53(7):1826-1835. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230644

      摘要 (19) HTML (0) PDF 4.12 M (28) 评论 (0) 收藏

      摘要:波纹辊冷轧粘合(CCRB)作为一种新型轧制工艺,在金属复合板的制备过程中受到广泛关注,但不同压下量下波纹复合板的力学性能及界面的微观形貌尚不明确。采用数值模拟和实验方法,研究了在55%、60%、65%和70%压下量下制备铜/铝波纹复合板的情况。通过ABAQUS有限元模拟仿真软件建立三维模型,模拟了轧制过程中的应力和应变曲线。通过扫描电子显微镜、电子背散射衍射、X射线能谱仪等方法研究了波纹复合板界面形貌。结果表明,复合板的极限抗拉伸强度和剪切强度在65%压下量下达到最大值,分别为221.08和79 MPa,在55%压下量下达到最小值,分别为169.34和45 MPa。在65%和70%压下量下,由于剧烈的塑性变形作用,复合板形成拉长的晶粒和细小的等轴晶。但70%压下量下,由于轧制力过大,基体金属产生微裂纹,导致拉伸性能下降,这与力学实验结果一致。

    • 激光线能量对TC17钛合金焊接接头组织和疲劳性能的影响

      2024, 53(7):1836-1844. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240084

      摘要 (21) HTML (0) PDF 2.29 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:在不同的激光线能量条件下对TC17钛合金进行了焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸和疲劳试验机对接头的宏观形貌、微观组织和力学性能进行了对比研究。结果表明:随着激光线能量的增加,焊缝宏观形貌由Y型转变为X型、焊缝中气孔缺陷数量先增加后减少,气孔缺陷主要分布在焊缝的中下部。焊缝由柱状晶粒组成,柱状晶内部存在条形枝晶,枝晶间距随着线能量的增加而逐渐增大。热影响区由尺寸较小的等轴晶组成,随着激光线能量的增加,α相晶粒逐渐细化,而β相逐渐粗化。在拉伸和疲劳试验中,TC17激光焊接接头均断裂在焊缝。受焊缝内部枝晶尺寸的影响,抗拉伸强度随线能量的增加而降低。气孔是导致疲劳断裂的主要原因,气孔缺陷数量越少,则疲劳寿命越长。

    • 钛合金框锻件热锻过程中低倍组织分层及模具磨损行为的数值分析

      2024, 53(7):1845-1854. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230520

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.63 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:TC18钛合金锻件低倍组织出现分层现象。较亮的低倍组织具有较低的性能,通常被称为冷模组织。降低冷却速度可能会减少冷模组织的产生,但也可能加剧模具磨损。通过模拟和实验研究了TC18钛合金框锻件热锻过程低倍组织分层、模具磨损与工艺参数间的关系。通过二次开发将冷模组织和磨损深度预测模型导入DEFORM软件。利用开发后的软件模拟了钛合金框锻件连续锻造生产过程,研究了冷模组织和磨损特性。利用响应面法和优化参数,讨论了不同参数下模具磨损与冷模组织厚度间的关系。结果表明:钛合金锻件冷模组织含量主要受接触条件的影响,而锻模磨损深度主要受模具预热温度的影响。应用玻璃纤维润滑剂能在不显著增加磨损深度的前提下实现锻件冷模缺陷组织含量的有效降低。

    • 高电容电极材料MnO-Co纳米晶修饰多孔生物碳的简易合成

      2024, 53(7):1855-1862. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230043

      摘要 (22) HTML (0) PDF 3.57 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着化石燃料的迅速枯竭和一系列环境问题的出现,开发和利用新型电化学储能装置已迫在眉睫,而电极材料的设计、制备和优化是决定超级电容器性能的关键因素。采用水热法将蜀葵秸秆转化为多孔碳基质,并在其上锚定了MnO和Co纳米晶。结果表明,制备的生物碳具有多孔结构和良好的电子传输特性,而其上的纳米晶MnO-Co则具有高电容。由于独特的纳米碳骨架结构和较大的比表面积(345.9 m2·g-1),MnO-Co 纳米晶/多孔碳显示出优异的电化学电容(1 A·g-1时为146 F·g-1)和循环稳定性,循环1000次后,比容量仍保持在 99.4%。

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    • 预置焊丝对Al/Cu异种FSW T-搭接接头组织和性能影响

      2024, 53(7):1863-1873. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230639

      摘要 (14) HTML (0) PDF 3.28 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:在FSW过程中,T型接头的内角热输入低、塑性流动差导致其易出现虫洞、隧道、交界线等缺陷,造成应力集中,很难实现具有良好力学性能的Al/Cu异种焊缝。创新性地将圆角处预置焊丝应用于4 mm厚的6061-T6铝合金和纯铜异种FSW T-搭接接头的连接,以期改善T型接头的内角材料塑性流动,获得具有良好力学性能的接头。分析了3种预置焊丝对Al/Cu异种 FSW T-搭接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,保持焊接速度35 mm/min不变,旋转速度在700~800 r/min条件下,3种预置焊丝接头大针搅拌区都表现出“洋葱环”。阶梯状搅拌头有效抑制了大量筋板材料向壁板的迁移,减少了Al/Cu互混。大针搅拌区由于少量Cu颗粒被搅拌,流动路径长,不易形成金属间化合物。Al/Cu形成了有效的冶金结合,其交界面处金属间化合物厚度小于1 μm。预置Cu的Al/Cu T-接头沿壁板方向像同种材料对接接头,呈韧性断裂;预置Al的Al/Cu T-接头改变交界线缺陷走向,筋板方向获得一定高度的Al/Cu混合区,机械互锁结合效果达到最优,断裂多在交界面处,抗拉伸强度达157 MPa,呈混合断裂。预置焊丝是一种适用于Al/Cu异种FSW T-搭接接头焊接的良好方法。

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    • 试验温度对镍基单晶高温合金裂纹扩展行为的影响

      2024, 53(7):1874-1881. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230618

      摘要 (19) HTML (0) PDF 2.65 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了DD6镍基单晶高温合金从530 ℃到850 ℃的疲劳裂纹稳定扩展行为。疲劳裂纹扩展试样沿[001]方向平行于受拉的加载轴。通过扫描电子显微镜研究疲劳裂纹扩展试验后的断口形貌,并根据形貌特点分为源区、预制裂纹区、稳定扩展区以及快速扩展区。通过电子背散射衍射技术研究垂直于断口的剖面塑性变形情况。通过透射电子显微镜观察断口附近位错机制随温度的变化。结果表明,受温度场、应力场以及暴露时间的作用,在650 ℃时发生氧化,且在650 ℃至760 ℃之间,由于γ′相的弱化,在γγ′相中形成大量连续的位错,导致合金氧化加剧,同时760 ℃下疲劳扩展寿命显著下降。

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    • 通过再结晶退火实现剪切-压缩变形态 GH4169 高温合金的显微组织均匀化

      2024, 53(7):1882-1886. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230040

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.74 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:GH4169 高温合金在剪切-压缩变形后容易出现区域性微结构特征,这不利于后续的冷轧加工。在1000~1080 ℃温度范围内,保温1~3 h条件下进行再结晶退火处理以研究GH4169高温合金的微观组织演变行为,并通过调节晶粒大小优化其冷成形性能。结果表明,静态再结晶(SRX)在1000 ℃时完全形核,原有的粗大晶粒完全被细小的再结晶晶粒取代。大角度晶界(HAGB)的弓出位置是SRX的首选形核点。经1020~1060 ℃退火后,部分相邻的SRX晶粒之间发生吞并,导致一部分晶粒的尺寸增大,而初始动态再结晶(DRX)晶粒在应变集中区域仍保持微小的尺寸。再结晶晶粒(包括SRX和DRX)经1080 ℃退火后均匀长大,平均晶粒尺寸为87.89 μm,此时显微组织的区域特征完全消失,组织均匀化程度明显提高。由于SRX的生长事故,经1080 ℃退火后出现了阶梯状孪晶,且孪晶界 (Σ3)的长度分数达到35.8%,这有利于提高GH4169高温合金的高温持久性能。剪切-压缩变形态GH4169高温合金的最佳再结晶退火工艺最终被确定为1080 ℃保温1 h,水冷。

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    • 基于田口法的超大型涡轮盘锻造工艺参数多目标优化

      2024, 53(7):1887-1896. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230637

      摘要 (16) HTML (0) PDF 1.50 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:直径超过2 m的超大型涡轮盘的锻造载荷接近甚至超过了国内最大压力机的极限(800 MN),是真正的极限制造。因此,保持良好的力学性能和控制锻造载荷是超大型涡轮盘热锻生产过程中必须同时兼顾的2个因素。基于田口法设计了25组不同的热锻参数,采用SNR和ANOVA方法对有限元模拟结果进行多目标优化分析,获得了最优锻造载荷和最均匀细化的再结晶组织,确定了极端制造条件下的最佳工艺参数组合(温度1120 ℃,应变速率0.06 s-1,预锻尺寸985/610/475 mm,模具温度280 ℃)。各参数对模拟结果的重要性顺序如下:变形温度>应变速率>坯料形状>>模具温度。使用最佳参数组合获得的实验结果与数值模拟结果吻合较好,表明该方法可以避免大量实验和数值模拟工作量,有效地控制超大型锻件的载荷和微观组织。

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    • 成分及环境对镍基高温合金氧化行为的影响

      2024, 53(7):1897-1908. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230649

      摘要 (23) HTML (0) PDF 2.76 M (25) 评论 (0) 收藏

      摘要:镍基高温合金在恶劣环境下具有优异的力学性能和耐高温性能。镍基高温合金的氧化行为高度依赖于材料的固有性能和氧化膜性能,而氧化膜性能主要取决于合金元素的种类和含量。大气成分、温度、应力、熔融盐等各种环境参数是直接影响材料氧化行为的基本因素。综述了合金元素和服役环境对镍基高温合金氧化行为的影响。铝、铬和钴是有利元素,可以形成致密、结合力强的氧化膜,以保护基体。钛、钼、铌、钨、钽的添加一般被认为会削弱抗氧化性能,但最近的研究有不同的观点。讨论了镍基高温合金的氧化机理,并对镍基高温合金的未来发展进行了展望。

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