2021年第50卷第7期文章目次
2021, 50(7):2263-2267.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200967
摘要:
研究了不同挤压温度（350和200 ℃）对反挤压Zn-6Al合金室温拉伸性能的影响。利用扫描电镜、电子背散射技术以及电子万能试验机对Zn-Al合金的微观组织和力学性能进行了详细的研究。结果表明，由于具有细晶组织、高的施密特因子和无层片状组织，随着挤压温度从350 ℃降低至200 ℃，在应变速率为10-3 s-1时，反挤压Zn-6Al合金的伸长率从98%提高至198%。
研究了不同挤压温度（350和200 ℃）对反挤压Zn-6Al合金室温拉伸性能的影响。利用扫描电镜、电子背散射技术以及电子万能试验机对Zn-Al合金的微观组织和力学性能进行了详细的研究。结果表明，由于具有细晶组织、高的施密特因子和无层片状组织，随着挤压温度从350 ℃降低至200 ℃，在应变速率为10-3 s-1时，反挤压Zn-6Al合金的伸长率从98%提高至198%。
2021, 50(7):2268-2272.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200829
摘要:
对6种不同硫含量的Cu-Ni合金进行了室温拉伸试验。系统地研究了拉伸速率和硫含量对材料屈服强度、拉伸强度、伸长率和断面收缩率的影响。通过扫描电镜、能谱分析和金相组织分析，研究了硫含量对金相组织的影响。分析了Cu-Ni合金中硫析出物的分布、变形及对塑性的影响规律。分析了材料发生断裂的起源和过程及硫含量对塑性影响的根本原因，为后续冷变形过程提供理论依据。
对6种不同硫含量的Cu-Ni合金进行了室温拉伸试验。系统地研究了拉伸速率和硫含量对材料屈服强度、拉伸强度、伸长率和断面收缩率的影响。通过扫描电镜、能谱分析和金相组织分析，研究了硫含量对金相组织的影响。分析了Cu-Ni合金中硫析出物的分布、变形及对塑性的影响规律。分析了材料发生断裂的起源和过程及硫含量对塑性影响的根本原因，为后续冷变形过程提供理论依据。
2021, 50(7):2273-2280.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200031
摘要:
采用机械合金化和放电等离子烧结法制备了不同碳含量的Fe-Cr-C/TiCN复合材料。通过扫描电镜、X射线衍射、维氏硬度和球-盘式摩擦试验，系统地研究了碳含量对Fe-Cr-C/TiCN复合材料组织和磨损性能的影响。结果表明，在含碳量为1.0%~5.0%（质量分数，下同）的烧结样品中形成了(Cr, Fe)7C3碳化物，而当碳含量达到4.0%~5.0%时，出现了(Cr, Fe)3C相。碳含量对Fe-Cr-C/TiCN复合材料的组织均匀性和致密化有着较为重要的影响，当烧结温度为~1000 ℃时，致密度由未加碳时的95.0%提高到的99.7%（含碳量为3.0%），说明已实现了完全致密化。当含碳量为3.0%时，维氏硬度达到11 940 MPa。此外，添加适量的碳（3.0%）有助于获得良好的磨损性能，即摩擦系数波动范围小，平均摩擦系数为0.320，磨损率为6.8×10-4 mm3·N-1·m-1。
采用机械合金化和放电等离子烧结法制备了不同碳含量的Fe-Cr-C/TiCN复合材料。通过扫描电镜、X射线衍射、维氏硬度和球-盘式摩擦试验，系统地研究了碳含量对Fe-Cr-C/TiCN复合材料组织和磨损性能的影响。结果表明，在含碳量为1.0%~5.0%（质量分数，下同）的烧结样品中形成了(Cr, Fe)7C3碳化物，而当碳含量达到4.0%~5.0%时，出现了(Cr, Fe)3C相。碳含量对Fe-Cr-C/TiCN复合材料的组织均匀性和致密化有着较为重要的影响，当烧结温度为~1000 ℃时，致密度由未加碳时的95.0%提高到的99.7%（含碳量为3.0%），说明已实现了完全致密化。当含碳量为3.0%时，维氏硬度达到11 940 MPa。此外，添加适量的碳（3.0%）有助于获得良好的磨损性能，即摩擦系数波动范围小，平均摩擦系数为0.320，磨损率为6.8×10-4 mm3·N-1·m-1。
2021, 50(7):2281-2287.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200032
摘要:
为改善制动盘材料的耐磨性能，选用Ni60A粉末，利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理，研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明：涂层主要由γ-Ni、M23C6、Ni-Cr-Fe、Ni3B、[Fe, Ni]、FeNi3、NiC、FeNi等相构成，涂层平均显微硬度HV0.3为4600 MPa，较基体提高2.63倍。与基体相比，涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数，耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时，在室温和400 ℃时，耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加，涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。
为改善制动盘材料的耐磨性能，选用Ni60A粉末，利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理，研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明：涂层主要由γ-Ni、M23C6、Ni-Cr-Fe、Ni3B、[Fe, Ni]、FeNi3、NiC、FeNi等相构成，涂层平均显微硬度HV0.3为4600 MPa，较基体提高2.63倍。与基体相比，涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数，耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时，在室温和400 ℃时，耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加，涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。
2021, 50(7):2288-2292.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200417
摘要:
以无水硝酸镧、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸（BMIMPF6）和助溶剂丙酮为电解液，在室温（298 K）下电沉积制得镧金属薄膜。电解液BMIMPF6的电化学窗口为-2.5~1.5 V vs. Pt，La3+还原为La2+发生于-1.7 V vs. Pt，La2+还原为La0发生于-2.1 V vs. Pt。BMIMPF6的低吸湿性有利于在空气气氛下电沉积镧。使用扫描电子显微镜和光学显微镜观察到所制备的薄膜织构致密，经能量色散谱和X射线光电子能谱对沉积薄膜进行了表征，确定了薄膜中含有大量镧元素。通过探究电压扫描速率和硝酸镧浓度对La3+的电化学行为的影响，证明La3+的还原反应是一个受物质扩散控制的不可逆过程，La3+在BMIMPF6中的扩散系数为1.47×10-9 cm2·s-1。本研究为获得金属镧薄膜和镧氧化物薄膜提供了一种简便的方法，并且有望用于电沉积制备其它镧系元素薄膜。
以无水硝酸镧、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸（BMIMPF6）和助溶剂丙酮为电解液，在室温（298 K）下电沉积制得镧金属薄膜。电解液BMIMPF6的电化学窗口为-2.5~1.5 V vs. Pt，La3+还原为La2+发生于-1.7 V vs. Pt，La2+还原为La0发生于-2.1 V vs. Pt。BMIMPF6的低吸湿性有利于在空气气氛下电沉积镧。使用扫描电子显微镜和光学显微镜观察到所制备的薄膜织构致密，经能量色散谱和X射线光电子能谱对沉积薄膜进行了表征，确定了薄膜中含有大量镧元素。通过探究电压扫描速率和硝酸镧浓度对La3+的电化学行为的影响，证明La3+的还原反应是一个受物质扩散控制的不可逆过程，La3+在BMIMPF6中的扩散系数为1.47×10-9 cm2·s-1。本研究为获得金属镧薄膜和镧氧化物薄膜提供了一种简便的方法，并且有望用于电沉积制备其它镧系元素薄膜。
2021, 50(7):2293-2299.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200406
摘要:
将不同含量（0%，0.025%，0.05%，0.075%，0.1%，0.2%，质量分数）的石墨烯纳米片（GNSs）添加到Sn-58Bi低温钎料中，研究了GNSs对钎料熔化温度、润湿性能、剪切强度、显微组织和界面反应的影响。结果表明：添加GNSs可以改善Sn-58Bi钎料焊点的润湿性能和抗剪切强度，但对其熔化温度的影响较小。随着GNSs的添加，钎料得到了相对细化的显微组织，界面金属间化合物（IMC）的厚度明显降低，并逐渐趋于平整。另外，随着GNSs的加入，Sn-58Bi钎料的剪切断裂模式从脆性断裂转变为脆性和韧性混合的断裂模式，这与其抗剪切强度的变化是一致的。因此，添加微量的GNSs是增强Sn-58Bi/Cu焊点可靠性的有效途径。
将不同含量（0%，0.025%，0.05%，0.075%，0.1%，0.2%，质量分数）的石墨烯纳米片（GNSs）添加到Sn-58Bi低温钎料中，研究了GNSs对钎料熔化温度、润湿性能、剪切强度、显微组织和界面反应的影响。结果表明：添加GNSs可以改善Sn-58Bi钎料焊点的润湿性能和抗剪切强度，但对其熔化温度的影响较小。随着GNSs的添加，钎料得到了相对细化的显微组织，界面金属间化合物（IMC）的厚度明显降低，并逐渐趋于平整。另外，随着GNSs的加入，Sn-58Bi钎料的剪切断裂模式从脆性断裂转变为脆性和韧性混合的断裂模式，这与其抗剪切强度的变化是一致的。因此，添加微量的GNSs是增强Sn-58Bi/Cu焊点可靠性的有效途径。
2021, 50(7):2300-2307.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200029
摘要:
采用双光束同步激光填丝焊接的方法制备了Ti-6Al-4V合金T型接头，使用高速摄像机拍摄了焊接过程图像并研究了热输入对焊接过程稳定性、焊缝成形、组织及力学性能的影响。试验结果表明，热输入显著影响熔池行为和填丝焊接熔滴过渡，进而影响T型接头焊缝形貌及质量。随着热输入的增加，T型接头组织发生变化，晶粒尺寸变大。热影响区及焊缝处的马氏体使得这2个区域的显微硬度高于母材。另外，沿蒙皮方向及筋条方向的抗拉伸强度随着热输入的增加而增大。由于接头处马氏体增强作用，拉伸断裂均发生于母材处。
采用双光束同步激光填丝焊接的方法制备了Ti-6Al-4V合金T型接头，使用高速摄像机拍摄了焊接过程图像并研究了热输入对焊接过程稳定性、焊缝成形、组织及力学性能的影响。试验结果表明，热输入显著影响熔池行为和填丝焊接熔滴过渡，进而影响T型接头焊缝形貌及质量。随着热输入的增加，T型接头组织发生变化，晶粒尺寸变大。热影响区及焊缝处的马氏体使得这2个区域的显微硬度高于母材。另外，沿蒙皮方向及筋条方向的抗拉伸强度随着热输入的增加而增大。由于接头处马氏体增强作用，拉伸断裂均发生于母材处。
2021, 50(7):2308-2314.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200398
摘要:
通过3D凝胶打印（3DGP）技术制备了高强度和高孔隙率的磷酸三钙（TCP）多孔支架，通过扫描电子显微镜（SEM）观察支架的微观形态，并通过初步的动物实验评估了多孔支架的生物相容性。研究结果表明，适合打印的浆料固含量为34%（体积分数），打印支架在长度、宽度和高度方向上的收缩率分别为11.44%±0.20%，9.41%±0.23%和10.57%±0.20%。当支架在1150 ℃下烧结2 h后，支架的抗压强度为22.6±0.12 MPa，孔隙率约为62.1%。初步的动物植入实验显示多孔TCP支架在兔股骨髁缺损处未引起明显的排斥反应，并在骨与支架的连接处未见炎症反应或慢性炎症反应。通过3DGP技术制备的多孔TCP支架具有良好的生物相容性和力学性能，有望满足松质骨的植入要求，为下一步的实验研究打下基础。
通过3D凝胶打印（3DGP）技术制备了高强度和高孔隙率的磷酸三钙（TCP）多孔支架，通过扫描电子显微镜（SEM）观察支架的微观形态，并通过初步的动物实验评估了多孔支架的生物相容性。研究结果表明，适合打印的浆料固含量为34%（体积分数），打印支架在长度、宽度和高度方向上的收缩率分别为11.44%±0.20%，9.41%±0.23%和10.57%±0.20%。当支架在1150 ℃下烧结2 h后，支架的抗压强度为22.6±0.12 MPa，孔隙率约为62.1%。初步的动物植入实验显示多孔TCP支架在兔股骨髁缺损处未引起明显的排斥反应，并在骨与支架的连接处未见炎症反应或慢性炎症反应。通过3DGP技术制备的多孔TCP支架具有良好的生物相容性和力学性能，有望满足松质骨的植入要求，为下一步的实验研究打下基础。
2021, 50(7):2315-2320.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200856
摘要:
通过实验和数值模拟的方法研究了道次压下率（PRPP）对7055铝合金板材的应变分布、微观组织、力学性能及其沿厚度方向的均匀性的影响。结果表明，总变形量相同的情况下，增大道次压下率，可以减小7055铝合金板材表层与中间层之间的等效应变差。道次压下率较小的工艺轧制板材的表层比中间层的再结晶比例高，并且中间层有尺寸较大的再结晶晶粒。然而，经道次压下率较大的工艺轧制的板材沿厚度方向有均匀的再结晶比例和再结晶晶粒尺寸。因此，道次压下率较大的轧制工艺可以提高板材组织和力学性能的均匀性。
通过实验和数值模拟的方法研究了道次压下率（PRPP）对7055铝合金板材的应变分布、微观组织、力学性能及其沿厚度方向的均匀性的影响。结果表明，总变形量相同的情况下，增大道次压下率，可以减小7055铝合金板材表层与中间层之间的等效应变差。道次压下率较小的工艺轧制板材的表层比中间层的再结晶比例高，并且中间层有尺寸较大的再结晶晶粒。然而，经道次压下率较大的工艺轧制的板材沿厚度方向有均匀的再结晶比例和再结晶晶粒尺寸。因此，道次压下率较大的轧制工艺可以提高板材组织和力学性能的均匀性。
2021, 50(7):2321-2328.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200894
摘要:
采用自蔓延燃烧反应法制备了一种新型Al-5Ti-0.8C中间合金，在此基础上采用不同含量（0%，0.1%，0.3%，0.5%，质量分数，下同）的中间合金对Al-Cu-Mn合金进行变质处理，研究该中间合金及其含量对Al-Cu-Mn合金组织形貌和高温力学性能的影响。结果表明：新型Al-5Ti-0.8C中间合金能够显著细化Al-Cu-Mn合金的晶粒尺寸，提高合金热处理过程中θ′(Al2Cu)相的析出密度，且细化析出相尺寸。其次，变质处理后合金的高温抗拉伸强度显著提高，且随着温度升高，抗拉伸强度的下降程度减小，主要原因在于变质处理后合金中析出均匀分布的细小θ′(Al2Cu)相以及热稳定性高的Al3(Ti, Zr)纳米颗粒。此外，当Al-5Ti-0.8C中间合金含量为0.3%时，Al-Cu-Mn合金的组织形貌和高温力学性能最优。
采用自蔓延燃烧反应法制备了一种新型Al-5Ti-0.8C中间合金，在此基础上采用不同含量（0%，0.1%，0.3%，0.5%，质量分数，下同）的中间合金对Al-Cu-Mn合金进行变质处理，研究该中间合金及其含量对Al-Cu-Mn合金组织形貌和高温力学性能的影响。结果表明：新型Al-5Ti-0.8C中间合金能够显著细化Al-Cu-Mn合金的晶粒尺寸，提高合金热处理过程中θ′(Al2Cu)相的析出密度，且细化析出相尺寸。其次，变质处理后合金的高温抗拉伸强度显著提高，且随着温度升高，抗拉伸强度的下降程度减小，主要原因在于变质处理后合金中析出均匀分布的细小θ′(Al2Cu)相以及热稳定性高的Al3(Ti, Zr)纳米颗粒。此外，当Al-5Ti-0.8C中间合金含量为0.3%时，Al-Cu-Mn合金的组织形貌和高温力学性能最优。
2021, 50(7):2329-2336.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200028
摘要:
以亚共晶Al-7Si合金为研究对象，基于Matlab神经网络工具箱开发了铝合金性能和组织关系预测程序，获得了高精度的材料性能与组织特征的关系预测模型。通过控制增压铸造过程中保压压力（85~300 kPa）和冷却速度（1~10 k/s）参数，获得具有不同力学性能和组织特征的铝合金。拉伸试样力学性能测试结果表明：抗拉强度为310~350 MPa，延伸率为3%~12%。采用IPP 6.0软件统计组织特征参数结果表明：二次枝晶间距为18.56~33.04 μm，共晶Si相面积为6.37~13.37 μm2，缺陷面积百分数为0%~0.363%，最大Fe相面积百分数为0%~0.06%。通过人工神经网络（ANN）预测模型，探究了单因素和双因素协同作用对合金力学性能的影响规律，建立了合金性能优化的组织控制路径。预测结果表明，该合金强度和塑性均与4种组织特征呈负相关，且缺陷和Fe相的存在对合金性能有较大的不利影响。因此，缩小枝晶间距（<20 μm）、变质共晶Si相（<12 μm2）、控制孔洞缺陷（<0.35%）、严格控制富Fe相的尺寸和形态，是制备高性能铝合金的关键。
以亚共晶Al-7Si合金为研究对象，基于Matlab神经网络工具箱开发了铝合金性能和组织关系预测程序，获得了高精度的材料性能与组织特征的关系预测模型。通过控制增压铸造过程中保压压力（85~300 kPa）和冷却速度（1~10 k/s）参数，获得具有不同力学性能和组织特征的铝合金。拉伸试样力学性能测试结果表明：抗拉强度为310~350 MPa，延伸率为3%~12%。采用IPP 6.0软件统计组织特征参数结果表明：二次枝晶间距为18.56~33.04 μm，共晶Si相面积为6.37~13.37 μm2，缺陷面积百分数为0%~0.363%，最大Fe相面积百分数为0%~0.06%。通过人工神经网络（ANN）预测模型，探究了单因素和双因素协同作用对合金力学性能的影响规律，建立了合金性能优化的组织控制路径。预测结果表明，该合金强度和塑性均与4种组织特征呈负相关，且缺陷和Fe相的存在对合金性能有较大的不利影响。因此，缩小枝晶间距（<20 μm）、变质共晶Si相（<12 μm2）、控制孔洞缺陷（<0.35%）、严格控制富Fe相的尺寸和形态，是制备高性能铝合金的关键。
2021, 50(7):2337-2342.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200423
摘要:
以柠檬酸和柠檬酸钠为络合剂，采用硫酸盐体系电沉积法制备了FeCoNiCr高熵合金镀层。研究了电流密度、镀液温度、pH对镀层组成、微观形貌、晶体结构和硬度的影响。结果表明，所制备的FeCoNiCr高熵合金镀层为非晶态，镀层均匀。优化后工艺参数为：pH=2.5，温度25 ℃，电流密度25 A?dm-2。
以柠檬酸和柠檬酸钠为络合剂，采用硫酸盐体系电沉积法制备了FeCoNiCr高熵合金镀层。研究了电流密度、镀液温度、pH对镀层组成、微观形貌、晶体结构和硬度的影响。结果表明，所制备的FeCoNiCr高熵合金镀层为非晶态，镀层均匀。优化后工艺参数为：pH=2.5，温度25 ℃，电流密度25 A?dm-2。
2021, 50(7):2343-2351.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200424
摘要:
采用浸渍法（IM）与溶胶凝胶法（Sol-gel）制备VMoTi催化剂，并在实验室模拟选择性催化还原（SCR）催化剂的碱金属K中毒，通过X射线衍射、BET比表面积测试法、NH3-程序升温脱附（TPD）、H2-程序升温还原（TPR）和光电子能谱等方法对催化剂表面的理化性能进行分析，并探讨钒钛系催化剂的反应及失活机理。结果表明：与浸渍法制备的VMoTi催化剂相比，溶胶凝胶法制备的VMoTi催化剂具有较小的晶粒粒径，较大的比表面积和孔容，较多的表面酸量，较强的氧化还原能力以及较高的V4+、Mo4+和表面活性氧含量，因此，VMoTi （Sol-gel）催化剂表现出了较好的脱硝效率，在180~320 ℃的温度区间内，脱硝效率稳定在约100%。钾的加入会导致催化剂中毒，且不同方法制备的催化剂的中毒效应不同，K盐沉积对浸渍法制备的VMoTi催化剂的脱硝效率影响较大，溶胶凝胶法制备的VMoTi催化剂具有较好的抗K金属中毒的性能。通过对催化剂的表征发现，K盐削弱了活性成分与载体间的相互结合作用，增强了锐钛矿型TiO2衍射峰的强度，降低了催化剂表面酸性及氧化还原性，同时催化剂表面的化学吸附氧及V4+、Mo4+等活性金属含量降低，这些因素是造成催化剂活性下降的主要原因。
采用浸渍法（IM）与溶胶凝胶法（Sol-gel）制备VMoTi催化剂，并在实验室模拟选择性催化还原（SCR）催化剂的碱金属K中毒，通过X射线衍射、BET比表面积测试法、NH3-程序升温脱附（TPD）、H2-程序升温还原（TPR）和光电子能谱等方法对催化剂表面的理化性能进行分析，并探讨钒钛系催化剂的反应及失活机理。结果表明：与浸渍法制备的VMoTi催化剂相比，溶胶凝胶法制备的VMoTi催化剂具有较小的晶粒粒径，较大的比表面积和孔容，较多的表面酸量，较强的氧化还原能力以及较高的V4+、Mo4+和表面活性氧含量，因此，VMoTi （Sol-gel）催化剂表现出了较好的脱硝效率，在180~320 ℃的温度区间内，脱硝效率稳定在约100%。钾的加入会导致催化剂中毒，且不同方法制备的催化剂的中毒效应不同，K盐沉积对浸渍法制备的VMoTi催化剂的脱硝效率影响较大，溶胶凝胶法制备的VMoTi催化剂具有较好的抗K金属中毒的性能。通过对催化剂的表征发现，K盐削弱了活性成分与载体间的相互结合作用，增强了锐钛矿型TiO2衍射峰的强度，降低了催化剂表面酸性及氧化还原性，同时催化剂表面的化学吸附氧及V4+、Mo4+等活性金属含量降低，这些因素是造成催化剂活性下降的主要原因。
2021, 50(7):2352-2357.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200030
摘要:
采用真空熔炼法向NiTi二元合金中掺杂Pr稀土元素，制备了多组分原子分数的Ni50Ti50-xPrx（x=0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9）合金。研究了Pr元素的添加对NiTi合金金相组织、相变温度和硬度的影响。结果表明，Ni50Ti50-xPrx合金由NiTi基体与NiPr夹杂相组成，其中Ni50Ti49.5Pr0.5合金的马氏体相变温度达73 ℃，合金的热滞窄至37 ℃，维氏硬度约为2850 MPa。Pr元素的添加显著降低了NiTi合金的马氏体相变温度，同时，与其他NiTi基合金相比，NiTiPr合金保持了较窄的热滞和较高的硬度。
采用真空熔炼法向NiTi二元合金中掺杂Pr稀土元素，制备了多组分原子分数的Ni50Ti50-xPrx（x=0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9）合金。研究了Pr元素的添加对NiTi合金金相组织、相变温度和硬度的影响。结果表明，Ni50Ti50-xPrx合金由NiTi基体与NiPr夹杂相组成，其中Ni50Ti49.5Pr0.5合金的马氏体相变温度达73 ℃，合金的热滞窄至37 ℃，维氏硬度约为2850 MPa。Pr元素的添加显著降低了NiTi合金的马氏体相变温度，同时，与其他NiTi基合金相比，NiTiPr合金保持了较窄的热滞和较高的硬度。
2021, 50(7):2358-2365.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200826
摘要:
利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型，分析了焊缝沿线选定点的温度分布，研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率；工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上，构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系，通过复合热源参数的分级调控，以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果，结果表明控形的准确度高至95.1%。
利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型，分析了焊缝沿线选定点的温度分布，研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率；工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上，构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系，通过复合热源参数的分级调控，以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果，结果表明控形的准确度高至95.1%。
2021, 50(7):2366-2374.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200413
摘要:
采用宏观-微观耦合的元胞自动机（CAFE）方法，研究了不同抽拉速率对螺旋选晶器的选晶行为和晶体取向演变的影响，并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明：在相同的抽拉速率下，随着与激冷面距离的增大，枝晶数目逐渐减少，一次枝晶臂间距逐渐增大。随着抽拉速度由2 mm/min增加到8 mm/min，一次枝晶臂间距逐渐减小，枝晶茎数增加，枝晶间距逐渐减小，枝晶组织逐渐细化。在模拟过程中，在螺旋选择器启动块的3种抽拉速率下，固态组织的数量、面积和颜色都是相似的；在螺旋部分，在5 mm/min提取速率下晶体的微结构数量比其他2个提取速率下的少，并且面积更大，颜色更浅。从选晶器的晶粒组织演变和金相组织分析结果可以得出，中等抽拉速率（5 mm/min）下选晶器的选晶效率优于其他2种抽拉速率。
采用宏观-微观耦合的元胞自动机（CAFE）方法，研究了不同抽拉速率对螺旋选晶器的选晶行为和晶体取向演变的影响，并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明：在相同的抽拉速率下，随着与激冷面距离的增大，枝晶数目逐渐减少，一次枝晶臂间距逐渐增大。随着抽拉速度由2 mm/min增加到8 mm/min，一次枝晶臂间距逐渐减小，枝晶茎数增加，枝晶间距逐渐减小，枝晶组织逐渐细化。在模拟过程中，在螺旋选择器启动块的3种抽拉速率下，固态组织的数量、面积和颜色都是相似的；在螺旋部分，在5 mm/min提取速率下晶体的微结构数量比其他2个提取速率下的少，并且面积更大，颜色更浅。从选晶器的晶粒组织演变和金相组织分析结果可以得出，中等抽拉速率（5 mm/min）下选晶器的选晶效率优于其他2种抽拉速率。
2021, 50(7):2375-2384.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200904
摘要:
将冷轧Ti/Al层状复合材料在675~750 ℃下进行不同时间的退火处理，退火过程中钛和铝都保持过剩，研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明：Ti和Al的界面层由2个亚层组成，其中一个为紧密的TiAl3亚层，其微观结构为紧密的TiAl3层，其中分布着随机取向的充满Al的裂纹，另一个为颗粒状的TiAl3亚层，其微观组织结构是颗粒状的TiAl3分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下，紧密TiAl3亚层的厚度几乎没有变化，但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加；另外，界面层中的TiAl3颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理，在此模型中，TiAl3相是化学反应和扩散的结果，并且也考虑了TiAl3相的溶解。计算结果表明TiAl3相的形成与生长由化学反应控制，其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律，这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl3亚层。
将冷轧Ti/Al层状复合材料在675~750 ℃下进行不同时间的退火处理，退火过程中钛和铝都保持过剩，研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明：Ti和Al的界面层由2个亚层组成，其中一个为紧密的TiAl3亚层，其微观结构为紧密的TiAl3层，其中分布着随机取向的充满Al的裂纹，另一个为颗粒状的TiAl3亚层，其微观组织结构是颗粒状的TiAl3分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下，紧密TiAl3亚层的厚度几乎没有变化，但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加；另外，界面层中的TiAl3颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理，在此模型中，TiAl3相是化学反应和扩散的结果，并且也考虑了TiAl3相的溶解。计算结果表明TiAl3相的形成与生长由化学反应控制，其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律，这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl3亚层。
2021, 50(7):2385-2392.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200395
摘要:
对Ni60Ti40合金高温变形行为及变形机理进行了研究。通过计算获得了该合金在不同变形工艺下的应变速率敏感性指数m和变形激活能Q的变化规律，分别构建了Prasad、Gegel、Malas、Murty和Semiatin等不同失稳判据下的动态材料模型热加工图及包含位错数量的变形机理图。应用热加工图理论分析了该合金的适合成形加工区和流变失稳区，运用变形机理图预测了该合金高温变形过程中基于柏氏矢量补偿的晶粒尺寸和基于模量补偿的流变应力下的位错演变规律及高温变形机理。
对Ni60Ti40合金高温变形行为及变形机理进行了研究。通过计算获得了该合金在不同变形工艺下的应变速率敏感性指数m和变形激活能Q的变化规律，分别构建了Prasad、Gegel、Malas、Murty和Semiatin等不同失稳判据下的动态材料模型热加工图及包含位错数量的变形机理图。应用热加工图理论分析了该合金的适合成形加工区和流变失稳区，运用变形机理图预测了该合金高温变形过程中基于柏氏矢量补偿的晶粒尺寸和基于模量补偿的流变应力下的位错演变规律及高温变形机理。
2021, 50(7):2393-2398.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200577
摘要:
本文针对由钇铝石榴石基、硅基氮氧化物和氮化物混合制备的三元高显色荧光粉体系，采用修正Lambert-Beer模型结合BP（Back Propagation, BP）人工神经网络的方法实现了任意比例混合荧光粉体系的发射光谱预测。首先，通过修正Lambert-Beer模型计算出三种荧光粉以任意比例混合后的发射光谱比例系数；其次，采用BP人工神经网络对比例系数进行训练和预测；最后，实现三种荧光粉混合后发射光谱的预测并通过实验测量验证。研究结果表明：（1）比例系数预测值与理论计算值之间的误差可以控制在5%以内；（2）通过BP神经网络预测的发射光谱图谱与试验测量图谱符合程度较好，两者的均方根误差RMSE和色度差异Δxy较小，平均值分别为0.019和0.0016。
本文针对由钇铝石榴石基、硅基氮氧化物和氮化物混合制备的三元高显色荧光粉体系，采用修正Lambert-Beer模型结合BP（Back Propagation, BP）人工神经网络的方法实现了任意比例混合荧光粉体系的发射光谱预测。首先，通过修正Lambert-Beer模型计算出三种荧光粉以任意比例混合后的发射光谱比例系数；其次，采用BP人工神经网络对比例系数进行训练和预测；最后，实现三种荧光粉混合后发射光谱的预测并通过实验测量验证。研究结果表明：（1）比例系数预测值与理论计算值之间的误差可以控制在5%以内；（2）通过BP神经网络预测的发射光谱图谱与试验测量图谱符合程度较好，两者的均方根误差RMSE和色度差异Δxy较小，平均值分别为0.019和0.0016。
2021, 50(7):2399-2408.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200591
摘要:
运行经验表明应力腐蚀开裂(SCC)是镍基600合金在压水堆核电站一回路高温高压水环境中的主要失效形式。针对镍基600合金SCC影响因素多、机理复杂,现有预测模型应用性不高的问题,利用TPE-XGBoost算法,通过机器学习挖掘应力强度因子、温度、屈服强度、溶解氢含量、裂纹扩展方向、载荷类型、热处理工艺等影响因素与裂纹扩展速率之间的关系,建立反映多维数据关联关系的非参数镍基600合金应力腐蚀裂纹扩展速率预测模型。结果表明,TPE-XGBoost算法可以实现高维度数据集超参数快速优化,且有效避免优化结果陷入局部最优解,使得预测模型具有良好的泛化能力,将应用于我国压水堆核电站镍基600合金部件反应堆冷却剂条件应力腐蚀裂纹扩展工程预测。
运行经验表明应力腐蚀开裂(SCC)是镍基600合金在压水堆核电站一回路高温高压水环境中的主要失效形式。针对镍基600合金SCC影响因素多、机理复杂,现有预测模型应用性不高的问题,利用TPE-XGBoost算法,通过机器学习挖掘应力强度因子、温度、屈服强度、溶解氢含量、裂纹扩展方向、载荷类型、热处理工艺等影响因素与裂纹扩展速率之间的关系,建立反映多维数据关联关系的非参数镍基600合金应力腐蚀裂纹扩展速率预测模型。结果表明,TPE-XGBoost算法可以实现高维度数据集超参数快速优化,且有效避免优化结果陷入局部最优解,使得预测模型具有良好的泛化能力,将应用于我国压水堆核电站镍基600合金部件反应堆冷却剂条件应力腐蚀裂纹扩展工程预测。
2021, 50(7):2409-2414.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200631
摘要:
本文以分子模拟为基础，构建了O2-/CaCl2的全原子模型，以Born-Mayer-Huggins（BMH）势函数对体系进行描述，研究了O2-在CaCl2熔盐的扩散动力学行为。结果表明：1073 K时O2-扩散系数为2.01×10-5 cm2/s，与F.D.Ferro经验公式的计算值一致；同时发现温度与O2-的扩散系数呈正相关关系，拟合得到O2-在CaCl2熔盐中的扩散活化能为15.6 kJ/mol。在微观结构方面，由于静电吸引的作用，熔盐中Ca2+会在O2-周围形成正电配位层，并束缚了O2-的扩散；O2-从形成的Ca2+配位层中逸出需要越过的能垒约为1.7 J。本文不仅揭示了O2-在CaCl2的动力学行为，也为计算机模拟指导研究改良熔盐配方提供研究基础。
本文以分子模拟为基础，构建了O2-/CaCl2的全原子模型，以Born-Mayer-Huggins（BMH）势函数对体系进行描述，研究了O2-在CaCl2熔盐的扩散动力学行为。结果表明：1073 K时O2-扩散系数为2.01×10-5 cm2/s，与F.D.Ferro经验公式的计算值一致；同时发现温度与O2-的扩散系数呈正相关关系，拟合得到O2-在CaCl2熔盐中的扩散活化能为15.6 kJ/mol。在微观结构方面，由于静电吸引的作用，熔盐中Ca2+会在O2-周围形成正电配位层，并束缚了O2-的扩散；O2-从形成的Ca2+配位层中逸出需要越过的能垒约为1.7 J。本文不仅揭示了O2-在CaCl2的动力学行为，也为计算机模拟指导研究改良熔盐配方提供研究基础。
2021, 50(7):2415-2420.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200576
摘要:
本文采用电子束冷床熔炼Ti-Al-V合金扁锭,对扁锭化学成分和熔炼工艺进行对比分析,结果表明,熔炼速度显著影响铸锭长度方向成分的稳定性,铸锭长度方向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然；电子束冷床熔炼铸锭横向截面成分较均匀,未出现Al元素的偏析现象。通过对电子束冷床熔炼三个阶段熔体流动特征分析表明,冷床和结晶器内熔体界面层的质量传递不在服从Machlin模型,提出了原料熔化、冷床熔炼、结晶器凝固三个阶段Al元素挥发通量的计算方法,理论计算结果与试验结果基本吻合。
本文采用电子束冷床熔炼Ti-Al-V合金扁锭,对扁锭化学成分和熔炼工艺进行对比分析,结果表明,熔炼速度显著影响铸锭长度方向成分的稳定性,铸锭长度方向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然；电子束冷床熔炼铸锭横向截面成分较均匀,未出现Al元素的偏析现象。通过对电子束冷床熔炼三个阶段熔体流动特征分析表明,冷床和结晶器内熔体界面层的质量传递不在服从Machlin模型,提出了原料熔化、冷床熔炼、结晶器凝固三个阶段Al元素挥发通量的计算方法,理论计算结果与试验结果基本吻合。
2021, 50(7):2421-2427.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200630
摘要:
本文以固态Cu-9wt%P合金为研究对象,研究了973 K时固态Cu-9wt%P在铝液内的溶解过程。通过静态溶解和水淬实验得到了保留溶解过程信息的凝固组织。采用ZEISS Axio Vert.A1光学金相显微镜、扫描电子显微镜(Scaning electron microscope, SEM)对凝固组织进行了分析。研究发现固态Cu-9wt%P合金在铝液内溶解时,随着溶解时间的延长,固液界面上Cu-9wt%P合金一侧易形成单相Cu3P,固液界面前沿富集有颗粒和层状的AlP。总结了固态Cu-9wt%P合金在铝熔体的溶解过程,揭示了溶解速度慢的根本原因。。
本文以固态Cu-9wt%P合金为研究对象,研究了973 K时固态Cu-9wt%P在铝液内的溶解过程。通过静态溶解和水淬实验得到了保留溶解过程信息的凝固组织。采用ZEISS Axio Vert.A1光学金相显微镜、扫描电子显微镜(Scaning electron microscope, SEM)对凝固组织进行了分析。研究发现固态Cu-9wt%P合金在铝液内溶解时,随着溶解时间的延长,固液界面上Cu-9wt%P合金一侧易形成单相Cu3P,固液界面前沿富集有颗粒和层状的AlP。总结了固态Cu-9wt%P合金在铝熔体的溶解过程,揭示了溶解速度慢的根本原因。。
2021, 50(7):2428-2434.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210027
摘要:
利用X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和差示扫描量热仪(DSC)对交流磁场处理前后Fe78Si9B13非晶合金条带的结构和性能进行了分析研究。XRD和VSM结果显示，随着交流电流的增大，合金的近邻原子间距离(d)和矫顽力(Hc)先减小后增大，但饱和磁感应强度则随交变电流的增大而变化幅度不大。d和Hc的变化是由合金中不均匀特征结构在结构磁驰豫过程中的相互作用所导致。由DSC曲线计算获得的表观激活能、局域激活能和局域Avrami指数显示，交流磁场处理提高了合金的初始晶化激活能和晶化反应的Avrami指数，降低了晶化反应的表观生长激活能。合金晶化行为的改变与磁后效导致的团簇原子对有序以及溶质原子与自由体积的扩散有关。
利用X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和差示扫描量热仪(DSC)对交流磁场处理前后Fe78Si9B13非晶合金条带的结构和性能进行了分析研究。XRD和VSM结果显示，随着交流电流的增大，合金的近邻原子间距离(d)和矫顽力(Hc)先减小后增大，但饱和磁感应强度则随交变电流的增大而变化幅度不大。d和Hc的变化是由合金中不均匀特征结构在结构磁驰豫过程中的相互作用所导致。由DSC曲线计算获得的表观激活能、局域激活能和局域Avrami指数显示，交流磁场处理提高了合金的初始晶化激活能和晶化反应的Avrami指数，降低了晶化反应的表观生长激活能。合金晶化行为的改变与磁后效导致的团簇原子对有序以及溶质原子与自由体积的扩散有关。
2021, 50(7):2435-2446.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200560
摘要:
本文基于舍弗勒相图系统研究了奥氏体系合金激光焊接凝固裂纹敏感性。利用激光热丝焊工艺制备了含不同化学成分镍基焊丝的焊接接头，借助横向可调拘束实验和温度测量获得了脆性温度区间，对凝固裂纹敏感性进行定量评估。结果表明，铬镍当量之比（Creq / Nieq）在0.1 ~ 1.2之间时，脆性温度区间呈现出先增加后下降的趋势，说明凝固裂纹敏感性随着Creq / Nieq值的增加先增加再降低。在舍弗勒相图单相奥氏体区域内，中间区域敏感性相对较高，周边区域敏感性相对较低。这是因为焊缝中P + S、Nb和Si等合金元素含量增加，可促使形成低熔点共晶化合物-偏析液膜，导致凝固裂纹敏感性增加。另外，在一定条件下，Nb对凝固裂纹敏感性的影响要远大于P + S等的影响。
本文基于舍弗勒相图系统研究了奥氏体系合金激光焊接凝固裂纹敏感性。利用激光热丝焊工艺制备了含不同化学成分镍基焊丝的焊接接头，借助横向可调拘束实验和温度测量获得了脆性温度区间，对凝固裂纹敏感性进行定量评估。结果表明，铬镍当量之比（Creq / Nieq）在0.1 ~ 1.2之间时，脆性温度区间呈现出先增加后下降的趋势，说明凝固裂纹敏感性随着Creq / Nieq值的增加先增加再降低。在舍弗勒相图单相奥氏体区域内，中间区域敏感性相对较高，周边区域敏感性相对较低。这是因为焊缝中P + S、Nb和Si等合金元素含量增加，可促使形成低熔点共晶化合物-偏析液膜，导致凝固裂纹敏感性增加。另外，在一定条件下，Nb对凝固裂纹敏感性的影响要远大于P + S等的影响。
2021, 50(7):2447-2454.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200562
摘要:
通过热模拟压缩实验获得的应力应变曲线表明粉末TC4钛合金在温度为850~950℃,应变速率为0.1~10s-1范围内变形时具有加工硬化和连续的动态软化特性,建立了材料本构方程,很好的描述了粉末TC4钛合金的流变行为。进一步对动态软化行为进行了分析,并计算了各种因素对软化的影响程度。结果表明：变形温度越低,应变速率越小,流动软化程度越大；在应变速率为1s-1和10s-1时,主要是变形热导致流动软化；当应变速率为0.1s-1,温度为850℃和900℃时,有变形热、动态相变和α相形态演化三种软化因素,且温度越低,α相形态演化导致的软化占比越大,温度增加,动态相变软化所占比例增加；当应变速率为0.1s-1,变形温度为950℃时,有变形热和动态相变两种软化因素,变形量增加,动态相变软化所占比例增大。
通过热模拟压缩实验获得的应力应变曲线表明粉末TC4钛合金在温度为850~950℃,应变速率为0.1~10s-1范围内变形时具有加工硬化和连续的动态软化特性,建立了材料本构方程,很好的描述了粉末TC4钛合金的流变行为。进一步对动态软化行为进行了分析,并计算了各种因素对软化的影响程度。结果表明：变形温度越低,应变速率越小,流动软化程度越大；在应变速率为1s-1和10s-1时,主要是变形热导致流动软化；当应变速率为0.1s-1,温度为850℃和900℃时,有变形热、动态相变和α相形态演化三种软化因素,且温度越低,α相形态演化导致的软化占比越大,温度增加,动态相变软化所占比例增加；当应变速率为0.1s-1,变形温度为950℃时,有变形热和动态相变两种软化因素,变形量增加,动态相变软化所占比例增大。
2021, 50(7):2455-2463.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200563
摘要:
本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法，制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样，在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验，对试样断口进行观察、统计分析，定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响，建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明，应变幅为0.8%，疲劳源区以内部夹杂物为主；当应变幅为0.9%时，疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大；当应变幅为1.0%和1.2%时，疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面；随应变幅自0.8%增至1.2%，源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时，建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式，研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响，在一定夹杂物尺寸范围内，SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大，其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命，同时，研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。
本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法，制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样，在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验，对试样断口进行观察、统计分析，定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响，建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明，应变幅为0.8%，疲劳源区以内部夹杂物为主；当应变幅为0.9%时，疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大；当应变幅为1.0%和1.2%时，疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面；随应变幅自0.8%增至1.2%，源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时，建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式，研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响，在一定夹杂物尺寸范围内，SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大，其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命，同时，研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。
2021, 50(7):2464-2469.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200564
摘要:
本文选取10%Co-WC硬质合金,并以原料钴粉为参考试样,通过原位X射线衍射,扫描及透射电镜显微分析技术,系统分析了相变温度,相变组织等信息,探讨了硬质合金中钴的相变及影响因素。结果显示,Co相变的晶体学取向关系为{111}α//{0002}β,<110>α//<110>β,在钴粉及硬质合金中,Co的晶内均存在切变相变引起的片层组织。相对于钴粉,硬质合金中的Co的As和Af增加约80℃,主要原因是WC原子的固溶及析出,相变自由能以及切变阻力增大,从而增加了Co相变所需过冷度。
本文选取10%Co-WC硬质合金,并以原料钴粉为参考试样,通过原位X射线衍射,扫描及透射电镜显微分析技术,系统分析了相变温度,相变组织等信息,探讨了硬质合金中钴的相变及影响因素。结果显示,Co相变的晶体学取向关系为{111}α//{0002}β,<110>α//<110>β,在钴粉及硬质合金中,Co的晶内均存在切变相变引起的片层组织。相对于钴粉,硬质合金中的Co的As和Af增加约80℃,主要原因是WC原子的固溶及析出,相变自由能以及切变阻力增大,从而增加了Co相变所需过冷度。
2021, 50(7):2470-2477.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200565
摘要:
采用EBSD技术系统地研究了扫描间距h对选区激光熔化(SLM)成形Inconel 738合金微观组织、动态再结晶行为、织构演变和力学性能的影响。研究表明,随着h的增加,平行于沉积方向的细长柱状晶晶粒长径比减小,晶粒的形貌由粗大的细长柱状晶向细小的等轴晶转变,晶粒的取向变得更加随机；随着h的增加,动态再结晶体积分数增加,再结晶区域位错密度和应变低于未再结晶区域；随着h的增加,其铸造织构的类型发生变化,织构主要由Rotated-Goss织构{110}<110>转变为Rotated-Goss织构{110}<110>+Cube织构{001}<100>,Cube织构的强度逐渐增强,而Rotated-Goss织构的强度逐渐减弱；此外,通过选择合适的扫描间距(h=70 μm),沉积态Inconel 738合金可获得优异室温力学性能(σy=933 MPa,σuts=1209 MPa,εf=38 %),达到良好的强度与塑性匹配。
采用EBSD技术系统地研究了扫描间距h对选区激光熔化(SLM)成形Inconel 738合金微观组织、动态再结晶行为、织构演变和力学性能的影响。研究表明,随着h的增加,平行于沉积方向的细长柱状晶晶粒长径比减小,晶粒的形貌由粗大的细长柱状晶向细小的等轴晶转变,晶粒的取向变得更加随机；随着h的增加,动态再结晶体积分数增加,再结晶区域位错密度和应变低于未再结晶区域；随着h的增加,其铸造织构的类型发生变化,织构主要由Rotated-Goss织构{110}<110>转变为Rotated-Goss织构{110}<110>+Cube织构{001}<100>,Cube织构的强度逐渐增强,而Rotated-Goss织构的强度逐渐减弱；此外,通过选择合适的扫描间距(h=70 μm),沉积态Inconel 738合金可获得优异室温力学性能(σy=933 MPa,σuts=1209 MPa,εf=38 %),达到良好的强度与塑性匹配。
2021, 50(7):2478-2485.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200570
摘要:
以尿素为氮源,采用无压放电等离子烧结工艺于数分钟内一步合成了BaTa(O,N)3粉体。研究了尿素含量、升温速率、合成温度和保温时间对产物纯度的影响,对优化工艺所制得粉体的组成、结构和微观形貌进行了表征分析。结果表明,原料中过量的尿素和适当的合成温度有利于粉体合成反应的正向进行；较快的升温速率与适中的保温时间能显著提高BaTa(O,N)3粉体的纯度；在尿素含量为8倍摩尔计量比、升温速率300℃/min、合成温度1000℃、保温时间0~1min条件下得到的BaTa(O,N)3纳米粉体平均粒径为50~150 nm,Ba、Ta、O、N四种元素分布均匀,且粉体具有很高的纯度。
以尿素为氮源,采用无压放电等离子烧结工艺于数分钟内一步合成了BaTa(O,N)3粉体。研究了尿素含量、升温速率、合成温度和保温时间对产物纯度的影响,对优化工艺所制得粉体的组成、结构和微观形貌进行了表征分析。结果表明,原料中过量的尿素和适当的合成温度有利于粉体合成反应的正向进行；较快的升温速率与适中的保温时间能显著提高BaTa(O,N)3粉体的纯度；在尿素含量为8倍摩尔计量比、升温速率300℃/min、合成温度1000℃、保温时间0~1min条件下得到的BaTa(O,N)3纳米粉体平均粒径为50~150 nm,Ba、Ta、O、N四种元素分布均匀,且粉体具有很高的纯度。
2021, 50(7):2486-2494.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200588
摘要:
镁锌钙合金因为具有较高的比强度和优异的可降解性,有望成为新一代的内固定材料,但是镁合金耐生理腐蚀能力相对较差而限制了其临床应用。通过激光熔凝处理对共晶成分的Mg67Zn28Ca5合金进行了表面改性,研究了Mg67Zn28Ca5合金激光熔凝处理前后的显微组织、相结构和元素分布；以及在人工模拟体液中合金激光熔凝处理前后的生物腐蚀性能。研究结果表明,Mg67Zn28Ca5合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了平均厚度约508.1 μm的熔凝层,该熔凝层平均晶粒大小约10 μm。与铸态和固溶态的合金相比,熔凝层在人工模拟体液中的腐蚀电位分别正移了76 mV和60 mV；熔凝层的腐蚀速率分别降低了82%和78%,为0.0468 mm/a。经激光熔凝处理后,合金表面的氧化膜也更为致密,提高了镁合金的耐腐蚀性能。MgZn2相含量减少和第二相尺寸的减小,降低了电偶腐蚀的程度,抑制了α-Mg基体相的腐蚀。
镁锌钙合金因为具有较高的比强度和优异的可降解性,有望成为新一代的内固定材料,但是镁合金耐生理腐蚀能力相对较差而限制了其临床应用。通过激光熔凝处理对共晶成分的Mg67Zn28Ca5合金进行了表面改性,研究了Mg67Zn28Ca5合金激光熔凝处理前后的显微组织、相结构和元素分布；以及在人工模拟体液中合金激光熔凝处理前后的生物腐蚀性能。研究结果表明,Mg67Zn28Ca5合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了平均厚度约508.1 μm的熔凝层,该熔凝层平均晶粒大小约10 μm。与铸态和固溶态的合金相比,熔凝层在人工模拟体液中的腐蚀电位分别正移了76 mV和60 mV；熔凝层的腐蚀速率分别降低了82%和78%,为0.0468 mm/a。经激光熔凝处理后,合金表面的氧化膜也更为致密,提高了镁合金的耐腐蚀性能。MgZn2相含量减少和第二相尺寸的减小,降低了电偶腐蚀的程度,抑制了α-Mg基体相的腐蚀。
2021, 50(7):2495-2501.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200589
摘要:
本工作通过离子注入的方式，在AISI430合金表面注入不同剂量的稀土Y进行改性，研究了不同剂量的稀土Y对合金高温抗氧化性的影响。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、光电子能谱仪（XPS）分析氧化膜的物相构成、微观组织形貌、稀土Y的化学形态，并通过VL200DX超高温激光共聚焦显微镜对氧化过程进行原位观察。结果表明：合金表面注入稀土Y剂量为6×1017ions/cm2具有最佳抗氧化性和抗剥落性，相比原始试样，单位面积增重量以及剥落量分别减少了43.7%， 78.4%。合金表面注入Y优先氧化为Y2O3，一方面促进氧化膜的形成，另一方面抑制了晶粒长大。此外，晶界处Y2O3阻碍了金属阳离子通过晶界向外扩散。重要地，部分Y取代了MnCr2O4尖晶石中Mn2+、Cr3+占位，产生空穴缺陷，缓解了氧化层内应力，减少裂纹和孔洞的产生，使氧化层与基体结合紧密。
本工作通过离子注入的方式，在AISI430合金表面注入不同剂量的稀土Y进行改性，研究了不同剂量的稀土Y对合金高温抗氧化性的影响。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、光电子能谱仪（XPS）分析氧化膜的物相构成、微观组织形貌、稀土Y的化学形态，并通过VL200DX超高温激光共聚焦显微镜对氧化过程进行原位观察。结果表明：合金表面注入稀土Y剂量为6×1017ions/cm2具有最佳抗氧化性和抗剥落性，相比原始试样，单位面积增重量以及剥落量分别减少了43.7%， 78.4%。合金表面注入Y优先氧化为Y2O3，一方面促进氧化膜的形成，另一方面抑制了晶粒长大。此外，晶界处Y2O3阻碍了金属阳离子通过晶界向外扩散。重要地，部分Y取代了MnCr2O4尖晶石中Mn2+、Cr3+占位，产生空穴缺陷，缓解了氧化层内应力，减少裂纹和孔洞的产生，使氧化层与基体结合紧密。
2021, 50(7):2502-2510.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200592
摘要:
通过Gleeble-3500热压缩模拟试验机对6061铝合金进行热压缩实验，借助金相显微镜和透射电子显微镜研究合金在变形温度为340℃?490℃，应变速率为0.001s-1?1s-1条件下热变形和动态再结晶行为。结果表明：合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率十分敏感，温度的升高和应变速率的减小都会促进动态再结晶的发生。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程，计算得出热变形激活能为235.155kJ·mol-1。采用加工硬化率-流变应力曲线确定了合金热变形过程中的临界应力（应变）和峰值应力（应变）与Z参数的关系模型。随着温度的升高和应变速率的减小，DRX临界应力(应变)和峰值应力(应变)而减小。依据Avrami方程建立了合金动态再结晶体积分数模型，动态再结晶体积分数随应变的增加，呈现先缓慢增加后迅速增加再缓慢增加的特征，所建模型能够较为准确的预测该合金的动态再结晶行为。
通过Gleeble-3500热压缩模拟试验机对6061铝合金进行热压缩实验，借助金相显微镜和透射电子显微镜研究合金在变形温度为340℃?490℃，应变速率为0.001s-1?1s-1条件下热变形和动态再结晶行为。结果表明：合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率十分敏感，温度的升高和应变速率的减小都会促进动态再结晶的发生。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程，计算得出热变形激活能为235.155kJ·mol-1。采用加工硬化率-流变应力曲线确定了合金热变形过程中的临界应力（应变）和峰值应力（应变）与Z参数的关系模型。随着温度的升高和应变速率的减小，DRX临界应力(应变)和峰值应力(应变)而减小。依据Avrami方程建立了合金动态再结晶体积分数模型，动态再结晶体积分数随应变的增加，呈现先缓慢增加后迅速增加再缓慢增加的特征，所建模型能够较为准确的预测该合金的动态再结晶行为。
2021, 50(7):2511-2520.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200594
摘要:
以石墨烯为载体，乙二醇为还原剂，采用油浴法，通过加入不同添加剂作为形状导向剂合成了Pt(100)晶面择优取向的催化剂，并探讨了催化剂的性能。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、感应耦合等离子原子发射光谱 (ICP-AES)及扫描电镜(SEM)对所合成的催化剂进行微观表征，利用电化学工作站对所合成的催化剂进行电化学性能测试。结果表明，添加KBr参与合成的Pt(100)晶面取向的催化剂，其微观粒子的立方体形貌最为规整，且形成最彻底。同时，其电催化性能最优，电化学活性表面积为42.43m2/g，对乙醇氧化的峰值电流密度为417.67A/g，1100s的稳态电流密度值为149.50A/g，对乙醇催化氧化反应的活化能最低，对乙醇氧化峰电流密度保持率为82.26%。
以石墨烯为载体，乙二醇为还原剂，采用油浴法，通过加入不同添加剂作为形状导向剂合成了Pt(100)晶面择优取向的催化剂，并探讨了催化剂的性能。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、感应耦合等离子原子发射光谱 (ICP-AES)及扫描电镜(SEM)对所合成的催化剂进行微观表征，利用电化学工作站对所合成的催化剂进行电化学性能测试。结果表明，添加KBr参与合成的Pt(100)晶面取向的催化剂，其微观粒子的立方体形貌最为规整，且形成最彻底。同时，其电催化性能最优，电化学活性表面积为42.43m2/g，对乙醇氧化的峰值电流密度为417.67A/g，1100s的稳态电流密度值为149.50A/g，对乙醇催化氧化反应的活化能最低，对乙醇氧化峰电流密度保持率为82.26%。
2021, 50(7):2521-2527.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200600
摘要:
在解决了高温合金GH5188密排孔薄板三辊非对称滚弯成形有限元建模中的材料模型、几何模型、网格划分等关键技术问题后,建立了密排孔薄板三辊非对称滚弯三维有限元模型。有限元模型仿真结果与实验结果吻合良好,该模型是可靠的。进而提出了密排孔薄板滚弯成形孔变形的定量表征方法,分析了密排孔薄板三辊非对称滚弯成形过程中孔的变形规律。结果表明：孔弯曲后,外表面孔的扩张量略大于内表面孔的压缩量,在滚弯过程中孔的变形量有轻微波动,略有增大；沿成形件同一轴向上的孔的变形量差值极小；沿成形件同一周向上的孔的变形量是波动变化的,但差值很小。
在解决了高温合金GH5188密排孔薄板三辊非对称滚弯成形有限元建模中的材料模型、几何模型、网格划分等关键技术问题后,建立了密排孔薄板三辊非对称滚弯三维有限元模型。有限元模型仿真结果与实验结果吻合良好,该模型是可靠的。进而提出了密排孔薄板滚弯成形孔变形的定量表征方法,分析了密排孔薄板三辊非对称滚弯成形过程中孔的变形规律。结果表明：孔弯曲后,外表面孔的扩张量略大于内表面孔的压缩量,在滚弯过程中孔的变形量有轻微波动,略有增大；沿成形件同一轴向上的孔的变形量差值极小；沿成形件同一周向上的孔的变形量是波动变化的,但差值很小。
2021, 50(7):2528-2535.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200601
摘要:
采用激光沉积修复技术对预损伤TA15钛合金锻件进行修复,研究基材、成形试样、体修复试样以及面修复试样的断裂韧度。采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析试样微观组织、断裂表面以及纵截面形貌。结果表明：基材呈现双态组织,修复区呈现网篮组织,热影响区表现为从双态组织到网篮组织的转变。成形试样、体修复试样以及面修复试样的断裂韧度均低于基材,分别达到基材的76.4%、81.0%、83.1%。断裂韧度随屈强差的增大而增大,当屈强差增大程度相同时,修复试样断裂韧性的提高比基材更明显且成形试样增加程度最显著。裂纹在集束内部沿直线扩展,遇到取向不同的α片层集束时,发生偏转并沿着α片层集束的边界扩展,且集束尺寸越小偏转现象越严重。
采用激光沉积修复技术对预损伤TA15钛合金锻件进行修复,研究基材、成形试样、体修复试样以及面修复试样的断裂韧度。采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析试样微观组织、断裂表面以及纵截面形貌。结果表明：基材呈现双态组织,修复区呈现网篮组织,热影响区表现为从双态组织到网篮组织的转变。成形试样、体修复试样以及面修复试样的断裂韧度均低于基材,分别达到基材的76.4%、81.0%、83.1%。断裂韧度随屈强差的增大而增大,当屈强差增大程度相同时,修复试样断裂韧性的提高比基材更明显且成形试样增加程度最显著。裂纹在集束内部沿直线扩展,遇到取向不同的α片层集束时,发生偏转并沿着α片层集束的边界扩展,且集束尺寸越小偏转现象越严重。
2021, 50(7):2536-2540.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200606
摘要:
采用OM、SEM、EBSD等方法对41 μm、63 μm、323 μm三种晶粒尺寸TA2纯钛的准静态拉伸行为及其机制进行研究。结果表明：晶粒粗化导致TA2具有更高的均匀变形能力。究其原因，晶粒尺寸越大，变形时孪晶活性越强。孪晶界起到分割晶粒的作用，可减少位错有效滑移距离，阻碍位错运动，故对材料的整体应变硬化率起到正向作用。当晶粒尺寸由41 μm增至323 μm左右时，应变硬化率曲线可由持续降低趋势转变为降—升—降三阶段变化趋势。粗大晶粒中孪晶所引发的高应变硬化率是TA2呈现高均匀变形能力的根本原因。
采用OM、SEM、EBSD等方法对41 μm、63 μm、323 μm三种晶粒尺寸TA2纯钛的准静态拉伸行为及其机制进行研究。结果表明：晶粒粗化导致TA2具有更高的均匀变形能力。究其原因，晶粒尺寸越大，变形时孪晶活性越强。孪晶界起到分割晶粒的作用，可减少位错有效滑移距离，阻碍位错运动，故对材料的整体应变硬化率起到正向作用。当晶粒尺寸由41 μm增至323 μm左右时，应变硬化率曲线可由持续降低趋势转变为降—升—降三阶段变化趋势。粗大晶粒中孪晶所引发的高应变硬化率是TA2呈现高均匀变形能力的根本原因。
2021, 50(7):2541-2551.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200611
摘要:
采用Gleeble-3500型热模拟试验机对机械合金化+热压工艺制备的Laves相NbCr2/Nb两相合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究合金在800~1200℃,0.001~0.1s-1条件下的流动应力行为,并分别基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和逐步回归法建立合金的本构关系。结果表明,Laves相NbCr2/Nb两相合金的韧脆转变温度大约在950~1000℃之间。当温度≤950℃时,合金尚未达到屈服就已发生断裂；当温度≥1000℃时,合金呈现出较好的塑性变形能力。合金流动应力随变形温度增加和应变速率降低而降低。合金在1050~1200℃、0.001s-1和1150~1200℃、0.01s-1条件下呈现流动稳态型特征；在1000℃、0.001s-1,1000~1100℃、0.01s-1和1000~1200℃、0.1s-1条件下呈现流动软化型特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程建立的峰值流动应力本构关系和应变补偿本构关系的平均绝对相对误差AARE分别为9.89％和13.859%；基于逐步回归法建立的全实验条件下的本构关系、流动应力稳态型曲线本构关系和流动应力软化型曲线本构关系的平均绝对相对误差AARE分别为8.63%、5.28%和6.83%。所建立的几种本构关系,可为Laves相NbCr2/Nb两相合金的锻造工艺制定、锻造设备吨位选择以及锻造过程有限元数值模拟提供理论依据和基础数据。
采用Gleeble-3500型热模拟试验机对机械合金化+热压工艺制备的Laves相NbCr2/Nb两相合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究合金在800~1200℃,0.001~0.1s-1条件下的流动应力行为,并分别基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和逐步回归法建立合金的本构关系。结果表明,Laves相NbCr2/Nb两相合金的韧脆转变温度大约在950~1000℃之间。当温度≤950℃时,合金尚未达到屈服就已发生断裂；当温度≥1000℃时,合金呈现出较好的塑性变形能力。合金流动应力随变形温度增加和应变速率降低而降低。合金在1050~1200℃、0.001s-1和1150~1200℃、0.01s-1条件下呈现流动稳态型特征；在1000℃、0.001s-1,1000~1100℃、0.01s-1和1000~1200℃、0.1s-1条件下呈现流动软化型特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程建立的峰值流动应力本构关系和应变补偿本构关系的平均绝对相对误差AARE分别为9.89％和13.859%；基于逐步回归法建立的全实验条件下的本构关系、流动应力稳态型曲线本构关系和流动应力软化型曲线本构关系的平均绝对相对误差AARE分别为8.63%、5.28%和6.83%。所建立的几种本构关系,可为Laves相NbCr2/Nb两相合金的锻造工艺制定、锻造设备吨位选择以及锻造过程有限元数值模拟提供理论依据和基础数据。
2021, 50(7):2552-2556.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200613
摘要:
采用非持续加热方式设计非等温热模拟压缩实验,模拟不同终锻温度条件下GH4738高温合金的热变形行为,并结合组织观察分析终锻温度对GH4738合金组织均匀性以及后续热处理过程组织遗传性的影响规律。研究结果表明,在相同始锻温度条件下,终锻温度过低会抑制GH4738合金热变形过程中动态再结晶的发生,从组织上表现为再结晶程度较低,从流变曲线上表现为变形抗力明显升高；并且由于终锻温度过低所导致的不充分再结晶组织,在后续热处理过程中易发展为混晶组织,从而影响合金的组织均匀性。为保证锻件组织均匀性在制备过程中应合理控制终锻温度。
采用非持续加热方式设计非等温热模拟压缩实验,模拟不同终锻温度条件下GH4738高温合金的热变形行为,并结合组织观察分析终锻温度对GH4738合金组织均匀性以及后续热处理过程组织遗传性的影响规律。研究结果表明,在相同始锻温度条件下,终锻温度过低会抑制GH4738合金热变形过程中动态再结晶的发生,从组织上表现为再结晶程度较低,从流变曲线上表现为变形抗力明显升高；并且由于终锻温度过低所导致的不充分再结晶组织,在后续热处理过程中易发展为混晶组织,从而影响合金的组织均匀性。为保证锻件组织均匀性在制备过程中应合理控制终锻温度。
2021, 50(7):2557-2567.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200615
摘要:
为了满足中国严酷的油气勘探开发环境石油管需求,开发了新型Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金材,但这种新型钛合金的加工制备和热处理工艺有待进一步研究。本文通过使用光学显微镜,力学性能测试,电子背散射衍射分析和透射电子显微镜等手段系统研究了不同热轧工艺和热处理制度对Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金组织和力学性能的影响。研究表明,在α+β两相区(940?C)和β单相区(1000?C)经过80%变形量轧制后,该合金板材具有较好的塑形变形能力,未发现宏观裂纹。在α+β两相区热轧后,单级退火处理虽一定程度上均匀化组织,但晶粒仍较大,且轧板纵横向组织仍有较大差异；β单相区热轧后,显微组织比940?C热轧后晶粒更小且分布均匀,纵横向组织形貌基本相同。对于不同的热轧温度,采用双级退火处理都可以获得更为细小和均匀的组织。随着单级退火温度的升高,不同温度下热轧板材的拉伸强度下降,冲击功和冲击韧性逐步上升。当采用双级退火处理时,可以一定程度提高强度,但降低了板材的韧性。在同样的热处理工艺下,提高热轧温度,即采用1000℃热轧且850℃单级退火工艺,可以获得较好的强度和韧性匹配。
为了满足中国严酷的油气勘探开发环境石油管需求,开发了新型Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金材,但这种新型钛合金的加工制备和热处理工艺有待进一步研究。本文通过使用光学显微镜,力学性能测试,电子背散射衍射分析和透射电子显微镜等手段系统研究了不同热轧工艺和热处理制度对Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金组织和力学性能的影响。研究表明,在α+β两相区(940?C)和β单相区(1000?C)经过80%变形量轧制后,该合金板材具有较好的塑形变形能力,未发现宏观裂纹。在α+β两相区热轧后,单级退火处理虽一定程度上均匀化组织,但晶粒仍较大,且轧板纵横向组织仍有较大差异；β单相区热轧后,显微组织比940?C热轧后晶粒更小且分布均匀,纵横向组织形貌基本相同。对于不同的热轧温度,采用双级退火处理都可以获得更为细小和均匀的组织。随着单级退火温度的升高,不同温度下热轧板材的拉伸强度下降,冲击功和冲击韧性逐步上升。当采用双级退火处理时,可以一定程度提高强度,但降低了板材的韧性。在同样的热处理工艺下,提高热轧温度,即采用1000℃热轧且850℃单级退火工艺,可以获得较好的强度和韧性匹配。
2021, 50(7):2568-2576.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200624
摘要:
本文对比研究了定向凝固高温合金GTD111以及自主设计合金WZ-D2的铸态、热处理态和经980 ℃/190 MPa持久拉伸后的γ′相、碳化物以及拓普密排(TCP)有害相析出的特征演变，以及对持久性能的影响。结果表明：WZ-D2的铸态共晶尺寸和数量均显著小于GTD111；热处理态后,WZ-D2的γ′相面积分数明显高于GTD111，且立方度略高于后者。GTD111中碳化物的形貌多呈现汉字型，且更易分解。 在900 ℃以上温度，GTD111的持久寿命远小于WZ-D2,这与两种合金中共晶相数量和尺寸、碳化物的分解、γ′相的演化密切相关。
本文对比研究了定向凝固高温合金GTD111以及自主设计合金WZ-D2的铸态、热处理态和经980 ℃/190 MPa持久拉伸后的γ′相、碳化物以及拓普密排(TCP)有害相析出的特征演变，以及对持久性能的影响。结果表明：WZ-D2的铸态共晶尺寸和数量均显著小于GTD111；热处理态后,WZ-D2的γ′相面积分数明显高于GTD111，且立方度略高于后者。GTD111中碳化物的形貌多呈现汉字型，且更易分解。 在900 ℃以上温度，GTD111的持久寿命远小于WZ-D2,这与两种合金中共晶相数量和尺寸、碳化物的分解、γ′相的演化密切相关。
2021, 50(7):2577-2583.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200625
摘要:
采用表面机械研磨处理(SMAT)在Mg-Gd-Y合金中获得了梯度组织结构,通过维氏硬度计和透射电子显微镜对试样中不同应变层的时效硬化行为和机理进行了研究。SMAT后合金梯度组织可以分为三层：剧烈应变层、中等应变层和无影响层。在225°C时效,不同应变层的时效硬化行为表现出明显差异。出现峰时效的时间由剧烈应变层、中等应变层到无影响层依次延长；而峰时效时的硬度增量则依次降低。这与不同应变层中沉淀相的形态、分布以及与位错等缺陷的相互作用有关。剧烈应变层显示了最短的峰时效时间和最高的峰时效硬度,说明SMAT表面纳米化对促进Mg-Gd-Y合金的时效硬化有显著效果。
采用表面机械研磨处理(SMAT)在Mg-Gd-Y合金中获得了梯度组织结构,通过维氏硬度计和透射电子显微镜对试样中不同应变层的时效硬化行为和机理进行了研究。SMAT后合金梯度组织可以分为三层：剧烈应变层、中等应变层和无影响层。在225°C时效,不同应变层的时效硬化行为表现出明显差异。出现峰时效的时间由剧烈应变层、中等应变层到无影响层依次延长；而峰时效时的硬度增量则依次降低。这与不同应变层中沉淀相的形态、分布以及与位错等缺陷的相互作用有关。剧烈应变层显示了最短的峰时效时间和最高的峰时效硬度,说明SMAT表面纳米化对促进Mg-Gd-Y合金的时效硬化有显著效果。
2021, 50(7):2584-2591.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200626
摘要:
为开发远离Cu56Zr44共晶点的新型非晶合金,探索生物质燃油新能源汽车活塞材料。本文采用单辊旋淬法制备了(Cu56Zr44)1-xYx (x=0、1、3和9 at.%) 试样,表征了试样物相、热力学参数、纳米硬度,测试了试样在乙醇汽油稀释机油润滑下的摩擦学性能。结果表明：(Cu56Zr44)1-xYx试样为完全非晶结构,随着Y含量从1 at.%增至9 at.%,(Cu56Zr44)1-xYx非晶试样的ΔTx和Trg分别从61 K降至51 K和从0.670降至0.658,但高于Cu56Zr44非晶试样的49 K和0.644,即Y掺杂有效地增强了Cu56Zr44-基合金的非晶形成能力(Glass forming ability,GFA)和热稳定性。随着Y含量从1 at.%增至9 at.%,(Cu56Zr44)1-xYx 非晶试样纳米硬度从8.83 GPa降至7.33 GPa (高于Cu56Zr44的6.82GPa),在10N和20N两种载荷下的摩擦因数和磨损率随之增加 (低于Cu56Zr44的),即Y掺杂明显地提升了Cu56Zr44-基合金的力学和摩擦学性能。相同实验条件下,(Cu56Zr44)1-xYx非晶试样的摩擦因数和磨损率低于ZL109铝合金的,两种载荷下磨损率最高降幅分别高达98.62%和97.79%,即(Cu56Zr44)1-xYx非晶合金在乙醇汽油稀释机油下比ZL109铝合金展现出非常优异的抗磨性能,这也为生物质燃油新能源汽车活塞材料的研发提供了一定的理论与实验指导。
为开发远离Cu56Zr44共晶点的新型非晶合金,探索生物质燃油新能源汽车活塞材料。本文采用单辊旋淬法制备了(Cu56Zr44)1-xYx (x=0、1、3和9 at.%) 试样,表征了试样物相、热力学参数、纳米硬度,测试了试样在乙醇汽油稀释机油润滑下的摩擦学性能。结果表明：(Cu56Zr44)1-xYx试样为完全非晶结构,随着Y含量从1 at.%增至9 at.%,(Cu56Zr44)1-xYx非晶试样的ΔTx和Trg分别从61 K降至51 K和从0.670降至0.658,但高于Cu56Zr44非晶试样的49 K和0.644,即Y掺杂有效地增强了Cu56Zr44-基合金的非晶形成能力(Glass forming ability,GFA)和热稳定性。随着Y含量从1 at.%增至9 at.%,(Cu56Zr44)1-xYx 非晶试样纳米硬度从8.83 GPa降至7.33 GPa (高于Cu56Zr44的6.82GPa),在10N和20N两种载荷下的摩擦因数和磨损率随之增加 (低于Cu56Zr44的),即Y掺杂明显地提升了Cu56Zr44-基合金的力学和摩擦学性能。相同实验条件下,(Cu56Zr44)1-xYx非晶试样的摩擦因数和磨损率低于ZL109铝合金的,两种载荷下磨损率最高降幅分别高达98.62%和97.79%,即(Cu56Zr44)1-xYx非晶合金在乙醇汽油稀释机油下比ZL109铝合金展现出非常优异的抗磨性能,这也为生物质燃油新能源汽车活塞材料的研发提供了一定的理论与实验指导。
2021, 50(7):2592-2598.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200627
摘要:
采用工业原料经包覆剂(CaO-Fe2O3-SiO2)处理制备Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料棒状试样,添加稀土元素Ce、Dy及Ce+Dy,通过XRD研究稀土元素对微观组织的影响；采用电化学工作站三电极体系测试试样在1mol/L的HCl及1mol/L的NaOH中的腐蚀行为。结果表明：合金在添加稀土元素的组织依然为非晶复合材料(过冷奥氏体相CFe15.1+ 铁素体相Fe-Cr),加入1%Ce的试样在HCl及NaOH的耐蚀性均为最佳,在HCl中自腐蚀电位为-0.16205V,自腐蚀电流密度为7.6999×108A.cm-2,极化阻值达到9.5774×108Ω.cm2,在NaOH自腐蚀电位和自腐蚀电流密度为-0.1839V,1.7453×10-8A.cm-2,极化阻值为7.1574×108Ω.cm2,耐蚀性远优于AISI304,是潜力巨大的耐蚀材料。
采用工业原料经包覆剂(CaO-Fe2O3-SiO2)处理制备Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料棒状试样,添加稀土元素Ce、Dy及Ce+Dy,通过XRD研究稀土元素对微观组织的影响；采用电化学工作站三电极体系测试试样在1mol/L的HCl及1mol/L的NaOH中的腐蚀行为。结果表明：合金在添加稀土元素的组织依然为非晶复合材料(过冷奥氏体相CFe15.1+ 铁素体相Fe-Cr),加入1%Ce的试样在HCl及NaOH的耐蚀性均为最佳,在HCl中自腐蚀电位为-0.16205V,自腐蚀电流密度为7.6999×108A.cm-2,极化阻值达到9.5774×108Ω.cm2,在NaOH自腐蚀电位和自腐蚀电流密度为-0.1839V,1.7453×10-8A.cm-2,极化阻值为7.1574×108Ω.cm2,耐蚀性远优于AISI304,是潜力巨大的耐蚀材料。
2021, 50(7):2599-2606.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200628
摘要:
采用预合金粉末热等静压(hot isostatic pressing ,HIP)近净成形工艺制备了一种新型高强韧钛合金,研究了钛合金与低碳钢包套的界面反应。结果表明,钛合金与低碳钢包套之间存在波浪状的界面反应层,其厚度为8μm,钛合金中的合金元素Al、Mo和V向低碳钢中发生了一定程度的扩散,而两种材料的基体元素Ti和Fe发生扩散的程度要明显低于前者；通过选择性化学洗可以将包套去除,并将反应层厚度减少2.5μm,但微观上仍存在波浪状反应层；通过后续的喷砂处理可以进一步减小反应层厚度,并且使界面反应层平直。
采用预合金粉末热等静压(hot isostatic pressing ,HIP)近净成形工艺制备了一种新型高强韧钛合金,研究了钛合金与低碳钢包套的界面反应。结果表明,钛合金与低碳钢包套之间存在波浪状的界面反应层,其厚度为8μm,钛合金中的合金元素Al、Mo和V向低碳钢中发生了一定程度的扩散,而两种材料的基体元素Ti和Fe发生扩散的程度要明显低于前者；通过选择性化学洗可以将包套去除,并将反应层厚度减少2.5μm,但微观上仍存在波浪状反应层；通过后续的喷砂处理可以进一步减小反应层厚度,并且使界面反应层平直。
2021, 50(7):2607-2619.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210167
摘要:
石墨烯由于具有优异的力学与功能内禀特性,成为金属基复合材料的理想增强相,近年来受到国内外研究者的广泛关注。本文总结了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法、改善石墨烯分散以提高其与铜基体界面结合性能的研究进展,最后对石墨烯增强铜基复合材料的应用及未来发展方向进行了展望。
石墨烯由于具有优异的力学与功能内禀特性,成为金属基复合材料的理想增强相,近年来受到国内外研究者的广泛关注。本文总结了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法、改善石墨烯分散以提高其与铜基体界面结合性能的研究进展,最后对石墨烯增强铜基复合材料的应用及未来发展方向进行了展望。
2021, 50(7):2620-2629.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210057
摘要:
本文描述了钛合金在航空发动机的应用优势及出现的“钛火”问题,并介绍了解决“钛火”的方案,如阻燃钛合金、阻燃涂层及阻燃可磨耗涂层等。着重介绍了阻燃可磨耗涂层的技术研究现状,包括其涂层阻燃可磨耗性的评价标准以及阻燃可磨耗的相关机理研究。最后指出了钛合金阻燃可磨耗涂层未来在600-750℃区间的研究趋势和发展方向。
本文描述了钛合金在航空发动机的应用优势及出现的“钛火”问题,并介绍了解决“钛火”的方案,如阻燃钛合金、阻燃涂层及阻燃可磨耗涂层等。着重介绍了阻燃可磨耗涂层的技术研究现状,包括其涂层阻燃可磨耗性的评价标准以及阻燃可磨耗的相关机理研究。最后指出了钛合金阻燃可磨耗涂层未来在600-750℃区间的研究趋势和发展方向。
2021, 50(7):2630-2640.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200520
摘要:
镁及镁合金具有与骨骼硬组织良好的力学性能适配性、生物相容性和体内可生物降解等优良特性,被认为是一种最具有应用潜力的新型外科金属基植入材料,但其过快的降解速度限制了它的快速应用和普及推广。羟基磷灰石(HA)具有良好的生物活性,在镁合金表面制备HA涂层,能有效增强镁合金植入体的活性和耐腐蚀性,延缓其降解速率。但纯的HA涂层存在脆性大,强韧性不足,与基体间黏附力较差且功能性单一等问题,因此开发镁合金表面的高性能、多功能HA复合涂层,具有非常重要的科学和实践价值。本文综述了近年来在镁合金基体上开发的HA复合涂层及在骨修复上应用的研究进展,并对未来镁基HA复合涂层的发展研究趋势进行了展望。
镁及镁合金具有与骨骼硬组织良好的力学性能适配性、生物相容性和体内可生物降解等优良特性,被认为是一种最具有应用潜力的新型外科金属基植入材料,但其过快的降解速度限制了它的快速应用和普及推广。羟基磷灰石(HA)具有良好的生物活性,在镁合金表面制备HA涂层,能有效增强镁合金植入体的活性和耐腐蚀性,延缓其降解速率。但纯的HA涂层存在脆性大,强韧性不足,与基体间黏附力较差且功能性单一等问题,因此开发镁合金表面的高性能、多功能HA复合涂层,具有非常重要的科学和实践价值。本文综述了近年来在镁合金基体上开发的HA复合涂层及在骨修复上应用的研究进展,并对未来镁基HA复合涂层的发展研究趋势进行了展望。
2021, 50(7):2641-2651.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200522
摘要:
选区激光熔化(SLM)3D 打印技术是近年来快速发展的金属增材制造技术,因其可设计性、快速净成形复杂构件、高表面质量等优势,拥有广泛应用前景。基于 SLM 工艺制造的钛基复合材料通常可得到纳米级陶瓷增强相,获得比钛合金更优异的性能表现,成形构件力学性能优于铸件锻件水平。本文综述了近年来国内外基于 SLM 工艺制备钛基复合材料的发展现状,以陶瓷增强体的选择为切入点,阐述其典型微观组织特征及演化规律,探讨其性能表现,分析其特有的强化机制,并在此基础上,对未来尚需解决的关键性学术问题和发展方向进行了展望。
选区激光熔化(SLM)3D 打印技术是近年来快速发展的金属增材制造技术,因其可设计性、快速净成形复杂构件、高表面质量等优势,拥有广泛应用前景。基于 SLM 工艺制造的钛基复合材料通常可得到纳米级陶瓷增强相,获得比钛合金更优异的性能表现,成形构件力学性能优于铸件锻件水平。本文综述了近年来国内外基于 SLM 工艺制备钛基复合材料的发展现状,以陶瓷增强体的选择为切入点,阐述其典型微观组织特征及演化规律,探讨其性能表现,分析其特有的强化机制,并在此基础上,对未来尚需解决的关键性学术问题和发展方向进行了展望。
2021, 50(7):2652-2662.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200529
摘要:
金属铀作为一种战略材料,在人类历史上起着举足轻重的作用。在核工业需求的牵引下,铀及其合金部件的成形制造技术也在不断发展。本文从工程角度梳理了铀材料制备及铀部件加工技术的发展,具体介绍了铀合金制备和铀材料纯化技术,并主要从塑性成形和铸造成形两方面说明了铀部件的制造方法,针对铀部件制造的特殊性,指出面向未来其技术更关注于安全性、环保性和智能化的发展趋势。
金属铀作为一种战略材料,在人类历史上起着举足轻重的作用。在核工业需求的牵引下,铀及其合金部件的成形制造技术也在不断发展。本文从工程角度梳理了铀材料制备及铀部件加工技术的发展,具体介绍了铀合金制备和铀材料纯化技术,并主要从塑性成形和铸造成形两方面说明了铀部件的制造方法,针对铀部件制造的特殊性,指出面向未来其技术更关注于安全性、环保性和智能化的发展趋势。
