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  • 2025年第54卷第11期文章目次
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    • >高温合金
    • 晶粒细化对烧结钕铁硼晶界扩散过程及磁性能的影响

      2025, 54(11):2768-2776. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240781

      摘要 (103) HTML (125) PDF 5.12 M (285) 评论 (0) 收藏

      摘要:制备了3种成分相同、晶粒尺寸不同的钕铁硼磁体,并在相同的技术参数下使用金属Tb进行了晶界扩散。使用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪评估扩散过程并对磁体扩散前后的磁性能进行了表征,研究了晶粒尺寸对烧结NdFeB磁体晶界扩散过程和性能的影响。结果表明,磁体的晶粒细化可以提高Tb扩散效率,并使磁体在不同温度下具有更高的矫顽力。这主要是由于在晶界扩散过程中磁体内部形成了更深、更完整的核壳结构,从而使Nd2Fe14B晶粒具有更好的磁隔离和各向异性。研究表明在低含量重稀土元素的情况下,细化晶粒可以提高磁体矫顽力。

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    • 镍基单晶高温合金850 ℃高周疲劳断裂行为

      2025, 54(11):2777-2785. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240631

      摘要 (87) HTML (67) PDF 3.67 M (226) 评论 (0) 收藏

      摘要:对镍基单晶高温合金在850 ℃的高周疲劳断口特征及损伤机制进行研究。结果表明:在850 ℃时单晶高温合金高周疲劳裂纹一般萌生于试样亚表面或内部的缺陷位置。在应力比R=0.05的条件下,随疲劳载荷降低,高周疲劳寿命逐渐增加。高周疲劳断口主要以八面体滑移机制为主,在大应力低寿命时断口呈单个或多个滑移面特征,部分断口沿垂直小平面起源后再沿{111}滑移面扩展;在低应力高寿命时,断口沿亚表面或内部起源后易沿多个滑移面交替扩展,断口呈多个滑移面特征。通过电子背散射衍射分析和透射电镜分析可知,高周疲劳断口表面存在氧化行为,断口截面由外往内依次为氧化层、畸变层和基体层。其中,氧化层主要成分为Ni、Co氧化物;畸变层内主要为长条状或短棒状的Al、Ta、W氧化物形貌分布;基体层为单晶层。本研究对大量高周疲劳断口进行系统分析得到其裂纹萌生及扩展规律,应力比为0.05更接近涡轮叶片实际服役过程中的振动模态,为涡轮叶片的失效断裂机制奠定了基础。

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    • 一种新型镍基单晶高温合金蠕变断裂行为及机制

      2025, 54(11):2795-2801. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240632

      摘要 (82) HTML (66) PDF 1.56 M (226) 评论 (0) 收藏

      摘要:对一种新型镍基单晶高温合金在1100 ℃/140 MPa的条件下进行了蠕变性能测试、组织形貌观察及成分分析,研究了该合金在蠕变断裂过程中,蠕变速率的变化特点及蠕变前后组织的演变特征,揭示了新型镍基单晶高温合金的蠕变断裂机制。结果表明:该合金的蠕变寿命为104.5 h,应变量可达到33.58%,蠕变速率随应变整体呈现出先递减后递增,最后趋于稳定直至断裂的现象。在蠕变初始阶段,蠕变速率随时间延长呈现先降低再回升而后再降低的现象。此外,蠕变断口组织由韧窝与撕裂棱构成,无明显滑移面,断口内部存在氧化物和再结晶组织,断口内空洞呈现长条状,且垂直于应力轴,表现为微裂纹聚集型断裂机制。

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    • 镍基高温合金定向快速凝固的分子动力学模拟

      2025, 54(11):2825-2832. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240323

      摘要 (62) HTML (51) PDF 3.05 M (249) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用分子动力学方法研究了NixCryFez在定向快速凝固过程中的微观组织演化和凝固后的拉伸力学性能。研究发现,在固液转变时,温度先急剧下降,后由于潜热释放而轻微上升。在此过程中,晶核优先在低温区形成,展现了异质凝固的特性。凝固完成后,合金以面心立方(fcc)为主,同时包含少量密排六方(hcp)和体心立方(bcc)结构,非晶态晶界亦占有显著比例。Ni60Cr21Fe19合金元素浓度分析进一步表明Cr原子在晶界处偏析。此外,合金凝固后形成了大量热致孪晶和堆垛层错,位错密度高达1016 m–2量级,且位错线在低温区更为密集,呈现出明显的非均匀性。还研究了4种不同比例的Ni-Cr-Fe合金的形核过程,发现合金元素比例对形核率有显著影响。此外,还对凝固后的Ni60Cr21Fe19合金进行了2个方向的拉伸测试模拟,结果表明,由于定向凝固组织的各向异性特性导致垂直凝固方向的抗拉强度低于平行凝固方向的抗拉强度。位错密度的变化与拉伸应力应变的变化趋势并不完全吻合,这一现象表明Ni60Cr21Fe19合金定向快速凝固组织的强化机制更为复杂,可能涉及多种强化机制的协同作用。

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    • 基于Zr-Ni-Cu-Ti-Zr中间层的Ti2AlNb/GH4099的原位反应钎焊接头显微组织和力学性能分析

      2025, 54(11):2861-2869. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240367

      摘要 (59) HTML (55) PDF 4.22 M (206) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Zr-Ni-Cu-Ti-Zr复合中间层进行了Ti2AlNb合金和镍基高温合金GH4099原位反应真空钎焊连接,并观察了钎焊接头的界面组织及断口形貌,分析了接头界面组织的演变过程。结果表明,钎焊接头的典型界面组织为Ti2AlNb/B2+O+ β(Ti,Nb)+α-Zr+Zr2Ni+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Cu,Ni)/Ti3Al+(Ni,Cr)ss/GH4099。随着钎焊温度的升高,母材侧的反应层厚度增加,(Ti,Zr)2(Cu,Ni)金属间化合物聚集在界面两侧形成连续相,钎缝和母材界面处萌生裂纹并扩展,导致接头强度下降。在920 ℃/15 min钎焊工艺参数下,所得接头的抗剪强度最大为171.87 MPa。接头断裂模式为脆性断裂,断口主要由(Ti,Zr)2(Cu,Ni)和 (Ti,Zr)(Cu,Ni)脆性金属间化合物组成。

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    • 温度和孪晶界对GH3625合金力学性能和锯齿流变效应的影响

      2025, 54(11):2920-2930. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240445

      摘要 (53) HTML (51) PDF 8.69 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用EBSD、SEM、TEM和准静态单轴拉伸试验,研究了温度和孪晶界对GH3625合金力学性能和锯齿流变(PLC)效应的影响。研究表明:随着退火温度(1000~1160 ℃)的升高,退火态试样的再结晶晶粒发生长大,导致部分退火孪晶界湮灭,从而使得合金的退火孪晶界含量和强度降低;并且发现退火温度越低时,合金出现锯齿流变的临界应变值越大。同时,退火态试样在25和290 ℃下拉伸变形时主要以位错滑移和变形孪生为主,而在565 ℃时主要以位错滑移为主,并有大量的层错形成;随着变形温度的升高,位错易于穿过晶界和退火孪晶界,导致锯齿流变产生,晶界强化效果减弱,导致合金强度下降。此外,退火温度为1000 ℃的试样在25~565 ℃温度范围内具有优异的强度和塑性组合,这主要归因于预先存在的细小晶粒和大量的退火孪晶界与位错的交互作用以及拉伸变形过程中形成的变形孪晶和层错的共同作用。除此之外,发现孪晶含量和变形温度对锯齿流变振幅影响显著。

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    • >钛合金
    • TiAlNb9合金表面Cr-Al-Y共渗层组织结构及高温氧化性能

      2025, 54(11):2739-2748. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20240572

      摘要 (53) HTML (77) PDF 3.46 M (228) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高TiAlNb9合金的抗高温氧化性能,采用包埋渗的方法,在合金表面制备了Cr-Al-Y共渗层,通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了渗层的组织结构,对比研究了基体和渗层在1273 K下的高温氧化性能。结果表明:Cr-Al-Y共渗层约30 μm厚,结构致密,膜基结合较好,由外到内依次为由TiCr2、TiCr、Ti4Cr及(Ti, Nb)Cr4相组成的外层,Ti2Al内层及富Nb的γ-TiAl互扩散层。TiAlNb9基体在1273 K下生成TiO2与Al2O3组成的氧化层,由于TiO2形成的氧化膜结构疏松多孔,无法有效隔绝O元素的内扩散,致使基体不断受到氧化破坏。Cr-Al-Y渗层在氧化时会形成致密的Cr2O3和Al2O3氧化层,有效阻止了O元素的内扩散,显著提高了基体合金的抗高温氧化性能。

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    • TC17钛合金在3.5% NaCl溶液中的疲劳失效行为

      2025, 54(11):2809-2815. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240320

      摘要 (49) HTML (57) PDF 2.93 M (232) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究海水环境中钛合金TC17疲劳失效行为,开展了不同介质环境中的TC17钛合金超声疲劳试验并分析了疲劳性能及失效特征。采用超声疲劳试验系统分别进行了空气及3.5% NaCl溶液环境的钛合金TC17疲劳试验,并对相同应力幅值条件下不同介质环境的疲劳寿命进行了比较分析,提出了高周疲劳阶段2种介质中疲劳寿命的转换模型,进一步分别根据Murakami模型及基于微观沟壑模型进行应力强度因子计算。使用SEM对疲劳试验试件断口特征进行观察,比较分析 3.5% NaCl溶液对疲劳失效特征的影响。结果表明:在3.5% NaCl溶液环境中,以表面微观沟壑为主要变量的应力强度因子计算结果与实际失效行为更加吻合,并且由于腐蚀环境的影响,断口出现了基体材料“堆积”、多个裂纹源等现象。

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    • 基于人工神经网络的高精度TA16钛合金本构模型

      2025, 54(11):2833-2843. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240327

      摘要 (82) HTML (77) PDF 6.47 M (258) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用Gleeble-3800对锻态TA16钛合金在温度730~1030 ℃、应变速率0.1~10 s-1的条件下进行热模拟压缩实验,取得TA16合金在该变形条件范围内的真应力-真应变曲线。分别使用Arrhenius、Johnson-Cook本构模型和人工神经网络(ANN)3种方式建立了TA16钛合金的本构模型,并对模型误差进行了分析。结果表明:TA16钛合金在中、低应变速率下屈服后加工硬化与软化达到动态平衡状态,在高应变速率下呈现先软化后再进入平衡状态,合金加工性能良好;Arrhenius、Johnson-Cook和ANN建立的TA16钛合金本构模型平均绝对百分比误差(MAPE)分别为11.49%、23.7%和1.69%,ANN模型较传统本构模型精度高1个数量级;Arrhenius本构模型在中、高应变速率和中、低应变范围内精度较好,在工程中具有实用性;Johnson-Cook本构模型体现了高应变硬化的趋势,难以描述TA16钛合金屈服后动态平衡状态,模型精度较差,不宜在工程中使用;ANN本构模型在全部实验参数范围内具有极高的预测精度,同时在实验参数以外预测数据同样具有良好的精度,能够为工程实践提供高精度的本构模型。

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    • SnV元素对TA2钛合金钎焊界面调控机制

      2025, 54(11):2897-2903. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240416

      摘要 (45) HTML (46) PDF 2.73 M (221) 评论 (0) 收藏

      摘要:钎焊技术是实现燃气轮机部件结构完整性的重要手段,国内成熟的钛基钎料及其钎焊工艺高度匮乏,研究了Ti-Zr-Cu-Ni钎料成分及钎焊工艺对TA2钛合金钎焊接头界面结构和拉伸性能的影响,探讨了钎料中引入Sn或V元素对钛合金钎焊界面的调控机理。结果表明,钎料中引入Sn或V元素和降低钎焊温度,在钎焊界面处形成的脆化层和晶间渗入区的厚度减薄。钎料中添加1.5wt% V或5wt% Sn形成的强化相导致钎焊接头抗拉强度增大。钎焊温度升高引发界面冶金反应加剧并形成多种硬脆相,致使接头抗拉强度增大,但拉伸强度随保温时间延长而减小。钎料、界面结合层和基体断口分别呈现脆性、类解理和韧性断裂形貌。Sn与Ti、Zr形成Ti2Sn3、Ti6Sn5、Zr5Sn3等强化相,V与Ni形成Ni3VZr2、NiV3、Ni2V等强化相,均导致接头抗拉强度增大;V与Ni结合,减缓Ni元素向钛合金中扩散,调控钎焊界面冶金反应。

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    • Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si系热强钛合金析出相及其对强韧性的影响

      2025, 54(11):2911-2919. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240444

      摘要 (59) HTML (71) PDF 2.69 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:对比分析Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si系热强钛合金TC25和TC25G合金抗拉强度和冲击韧性差异,通过SEM断口形貌观察和TEM微观变形机制分析,阐明了2种合金冲击韧性差异的根本原因和合金强化机制。结果表明,TC25G合金冲击断口中析出相为ZrSi或TiZrSi化合物,起到了第二相强化作用,有利于提升合金强度;因析出物有利于冲击裂纹的扩展,因而降低了合金的冲击韧性。TC25合金冲击断口显微组织中裂纹一般沿初生α相相界延伸,使得TC25合金裂纹延伸路径更长,而TC25G裂纹穿过初生α相,因而TC25合金具有更高的冲击韧性。TEM观察结果表明,TC25G合金中位错滑移痕迹和位错塞积数量明显多于TC25合金,在TC25G合金中析出相附近存在较多的位错塞积,进而产生明显的强化作用,使得合金具有较高的强度。

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    • >材料科学
    • 不同构型Mg-5Zn镁合金多孔骨修复支架SLM成形质量与性能

      2025, 54(11):2717-2728. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240618

      摘要 (184) HTML (106) PDF 4.43 M (319) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计并通过激光选区熔化技术制备了体心立方型(bcc)、菱形十二面体(RD)、螺旋型(G)和简单立方型(P)四种Mg-5Zn多孔支架,研究了其成形质量、压缩力学性能和降解行为。结果表明,所制备的支架具有较好的还原度,表面化学抛光处理显著改善了支架成形质量,并降低多孔支架的孔隙误差。面结构(G,P)支架粘附粉末的程度较杆结构(bcc,RD)轻,成形误差较小。相同设计孔隙率下,G构型支架的成形质量最佳。压缩时支架的失效模式以45°剪切断裂为主。孔隙率为75%时,四种构型支架的压缩性能都满足松质骨的压缩性能要求,bcc和G构型支架压缩性能相对较好。Hank's溶液浸泡168 h后,B-2-75%构型支架局部腐蚀较为严重,部分支柱连接处发生断裂;G-3-75%构型支架以均匀腐蚀为主,结构保持较为完整,腐蚀速率和压缩性能损失小于B-2-75%结构。经综合对比,优选G构型。

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    • 稀土元素对1000 MPa级高强钢埋弧焊熔敷金属组织性能的影响

      2025, 54(11):2729-2738. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20240568

      摘要 (48) HTML (70) PDF 3.19 M (221) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过在焊材中添加稀土元素优化熔敷金属性能,并利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等仪器,结合Matlab、Image-Pro Plus、CHANNEL5等软件研究了稀土元素添加量对1000 MPa级高强钢熔敷金属强韧性及夹杂物的影响机理。结果表明,稀土元素的添加提高了焊材的焊接工艺性。随稀土元素的添加,熔敷金属抗拉伸强度从935 MPa提高到960 MPa,继续添加则导致了抗拉伸强度下降,而屈服强度持续提高8.5%~17.2%。适量稀土元素的添加使熔敷金属针状铁素体及残余奥氏体含量提高、晶粒细化,致使-40 ℃冲击功增加8.5%~24.3%、-60 ℃冲击功增加15.6%~42.2%。此外,适当添加稀土元素还能改性夹杂物,能够生成细小弥散且与基体结合更好的复合夹杂物,通过多种机制优化熔敷金属性能。因此,适量添加稀土元素可大幅提升1000 MPa级高强钢熔敷金属性能,提升熔敷金属的高强韧性匹配,满足水电用高强钢的使用需求。

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    • 温度对真空热压连接技术制备AZ31/Al/Ta复合材料界面组织和力学性能的影响

      2025, 54(11):2749-2756. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240604

      摘要 (86) HTML (51) PDF 1.69 M (265) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用真空热压连接方法制备了AZ31/Al/Ta复合材料。研究了热压温度对AZ31/Al/Ta复合材料界面组织演变、相组成及界面抗剪切强度的影响。探讨了AZ31/Al/Ta复合材料在真空热压连接工艺条件下的界面结合机理。结果表明,随着热压温度的升高,Mg-Al界面相组成由Mg-Al脆性金属间化合物(Al12Mg17和Al3Mg2)转变为Al-Mg固溶体。与400 ℃相比,450 ℃时Al/Ta界面扩散层宽度增大。在400和450 ℃时,AZ31/Al/Ta复合材料抗剪切强度分别为24和46 MPa。AZ31/Al/Ta复合材料界面结合机制为扩散与机械啮合共存。此外,避免界面脆性相的形成可以显著提高界面结合强度。

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    • 1060-H24纯铝无肩微搅拌摩擦焊接头的显微组织演化与强化机制

      2025, 54(11):2757-2767. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240586

      摘要 (77) HTML (41) PDF 4.39 M (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:评估了0.8 mm薄板微搅拌摩擦焊中带肩和无肩工具的差异。采用白光干涉法、电子背散射衍射和扫描电子显微镜等一系列表征方法,研究了焊缝表面形成、接头微观组织分布和断裂特征。通过Hall-Petch关系和Taylor硬化定律解释了力学性能的增强机制。结果表明,无肩工具接头屈服强度提高的主要原因是位错强化和细晶强化的综合机制。具体而言,使用轴肩工具可获得光滑的焊缝表面,平均晶粒尺寸为11.24 μm,焊核区大角度晶界含量为16.80%,观察到的主要织构组分为{011}<100> Goss织构和{112}<111> Copper织构,最大织构强度为3.70,同时断口韧窝尺寸减小、深度增加。而无肩工具焊缝表面出现轻微毛刺,试验结果表明,该类接头焊核区平均晶粒尺寸显著减小至0.59 μm,大角度晶界含量达到34.34%,并伴随以{111}<110>剪切织构和{001}<110>旋转立方织构为主要组分的形成,导致最大织构强度显著提高至6.65。

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    • SPS制备Cu-石墨-Ti3AlC2复合材料的摩擦学性能和微观结构演变

      2025, 54(11):2786-2794. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240649

      摘要 (45) HTML (43) PDF 3.82 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:将Ti3AlC2添加到铜-石墨复合材料中以提高其摩擦学性能,研究了烧结温度对放电等离子烧结制备的铜-石墨-Ti3AlC2复合材料(CGTCs)的微观结构、密度、硬度、电导率、界面性能和摩擦学行为等性能的影响。结果表明,Ti3AlC2和Cu在烧结过程中相互扩散,产生冶金结合。此外,源自Ti3AlC2的钛原子与石墨表面上的碳原子发生反应,促进了Cu和石墨的强结合。CGTCs在不同烧结温度下表现出良好的润滑性能,摩擦系数在0.15至0.25之间,磨损率随着烧结温度的升高先降低后增加,在980 ℃下获得了最佳的摩擦学性能,平均摩擦系数和磨损率分别为0.18和4.82×10-6 mm3·(N·m)-1

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    • 铂族金属及合金纳米材料的制备及应用

      2025, 54(11):2816-2824. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240321

      摘要 (42) HTML (65) PDF 4.01 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:以贵金属盐为原料,氯化铵为造孔剂,采用喷雾干燥法结合煅烧还原,成功制备了三维纳米骨架结构的Pd、Pt、Ir、Ru单金属粉末以及IrRu、PtNi和PtNiCo合金粉末。以铂族钯纳米材料为例,研究了NH4Cl浓度对雾化粉体微观形貌的影响规律,发现随NH4Cl浓度的增大,雾化(NH4)2PdCl4粉末的平均粒径呈现增大趋势,球形度逐渐降低,分散性变差;研究了不同煅烧温度对钯粉微观形貌的影响规律,发现在300 ℃煅烧还原的钯粉对前驱体形貌具有继承作用,由于煅烧过程气体溢出留下纳米孔洞,促使钯粉具有类球形三维纳米骨架结构,且具有较大的比表面积(28~40 m2/g);当煅烧温度升至400 ℃时,三维纳米骨架逐渐破碎,形成致密的Pd粉。因此,当NH4Cl浓度在5~10 g/L,煅烧温度控制在300 ℃时,有利于制备高比表面积类球形三维纳米骨架铂族金属粉体。此外,采用最优制备参数成功了三维纳米骨架结构的Pt、Ir、Ru、IrRu、PtNi和PtNiCo铂族金属及合金粉体,证明了该方法在制备其他铂族金属及合金上具有通用性。最后,为了证明合成材料的实用性,对本研究制备的PtNiCo三维纳米骨架材料进行了燃料电池阳极甲醇催化氧化反应测试,结果表明PtNiCo纳米材料(1117 mA/mg(Pt))甲醇催化氧化性能是商用Pt黑(170 mA/mg(Pt))的6.5倍,并表现了优异的抗毒性和稳定性,证明采用本研究制备方法可制备出性能优异的铂族金属合金纳米催化剂。

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    • 选区激光熔化成形Mg-Y-Sm-Zn-Zr合金的流场数值模拟

      2025, 54(11):2844-2850. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20240344

      摘要 (48) HTML (52) PDF 1.49 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于离散元法和有限体积法建立了选区激光熔化(SLM)成形Mg-3.4Y-3.6Sn-2.6Zn-0.8Zr合金粉末尺度的三维模型,模拟了激光功率、扫描速度及激光线能量密度对流体流动的影响,分析了熔池内金属熔化、流体流动及凝固成形过程等问题。结果表明,增加激光功率与降低扫描速度对熔池内溶质流动的影响本质上是一致的。当扫描速度一定时,激光功率为100 W时,流体流速最大为4.914 m/s。熔池温度较高时熔融液体蒸发带来的反冲压力导致熔池凹陷。

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    • AZ91D镁合金Ni-TiN-GO复合电沉积层组织性能

      2025, 54(11):2851-2860. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240363

      摘要 (61) HTML (61) PDF 2.35 M (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高AZ91D镁合金表面硬度、耐磨性及耐蚀性,采用纳米复合电沉积技术在AZ91D镁合金表面制备Ni-TiN-GO(氧化石墨烯)复合电沉积层,并对Ni-TiN-GO复合电沉积层真空退火,探究GO添加量及真空退火加热温度、保温时间对沉积层组织性能的影响。结果表明:添加0.1 g/L GO时,Ni2+沉积速率提高,沉积层均匀致密,Ni晶粒为(111)和(200)晶面双择优取向,沉积层硬度较基体提高10.79倍,摩擦系数为0.6,磨损方式主要为粘着磨损和轻微磨粒磨损,自腐蚀电流密度较基体下降3个数量级;当真空退火加热温度为350 ℃、保温时间为1 h时,沉积层表面均匀致密,性能最佳,硬度较未退火提高了1.15倍,摩擦系数降为0.4,磨损方式转为微弱磨粒磨损,自腐蚀电流密度下降2.34倍,耐铜绿假单胞菌微生物腐蚀性能提高。本研究将为促进AZ91D镁合金在装备轻量化领域及复杂工况下的广泛应用奠定基础。

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    • TC4添加调控激光熔化沉积GH4169合金组织与性能

      2025, 54(11):2870-2878. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240382

      摘要 (37) HTML (46) PDF 3.54 M (215) 评论 (0) 收藏

      摘要:在常规GH4169合金粉末中添加TC4合金粉末,代替Al和Ti合金化,采用球磨合金化与激光熔化沉积技术制备了具有不同TC4含量的GH4169合金试样。研究了TC4添加及其含量对激光熔化沉积GH4169合金组织与性能的影响。结果表明,激光熔化沉积TC4/GH4169合金显微组织仍主要由粗大柱状晶构成,但柱状晶一次枝晶臂间距及晶粒尺寸降低,Laves相由连续长链状转变为弥散短棒状,长宽比由9.2下降至2.6,合金组织得到明显细化。TC4添加可有效代替Al和Ti合金化,沉积过程中TC4熔化,主要组成元素Ti和Al充分溶解到GH4169合金熔体,参与凝固及组织的形成,提升合金沉积熔池的凝固速率,减少元素偏析,促进强化相γ?γ?析出,提高沉积态合金硬度与力学性能。激光熔化沉积GH4169合金中TC4添加可以起到细晶强化、固溶强化和析出强化作用。

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    • 添加BiZr-1Nb合金在400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响

      2025, 54(11):2879-2889. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240387

      摘要 (36) HTML (31) PDF 3.14 M (219) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究添加Bi对锆合金耐腐蚀性能的影响,研究了Zr-1Nb-xBi合金(x=0、0.35和0.85,质量分数,%)在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为。结果表明,添加0.35% Bi能明显改善Zr-1Nb合金的耐腐蚀性能,但进一步增加Bi含量(0.85%)则会恶化合金的耐腐蚀性能。TEM和EDS分析结果表明,添加0.35% Bi对Zr-1Nb合金中第二相的种类和尺寸没有明显影响,而添加0.85% Bi会使合金中析出h-Zr6Bi2Fe第二相,并且抑制hcp-Zr(Nb,Fe)2的析出。氧化膜的显微组织观察和元素价态分析结果表明,高Bi含量的锆合金耐腐蚀性能恶化机制主要有2个方面,一是Bi3+导致氧化膜中参与反应的阴离子空位浓度增加,从而恶化耐腐蚀性能;二是h-Zr6Bi2Fe氧化时产生的局部附加应力和Bi/Fe的扩散速率差会使其氧化产物m-Bi2O3周围更容易形成微孔隙和微裂纹,从而加速腐蚀进程。

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    • 不同Mg/Si比的Al-Mg-Si-Zn合金析出相结构演变和时效硬化行为

      2025, 54(11):2890-2896. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240391

      摘要 (56) HTML (49) PDF 2.63 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用力学性能测试、差示扫描量热分析及高角环形暗场成像扫描透射电镜技术研究了不同Mg/Si比的Al-Mg-Si-Zn合金在时效过程中的析出硬化行为。结果发现,Zn元素的添加对富Mg的Al-Mg-Si合金峰值时效硬度和屈服强度提升明显。Al-Mg-Si-Zn合金在时效过程中存在3条相向后期相(相或相)转变的路径,且富Mg合金更容易发生相向相的转变,而富Si合金则更倾向于发生相向相的转变。在早期和峰值时效阶段,Zn原子会占据析出相内部能量有利的原子位点。在过时效阶段,Zn原子会逐渐从析出相内部扩散并偏聚到析出相与Al基体的界面处。

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    • 一种钎焊AZ91D镁合金的新型纳米SiC颗粒增强Mg-Al-Zn-Y复合钎料

      2025, 54(11):2904-2910. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240419

      摘要 (39) HTML (38) PDF 2.02 M (197) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用一种新型纳米SiC颗粒增强Mg-Al-Zn-Y复合钎料(记为SiCnp/Mg-Al-Zn-Y),在钎剂保护下对AZ91D镁合金进行炉中钎焊。结果表明,钎缝显微组织由Mg17Al12共晶组织基体和α-Mg固溶体组成。纳米SiC颗粒(SiCnp)作为异质形核位点细化了钎缝显微组织,显著提升了钎焊接头的抗剪切强度。SiCnp/Mg-Al-Zn-Y钎料钎焊接头抗剪切强度(68 MPa)比Mg-Al-Zn-Y钎料提高了62%。计算表明,晶界强化是钎焊接头强度提升最有效的强化机制,其对抗剪切强度的贡献为42.7%。钎焊接头断口呈现典型的脆性断裂特征,裂纹起源于α-Mg固溶体周围分布的Mg17Al12共晶组织。

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    • 钨铜均质复合材料高压扭转变形的离散元模拟和实验研究

      2025, 54(11):2931-2937. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240577

      摘要 (45) HTML (42) PDF 2.55 M (217) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用PFC-3D软件对钨铜均质粉末材料高压扭转(high-pressure torsion,HPT)变形进行离散元模拟,分析了压缩与扭转变形过程中的颗粒力链与位移分布规律,及其对不同区域的孔隙率、配位数、等效应力等的影响规律。模拟结果表 明,颗粒位移沿压缩方向和半径方向呈梯度分布,模型边缘处和上表面的颗粒位移量最大;压缩阶段的颗粒重排导致孔隙率快速降低,剪切变形促使颗粒二次重排和转动,孔隙率继续缓慢下降,边缘处的致密度和配位数高于中心处,表明大扭转半径下的剪切变形有利于粉体致密。在400 ℃、1.5 GPa条件下对冷压粉坯进行不同圈数高压扭转变形,结果表明,随着扭转半径和扭转圈数的增大,颗粒破碎程度和钨铜组织细化程度和分布均匀性得到显著提升,孔隙在高静水压力与剪切力作用下被拉长和闭合,材料致密度由10圈的(95.44±0.87)%上升到20圈的(96.03±0.54)%。钨基体的微晶尺寸在15圈HPT变形后被显著细化至20.8 nm,位错密度也快速提升至2.35×1014 m-2,晶粒细化和位错累积在15圈变形后处于动态平衡;20圈HPT变 形后,在粉体致密、组织细化和位错累积的共同作用下,试样边缘处的显微硬度达到(334.8±4.2) HV,较10圈中心处提升 了约78.7%。

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    • 7075铝合金的类超塑性变形行为及微观组织演变

      2025, 54(11):2938-2948. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250017

      摘要 (67) HTML (134) PDF 7.83 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过高温拉伸试验研究了7075铝合金板材在变形温度为400~500 ℃、应变速率为0.0001~0.1 s–1时的类超塑性变形行为,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD),研究了变形行为和微观组织演变之间的关系,采用双曲正弦模型建立了本构方程。结果表明,在高应变速率下,动态回复是主要软化机制,随着应变速率的降低,发生动态再结晶,大角度晶界分数显著增加,但是过低的应变速率会导致晶粒粗化。在450 ℃/0.01 s–1条件下,延伸率达到最高(72%),这是由于存在细小的等轴晶粒,大角度晶界比例高,位错密度低。随着温度的升高,动态再结晶越来越充分,平均晶粒尺寸降低,延伸率逐渐增大,但变形温度过高时,原子的热运动增强,导致晶界处的原子扩散加剧,从而导致晶界的强度降低,材料的延伸率急剧下降。断口形貌分析表明,在450 ℃、0.01 s–1时观察到大量分布均匀的韧窝,为典型的韧性断口,随着变形温度升高,断裂机制逐渐向脆性断裂转变;当温度一定时,高应变速率下断裂方式主要以韧性断裂为主,随着应变速率的降低,变为局部脆性断裂,断后延伸率降低。同时,研究了粗晶铝合金的变形机制,这有助于减少材料繁琐的预处理过程,对于优化7075铝合金的加工工艺和力学性能具有重要意义,使其在工业生产中得到更广泛的应用。

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    • 药皮钎料研究进展及应用

      2025, 54(11):2802-2808. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240569

      摘要 (57) HTML (51) PDF 882.51 K (225) 评论 (0) 收藏

      摘要:药皮钎料是近年来出现的一类节材减排型复合钎料,体现了钎料加工技术的进步与发展趋势,受到焊接工作者的高度关注。本文主要综述了有关药皮钎料设计、制备技术和应用的研究报道,提出了目前研究的不足,并展望了药皮钎料未来的研究方向,主要集中在药皮钎料的标准、药皮与钎料金属协同反应机理、药皮钎料的合金化以及药皮钎料的形态四个方面,以期为焊接领域相关研究和技术发展提供参考信息和理论指导。

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    • 高性能Cu-Ta复合材料研究进展与展望

      2025, 54(11):2949-2963. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240661

      摘要 (104) HTML (64) PDF 1.75 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:Cu-Ta复合材料因其高强度、高导电导热性和优异热稳定性等特性,在电子器件、国防、轨道交通、高场脉冲磁体和生物医学领域展现出巨大应用潜力。国内外学者围绕其服役性能需求进行了广泛而深入的研究,并取得了显著成果。本文系统综述了Cu-Ta复合材料在制备工艺、组织性能及应用方面的最新进展,并对现有研究中的不足和未来发展方向进行了展望。

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    • 高性能金属搅拌摩擦沉积增材制造技术研究进展

      2025, 54(11):2964-2984. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240461

      摘要 (89) HTML (92) PDF 4.72 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:在增材制造工艺中,电子束或者激光熔粉技术的加工构件存在熔凝缺陷,基于固相增材技术的搅拌摩擦沉积增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)克服了这种缺陷,并且得到应用,其增材过程中不涉及材料熔化凝固,所沉积构件的材料致密度高,晶粒小,具有均匀、等轴、精细的微观结构,韧性好,机械性能可达到锻造水平。尽管已经对铝合金、镁合金、钛合金等材料的AFSD有一些研究,但此工艺仍处在早期阶段,因此本文对AFSD工艺最近20年的研究与应用展开综述。从原理、设备、工艺、性能、应用、发展趋势等方面进行阐述,为AFSD的研究提供参考。

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