2019年第48卷第4期文章目次
2019, 48(4):1029-1035.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171080
摘要:
铝合金热成形-淬火一体化工艺将成形和热处理结合,能同时实现零件尺寸精度和性能的控制,是实现汽车轻量化的主要途径之一。但是在冲压成形尺寸相对较大形状相对较复杂的铝合金板件时,依然存在各工艺参数难调试的问题。建立了AA6061铝合金的热变形统一黏塑性损伤本构模型,将其用于铝合金汽车B柱热冲压成形模拟,采用BP神经网络构建了工艺参数(板料成形温度,冲压速度,模具间隙)与成形性(最大减薄率,最大增厚率)之间的关系并结合遗传算法实现多目标优化,得到了AA6061铝合金热冲压的最佳成形工艺参数。优化之后,B柱的最大减薄率和最大增厚率分别从56.5%和14.2%降到了13.0%和10.0%,通过优化之后的工艺参数,制得了成形性良好、尺寸精度高的零件。结果证明了基于神经网络和遗传算法的热成形工艺优化方法的可行性和有效性。
铝合金热成形-淬火一体化工艺将成形和热处理结合,能同时实现零件尺寸精度和性能的控制,是实现汽车轻量化的主要途径之一。但是在冲压成形尺寸相对较大形状相对较复杂的铝合金板件时,依然存在各工艺参数难调试的问题。建立了AA6061铝合金的热变形统一黏塑性损伤本构模型,将其用于铝合金汽车B柱热冲压成形模拟,采用BP神经网络构建了工艺参数(板料成形温度,冲压速度,模具间隙)与成形性(最大减薄率,最大增厚率)之间的关系并结合遗传算法实现多目标优化,得到了AA6061铝合金热冲压的最佳成形工艺参数。优化之后,B柱的最大减薄率和最大增厚率分别从56.5%和14.2%降到了13.0%和10.0%,通过优化之后的工艺参数,制得了成形性良好、尺寸精度高的零件。结果证明了基于神经网络和遗传算法的热成形工艺优化方法的可行性和有效性。
2019, 48(4):1036-1045.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20170174
摘要:
本文研究了不同静磁场强度对7055铝合金显微组织和力学性能的影响，其中，位错特征、相变、织构、拉伸性能、断口形貌和残余应力都用先进检测技术进行了分析。结果表明：试样中的位错密度随着磁感应强度B的增加而呈上升趋势，位错由原来的低能胞状向网络状转变；此外，磁场也促进了晶粒的细化和η (MgZn2) 向η" 的转变，这有益于材料综合性能的提高。当B = 3 T时，磁场弱化了晶粒择优取向且重新调整了晶粒结构，此时，材料获得最优性能，延伸率，残余应力，抗拉强度分别为10.5%，38 MPa,，555MPa。断口形貌也通过扫描电镜进行了分析，其特征与材料塑性增强一致。
本文研究了不同静磁场强度对7055铝合金显微组织和力学性能的影响，其中，位错特征、相变、织构、拉伸性能、断口形貌和残余应力都用先进检测技术进行了分析。结果表明：试样中的位错密度随着磁感应强度B的增加而呈上升趋势，位错由原来的低能胞状向网络状转变；此外，磁场也促进了晶粒的细化和η (MgZn2) 向η" 的转变，这有益于材料综合性能的提高。当B = 3 T时，磁场弱化了晶粒择优取向且重新调整了晶粒结构，此时，材料获得最优性能，延伸率，残余应力，抗拉强度分别为10.5%，38 MPa,，555MPa。断口形貌也通过扫描电镜进行了分析，其特征与材料塑性增强一致。
2019, 48(4):1051-1058.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171072
摘要:
本文运用三维有限元弹塑性分析计算了含环向穿透裂纹TA2各向同性和正交各向异性管道的极限载荷，J积分以及失效评定曲线。研究了不同几何尺寸和不同裂纹尺寸的管道以及正交各向异性对失效评定曲线的影响。结果表明：正交各向异性管道与各向同性管道的极限载荷，J积分有明显差异。如果将正交各向异性材料视作各向同性，当内压与极限载荷比Lr < 0.9时，评定结果会比较保守，相反当Lr >0.9时，评定结果会有一定的危险。对正交各向异性材料而言管道轴向力学性能强于环向时比较危险。因此对含环向穿透裂纹管道进行失效评定时，材料正交各向异性的影响不能忽略。
本文运用三维有限元弹塑性分析计算了含环向穿透裂纹TA2各向同性和正交各向异性管道的极限载荷，J积分以及失效评定曲线。研究了不同几何尺寸和不同裂纹尺寸的管道以及正交各向异性对失效评定曲线的影响。结果表明：正交各向异性管道与各向同性管道的极限载荷，J积分有明显差异。如果将正交各向异性材料视作各向同性，当内压与极限载荷比Lr < 0.9时，评定结果会比较保守，相反当Lr >0.9时，评定结果会有一定的危险。对正交各向异性材料而言管道轴向力学性能强于环向时比较危险。因此对含环向穿透裂纹管道进行失效评定时，材料正交各向异性的影响不能忽略。
2019, 48(4):1096-1101.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170975
摘要:
本文分析不同工艺参数（工艺1和工艺2）激光冲击不同厚度Al7050合金的层裂特性，研究Al7050合金的层裂机理和层裂阈值。采用光子多普勒测速（PDV）系统和扫描电镜（SEM），分析工艺1激光冲击0.33mm厚Al7050合金的自由面质点速度和自由面层裂断口形貌。采用超声波无损检测、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM），分析工艺2激光冲击5mm厚Al7050合金的层裂大小、层裂厚度和层裂断口形貌。研究结果表明基于PDV测试数据，获得激光冲击0.33 mm厚Al7050合金的层裂强度和激光冲击应变率。0.33 mm厚Al7050合金的自由面断口形貌被详细分析。随着连续激光冲击次数增加，5 mm厚Al7050合金的层裂大小增加，层裂厚度范围为343 μm到364 μm。层裂机理为微空洞的韧性断裂和直裂纹的脆性断裂的混合断裂。单点连续5次激光冲击为5 mm厚Al7050合金的层裂阈值。与基体材料相比，单点连续5次激光冲击5 mm厚Al7050合金的表层显微硬度提高，而自由面附近的显微硬度降低。研究结果不仅为激光冲击强化铝合金的层裂行为研究提供重要见解，而且为激光冲击强化工业应用避免层裂提供基础研究。
本文分析不同工艺参数（工艺1和工艺2）激光冲击不同厚度Al7050合金的层裂特性，研究Al7050合金的层裂机理和层裂阈值。采用光子多普勒测速（PDV）系统和扫描电镜（SEM），分析工艺1激光冲击0.33mm厚Al7050合金的自由面质点速度和自由面层裂断口形貌。采用超声波无损检测、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM），分析工艺2激光冲击5mm厚Al7050合金的层裂大小、层裂厚度和层裂断口形貌。研究结果表明基于PDV测试数据，获得激光冲击0.33 mm厚Al7050合金的层裂强度和激光冲击应变率。0.33 mm厚Al7050合金的自由面断口形貌被详细分析。随着连续激光冲击次数增加，5 mm厚Al7050合金的层裂大小增加，层裂厚度范围为343 μm到364 μm。层裂机理为微空洞的韧性断裂和直裂纹的脆性断裂的混合断裂。单点连续5次激光冲击为5 mm厚Al7050合金的层裂阈值。与基体材料相比，单点连续5次激光冲击5 mm厚Al7050合金的表层显微硬度提高，而自由面附近的显微硬度降低。研究结果不仅为激光冲击强化铝合金的层裂行为研究提供重要见解，而且为激光冲击强化工业应用避免层裂提供基础研究。
2019, 48(4):1102-1108.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170983
摘要:
TiAl合金虽然具有很多优良性能,在航空航天和汽车工业广泛运用,但其室温脆性、断裂韧性还有待解决。本文通过改变TiAl中Al的含量,用分子动力学方法研究了Al含量对含有裂纹的单晶TiAl试件性能及裂纹扩展的影响,分析了不同Al含量下的应力-应变曲线,缺陷的演化过程。模拟结果表明：Al含量不同,材料的弹性模量和强度也不同。Al含量低于45at%时,由于层错和位错的产生以及位错反应和运动产生的空位和空位的迁移提高了试件的塑性使得试件表现出良好的塑性,而大于该含量时,试件呈明显的脆性；Al含量较低时,裂纹以塑性变形的方式扩展,Al含量较高时,裂纹以脆性方式断裂。即Al 含量会影响材料的性能；随着Al含量降低,试件的塑性增强,此外,Al含量对裂纹的扩展机制也有很大影响。
TiAl合金虽然具有很多优良性能,在航空航天和汽车工业广泛运用,但其室温脆性、断裂韧性还有待解决。本文通过改变TiAl中Al的含量,用分子动力学方法研究了Al含量对含有裂纹的单晶TiAl试件性能及裂纹扩展的影响,分析了不同Al含量下的应力-应变曲线,缺陷的演化过程。模拟结果表明：Al含量不同,材料的弹性模量和强度也不同。Al含量低于45at%时,由于层错和位错的产生以及位错反应和运动产生的空位和空位的迁移提高了试件的塑性使得试件表现出良好的塑性,而大于该含量时,试件呈明显的脆性；Al含量较低时,裂纹以塑性变形的方式扩展,Al含量较高时,裂纹以脆性方式断裂。即Al 含量会影响材料的性能；随着Al含量降低,试件的塑性增强,此外,Al含量对裂纹的扩展机制也有很大影响。
2019, 48(4):1109-1115.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170991
摘要:
α相形态是影响钛合金力学性能的重要因素。为了预测初始层状α的Ti-55531（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr）的微观组织演变，采用Avrami方程对Ti-55531热变形过程中的动态球化动力学模型进行了表征。为了确定方程的参数，为了获得应力σ-应变ε曲线进行了一系列热模拟实验。通过进一步将应力σ-应变ε曲线转化为应变硬化速率dσ/dε-ε曲线，可以获得临界应变εc（对应dσ/dε的最小值）和峰值应变εp（dσ/dε=0时的应变）。还测量了不同变形条件下的动态球化分数fg。接下来，通过线性拟合应变率，温度和动态球化部分之间的关系来确定Avrami方程中的参数。得到的Avrami方程表示为fg=1-exp[-0.5783（（ε-εc）/εc）0.907]，其中εc=0.6053εp，εp=1.249×10-4?0.0807exp（58580/RT）。最后，将获得的动态球化动力学模型植入有限元程序中模拟动态球化动力学。将动态球化动力学模型与有限元方法相结合，有效地预测了针片α动态球化动力学过程。
α相形态是影响钛合金力学性能的重要因素。为了预测初始层状α的Ti-55531（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr）的微观组织演变，采用Avrami方程对Ti-55531热变形过程中的动态球化动力学模型进行了表征。为了确定方程的参数，为了获得应力σ-应变ε曲线进行了一系列热模拟实验。通过进一步将应力σ-应变ε曲线转化为应变硬化速率dσ/dε-ε曲线，可以获得临界应变εc（对应dσ/dε的最小值）和峰值应变εp（dσ/dε=0时的应变）。还测量了不同变形条件下的动态球化分数fg。接下来，通过线性拟合应变率，温度和动态球化部分之间的关系来确定Avrami方程中的参数。得到的Avrami方程表示为fg=1-exp[-0.5783（（ε-εc）/εc）0.907]，其中εc=0.6053εp，εp=1.249×10-4?0.0807exp（58580/RT）。最后，将获得的动态球化动力学模型植入有限元程序中模拟动态球化动力学。将动态球化动力学模型与有限元方法相结合，有效地预测了针片α动态球化动力学过程。
2019, 48(4):1124-1129.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180833
摘要:
Ti35合金具有优良的耐腐蚀性能,可在沸腾状态下高浓度的氧化性酸介质中进行长期工作,是商业后处理较为理想的候选材料。本文采用电化学测试系统测试了Ti35合金在含有不同氟离子浓度的6M硝酸溶液中的开路电位(OCP)、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS),探讨了氟离子对Ti35合金耐蚀性能的影响。结果表明：随着氟离子浓度的增加,合金耐蚀性下降,但总体而言合金仍具有良好的耐蚀性。影响合金耐蚀性转变的氟离子浓度临界值约为50ppm,进一步应用混合电位理论,解释合金耐蚀性转变的原因。
Ti35合金具有优良的耐腐蚀性能,可在沸腾状态下高浓度的氧化性酸介质中进行长期工作,是商业后处理较为理想的候选材料。本文采用电化学测试系统测试了Ti35合金在含有不同氟离子浓度的6M硝酸溶液中的开路电位(OCP)、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS),探讨了氟离子对Ti35合金耐蚀性能的影响。结果表明：随着氟离子浓度的增加,合金耐蚀性下降,但总体而言合金仍具有良好的耐蚀性。影响合金耐蚀性转变的氟离子浓度临界值约为50ppm,进一步应用混合电位理论,解释合金耐蚀性转变的原因。
2019, 48(4):1155-1160.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170820
摘要:
对7A99超高强铝合金反向挤压材采用T6峰值时效处理与冷热循环峰值时效热处理(简称T6-DCT),通过TEM、HRTEM与3DAP研究深冷处理对峰值时效析出相的种类、分布、尺寸以及析出密度的影响。结果表明,冷热循环峰值时效处理后晶粒内部析出相种类增多,由η"相变成η"相与η相共存；冷热循环峰值时效处理可以将析出相的平均等效半径由1.2 nm减小为1.0 nm,将析出相的密度由4.53×1024/m3提升至7.55×1024/m3,实现弥散强化；深冷处理可以降低 Zn、Mg元素的微观偏聚,提高析出相的分布均匀性。
对7A99超高强铝合金反向挤压材采用T6峰值时效处理与冷热循环峰值时效热处理(简称T6-DCT),通过TEM、HRTEM与3DAP研究深冷处理对峰值时效析出相的种类、分布、尺寸以及析出密度的影响。结果表明,冷热循环峰值时效处理后晶粒内部析出相种类增多,由η"相变成η"相与η相共存；冷热循环峰值时效处理可以将析出相的平均等效半径由1.2 nm减小为1.0 nm,将析出相的密度由4.53×1024/m3提升至7.55×1024/m3,实现弥散强化；深冷处理可以降低 Zn、Mg元素的微观偏聚,提高析出相的分布均匀性。
2019, 48(4):1161-1167.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170827
摘要:
进行T2/TC4电偶对在静态人造海水中的电偶腐蚀实验，通过电化学工作站、原子发射光谱分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)研究T2/TC4在静态人造海水中电偶腐蚀时的铜离子释放速率与腐蚀行为。结果表明：当T2/TC4发生电偶腐蚀时反应强烈，T2为电偶对阳极发生加速腐蚀，TC4为电偶对阴极；与T2自腐蚀相比，T2/TC4电偶腐蚀的铜离子释放速率提高了数十倍，可以维持在160μg/(cm2.d)左右，能达到抑制大多数海洋生物附着的海洋防污要求；T2自腐蚀的腐蚀产物以Cu2O为主，与TC4电偶腐蚀后的T2试样表面无腐蚀产物覆盖。
进行T2/TC4电偶对在静态人造海水中的电偶腐蚀实验，通过电化学工作站、原子发射光谱分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)研究T2/TC4在静态人造海水中电偶腐蚀时的铜离子释放速率与腐蚀行为。结果表明：当T2/TC4发生电偶腐蚀时反应强烈，T2为电偶对阳极发生加速腐蚀，TC4为电偶对阴极；与T2自腐蚀相比，T2/TC4电偶腐蚀的铜离子释放速率提高了数十倍，可以维持在160μg/(cm2.d)左右，能达到抑制大多数海洋生物附着的海洋防污要求；T2自腐蚀的腐蚀产物以Cu2O为主，与TC4电偶腐蚀后的T2试样表面无腐蚀产物覆盖。
2019, 48(4):1174-1178.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170883
摘要:
Ti-22Al-25Nb合金是一种新型的Ti2AlNb合金，但是其热加工温度高，变形抗力大一直是限制合金应用的重要瓶颈。热氢工艺作为一种有效的降低钛合金变形抗力的方法，近年来也被应用于Ti2AlNb合金。本文发现在添加0.2wt.%氢后Ti-22Al-25Nb合金的热处理过程中，相变过程加快，相变点降低。并且氢促进B2相再结晶过程，960℃晶粒尺寸从135μm细化到60μm。在升温过程中氢促进强化相O相分解为B2相，并促进α2相从颗粒状转变为条状。在750℃保温时氢促进O相在晶界处优先析出并迅速长大，氢加快了B2→O相的转变过程。
Ti-22Al-25Nb合金是一种新型的Ti2AlNb合金，但是其热加工温度高，变形抗力大一直是限制合金应用的重要瓶颈。热氢工艺作为一种有效的降低钛合金变形抗力的方法，近年来也被应用于Ti2AlNb合金。本文发现在添加0.2wt.%氢后Ti-22Al-25Nb合金的热处理过程中，相变过程加快，相变点降低。并且氢促进B2相再结晶过程，960℃晶粒尺寸从135μm细化到60μm。在升温过程中氢促进强化相O相分解为B2相，并促进α2相从颗粒状转变为条状。在750℃保温时氢促进O相在晶界处优先析出并迅速长大，氢加快了B2→O相的转变过程。
2019, 48(4):1183-1188.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170769
摘要:
摘 要:研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为，分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明，微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损；腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳；Al2O3\TC4摩擦系数曲线波动较大，载荷较大时由微动转为往复滑动。Si3N4\TC4磨损量和磨损率均比GCr15\TC4的大，GCr15\TC4耐磨性优于Si3N4\TC4，GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。
摘 要:研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为，分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明，微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损；腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳；Al2O3\TC4摩擦系数曲线波动较大，载荷较大时由微动转为往复滑动。Si3N4\TC4磨损量和磨损率均比GCr15\TC4的大，GCr15\TC4耐磨性优于Si3N4\TC4，GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。
2019, 48(4):1189-1194.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170776
摘要:
通过高压扭转工艺制备不同扭转圈数的TA15试样,利用金相观察、X射线衍射分析和显微硬度测试,分析高压扭转工艺对TA15钛合金组织和性能的影响。结果表明,变形后试样显微组织沿径向分布不均匀,随着扭转圈数增加,组织中粗大的初生等轴α相逐渐减少,晶粒细化效果明显,材料在(200)晶面出现择优取向；高压扭转变形后,材料的亚晶尺寸减小,微观应变和位错密度显著增加；变形后试样的显微硬度显著提高,且随着扭转圈数的增加,硬度逐渐增加,扭转圈数大于4圈时,显微硬度值趋于饱和。
通过高压扭转工艺制备不同扭转圈数的TA15试样,利用金相观察、X射线衍射分析和显微硬度测试,分析高压扭转工艺对TA15钛合金组织和性能的影响。结果表明,变形后试样显微组织沿径向分布不均匀,随着扭转圈数增加,组织中粗大的初生等轴α相逐渐减少,晶粒细化效果明显,材料在(200)晶面出现择优取向；高压扭转变形后,材料的亚晶尺寸减小,微观应变和位错密度显著增加；变形后试样的显微硬度显著提高,且随着扭转圈数的增加,硬度逐渐增加,扭转圈数大于4圈时,显微硬度值趋于饱和。
2019, 48(4):1195-1201.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170779
摘要:
本文开展了轧制方式对工业纯钛TA2板的织构演变的影响研究。通过三种轧制方式,即等温轧制,差温轧制和反复弯轧,其中差温轧制的上辊温度高于下辊温度90℃,反复弯轧则是差温带异步轧制,并进行正弯和反弯变形。轧制后的三种钛材采用EBSD手段分析晶粒取向和织构变化。结果显示三种轧制方式获得钛板的变形织构出现明显差异,等温轧制变形织构与文献报道的典型的α-Ti轧制织构类似,差别仅在于主要峰位置的角度稍许偏移,其变形大晶粒和再结晶细晶取向沿<0001>//RD；差温轧制的变形织构为柱面织构,晶粒取向为<2-1-10>//RD。其主要原因是上下辊表面温度差异诱发材料厚向产生均匀一致的剪应变,这类似于等通道挤压变形的效果。而反复弯轧的织构同时存在基面织构与锥面织构等变形织构组分,但锥面织构占主导,其细晶取向除沿较强的<0001>//RD方向外,还有沿其他两个较弱的取向<2-1-12>//RD 和<2-1-13>//RD。
本文开展了轧制方式对工业纯钛TA2板的织构演变的影响研究。通过三种轧制方式,即等温轧制,差温轧制和反复弯轧,其中差温轧制的上辊温度高于下辊温度90℃,反复弯轧则是差温带异步轧制,并进行正弯和反弯变形。轧制后的三种钛材采用EBSD手段分析晶粒取向和织构变化。结果显示三种轧制方式获得钛板的变形织构出现明显差异,等温轧制变形织构与文献报道的典型的α-Ti轧制织构类似,差别仅在于主要峰位置的角度稍许偏移,其变形大晶粒和再结晶细晶取向沿<0001>//RD；差温轧制的变形织构为柱面织构,晶粒取向为<2-1-10>//RD。其主要原因是上下辊表面温度差异诱发材料厚向产生均匀一致的剪应变,这类似于等通道挤压变形的效果。而反复弯轧的织构同时存在基面织构与锥面织构等变形织构组分,但锥面织构占主导,其细晶取向除沿较强的<0001>//RD方向外,还有沿其他两个较弱的取向<2-1-12>//RD 和<2-1-13>//RD。
2019, 48(4):1213-1219.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170784
摘要:
主要采用变进给试验法,开展了正弦变进给高效铣削Ti40阻燃钛合金试验和理论研究。建立了正弦变进给变化幅度、变化周期及进给步持续时间与刀具耐用度的关系模型,并对模型参数进行优化,结果表明：当进给变化幅度为11.72%,变化周期为120s,进给步持续时间为5s时,刀具耐用度相比传统铣削,增长幅度最高可达33%。变进给铣削Ti40阻燃钛合金改变了刀具磨损的形态和机理,主要表现是增大前刀面与切屑的接触面积,改变月牙洼磨损的位置,同时减小月牙洼磨损的深度和磨损速率,增强铣削中刀具切削刃强度,从而提高了刀具耐用度。
主要采用变进给试验法,开展了正弦变进给高效铣削Ti40阻燃钛合金试验和理论研究。建立了正弦变进给变化幅度、变化周期及进给步持续时间与刀具耐用度的关系模型,并对模型参数进行优化,结果表明：当进给变化幅度为11.72%,变化周期为120s,进给步持续时间为5s时,刀具耐用度相比传统铣削,增长幅度最高可达33%。变进给铣削Ti40阻燃钛合金改变了刀具磨损的形态和机理,主要表现是增大前刀面与切屑的接触面积,改变月牙洼磨损的位置,同时减小月牙洼磨损的深度和磨损速率,增强铣削中刀具切削刃强度,从而提高了刀具耐用度。
2019, 48(4):1220-1224.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170839
摘要:
利用高温 Hopkinson 压杆试验系统,对TB6钛合金分别进行应变率为3000s-1,不同温度下(550-850℃)的动态压缩力学性能测试,得到材料在不同温度和应变率耦合作用下的真应力-应变曲线,考察材料流动应力的温度和应变率敏感性。实验结果表明,在高应变率条件下,材料具有一定的应变率增强、增塑效应,随着温度的升高,塑性变形产生的绝热升温热软化作用增强,剪切带长度增加；材料在750℃表现出反常的应变率软化现象,剪切带分叉可能是造成强度下降的原因。
利用高温 Hopkinson 压杆试验系统,对TB6钛合金分别进行应变率为3000s-1,不同温度下(550-850℃)的动态压缩力学性能测试,得到材料在不同温度和应变率耦合作用下的真应力-应变曲线,考察材料流动应力的温度和应变率敏感性。实验结果表明,在高应变率条件下,材料具有一定的应变率增强、增塑效应,随着温度的升高,塑性变形产生的绝热升温热软化作用增强,剪切带长度增加；材料在750℃表现出反常的应变率软化现象,剪切带分叉可能是造成强度下降的原因。
2019, 48(4):1231-1238.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170865
摘要:
本文研究了预扭转和退火热处理对TA2拉伸力学性能的影响。试验结果表明,预扭转可显著增强TA2的拉伸屈服强度和极限强度,在一定范围内屈服强度随预扭转角增加而增大,当预扭转角超过一定值(6π)时,屈服强度急剧下降；极限强度随预扭转角增大一直呈上升趋势；延伸率随预扭转角的增加逐渐降低。预扭转后TA2不同温度(350°C-750°C)的退火热处理试验表明,随着退火温度的提高,TA2强度逐渐降低,650°C时其强度已降低至母材初始值；延伸率随退火温度的升高而逐渐升高,但不能完全恢复至母材初始值。观察断口发现,随着预扭转角增加断口韧窝逐渐变小、变浅,预扭转为8π时出现了河流发散状的解理条纹。金相组织表明,预扭转后产生的大量孪晶和形变组织是导致TA2强度增大的主要原因。
本文研究了预扭转和退火热处理对TA2拉伸力学性能的影响。试验结果表明,预扭转可显著增强TA2的拉伸屈服强度和极限强度,在一定范围内屈服强度随预扭转角增加而增大,当预扭转角超过一定值(6π)时,屈服强度急剧下降；极限强度随预扭转角增大一直呈上升趋势；延伸率随预扭转角的增加逐渐降低。预扭转后TA2不同温度(350°C-750°C)的退火热处理试验表明,随着退火温度的提高,TA2强度逐渐降低,650°C时其强度已降低至母材初始值；延伸率随退火温度的升高而逐渐升高,但不能完全恢复至母材初始值。观察断口发现,随着预扭转角增加断口韧窝逐渐变小、变浅,预扭转为8π时出现了河流发散状的解理条纹。金相组织表明,预扭转后产生的大量孪晶和形变组织是导致TA2强度增大的主要原因。
2019, 48(4):1239-1248.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170896
摘要:
具有壁薄、尺寸大、加工精度高、材料去除量大等特点的航空整体结构件,其毛坯大多选用预拉伸铝合金厚板。在高速切削成形过程中,随着材料的大量去除,毛坯内初始残余应力势必发生释放,零件只有通过弯曲变形等行为才能达到新的平衡状态,导致加工精度得不到保证,甚至成为废品。因此,研究残余应力释放产生加工变形的演化机制,是控制和保证加工质量的核心所在,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,依据毛坯分解为去除材料和成形零件两部分,将初始残余应力分为释放应力和有效应力,利用静力平衡条件和弯曲变形理论建立加工变形的分析模型。然后采用有限元方法求解加工变形的分析模型,通过现场加工零件后经测试可知：加工变形的仿真值与测量值相比,无论是幅值水平还是变形曲线,尽管均具有具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者亦存在10%左右的幅值误差。最后建立以最小加工变形为目标的零件加工位置优化模型。通过以一定步长正向从最小值开始选取加工位置,根据当前值与上一次取值的变形方向差异,确定下一次取值的步长及其方向,若变形方向相同则以相同步长继续正向取值,否则减小步长反向取值,直至步长的绝对值在阈值范围之内,提出求解加工位置优化模型的变向迭代方法。与企业实际使用的中间位置法相比,变向迭代方法能够使得加工变形减小99.79%。
具有壁薄、尺寸大、加工精度高、材料去除量大等特点的航空整体结构件,其毛坯大多选用预拉伸铝合金厚板。在高速切削成形过程中,随着材料的大量去除,毛坯内初始残余应力势必发生释放,零件只有通过弯曲变形等行为才能达到新的平衡状态,导致加工精度得不到保证,甚至成为废品。因此,研究残余应力释放产生加工变形的演化机制,是控制和保证加工质量的核心所在,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,依据毛坯分解为去除材料和成形零件两部分,将初始残余应力分为释放应力和有效应力,利用静力平衡条件和弯曲变形理论建立加工变形的分析模型。然后采用有限元方法求解加工变形的分析模型,通过现场加工零件后经测试可知：加工变形的仿真值与测量值相比,无论是幅值水平还是变形曲线,尽管均具有具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者亦存在10%左右的幅值误差。最后建立以最小加工变形为目标的零件加工位置优化模型。通过以一定步长正向从最小值开始选取加工位置,根据当前值与上一次取值的变形方向差异,确定下一次取值的步长及其方向,若变形方向相同则以相同步长继续正向取值,否则减小步长反向取值,直至步长的绝对值在阈值范围之内,提出求解加工位置优化模型的变向迭代方法。与企业实际使用的中间位置法相比,变向迭代方法能够使得加工变形减小99.79%。
2019, 48(4):1260-1266.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170819
摘要:
本文研究了TC21钛合金在两相区固溶后直接在较低温度保温一定时间水冷到室温（等温淬火）获得的组织与力学性能。将试样在900℃ 固溶0.5h，分别在600℃-60℃ 温度范围等温保温1h后水冷到室温，观察微观组织特征，测试宏观和显微硬度以及拉伸性能。结果表明：从600℃到400℃，次生α相宽度逐渐减小；从400℃ 到60℃，次生α相宽度几乎保持不变。宏观维氏硬度与β转变基体的微观维氏硬度变化规律相同。随着等温淬火温度提高，延伸率和断面收缩率缓慢增加。TC21钛合金的硬度、强度随着次生α相宽度的减小而升高。300或400℃ 等温淬火所得组织的强度与塑性的匹配性最好。
本文研究了TC21钛合金在两相区固溶后直接在较低温度保温一定时间水冷到室温（等温淬火）获得的组织与力学性能。将试样在900℃ 固溶0.5h，分别在600℃-60℃ 温度范围等温保温1h后水冷到室温，观察微观组织特征，测试宏观和显微硬度以及拉伸性能。结果表明：从600℃到400℃，次生α相宽度逐渐减小；从400℃ 到60℃，次生α相宽度几乎保持不变。宏观维氏硬度与β转变基体的微观维氏硬度变化规律相同。随着等温淬火温度提高，延伸率和断面收缩率缓慢增加。TC21钛合金的硬度、强度随着次生α相宽度的减小而升高。300或400℃ 等温淬火所得组织的强度与塑性的匹配性最好。
2019, 48(4):1267-1274.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180945
摘要:
本文针对7475铝合金回填式搅拌摩擦点焊展开研究,首先采用不同工艺参数对2mm 7475铝合金进行焊接,然后对焊点表面和横截面进行观察,同时对试样进行硬度测量和拉伸剪切测试。结果表明,根据焊缝微观组织可以将焊点分为四个部分,不同部位的晶粒尺寸不同；并在微观组织中发现了Hook、孔洞和未连接等由于材料流动性不佳造成的微观组织缺陷；同时,母材区和搅拌区的硬度明显高于热影响区和热机影响区；另外,焊点的最高硬度和拉伸剪切强度随着焊具旋转速度、搅拌套下压深度的变化而呈现规律性变化,但是搅拌套运动速率对焊点力学性能的影响不明显。
本文针对7475铝合金回填式搅拌摩擦点焊展开研究,首先采用不同工艺参数对2mm 7475铝合金进行焊接,然后对焊点表面和横截面进行观察,同时对试样进行硬度测量和拉伸剪切测试。结果表明,根据焊缝微观组织可以将焊点分为四个部分,不同部位的晶粒尺寸不同；并在微观组织中发现了Hook、孔洞和未连接等由于材料流动性不佳造成的微观组织缺陷；同时,母材区和搅拌区的硬度明显高于热影响区和热机影响区；另外,焊点的最高硬度和拉伸剪切强度随着焊具旋转速度、搅拌套下压深度的变化而呈现规律性变化,但是搅拌套运动速率对焊点力学性能的影响不明显。
2019, 48(4):1275-1280.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180730
摘要:
为制备钛合金/镍基高温合金复合构件,拓展二者应用领域,本文以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了TC4钛合金/GH4169高温合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能实验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明：在连接温度为960℃,保温时间30min,连接压力5MPa的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了“GH4169 / Ni(s,s)/ TiNi<sub>3</sub> / Ti<sub>2</sub>Ni/ Ti / Ti<sub>2</sub>Ni / Ni / TiNi/ TC4”的多层梯度结构接头,除了“Ni / TiNi+Ti<sub>2</sub>Ni”界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头内应力；GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi<sub>3</sub>硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的“Ni / TiNi+Ti<sub>2</sub>Ni”界面区域,呈脆性断裂特征。
为制备钛合金/镍基高温合金复合构件,拓展二者应用领域,本文以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了TC4钛合金/GH4169高温合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能实验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明：在连接温度为960℃,保温时间30min,连接压力5MPa的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了“GH4169 / Ni(s,s)/ TiNi<sub>3</sub> / Ti<sub>2</sub>Ni/ Ti / Ti<sub>2</sub>Ni / Ni / TiNi/ TC4”的多层梯度结构接头,除了“Ni / TiNi+Ti<sub>2</sub>Ni”界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头内应力；GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi<sub>3</sub>硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的“Ni / TiNi+Ti<sub>2</sub>Ni”界面区域,呈脆性断裂特征。
2019, 48(4):1352-1360.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170806
摘要:
表面形变纳米化技术通过外力作用使金属表面发生强烈塑性变形，形成梯度纳米-亚微米结构改性层，此独特的组织结构既能促进氮化过程，又益于形成优异的渗氮层，使金属材料整体综合性能和服役寿命显著提升，在诸多工业领域展示出良好的应用前景。表面形变纳米化因在促进渗氮中的学术和工业应用价值，已得到国内外学者广泛的关注。本文较全面地总结了表面形变纳米化对氮化促进行为方面的研究进展，并指出了存在的问题及未来发展趋势。
表面形变纳米化技术通过外力作用使金属表面发生强烈塑性变形，形成梯度纳米-亚微米结构改性层，此独特的组织结构既能促进氮化过程，又益于形成优异的渗氮层，使金属材料整体综合性能和服役寿命显著提升，在诸多工业领域展示出良好的应用前景。表面形变纳米化因在促进渗氮中的学术和工业应用价值，已得到国内外学者广泛的关注。本文较全面地总结了表面形变纳米化对氮化促进行为方面的研究进展，并指出了存在的问题及未来发展趋势。
2019, 48(4):1046-1050.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.e20170871
摘要:
一台已建成的真空管道高温超导侧挂悬浮旋转运动系统，其两条永磁轨道分别具有单峰磁结构。在悬浮间隙为6mm时，该系统磁悬浮车在真空管道内可以达到80Km/h以上。本文讨论了进一步增加磁浮车运行速度而不显著改变系统结构的方法。将系统中两根平行永磁轨道合并成一个具有三峰磁结构的永磁轨道可以显著增加系统的悬浮力。由此可能明显提高系统最大运行速度。然而，由于磁浮车质量也随之增大，并抵消掉悬浮力增大带来的效应。综合评估两方面效应，结果表明三峰轨道结构比单峰结构支持系统更高的运行速度。并且，对于三峰磁结构轨道而言，系统最大运行速度随超导块数量的增加而增大。当布置18列超导块时，三峰结构磁轨支持磁浮车运行速度比单峰磁轨结构快8.2%。
一台已建成的真空管道高温超导侧挂悬浮旋转运动系统，其两条永磁轨道分别具有单峰磁结构。在悬浮间隙为6mm时，该系统磁悬浮车在真空管道内可以达到80Km/h以上。本文讨论了进一步增加磁浮车运行速度而不显著改变系统结构的方法。将系统中两根平行永磁轨道合并成一个具有三峰磁结构的永磁轨道可以显著增加系统的悬浮力。由此可能明显提高系统最大运行速度。然而，由于磁浮车质量也随之增大，并抵消掉悬浮力增大带来的效应。综合评估两方面效应，结果表明三峰轨道结构比单峰结构支持系统更高的运行速度。并且，对于三峰磁结构轨道而言，系统最大运行速度随超导块数量的增加而增大。当布置18列超导块时，三峰结构磁轨支持磁浮车运行速度比单峰磁轨结构快8.2%。
2019, 48(4):1059-1064.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171017
摘要:
简要介绍高熵合金的发展和其相形成判据。针对高熵合金的大数据体系提出一种新的设计形式，设计并研究了一种新的高熵合金。结果表明： AxByC(100-a-b-x-y)DaEb的设计形式比起以往的伪二元系合金形式，如 AxBCDE，更加符合大数据体系的要求。提出的设计方法能够直观快捷的从高熵合金大数据体系中筛选出预期的合金成分。设计的高熵合金，AlCoCrFeMo0.05Ni2，与目标合金相符，且在700℃下有很好的应用前景。
简要介绍高熵合金的发展和其相形成判据。针对高熵合金的大数据体系提出一种新的设计形式，设计并研究了一种新的高熵合金。结果表明： AxByC(100-a-b-x-y)DaEb的设计形式比起以往的伪二元系合金形式，如 AxBCDE，更加符合大数据体系的要求。提出的设计方法能够直观快捷的从高熵合金大数据体系中筛选出预期的合金成分。设计的高熵合金，AlCoCrFeMo0.05Ni2，与目标合金相符，且在700℃下有很好的应用前景。
2019, 48(4):1065-1073.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171033
摘要:
由于优秀的导电性能,单晶铜已经在各个领域得到了广泛的应用。然而,较低的强度性能严重阻碍了其进一步的发展和使用。所以,使用ECAP技术对单晶铜进行强化,同时研究采用三个不同路径挤压时对材料性能的影响。使用电子背散射衍射和 X 射线衍射来对 6 道次 ECAP 变形过程中单晶铜的织构进行检测。模具的内角为 120°,挤压路径为 A、Bc、C。结果表明： 5 道次挤压后,A 路径,Bc路径和 C 路径的强度和延伸率分别为 405MPa 、30%,395 MPa、26.7%,385 MPa 、27.9%。6 道次挤压后,A 路径的织构为{112}<110>以及较弱的{110}<112>织构；Bc 路径为{001}<110>织构；而 C 路径的织构已经产生了分散。当采用 C 路径进行几道次的挤压后,首先在其极图中出现了双织构并存的情况,随后 A 路径极图中同样出现了双织构。而在 Bc 路径极图中,并没有其他的织构出现。在挤压过程中材料的导电性只有少量的下降,且全部在 98%IACS 以上。可以看出,在合适的应变量下,ECAP 可以使单晶铜强度明显提高而且导电性损失很小。同时,采用不同的挤压路径可以显著影响材料的性能,例如采用A路径挤压出的材料有最高的强度,C路径挤压出的材料有最好的导电性能。
由于优秀的导电性能,单晶铜已经在各个领域得到了广泛的应用。然而,较低的强度性能严重阻碍了其进一步的发展和使用。所以,使用ECAP技术对单晶铜进行强化,同时研究采用三个不同路径挤压时对材料性能的影响。使用电子背散射衍射和 X 射线衍射来对 6 道次 ECAP 变形过程中单晶铜的织构进行检测。模具的内角为 120°,挤压路径为 A、Bc、C。结果表明： 5 道次挤压后,A 路径,Bc路径和 C 路径的强度和延伸率分别为 405MPa 、30%,395 MPa、26.7%,385 MPa 、27.9%。6 道次挤压后,A 路径的织构为{112}<110>以及较弱的{110}<112>织构；Bc 路径为{001}<110>织构；而 C 路径的织构已经产生了分散。当采用 C 路径进行几道次的挤压后,首先在其极图中出现了双织构并存的情况,随后 A 路径极图中同样出现了双织构。而在 Bc 路径极图中,并没有其他的织构出现。在挤压过程中材料的导电性只有少量的下降,且全部在 98%IACS 以上。可以看出,在合适的应变量下,ECAP 可以使单晶铜强度明显提高而且导电性损失很小。同时,采用不同的挤压路径可以显著影响材料的性能,例如采用A路径挤压出的材料有最高的强度,C路径挤压出的材料有最好的导电性能。
2019, 48(4):1074-1078.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171015
摘要:
本文采用磁控溅射法用In2O3靶、Ga2O3靶、Mg靶在Si片上制备出InxGa1-xN薄膜和Mg掺杂的InxGa1-xN薄膜。薄膜中的In组分随着Mg的掺杂而减少，因为Mg的掺杂抑制了In-N键的形成，并增加了Ga进入薄膜的机会。通过EDS对Mg掺杂的InxGa1-xN薄膜的分析表明，有1.4%的Mg组分被成功地注入进InxGa1-xN薄膜。电学性能分析表明 In0.84Ga0.16N 和Mg掺杂的 In0.1Ga0.9N薄膜导电类型由n型转变为p型，而且Mg掺杂的 In0.1Ga0.9N薄膜的空穴浓度和电子迁移率分别为 2.65×1018 cm?3 和3.9 cm2/Vs。
本文采用磁控溅射法用In2O3靶、Ga2O3靶、Mg靶在Si片上制备出InxGa1-xN薄膜和Mg掺杂的InxGa1-xN薄膜。薄膜中的In组分随着Mg的掺杂而减少，因为Mg的掺杂抑制了In-N键的形成，并增加了Ga进入薄膜的机会。通过EDS对Mg掺杂的InxGa1-xN薄膜的分析表明，有1.4%的Mg组分被成功地注入进InxGa1-xN薄膜。电学性能分析表明 In0.84Ga0.16N 和Mg掺杂的 In0.1Ga0.9N薄膜导电类型由n型转变为p型，而且Mg掺杂的 In0.1Ga0.9N薄膜的空穴浓度和电子迁移率分别为 2.65×1018 cm?3 和3.9 cm2/Vs。
2019, 48(4):1079-1086.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170939
摘要:
本文在不改变Inconel 625合金成分的前提下,通过冷变形及时效处理来调控合金中δ相的含量、分布及形貌,以确保合金组织的稳定性及使用可靠性。通过室温压缩试验和时效处理,研究了冷变形对δ相的含量、分布及形貌影响和δ相对Inconel 625合金管材组织性能的影响。采用XRD、SEM和EDS表征δ相的特征。研究表明,随着冷变形的增加,合金的平均晶粒尺寸减小,晶粒变形均匀性逐渐变好,合金的硬度增加；冷变形促进了δ相的析出；随着冷变形量的增加,δ相首先在形变孪晶界、晶界及变形带上析出,随后在晶内析出,针状的δ相呈现近正交状或网格状分布在晶内,且在变形带上平行排列,同时,随着冷变形量的增加,δ相的形貌由针状转变为短棒状或颗粒状；合金的平均晶粒尺寸随着冷变形量的增加和保温时间的延长而减小；当冷变形量为35 %时,合金的硬度保温时间的延伸而增加,而冷变形量超过50 %时合金的硬度没有发生明显的变化。
本文在不改变Inconel 625合金成分的前提下,通过冷变形及时效处理来调控合金中δ相的含量、分布及形貌,以确保合金组织的稳定性及使用可靠性。通过室温压缩试验和时效处理,研究了冷变形对δ相的含量、分布及形貌影响和δ相对Inconel 625合金管材组织性能的影响。采用XRD、SEM和EDS表征δ相的特征。研究表明,随着冷变形的增加,合金的平均晶粒尺寸减小,晶粒变形均匀性逐渐变好,合金的硬度增加；冷变形促进了δ相的析出；随着冷变形量的增加,δ相首先在形变孪晶界、晶界及变形带上析出,随后在晶内析出,针状的δ相呈现近正交状或网格状分布在晶内,且在变形带上平行排列,同时,随着冷变形量的增加,δ相的形貌由针状转变为短棒状或颗粒状；合金的平均晶粒尺寸随着冷变形量的增加和保温时间的延长而减小；当冷变形量为35 %时,合金的硬度保温时间的延伸而增加,而冷变形量超过50 %时合金的硬度没有发生明显的变化。
2019, 48(4):1087-1095.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170954
摘要:
本文使用电弧喷涂通过包套挤压+拉拔的方法制备的Zn55Al伪合金丝材成功的在Q235钢上喷涂出了Zn55Al涂层。通过扫描电镜和微区XRD研究了Zn55Al 伪合金丝材的显微结构。通过浸泡腐蚀实验和电化学方法研究了Zn55Al涂层、Zn15Al涂层和 Al涂层的腐蚀行为，并对比了三种涂层之间的差异。结果表明Zn55Al伪合金丝材由纯锌和纯铝组成，在整个成型过程中没有产生合金化。Zn55Al涂层由层片状的富锌相和富铝相组成。经过20天的浸泡实验，Zn55Al涂层形成了一层致密的钝化膜，比其他两种涂层有更好的耐腐蚀性。Zn55Al涂层的自腐蚀电位大约是-1.25v,高于Zn15Al涂层低于纯Al涂层和Q235基体.电偶腐蚀实验表明，Zn55Al涂层比Zn15Al涂层具有更好的点虎穴保护作用。这些结果说明Zn55Al涂层具有更好的耐腐蚀性和可以给Q235基体提供更强的电化学保护.本文也讨论了Zn55Al涂层的的腐蚀机理。
本文使用电弧喷涂通过包套挤压+拉拔的方法制备的Zn55Al伪合金丝材成功的在Q235钢上喷涂出了Zn55Al涂层。通过扫描电镜和微区XRD研究了Zn55Al 伪合金丝材的显微结构。通过浸泡腐蚀实验和电化学方法研究了Zn55Al涂层、Zn15Al涂层和 Al涂层的腐蚀行为，并对比了三种涂层之间的差异。结果表明Zn55Al伪合金丝材由纯锌和纯铝组成，在整个成型过程中没有产生合金化。Zn55Al涂层由层片状的富锌相和富铝相组成。经过20天的浸泡实验，Zn55Al涂层形成了一层致密的钝化膜，比其他两种涂层有更好的耐腐蚀性。Zn55Al涂层的自腐蚀电位大约是-1.25v,高于Zn15Al涂层低于纯Al涂层和Q235基体.电偶腐蚀实验表明，Zn55Al涂层比Zn15Al涂层具有更好的点虎穴保护作用。这些结果说明Zn55Al涂层具有更好的耐腐蚀性和可以给Q235基体提供更强的电化学保护.本文也讨论了Zn55Al涂层的的腐蚀机理。
2019, 48(4):1116-1123.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171004
摘要:
由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响，本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下，组织由基体NiAl相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10 μm/s增大到40 μm/s时，纤维尺寸从800 nm减小到300 nm，界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 M HCl电解液下测量其极化曲线，发现凝固速率为20 μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金，影响电化学腐蚀性能不仅仅是纤维尺寸，而且还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响，本文设计了跃迁变速实验，实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面最后变成枝界面，然而最后的纤维尺寸和变速比无关，和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。
由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响，本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下，组织由基体NiAl相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10 μm/s增大到40 μm/s时，纤维尺寸从800 nm减小到300 nm，界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 M HCl电解液下测量其极化曲线，发现凝固速率为20 μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金，影响电化学腐蚀性能不仅仅是纤维尺寸，而且还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响，本文设计了跃迁变速实验，实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面最后变成枝界面，然而最后的纤维尺寸和变速比无关，和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。
2019, 48(4):1130-1134.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181009
摘要:
为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100), (110), (111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400K以上。在三个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,其根本原因是由于不同晶面间的原子空间结构不同,(111)晶面的原子密度最大即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。
为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100), (110), (111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400K以上。在三个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,其根本原因是由于不同晶面间的原子空间结构不同,(111)晶面的原子密度最大即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。
2019, 48(4):1135-1141.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180767
摘要:
以高能球磨法制备的纳米MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合粉末为喷涂材料,利用等离子喷涂技术在GH4169合金表面沉积了MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合涂层,并研究了GH4169基材和复合涂层合金试样在900°C静态大气环境下的循环氧化行为。结果表明：复合涂层表现出较好的抗高温氧化性能,其氧化速率仅为1.23×10<sub>-7</sub> mg<sub>2</sub>.cm<sub>-4</sub>.s<sub>-1</sub>,这归因于MoSi<sub>2</sub>在氧化早期形成了SiO<sub>2</sub>相,可以自封氧化膜。氧化后期SiO<sub>2</sub>的脱落,Mo<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>相的再次氧化生成MoO<sub>3</sub>和MoO<sub>2</sub>气相,以及MoSi<sub>2</sub>的内氧化直接气化,会降低涂层的抗氧化性能。
以高能球磨法制备的纳米MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合粉末为喷涂材料,利用等离子喷涂技术在GH4169合金表面沉积了MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合涂层,并研究了GH4169基材和复合涂层合金试样在900°C静态大气环境下的循环氧化行为。结果表明：复合涂层表现出较好的抗高温氧化性能,其氧化速率仅为1.23×10<sub>-7</sub> mg<sub>2</sub>.cm<sub>-4</sub>.s<sub>-1</sub>,这归因于MoSi<sub>2</sub>在氧化早期形成了SiO<sub>2</sub>相,可以自封氧化膜。氧化后期SiO<sub>2</sub>的脱落,Mo<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>相的再次氧化生成MoO<sub>3</sub>和MoO<sub>2</sub>气相,以及MoSi<sub>2</sub>的内氧化直接气化,会降低涂层的抗氧化性能。
2019, 48(4):1142-1147.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180782
摘要:
采用SEM和TEM研究了室温(23℃)和中温(650℃、750℃、815℃)下第三代镍基粉末高温合金(FGH98)拉伸变形显微组织、行为和机制。实验结果表明：含有多模尺寸分布γ＇相的合金具有优良的拉伸性能,室温拉伸主要变形机制为位错剪切γ＇相形成层错,并在γ＇相周围形成位错环,阻碍后续位错运动。中温拉伸变形机制为位错剪切γ＇相形成层错和形变孪晶,随着变形温度的升高,形变孪晶增多。给出了a/3<112>不全位错剪切γ＇相形成层错和形变孪晶共存的模型,随着应变量的增加,在连续相邻的{111}滑移面上层错堆积变多,促进连续孪晶的形成,协调了γ和γ＇相两相之间的变形,有助于释放两相之间的变形应力和提高合金强韧性。
采用SEM和TEM研究了室温(23℃)和中温(650℃、750℃、815℃)下第三代镍基粉末高温合金(FGH98)拉伸变形显微组织、行为和机制。实验结果表明：含有多模尺寸分布γ＇相的合金具有优良的拉伸性能,室温拉伸主要变形机制为位错剪切γ＇相形成层错,并在γ＇相周围形成位错环,阻碍后续位错运动。中温拉伸变形机制为位错剪切γ＇相形成层错和形变孪晶,随着变形温度的升高,形变孪晶增多。给出了a/3<112>不全位错剪切γ＇相形成层错和形变孪晶共存的模型,随着应变量的增加,在连续相邻的{111}滑移面上层错堆积变多,促进连续孪晶的形成,协调了γ和γ＇相两相之间的变形,有助于释放两相之间的变形应力和提高合金强韧性。
2019, 48(4):1148-1154.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170811
摘要:
通过对固溶态及变形态GH4169合金进行时效处理，采用SEM技术研究Nb元素含量、晶界曲率对合金中δ相体积分数及尺寸的影响，讨论了δ相在弯曲界面析出的动力学规律。结果表明：GH4169合金中δ相析出的体积分数随Nb元素含量的增加而增加，δ相析出的峰值温度为920℃且受Nb元素含量的影响较小。随试样平均晶粒尺寸的降低，δ相的形核率和体积分数增加，尺寸降低。小角度晶界可有效促进δ相在晶粒内部析出。随晶界曲率半径的降低，δ相形核的临界势垒和临界半径降低，晶界δ相的形核率增加。在晶界析出δ相分别呈长针状、锯齿状及鱼尾状分布。
通过对固溶态及变形态GH4169合金进行时效处理，采用SEM技术研究Nb元素含量、晶界曲率对合金中δ相体积分数及尺寸的影响，讨论了δ相在弯曲界面析出的动力学规律。结果表明：GH4169合金中δ相析出的体积分数随Nb元素含量的增加而增加，δ相析出的峰值温度为920℃且受Nb元素含量的影响较小。随试样平均晶粒尺寸的降低，δ相的形核率和体积分数增加，尺寸降低。小角度晶界可有效促进δ相在晶粒内部析出。随晶界曲率半径的降低，δ相形核的临界势垒和临界半径降低，晶界δ相的形核率增加。在晶界析出δ相分别呈长针状、锯齿状及鱼尾状分布。
2019, 48(4):1168-1173.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170829
摘要:
对ZrB2-玻璃陶瓷复合材料氧化行为进行热力学分析,对氧化形成的氧化层进行物相分析和显微结构分析。结果表明：在1000°C-1400°C的反应温度范围内,ZrB2氧化生成ZrO2,B2O3玻璃相,氧化产物ZrO2与SiO2反应生成ZrSiO4,当温度低于1177°C(1450K)时,氧化层主要包括ZrO2,B2O3玻璃相,ZrSiO4。当氧化温度超过1177°C(1450K)时,B2O3玻璃相蒸发,此时SiO2玻璃相具有良好的流动性,氧化层主要包括ZrO2,SiO2玻璃相,ZrSiO4。氧化过程中的反应产物B2O3玻璃相,ZrSiO4和流动性良好的SiO2玻璃相,均对氧气向基体的扩散均起到了良好的阻碍作用。
对ZrB2-玻璃陶瓷复合材料氧化行为进行热力学分析,对氧化形成的氧化层进行物相分析和显微结构分析。结果表明：在1000°C-1400°C的反应温度范围内,ZrB2氧化生成ZrO2,B2O3玻璃相,氧化产物ZrO2与SiO2反应生成ZrSiO4,当温度低于1177°C(1450K)时,氧化层主要包括ZrO2,B2O3玻璃相,ZrSiO4。当氧化温度超过1177°C(1450K)时,B2O3玻璃相蒸发,此时SiO2玻璃相具有良好的流动性,氧化层主要包括ZrO2,SiO2玻璃相,ZrSiO4。氧化过程中的反应产物B2O3玻璃相,ZrSiO4和流动性良好的SiO2玻璃相,均对氧气向基体的扩散均起到了良好的阻碍作用。
2019, 48(4):1179-1182.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170761
摘要:
为寻找性能更为优异的陶瓷热障涂层材料,本文采用固相反应法合成了单斜结构的GdTaO4陶瓷材料,分析了其微观组织形貌。第一性原理计算结果表明其沿[100]晶向的杨氏模量值约为[010]和[001]方向上的3倍。实验测得800℃下其热导率约为1.70 W.m-1. K-1,明显低于7-8YSZ在800℃下的热导率(2.37-2.47 W.m-1. K-1),是一种潜在的低热导陶瓷热障涂层材料。
为寻找性能更为优异的陶瓷热障涂层材料,本文采用固相反应法合成了单斜结构的GdTaO4陶瓷材料,分析了其微观组织形貌。第一性原理计算结果表明其沿[100]晶向的杨氏模量值约为[010]和[001]方向上的3倍。实验测得800℃下其热导率约为1.70 W.m-1. K-1,明显低于7-8YSZ在800℃下的热导率(2.37-2.47 W.m-1. K-1),是一种潜在的低热导陶瓷热障涂层材料。
2019, 48(4):1202-1207.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170780
摘要:
采用等径弯曲通道（ECAP）+旋锻（RS）复合变形技术制备了超细晶工业纯锆，通过轴向对称应变控制方法对超细晶纯锆的低周疲劳性能进行研究，讨论了超细晶纯锆的循环应力-应变响应及滞后回线，并分析了超细晶纯锆的软硬化特性、累积滞后规律并预测其疲劳寿命。结果表明：超细晶纯锆的循环软硬化特性依赖于外加总应变幅的大小，而且总应变幅大于1.0%时软化比达到峰值，循环软化特性最为显著。滞后回线面积随着总应变幅的增大而增大，当应变幅较小时出现“棘齿现象”。回归分析表明超细晶纯锆疲劳寿命满足Coffin-Manson经验关系式。
采用等径弯曲通道（ECAP）+旋锻（RS）复合变形技术制备了超细晶工业纯锆，通过轴向对称应变控制方法对超细晶纯锆的低周疲劳性能进行研究，讨论了超细晶纯锆的循环应力-应变响应及滞后回线，并分析了超细晶纯锆的软硬化特性、累积滞后规律并预测其疲劳寿命。结果表明：超细晶纯锆的循环软硬化特性依赖于外加总应变幅的大小，而且总应变幅大于1.0%时软化比达到峰值，循环软化特性最为显著。滞后回线面积随着总应变幅的增大而增大，当应变幅较小时出现“棘齿现象”。回归分析表明超细晶纯锆疲劳寿命满足Coffin-Manson经验关系式。
2019, 48(4):1208-1212.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170783
摘要:
本文考察了环境温度对18650型磷酸铁锂（LFP）电池和高镍三元(NCA)电池充电容量的影响，比较了两种电池的低温性能。对不同环境温度的满电状态电池进行电化学阻抗测试，根据等效电路拟合计算了电池的欧姆电阻值(RS)、膜电阻值(Rf)和电荷转移电阻值(Rct)，并分析了各电阻与温度的特定关系，结果表明LFP电池的欧姆电阻和膜电阻在-10~25 ℃温度区间具有Arrhenius关系，电荷转移电阻在-10~50 ℃温度区间具有Arrhenius关系；NCA电池的膜电阻和电荷转移电阻在0~50 ℃温度区间具有Arrhenius关系。对比分析不同温度的固相离子扩散系数表明，LFP电池的固相离子迁移速率受低温影响较大，NCA电池的固相离子扩散过程受环境温度影响较小。
本文考察了环境温度对18650型磷酸铁锂（LFP）电池和高镍三元(NCA)电池充电容量的影响，比较了两种电池的低温性能。对不同环境温度的满电状态电池进行电化学阻抗测试，根据等效电路拟合计算了电池的欧姆电阻值(RS)、膜电阻值(Rf)和电荷转移电阻值(Rct)，并分析了各电阻与温度的特定关系，结果表明LFP电池的欧姆电阻和膜电阻在-10~25 ℃温度区间具有Arrhenius关系，电荷转移电阻在-10~50 ℃温度区间具有Arrhenius关系；NCA电池的膜电阻和电荷转移电阻在0~50 ℃温度区间具有Arrhenius关系。对比分析不同温度的固相离子扩散系数表明，LFP电池的固相离子迁移速率受低温影响较大，NCA电池的固相离子扩散过程受环境温度影响较小。
2019, 48(4):1225-1230.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170864
摘要:
采用激光熔覆技术在铜表面制备了55Ni-35Ti-10Si (at.%)合金熔覆层,熔覆层呈现上、下两层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)分析上层组织为树枝晶,组成相为初生钛固溶体+枝晶间Ni3Si；下层组织为胞状晶,组成相为初生钛固溶体+枝晶间铜固溶体,胞状晶区高度约为200μm。利用KGT和LKT改进模型计算得出熔覆层熔池凝固过程枝晶尖端过冷度-凝固速度曲线,从热力学角度分析熔覆层出现分层的机理。对熔覆层进行显微硬度试验,得到上层树枝晶区域和下层胞状晶区域平均硬度分别为800HV和220HV。提出下层胞状晶区域的存在有利于熔覆层与基体间性能过渡,提高了熔覆层稳定性。
采用激光熔覆技术在铜表面制备了55Ni-35Ti-10Si (at.%)合金熔覆层,熔覆层呈现上、下两层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)分析上层组织为树枝晶,组成相为初生钛固溶体+枝晶间Ni3Si；下层组织为胞状晶,组成相为初生钛固溶体+枝晶间铜固溶体,胞状晶区高度约为200μm。利用KGT和LKT改进模型计算得出熔覆层熔池凝固过程枝晶尖端过冷度-凝固速度曲线,从热力学角度分析熔覆层出现分层的机理。对熔覆层进行显微硬度试验,得到上层树枝晶区域和下层胞状晶区域平均硬度分别为800HV和220HV。提出下层胞状晶区域的存在有利于熔覆层与基体间性能过渡,提高了熔覆层稳定性。
2019, 48(4):1249-1255.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170770
摘要:
以CNTs、电解Cu粉、Cu(CH3COO)2.H2O为原料,采用分子水平法结合行星球磨两步混合工艺制备含0.5~2 wt.%CNTs的Cu基复合粉末,然后通过放电等离子烧结技术制备了Cu-CNTs复合材料,探讨了制备工艺及CNTs含量对Cu-CNTs复合材料的组织、电导率和力学性能的影响规律。结果表明：当CNTs含量小于1.0wt.%时,采用两步混粉工艺制备的Cu-CNTs复合粉体均匀性、分散性良好,经烧结后可获得致密度高、CNTs分布均匀的Cu-CNTs复合材料；当CNTs含量大于1.0wt.%时,复合材料的致密度及CNTs分布均匀性明显降低；随CNTs含量的提高,复合材料的强度先升高后降低,塑性和电导率趋于降低；相对高能球磨、分子水平法等单一混粉工艺而言,两步法制备的Cu-1.0wt.%CNTs复合材料综合性能更优,其电导率为51.7 MS/m(89.1%IACS),维氏硬度为113 HV,抗拉强度为279 MPa,断后伸长率为9.3%。
以CNTs、电解Cu粉、Cu(CH3COO)2.H2O为原料,采用分子水平法结合行星球磨两步混合工艺制备含0.5~2 wt.%CNTs的Cu基复合粉末,然后通过放电等离子烧结技术制备了Cu-CNTs复合材料,探讨了制备工艺及CNTs含量对Cu-CNTs复合材料的组织、电导率和力学性能的影响规律。结果表明：当CNTs含量小于1.0wt.%时,采用两步混粉工艺制备的Cu-CNTs复合粉体均匀性、分散性良好,经烧结后可获得致密度高、CNTs分布均匀的Cu-CNTs复合材料；当CNTs含量大于1.0wt.%时,复合材料的致密度及CNTs分布均匀性明显降低；随CNTs含量的提高,复合材料的强度先升高后降低,塑性和电导率趋于降低；相对高能球磨、分子水平法等单一混粉工艺而言,两步法制备的Cu-1.0wt.%CNTs复合材料综合性能更优,其电导率为51.7 MS/m(89.1%IACS),维氏硬度为113 HV,抗拉强度为279 MPa,断后伸长率为9.3%。
2019, 48(4):1256-1259.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170795
摘要:
因为原材料相对低廉，综合制冷成本和材料成本，MgB2在20-25 K，1-3 T的中低磁场范围内应用具有明显的技术优势，有希望在这一工作温区替代传统的低温超导材料和氧化物高温超导材料，应用前景十分广泛。随着超导材料实用化的到来，对MgB2性能的要求也在逐渐提高，而影响它性能的主要因素磁通钉扎强度和晶粒连接性成为了人们的研究重点。本文通过直接掺杂石墨烯、石墨烯包覆硼掺杂、石墨烯丙酮溶液掺杂三种方法，系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB2块材的晶体结构、临界电流密度(Jc)、磁通钉扎性能(Fp)。通过直接掺杂，MgB2在低场下临界电流密度值得到了明显提高，而包覆法和溶液法掺杂石墨烯由于在空气中氧化严重并没有改善MgB2超导性能。
因为原材料相对低廉，综合制冷成本和材料成本，MgB2在20-25 K，1-3 T的中低磁场范围内应用具有明显的技术优势，有希望在这一工作温区替代传统的低温超导材料和氧化物高温超导材料，应用前景十分广泛。随着超导材料实用化的到来，对MgB2性能的要求也在逐渐提高，而影响它性能的主要因素磁通钉扎强度和晶粒连接性成为了人们的研究重点。本文通过直接掺杂石墨烯、石墨烯包覆硼掺杂、石墨烯丙酮溶液掺杂三种方法，系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB2块材的晶体结构、临界电流密度(Jc)、磁通钉扎性能(Fp)。通过直接掺杂，MgB2在低场下临界电流密度值得到了明显提高，而包覆法和溶液法掺杂石墨烯由于在空气中氧化严重并没有改善MgB2超导性能。
2019, 48(4):1281-1287.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180306
摘要:
利用Thermal-calc热力学软件对GY200平衡条件下的析出相进行了计算,并结合金相、扫描、化学相分析等手段研究了700、750℃不同时效时间下先进超超临界电站叶片用GY200镍基合金的组织、性能、碳化物及沉淀强化相的演变。结果表明,GY200镍基合金在700、750℃时效后的强度明显增加,冲击性能稍有下降,在10000h时效时间内合金的各项性能没有明显变化。长时时效后的碳化物主要由M23C6和MC相组成,和热力学软件模拟结果一直,利用W替代Waspaloy中的Mo降低了M6C析出倾向。随着时效时间增加M23C6相含量增加,并呈链状和片状析出在晶界,750℃时效M23C6粗化更加明显；MC相数量在时效3000h后开始下降。700℃时效3000h后,γ′相数量开始增加,5000h-10000h趋于稳定,750℃时效γ′数量基本不变。γ′相在700℃时效稳定性较好,粗化速率较低；750℃时效粗化速率较高,5000h时效后平均尺寸约100nm。
利用Thermal-calc热力学软件对GY200平衡条件下的析出相进行了计算,并结合金相、扫描、化学相分析等手段研究了700、750℃不同时效时间下先进超超临界电站叶片用GY200镍基合金的组织、性能、碳化物及沉淀强化相的演变。结果表明,GY200镍基合金在700、750℃时效后的强度明显增加,冲击性能稍有下降,在10000h时效时间内合金的各项性能没有明显变化。长时时效后的碳化物主要由M23C6和MC相组成,和热力学软件模拟结果一直,利用W替代Waspaloy中的Mo降低了M6C析出倾向。随着时效时间增加M23C6相含量增加,并呈链状和片状析出在晶界,750℃时效M23C6粗化更加明显；MC相数量在时效3000h后开始下降。700℃时效3000h后,γ′相数量开始增加,5000h-10000h趋于稳定,750℃时效γ′数量基本不变。γ′相在700℃时效稳定性较好,粗化速率较低；750℃时效粗化速率较高,5000h时效后平均尺寸约100nm。
2019, 48(4):1288-1292.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170285
摘要:
研究了新一代抗热腐蚀单晶高温合金DD13在不同温度下的拉伸行为，包括断口形貌、显微组织和位错组态分析等。结果表明：温度对合金的屈服强度和塑性影响明显。室温下，合金的屈服强度和抗拉强度分别为1059 MPa和1097 MPa；当试验温度在700°C时，合金的屈服强度和抗拉强度达到峰值，分别为1108 MPa和1340 MPa；而随着试验温度的继续升高，合金强度却呈明显的下降趋势，在试验温度为1050 °C时，屈服强度和抗拉强度分别为262 MPa和443 MPa。试验温度对合金塑性的影响则成相反趋势，合金在700 °C时表现出相对较差的塑性。分析发现，不同试验温度下，γ/γ′界面的共格错配度和位错克服强化相γ′方式的差异是影响合金屈服强度的主要因素，而合金达到屈服点后，位错是否发生交割缠绕现象是影响抗拉强度和塑性的关键因素。700 °C下，多处强化相γ′内发现不同滑移系层错交割、缠绕现象。
研究了新一代抗热腐蚀单晶高温合金DD13在不同温度下的拉伸行为，包括断口形貌、显微组织和位错组态分析等。结果表明：温度对合金的屈服强度和塑性影响明显。室温下，合金的屈服强度和抗拉强度分别为1059 MPa和1097 MPa；当试验温度在700°C时，合金的屈服强度和抗拉强度达到峰值，分别为1108 MPa和1340 MPa；而随着试验温度的继续升高，合金强度却呈明显的下降趋势，在试验温度为1050 °C时，屈服强度和抗拉强度分别为262 MPa和443 MPa。试验温度对合金塑性的影响则成相反趋势，合金在700 °C时表现出相对较差的塑性。分析发现，不同试验温度下，γ/γ′界面的共格错配度和位错克服强化相γ′方式的差异是影响合金屈服强度的主要因素，而合金达到屈服点后，位错是否发生交割缠绕现象是影响抗拉强度和塑性的关键因素。700 °C下，多处强化相γ′内发现不同滑移系层错交割、缠绕现象。
2019, 48(4):1293-1297.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170763
摘要:
为了提高多芯MgB2超导线材中芯丝相互之间的结合强度和超导芯丝的致密度,将传统的热挤压技术引入到MgB2线材制备过程中。采用挤压工艺制备180芯导体结构的多芯MgB2/Nb/Cu超导线材,Φ64mm的复合包套通过单道次挤压工艺加工到Φ20 mm。挤压后的线材通过冷拉拔和中间退火热处理最终加工到Φ0.81 mm。对加工不同阶段的复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2超导芯丝分布良好,Nb阻隔层厚度分布较为均匀,无破损现象。通过该工艺已成功制备出百米量级长度的多芯MgB2超导线材。该技术为MgB2超导长线的制备提供了新途径。
为了提高多芯MgB2超导线材中芯丝相互之间的结合强度和超导芯丝的致密度,将传统的热挤压技术引入到MgB2线材制备过程中。采用挤压工艺制备180芯导体结构的多芯MgB2/Nb/Cu超导线材,Φ64mm的复合包套通过单道次挤压工艺加工到Φ20 mm。挤压后的线材通过冷拉拔和中间退火热处理最终加工到Φ0.81 mm。对加工不同阶段的复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2超导芯丝分布良好,Nb阻隔层厚度分布较为均匀,无破损现象。通过该工艺已成功制备出百米量级长度的多芯MgB2超导线材。该技术为MgB2超导长线的制备提供了新途径。
2019, 48(4):1298-1303.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170768
摘要:
以不同的锆盐为原料,采用固相法及液相法制备LiZr2(PO4)3锂离子固体电解质,通过无压烧结的方式制备得到固体电解质片,并通过x射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电化学交流阻抗(EIS)对LiZr2(PO4)3锂离子固态电解质进行表征,通过测试结果对比分析,研究锆盐原料的不同对LiZr2(PO4)3锂离子固态电解质结构及性能的影响。结果表明：当以醋酸锆为锆盐原料时,合成的LiZr2(PO4)3以高电导率的菱方相于常温下稳定存在,而其他三种锆盐作原料时合成的LiZr2(PO4)3常温下以三斜相存在。制备的菱方相LiZr2(PO4)3电解质样品片室温锂离子总电导率最大,为2.25×10-5S/cm,且激活能值最小,为0.28eV。
以不同的锆盐为原料,采用固相法及液相法制备LiZr2(PO4)3锂离子固体电解质,通过无压烧结的方式制备得到固体电解质片,并通过x射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电化学交流阻抗(EIS)对LiZr2(PO4)3锂离子固态电解质进行表征,通过测试结果对比分析,研究锆盐原料的不同对LiZr2(PO4)3锂离子固态电解质结构及性能的影响。结果表明：当以醋酸锆为锆盐原料时,合成的LiZr2(PO4)3以高电导率的菱方相于常温下稳定存在,而其他三种锆盐作原料时合成的LiZr2(PO4)3常温下以三斜相存在。制备的菱方相LiZr2(PO4)3电解质样品片室温锂离子总电导率最大,为2.25×10-5S/cm,且激活能值最小,为0.28eV。
2019, 48(4):1304-1309.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170812
摘要:
采用直流电弧放电等离子体技术成功制备了核壳结构碳包覆氧化镍纳米颗粒,并采用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、X射线能量色散分析谱仪和表面物理吸附仪等测试技术对样品的微观结构进行研究。并利用循环伏安法、恒电流充放电以及交流阻抗等技术研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。实验结果表明：直流电弧等离子体技术制备的碳包覆氧化镍纳米颗粒具有典型的核壳结构,内核为面心立方结构的氧化镍纳米颗粒,外壳为碳层。颗粒形貌主要为立方体结构,粒度均匀,分散性良好,粒径分布在30-70nm范围,平均粒径为50nm,外壳碳层的厚度为5nm。碳包覆氧化镍纳米颗粒具有较高的比容量和良好的电化学活性。
采用直流电弧放电等离子体技术成功制备了核壳结构碳包覆氧化镍纳米颗粒,并采用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、X射线能量色散分析谱仪和表面物理吸附仪等测试技术对样品的微观结构进行研究。并利用循环伏安法、恒电流充放电以及交流阻抗等技术研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。实验结果表明：直流电弧等离子体技术制备的碳包覆氧化镍纳米颗粒具有典型的核壳结构,内核为面心立方结构的氧化镍纳米颗粒,外壳为碳层。颗粒形貌主要为立方体结构,粒度均匀,分散性良好,粒径分布在30-70nm范围,平均粒径为50nm,外壳碳层的厚度为5nm。碳包覆氧化镍纳米颗粒具有较高的比容量和良好的电化学活性。
2019, 48(4):1310-1316.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171167
摘要:
本文采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段系统研究不同热处理工艺制度对上引-连续挤压法制备Cu-Cr-Ag合金微观组织性能的影响规律。试验结果表明，上引连铸Cu-Cr-Ag合金棒坯经连续挤压过程中合金发生了强烈的剪切变形，晶粒破粹明显，其晶粒平均尺寸为4～5μm。挤压后合金经60%变形，875℃×1h固溶处理，60%变形，450℃不同时效处理后，其维氏硬度与时效时间的关系呈先下降后上升再下降的趋势，而导电率与时效时间的关系呈先快速上升后缓慢增加最后趋于稳定的趋势。析出相的析出序列为过饱和固溶体→G.P 区→f.c.c Cr相→有序化→b.c.c Cr相，且b.c.c Cr相与基体的取向关系呈N-W关系。
本文采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段系统研究不同热处理工艺制度对上引-连续挤压法制备Cu-Cr-Ag合金微观组织性能的影响规律。试验结果表明，上引连铸Cu-Cr-Ag合金棒坯经连续挤压过程中合金发生了强烈的剪切变形，晶粒破粹明显，其晶粒平均尺寸为4～5μm。挤压后合金经60%变形，875℃×1h固溶处理，60%变形，450℃不同时效处理后，其维氏硬度与时效时间的关系呈先下降后上升再下降的趋势，而导电率与时效时间的关系呈先快速上升后缓慢增加最后趋于稳定的趋势。析出相的析出序列为过饱和固溶体→G.P 区→f.c.c Cr相→有序化→b.c.c Cr相，且b.c.c Cr相与基体的取向关系呈N-W关系。
2019, 48(4):1317-1324.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170813
摘要:
研究了提Al降Nb对GH706合金经过高温长时时效处理前后的组织与力学性能的影响。结果表明,提Al降Nb的成分改进抑制了高温不稳定存在的γ′′相、η相及Laves相和δ相等TCP相的析出,同时,在经过750℃保温500小时的处理后,只存在γ′和η相的轻微长大,力学性能下降幅度有限,仍保持在一个较高的水平,而未进行成分改进的合金(传统GH706)中的析出相等均发生明显长大,力学性能下降幅度较大,可见提Al降Nb的成分改进可使得合金在更高的温度服役。
研究了提Al降Nb对GH706合金经过高温长时时效处理前后的组织与力学性能的影响。结果表明,提Al降Nb的成分改进抑制了高温不稳定存在的γ′′相、η相及Laves相和δ相等TCP相的析出,同时,在经过750℃保温500小时的处理后,只存在γ′和η相的轻微长大,力学性能下降幅度有限,仍保持在一个较高的水平,而未进行成分改进的合金(传统GH706)中的析出相等均发生明显长大,力学性能下降幅度较大,可见提Al降Nb的成分改进可使得合金在更高的温度服役。
2019, 48(4):1325-1329.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170870
摘要:
为提高新型AB3型储氢合金La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20的电化学性能,将球磨法制备的Ni-B-C粉末按不同重量比添加到合金中。采用X-射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析合金的相结构和表面形貌,添加Ni-B-C粉末后,合金相结构没有变化,仍由LaNi5相和La2Ni7相两个相组成,但合金表面出现了细小颗粒。添加Ni-B-C粉末后,合金电极的最大放电容量和放电容量保持率均提高。当添加重量百分比为10%的Ni-B-C粉末后,电极的最大放电容量从346 mAh/g增加到363 mAh/g,50个循环后的放电容量保持率从70%提高到77%,交换电流密度I0与极限电流密度IL分别为106 mA/g和987 mA/g。动电位极化测试表明,电极的抗腐蚀能力也有所增强。研究结果表明,Ni-B-C可以提高AB3型储氢合金的综合电化学性能。
为提高新型AB3型储氢合金La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20的电化学性能,将球磨法制备的Ni-B-C粉末按不同重量比添加到合金中。采用X-射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析合金的相结构和表面形貌,添加Ni-B-C粉末后,合金相结构没有变化,仍由LaNi5相和La2Ni7相两个相组成,但合金表面出现了细小颗粒。添加Ni-B-C粉末后,合金电极的最大放电容量和放电容量保持率均提高。当添加重量百分比为10%的Ni-B-C粉末后,电极的最大放电容量从346 mAh/g增加到363 mAh/g,50个循环后的放电容量保持率从70%提高到77%,交换电流密度I0与极限电流密度IL分别为106 mA/g和987 mA/g。动电位极化测试表明,电极的抗腐蚀能力也有所增强。研究结果表明,Ni-B-C可以提高AB3型储氢合金的综合电化学性能。
2019, 48(4):1330-1335.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170908
摘要:
分别采用Fe和Nb作为阻隔层包套材料,通过原位粉末装管法工艺(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB2/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB2单芯线材。在高纯氩气保护下、670~800 ℃保温2 h热处理线材。X-ray衍射显示,670 ℃热处理的线材主相均为MgB2超导相,其中Fe包套线材的MgB2相中含有Fe2B杂相。三种线材的微观结构显示,未掺杂线材基体中的孔洞相对较大,而石墨烯掺杂的Fe、Nb包套线材晶粒之间的孔洞相对较小。线材样品的拉伸性能结果显示,热处理前由于加工硬化,三种线材的拉伸应变值远远低于热处理后的拉伸应变值,其中铁包套线材的硬化最为严重,但无论是否热处理,Fe包套样品的强度都是最大的。四引线法传输性能测试显示,670 ℃热处理Nb包套掺杂线材的临界电流密度(Jc)在4.2 k,2 T、4 T、6 T范围内均高于Fe包套掺杂线材的Jc,石墨烯掺杂线材(Nb、Fe包套)在2 T具有更好的传输性能,Nb包套掺杂线材的Jc最高可达到4.5×105A/cm2。大于4 T后,两种包套的掺杂线材的Jc均低于未掺杂的线材,Fe包套样品的超导性能降低更大,显示其掺杂未全部进入晶格,导致在高场失去了磁通钉扎作用。
分别采用Fe和Nb作为阻隔层包套材料,通过原位粉末装管法工艺(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB2/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB2单芯线材。在高纯氩气保护下、670~800 ℃保温2 h热处理线材。X-ray衍射显示,670 ℃热处理的线材主相均为MgB2超导相,其中Fe包套线材的MgB2相中含有Fe2B杂相。三种线材的微观结构显示,未掺杂线材基体中的孔洞相对较大,而石墨烯掺杂的Fe、Nb包套线材晶粒之间的孔洞相对较小。线材样品的拉伸性能结果显示,热处理前由于加工硬化,三种线材的拉伸应变值远远低于热处理后的拉伸应变值,其中铁包套线材的硬化最为严重,但无论是否热处理,Fe包套样品的强度都是最大的。四引线法传输性能测试显示,670 ℃热处理Nb包套掺杂线材的临界电流密度(Jc)在4.2 k,2 T、4 T、6 T范围内均高于Fe包套掺杂线材的Jc,石墨烯掺杂线材(Nb、Fe包套)在2 T具有更好的传输性能,Nb包套掺杂线材的Jc最高可达到4.5×105A/cm2。大于4 T后,两种包套的掺杂线材的Jc均低于未掺杂的线材,Fe包套样品的超导性能降低更大,显示其掺杂未全部进入晶格,导致在高场失去了磁通钉扎作用。
2019, 48(4):1336-1344.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171203
摘要:
本文采用粉末冶金工艺制备微米多孔Cu-Zn合金前驱体,进而脱合金制备微纳米多孔铜。首先研究了烧结温度对前驱体合金微观结构的影响，然后对比了不同前驱体在不同浓度盐酸溶液中脱合金后的相组成和微观形貌，最后分析了前驱体合金在脱合金过程中的电化学行为。结果表明,以粉末冶金法与脱合金法相结合,可制备出微纳米双级多孔铜。不同烧结温度会造成前驱体合金的物相含量和孔结构发生变化,进而造成其脱合金过程的显著差异。Cu30Zn70前驱体包含Cu5Zn8与CuZn5两相,脱合金时CuZn5相优先被腐蚀；而Cu50Zn50前驱体仅含CuZn相,腐蚀速率更慢。在0.1mol/L腐蚀液中,试样不能完全脱合金；腐蚀液浓度增大至0.5mol/L时,前驱体中的Zn完全脱去,微米级韧带由纳米多孔结构构成,其微米孔孔径约3.02~3.68μm,纳米孔孔径约157~183nm。
本文采用粉末冶金工艺制备微米多孔Cu-Zn合金前驱体,进而脱合金制备微纳米多孔铜。首先研究了烧结温度对前驱体合金微观结构的影响，然后对比了不同前驱体在不同浓度盐酸溶液中脱合金后的相组成和微观形貌，最后分析了前驱体合金在脱合金过程中的电化学行为。结果表明,以粉末冶金法与脱合金法相结合,可制备出微纳米双级多孔铜。不同烧结温度会造成前驱体合金的物相含量和孔结构发生变化,进而造成其脱合金过程的显著差异。Cu30Zn70前驱体包含Cu5Zn8与CuZn5两相,脱合金时CuZn5相优先被腐蚀；而Cu50Zn50前驱体仅含CuZn相,腐蚀速率更慢。在0.1mol/L腐蚀液中,试样不能完全脱合金；腐蚀液浓度增大至0.5mol/L时,前驱体中的Zn完全脱去,微米级韧带由纳米多孔结构构成,其微米孔孔径约3.02~3.68μm,纳米孔孔径约157~183nm。
2019, 48(4):1345-1351.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171210
摘要:
采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）等研究了由氢化钛-石墨法制备的Al-Ti-C母合金的组织性能。结果表明：由氢化钛-石墨与铝液反应制备Al-Ti-C母合金的机理是由氢化钛、石墨分别作为钛源、碳源，氢化钛受热分解为钛和氢，钛与铝、石墨反应生成钛铝、钛碳或者铝碳化合物。由铝钛化合物、碳铝化合物、钛碳化合物组成具有细化作用的Al-Ti-C母合金。合金的物相组成包括：α（Al）、铝钛、碳铝、钛碳化合物等物相，金相为等轴晶或者树枝晶组织，平均晶粒尺寸20～40μm。合金基体中存在针状、棒状的初晶相，晶界上存在含钛、碳、铁、硅的花瓣状初晶，钛、碳组元沿晶界、晶内分布大体均匀，在初晶相附近存在明显的钛、碳富集、偏聚现象。冰晶石有利于碳与铝润湿、反应，生成的第二相在晶内扩散更充分、分布也更均匀。
采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）等研究了由氢化钛-石墨法制备的Al-Ti-C母合金的组织性能。结果表明：由氢化钛-石墨与铝液反应制备Al-Ti-C母合金的机理是由氢化钛、石墨分别作为钛源、碳源，氢化钛受热分解为钛和氢，钛与铝、石墨反应生成钛铝、钛碳或者铝碳化合物。由铝钛化合物、碳铝化合物、钛碳化合物组成具有细化作用的Al-Ti-C母合金。合金的物相组成包括：α（Al）、铝钛、碳铝、钛碳化合物等物相，金相为等轴晶或者树枝晶组织，平均晶粒尺寸20～40μm。合金基体中存在针状、棒状的初晶相，晶界上存在含钛、碳、铁、硅的花瓣状初晶，钛、碳组元沿晶界、晶内分布大体均匀，在初晶相附近存在明显的钛、碳富集、偏聚现象。冰晶石有利于碳与铝润湿、反应，生成的第二相在晶内扩散更充分、分布也更均匀。
