2019年第48卷第5期文章目次
2019, 48(5):1361-1370.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171175
摘要:
虽然已有较多锆合金氢化物的研究，但对于较高氢含量中锆合金氢化物的研究较少。首先对Zr-Sn-Nb管材在400℃下气相渗氢，通过保温不同时间获得三种不同氢含量（147、340、1480 ppm）的渗氢样品。随后采用OM、SEM、TEM和EBSD表征技术，研究了Zr-Sn-Nb管材中氢化物的微观结构、与基体的晶体学取向关系。结果表明：氢含量影响管材中氢化物的取向，α-Zr基体与氢化物之间存在(0001)α∥{111}δ和{10-17}α∥{111}δ两种取向关系。EBSD分析表明氢化物从一个基体晶粒生长向另一个基体晶粒时取向会随着基体晶粒取向的变化而变化。部分锆基体晶粒内同时有晶内氢化物和晶间氢化物，而只有晶内氢化物与锆基体有晶体学取向关系。
虽然已有较多锆合金氢化物的研究，但对于较高氢含量中锆合金氢化物的研究较少。首先对Zr-Sn-Nb管材在400℃下气相渗氢，通过保温不同时间获得三种不同氢含量（147、340、1480 ppm）的渗氢样品。随后采用OM、SEM、TEM和EBSD表征技术，研究了Zr-Sn-Nb管材中氢化物的微观结构、与基体的晶体学取向关系。结果表明：氢含量影响管材中氢化物的取向，α-Zr基体与氢化物之间存在(0001)α∥{111}δ和{10-17}α∥{111}δ两种取向关系。EBSD分析表明氢化物从一个基体晶粒生长向另一个基体晶粒时取向会随着基体晶粒取向的变化而变化。部分锆基体晶粒内同时有晶内氢化物和晶间氢化物，而只有晶内氢化物与锆基体有晶体学取向关系。
2019, 48(5):1371-1379.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171199
摘要:
与零维、二维和三维纳米材料相比，一维纳米材料具有优异的气敏性能。本文以Zn（NO3）2?6H2O和Fe（NO3）3?9H2O为原料通过静电纺丝的方法制备了一维铁酸锌纳米纤维。利用TG-DSC分析了材料的前驱体，用XRD、SEM、TEM、FT-IR、BET和XPS对材料进行了表征，并且对材料的气敏性能进行了研究。结果表明，在煅烧温度为500oC下获得的材料呈现出纳米纤维的形貌； 基于500oC下获得的铁酸锌纳米纤维的元件，在工作温度为190oC下对丙酮表现出较高灵敏度和高选择性，S1000 ppm丙酮 / S1000 ppm乙醇= 8；当丙酮浓度低至1 ppm时，灵敏度仍能达到1.1。
与零维、二维和三维纳米材料相比，一维纳米材料具有优异的气敏性能。本文以Zn（NO3）2?6H2O和Fe（NO3）3?9H2O为原料通过静电纺丝的方法制备了一维铁酸锌纳米纤维。利用TG-DSC分析了材料的前驱体，用XRD、SEM、TEM、FT-IR、BET和XPS对材料进行了表征，并且对材料的气敏性能进行了研究。结果表明，在煅烧温度为500oC下获得的材料呈现出纳米纤维的形貌； 基于500oC下获得的铁酸锌纳米纤维的元件，在工作温度为190oC下对丙酮表现出较高灵敏度和高选择性，S1000 ppm丙酮 / S1000 ppm乙醇= 8；当丙酮浓度低至1 ppm时，灵敏度仍能达到1.1。
2019, 48(5):1380-1385.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171196
摘要:
单晶铱同其它面心立方金属相比表现出反常的变形行为,其本征变形断裂机制仍存在争议。本文进行分子动力学模拟研究了单晶铱在1 K下沿[100]、[110]和[111]取向的拉伸变形行为。研究结果表明：单晶铱在三个取向应力-应变曲线上的变形行为差异明显。由于变形机制不同,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及延伸率在内的的力学性能在几个拉伸取向上或多或少存在差异。在拉伸载荷作用下,[100]取向单晶铱变形主要通过位错滑移还有少量空位聚集；[110]取向的塑性变形由堆垛层错引起；而 [111]取向单晶铱断裂前产生的塑性变形量很少。
单晶铱同其它面心立方金属相比表现出反常的变形行为,其本征变形断裂机制仍存在争议。本文进行分子动力学模拟研究了单晶铱在1 K下沿[100]、[110]和[111]取向的拉伸变形行为。研究结果表明：单晶铱在三个取向应力-应变曲线上的变形行为差异明显。由于变形机制不同,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及延伸率在内的的力学性能在几个拉伸取向上或多或少存在差异。在拉伸载荷作用下,[100]取向单晶铱变形主要通过位错滑移还有少量空位聚集；[110]取向的塑性变形由堆垛层错引起；而 [111]取向单晶铱断裂前产生的塑性变形量很少。
2019, 48(5):1386-1393.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180262
摘要:
选择性激光熔炼(SLM)建立在激光熔覆/沉积基础上,能够由粉末直接制备或修复近成形高性能部件。选择性激光熔炼部件优异的力学性能是保证其用于航空发动机产品的先决条件。镍基高温合金IN718广泛用于制备航空发动机中的高性能部件。在过去的研究中,利用预合金化IN718合金粉末,通过选择性激光熔炼制备出增材制造部件。通过优化激光沉积过程试验参数,以最大限度地降低气孔率。对沉积态、直接时效态、固溶时效态、均匀化后固溶时效态四种状态激光沉积IN718合金的显微组织和力学性能进行了对比分析。拉伸试验结果显示,直接时效态合金强度最高,均匀化后固溶时效态合金塑性最好。综合考虑三种热处理状态的室温和高温拉伸试验结果,均匀化后固溶时效态试样不仅具有优于锻态AMS标准的强度,而且有很好的塑性。因此,选择均匀化后固溶时效处理作为选择性激光熔炼IN718合金的热处理方式。考察了该种热处理状态合金的650oC/700MPa和725MPa持久性能和455oC低周疲劳性能,并与锻态IN718进行了对比。
选择性激光熔炼(SLM)建立在激光熔覆/沉积基础上,能够由粉末直接制备或修复近成形高性能部件。选择性激光熔炼部件优异的力学性能是保证其用于航空发动机产品的先决条件。镍基高温合金IN718广泛用于制备航空发动机中的高性能部件。在过去的研究中,利用预合金化IN718合金粉末,通过选择性激光熔炼制备出增材制造部件。通过优化激光沉积过程试验参数,以最大限度地降低气孔率。对沉积态、直接时效态、固溶时效态、均匀化后固溶时效态四种状态激光沉积IN718合金的显微组织和力学性能进行了对比分析。拉伸试验结果显示,直接时效态合金强度最高,均匀化后固溶时效态合金塑性最好。综合考虑三种热处理状态的室温和高温拉伸试验结果,均匀化后固溶时效态试样不仅具有优于锻态AMS标准的强度,而且有很好的塑性。因此,选择均匀化后固溶时效处理作为选择性激光熔炼IN718合金的热处理方式。考察了该种热处理状态合金的650oC/700MPa和725MPa持久性能和455oC低周疲劳性能,并与锻态IN718进行了对比。
2019, 48(5):1394-1400.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180249
摘要:
用单辊溶体快淬法制备了一系列的Ni50-xCoxMn39Sn11 (x = 0-8)合金薄带，并研究了它的晶体结构、相转变和磁热效应。随着Co对Ni取代量的增加，马氏体转变温度下降明显，居里温度呈线性增加。马氏体结构转变不仅可以通过温度来诱发，也可以通过磁场来驱动。磁场强度为30 kOe时，在升温和降温过程均得到了大的磁熵变和磁制冷能力值，并且在降温过程的磁滞损耗很低。
用单辊溶体快淬法制备了一系列的Ni50-xCoxMn39Sn11 (x = 0-8)合金薄带，并研究了它的晶体结构、相转变和磁热效应。随着Co对Ni取代量的增加，马氏体转变温度下降明显，居里温度呈线性增加。马氏体结构转变不仅可以通过温度来诱发，也可以通过磁场来驱动。磁场强度为30 kOe时，在升温和降温过程均得到了大的磁熵变和磁制冷能力值，并且在降温过程的磁滞损耗很低。
2019, 48(5):1401-1405.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180159
摘要:
采用焊接板预制坯以及内旋压的方法制造了一种带壁锯齿槽的大直径薄高温合金筒。研究了筒内锯齿槽的显微硬度和显微组织特征。坯料的焊接导致了接头处微观组织为粗大且不均匀的树枝状支晶,这致使焊接接头与其外区域之间的显微硬度差异较大。内旋压促使锯齿槽上焊接接头区外的初始晶粒和焊接接头处的树枝状支晶都发生细化。锯齿槽的微观力学性能不均匀性因剧烈的塑性变形而明显得到改善。
采用焊接板预制坯以及内旋压的方法制造了一种带壁锯齿槽的大直径薄高温合金筒。研究了筒内锯齿槽的显微硬度和显微组织特征。坯料的焊接导致了接头处微观组织为粗大且不均匀的树枝状支晶,这致使焊接接头与其外区域之间的显微硬度差异较大。内旋压促使锯齿槽上焊接接头区外的初始晶粒和焊接接头处的树枝状支晶都发生细化。锯齿槽的微观力学性能不均匀性因剧烈的塑性变形而明显得到改善。
2019, 48(5):1406-1414.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180411
摘要:
轻质高强γ-TiAl合金是航空发动机关键结构件减重的首选材料。本文概括总结了γ-TiAl合金的高温压缩变形力学行为及本构模型，重点分析了变形工艺参数、变形历史和预热处理、元素、原始组织对γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的影响。本文概括总结了三种本构模型：经验型本构模型、不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的微观模型，并对Arrhenius模型和H-S模型进行了详细分析。同时，对不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的模型进行了总结分析。最后指出，γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的未来研究重点是建立耦合多相协调性高温变形机理的本构模型。
轻质高强γ-TiAl合金是航空发动机关键结构件减重的首选材料。本文概括总结了γ-TiAl合金的高温压缩变形力学行为及本构模型，重点分析了变形工艺参数、变形历史和预热处理、元素、原始组织对γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的影响。本文概括总结了三种本构模型：经验型本构模型、不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的微观模型，并对Arrhenius模型和H-S模型进行了详细分析。同时，对不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的模型进行了总结分析。最后指出，γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的未来研究重点是建立耦合多相协调性高温变形机理的本构模型。
2019, 48(5):1467-1475.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170966
摘要:
通过断裂韧度J0.2BL以及冲击韧性测试研究了δ相百分含量对GH4169合金韧性的影响。结果表明,随固溶温度增加,δ相含量从1.54%降低到0.045%,晶粒尺寸从12.59 μm长大到35.21 μm,δ相含量对拉伸强度无显著影响,但断裂韧度J0.2BL从112 KJ/m增加到355 KJ/m, 冲击韧性从35 J增加到75 J。δ相的析出会导致其周边出现无γ″相析出区,当大量δ相沿晶界分布时,则沿晶界形成无强化相析出带,在应力作用下,δ相与无强化相析出区基体的应变差会导致界面开裂、形成孔洞。在无强化相析出区孔洞快速连接形成裂纹,裂纹沿晶扩展与空洞汇合,降低了裂纹扩展阻力,加速了裂纹的扩展。因此δ相的存在为裂纹提供了扩展通道,降低了材料的塑韧性。
通过断裂韧度J0.2BL以及冲击韧性测试研究了δ相百分含量对GH4169合金韧性的影响。结果表明,随固溶温度增加,δ相含量从1.54%降低到0.045%,晶粒尺寸从12.59 μm长大到35.21 μm,δ相含量对拉伸强度无显著影响,但断裂韧度J0.2BL从112 KJ/m增加到355 KJ/m, 冲击韧性从35 J增加到75 J。δ相的析出会导致其周边出现无γ″相析出区,当大量δ相沿晶界分布时,则沿晶界形成无强化相析出带,在应力作用下,δ相与无强化相析出区基体的应变差会导致界面开裂、形成孔洞。在无强化相析出区孔洞快速连接形成裂纹,裂纹沿晶扩展与空洞汇合,降低了裂纹扩展阻力,加速了裂纹的扩展。因此δ相的存在为裂纹提供了扩展通道,降低了材料的塑韧性。
2019, 48(5):1476-1480.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180042
摘要:
采用机械合金化+热压工艺制备了NbCr2/Nb-XMo(X=0,2.5,5.0,7.5,10at.%)合金，研究了合金元素Mo对NbCr2/Nb合金组织及性能的影响。结果表明：合金元素Mo主要存在于Nb基体中,对合金的物相不产生明显影响，合金仍由Nb固溶体和NbCr2组成； Mo的添加使得NbCr2/Nb的相界面处应力增加,使得NbCr2颗粒中的层错/孪晶的密度增加，并促进了Nb基体中位错的运动，从而使得NbCr2/Nb合金在保持高强度的同时,具有良好的塑性和韧性。
采用机械合金化+热压工艺制备了NbCr2/Nb-XMo(X=0,2.5,5.0,7.5,10at.%)合金，研究了合金元素Mo对NbCr2/Nb合金组织及性能的影响。结果表明：合金元素Mo主要存在于Nb基体中,对合金的物相不产生明显影响，合金仍由Nb固溶体和NbCr2组成； Mo的添加使得NbCr2/Nb的相界面处应力增加,使得NbCr2颗粒中的层错/孪晶的密度增加，并促进了Nb基体中位错的运动，从而使得NbCr2/Nb合金在保持高强度的同时,具有良好的塑性和韧性。
2019, 48(5):1481-1487.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171083
摘要:
通对五种不同铁含量铌硅合金的热变形行为的探索和研究，本文分别绘制了五种铌硅合金的热加工图，为后续铌硅合金的设计及热加工研究提供了理论依据。合金耗散效率因子η的最大值出现在低应变速率及高温区域；最小值则出现在低温和高应变速率区域。不同Fe含量合金的热加工图中均存在失稳变形区，主要分布于应变速率高和变形温度低的区域，与低耗散效率因子区域重合。失稳区晶粒明显拉长，晶界出现弯曲扭折现象，晶粒大小分布不均匀，发生了局部塑性流动。稳定变形区存在链状的动态再结晶组织，细小的再结晶晶粒沿晶界分布，随着变形温度的升高和应变速率的降低，动态再结晶晶粒的尺寸增大。
通对五种不同铁含量铌硅合金的热变形行为的探索和研究，本文分别绘制了五种铌硅合金的热加工图，为后续铌硅合金的设计及热加工研究提供了理论依据。合金耗散效率因子η的最大值出现在低应变速率及高温区域；最小值则出现在低温和高应变速率区域。不同Fe含量合金的热加工图中均存在失稳变形区，主要分布于应变速率高和变形温度低的区域，与低耗散效率因子区域重合。失稳区晶粒明显拉长，晶界出现弯曲扭折现象，晶粒大小分布不均匀，发生了局部塑性流动。稳定变形区存在链状的动态再结晶组织，细小的再结晶晶粒沿晶界分布，随着变形温度的升高和应变速率的降低，动态再结晶晶粒的尺寸增大。
2019, 48(5):1488-1496.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171197
摘要:
采用热力学平衡模拟计算、差热分析(DTA)和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法对一种新型镍基高温合金K4750合金的凝固组织和主要元素的偏析行为进行研究。研究结果表明,实际K4750合金的固相线温度为1270℃,液相线温度为1350℃,MC型碳化物析出温度为1320℃；凝固顺序为l→γ(1350℃),l→γ+MC(1320℃)。K4750合金在凝固初期凝固速度较快,液相体积分数下降明显,凝固后期速度开始变慢,在1310℃-1290℃温度区间内枝晶间连通残余液相开始断开,同时会有大块状的MC相析出,进一步阻碍液相的连通,从而极易导致合金凝固疏松的形成。合金中W、Fe、Cr的溶质分配系数大于1,富集于枝晶干,为负偏析元素；Ti、Nb、C、Mo的溶质分配系数小于1,富集于枝晶间的液相中,为正偏析元素。
采用热力学平衡模拟计算、差热分析(DTA)和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法对一种新型镍基高温合金K4750合金的凝固组织和主要元素的偏析行为进行研究。研究结果表明,实际K4750合金的固相线温度为1270℃,液相线温度为1350℃,MC型碳化物析出温度为1320℃；凝固顺序为l→γ(1350℃),l→γ+MC(1320℃)。K4750合金在凝固初期凝固速度较快,液相体积分数下降明显,凝固后期速度开始变慢,在1310℃-1290℃温度区间内枝晶间连通残余液相开始断开,同时会有大块状的MC相析出,进一步阻碍液相的连通,从而极易导致合金凝固疏松的形成。合金中W、Fe、Cr的溶质分配系数大于1,富集于枝晶干,为负偏析元素；Ti、Nb、C、Mo的溶质分配系数小于1,富集于枝晶间的液相中,为正偏析元素。
2019, 48(5):1497-1504.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180242
摘要:
为改善镍基高温合金Inconel 718的高温耐磨性,利用同轴送粉等离子熔化沉积快速成形技术原位合成了TiC增强Inconel 718高温合金基高温耐磨复合材料。分析了复合材料的显微组织结构和原位自生过程,探讨了增强相TiC的含量对复合材料的显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能的影响规律,研究了复合材料的高温磨损机理。结果表明：复合材料组织细小致密,显微硬度随TiC增强相体积分数增加而相应提高；在高温干滑动磨损实验条件下,复合材料表现出优异的耐磨性。
为改善镍基高温合金Inconel 718的高温耐磨性,利用同轴送粉等离子熔化沉积快速成形技术原位合成了TiC增强Inconel 718高温合金基高温耐磨复合材料。分析了复合材料的显微组织结构和原位自生过程,探讨了增强相TiC的含量对复合材料的显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能的影响规律,研究了复合材料的高温磨损机理。结果表明：复合材料组织细小致密,显微硬度随TiC增强相体积分数增加而相应提高；在高温干滑动磨损实验条件下,复合材料表现出优异的耐磨性。
2019, 48(5):1506-1516.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180261
摘要:
通过Thermo-Calc模拟计算,差热分析和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法,借助OM、SEM、EPMA及TEM等表征设备,系统研究了氮含量对K4169合金凝固组织演变行为、元素偏析行为以及力学性能的影响规律。结果表明,氮含量从17ppm增大到100ppm,合金中碳、氮化物的体积分数增大,氮化物析出温度升高。氮含量会影响碳化物的数量和形貌:在氮含量＜50ppm的合金中,MC型碳化物数量较多,尺寸较大且呈条状形貌；在氮含量为70ppm和100ppm的合金中大尺寸MC型碳化物数量显著减少,条型MC碳化物转变为块状。氮含量对K4169合金室温拉伸性能无明显影响,对高温持久性能影响很大。氮含量由17ppm增大到100ppm时,合金的高温持久寿命和延伸率分别从300小时和3%下降到2.26小时和2.34%。当氮含量超过30ppm时,合金的持久性能发生显著下降,因此,K4169合金的氮含量应控制在30ppm以内比较合理。
通过Thermo-Calc模拟计算,差热分析和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法,借助OM、SEM、EPMA及TEM等表征设备,系统研究了氮含量对K4169合金凝固组织演变行为、元素偏析行为以及力学性能的影响规律。结果表明,氮含量从17ppm增大到100ppm,合金中碳、氮化物的体积分数增大,氮化物析出温度升高。氮含量会影响碳化物的数量和形貌:在氮含量＜50ppm的合金中,MC型碳化物数量较多,尺寸较大且呈条状形貌；在氮含量为70ppm和100ppm的合金中大尺寸MC型碳化物数量显著减少,条型MC碳化物转变为块状。氮含量对K4169合金室温拉伸性能无明显影响,对高温持久性能影响很大。氮含量由17ppm增大到100ppm时,合金的高温持久寿命和延伸率分别从300小时和3%下降到2.26小时和2.34%。当氮含量超过30ppm时,合金的持久性能发生显著下降,因此,K4169合金的氮含量应控制在30ppm以内比较合理。
2019, 48(5):1517-1522.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180307
摘要:
涡轮导向叶片在服役过程中承受的热疲劳损伤是影响其使用寿命的主要因素。本文对服役后低压涡轮导向叶片的组织性能及热疲劳行为进行了系统研究,结果表明,K417G合金在服役后组织发生明显的弱化,γ′相的网状组织长大、粗化严重；高温拉伸与室温拉伸试验结果的对比表明,K417G合金在高温下力学性能出现大幅降低,这主要是由于合金内析出相之间的相界面和晶界在高温下成为合金的薄弱环节,易成为裂纹的起源位置,从而降低了强度,断裂方式也从室温下的韧性断裂逐渐转变为沿晶特征的脆性断裂；叶片在热疲劳应力作用下表面的涂层发生开裂、脱落,基体合金被氧化,氧化物在应力作用下开裂、脱落而形成疲劳裂纹源；热疲劳试验数据的拟合结果表明随着温度循环周次的增加,裂纹扩展速率呈减小的趋势,这是由于随循环周次的增加,二次裂纹出现并生长,释放了热应力,从而降低了裂纹扩展速率。
涡轮导向叶片在服役过程中承受的热疲劳损伤是影响其使用寿命的主要因素。本文对服役后低压涡轮导向叶片的组织性能及热疲劳行为进行了系统研究,结果表明,K417G合金在服役后组织发生明显的弱化,γ′相的网状组织长大、粗化严重；高温拉伸与室温拉伸试验结果的对比表明,K417G合金在高温下力学性能出现大幅降低,这主要是由于合金内析出相之间的相界面和晶界在高温下成为合金的薄弱环节,易成为裂纹的起源位置,从而降低了强度,断裂方式也从室温下的韧性断裂逐渐转变为沿晶特征的脆性断裂；叶片在热疲劳应力作用下表面的涂层发生开裂、脱落,基体合金被氧化,氧化物在应力作用下开裂、脱落而形成疲劳裂纹源；热疲劳试验数据的拟合结果表明随着温度循环周次的增加,裂纹扩展速率呈减小的趋势,这是由于随循环周次的增加,二次裂纹出现并生长,释放了热应力,从而降低了裂纹扩展速率。
2019, 48(5):1523-1528.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180317
摘要:
本文采用真空非自耗电弧熔炼制备了Ni-30.5Al-39V(at%)合金,利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态,结果表明Ni-30.5Al-39V(at%)的凝固组织由NiAl+V片层共晶组成。通过断裂韧性和高温压缩的测试,结果表明NiAl-39V合金的断裂韧性是NiAl合金的三倍,裂纹偏转和裂纹键合是其主要韧化机理。高温强度提升约2倍左右,复相强化和固溶强化是高温强度提升的主要原因。最后,基于Arrhenius模型构建NiAl-39V合金本构关系为ε = 5.398×[sinh(0.037128σ)]2.3exp(－109.95×103/RT),其激活能为109.95 kJ?mol-1。
本文采用真空非自耗电弧熔炼制备了Ni-30.5Al-39V(at%)合金,利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态,结果表明Ni-30.5Al-39V(at%)的凝固组织由NiAl+V片层共晶组成。通过断裂韧性和高温压缩的测试,结果表明NiAl-39V合金的断裂韧性是NiAl合金的三倍,裂纹偏转和裂纹键合是其主要韧化机理。高温强度提升约2倍左右,复相强化和固溶强化是高温强度提升的主要原因。最后,基于Arrhenius模型构建NiAl-39V合金本构关系为ε = 5.398×[sinh(0.037128σ)]2.3exp(－109.95×103/RT),其激活能为109.95 kJ?mol-1。
2019, 48(5):1529-1533.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180004
摘要:
本文采用分子动力学法以第二近邻嵌入原子势模型(2NN MEAM)的原子间相互作用势为输入参数,研究了Ni-Al-V高温合金中γ/θ-DO22相不同成分下的界面结构,并计算了界面处不同成分下的界面能和界面分离能。研究表明随Al原子浓度增大,界面能增大,界面分离能减少；随V原子浓度增大,界面能先增大后减小；而原子浓度改变对界面分离能影响较小；同时表明界面能和界面分离能与界面迁移密切相关。该结果可用于对Ni-Al-V高温合金沉淀过程界面的成分偏析,界面迁移等动态行为做进一步研究,对高温合金设计有极大的指导意义。
本文采用分子动力学法以第二近邻嵌入原子势模型(2NN MEAM)的原子间相互作用势为输入参数,研究了Ni-Al-V高温合金中γ/θ-DO22相不同成分下的界面结构,并计算了界面处不同成分下的界面能和界面分离能。研究表明随Al原子浓度增大,界面能增大,界面分离能减少；随V原子浓度增大,界面能先增大后减小；而原子浓度改变对界面分离能影响较小；同时表明界面能和界面分离能与界面迁移密切相关。该结果可用于对Ni-Al-V高温合金沉淀过程界面的成分偏析,界面迁移等动态行为做进一步研究,对高温合金设计有极大的指导意义。
2019, 48(5):1534-1538.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171000
摘要:
在800-1200℃的变形温度,0.001-0.1s-1的应变速率下对通过机械合金化+热压工艺制备的成分为Nb-22.5Cr的 NbCr2/ Nb合金进行了高温压缩试验,研究了合金的高温力学行为,并通过透射电子显微镜观察分析了合金的变形机制。结果表明：NbCr2/ Nb合金的峰值强度随着变形温度的升高,应变速率的降低而下降。基体Nb的变形机制主要为位错的滑移；而NbCr2的变形机制为通过层错,孪晶,不全位错等方式进行。
在800-1200℃的变形温度,0.001-0.1s-1的应变速率下对通过机械合金化+热压工艺制备的成分为Nb-22.5Cr的 NbCr2/ Nb合金进行了高温压缩试验,研究了合金的高温力学行为,并通过透射电子显微镜观察分析了合金的变形机制。结果表明：NbCr2/ Nb合金的峰值强度随着变形温度的升高,应变速率的降低而下降。基体Nb的变形机制主要为位错的滑移；而NbCr2的变形机制为通过层错,孪晶,不全位错等方式进行。
2019, 48(5):1584-1590.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180053
摘要:
利用SEM原位拉伸实验，研究了Ti555211合金具有初始双态组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明：在拉伸载荷作用下，双态组织试样中滑移带优先出现在初生α相内（与拉伸轴呈45°），在裂纹扩展过程中，合金内滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增加，双态组织试样的断裂方式为微孔聚集型断裂。原位拉伸试样断口分析表明，韧性断裂是双态组织试样的主要断裂方式，双态组织试样断口没有明显剪切唇，存在小范围的剪切滑移造成的平坦面。SEM原位拉伸实验分析方法能够对该合金的变形和断裂行为进行实时跟踪，该方法的研究结果更加具有重大的理论价值和工程意义。
利用SEM原位拉伸实验，研究了Ti555211合金具有初始双态组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明：在拉伸载荷作用下，双态组织试样中滑移带优先出现在初生α相内（与拉伸轴呈45°），在裂纹扩展过程中，合金内滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增加，双态组织试样的断裂方式为微孔聚集型断裂。原位拉伸试样断口分析表明，韧性断裂是双态组织试样的主要断裂方式，双态组织试样断口没有明显剪切唇，存在小范围的剪切滑移造成的平坦面。SEM原位拉伸实验分析方法能够对该合金的变形和断裂行为进行实时跟踪，该方法的研究结果更加具有重大的理论价值和工程意义。
2019, 48(5):1591-1597.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181066
摘要:
对固溶强化型625镍基高温合金粉末进行升、降温差示扫描量热分析（DSC）试验，研究了<37μm、45-53μm、75-105μm、105-150μm、150-355μm不同粉末粒度对相变温度的影响。采用场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）和同步辐射X射线衍射（SXRD）对625合金粉末的形貌、元素分布和相组成进行表征。结果表明：不同粒径PM625粉末均为树枝晶结构，枝晶间距在2~10μm范围，元素 Ni和Cr倾向分布于枝晶干，Mo和Nb偏析于枝晶间。不同粒度的PM625粉末中均仅存在基体γ相。PM625粉末DSC加热曲线固相线附近区域拐点尖锐，表现为合金开始熔化温度（偏离基线的拐点）与名义固相线温度（切线交点）差异很小，不同粒度间的差异仅为2-5℃。合金完全熔化后重新冷却的过程中原始粉末的低偏析特性消失，冷却曲线固相线区域圆弧较大，名义固相线和终凝温度差较大，为53-65℃。DSC试验升温过程中不同粒径粉末的固、液相线以及初熔温度最大差异分别为3℃、2℃和2℃，降温过程不同粒径粉末固、液相线温度差分别为6℃和2℃。0-355μm粉末粒径范围内，粒径对固溶强化型PM625高温合金粉末相变温度无明显影响。
对固溶强化型625镍基高温合金粉末进行升、降温差示扫描量热分析（DSC）试验，研究了<37μm、45-53μm、75-105μm、105-150μm、150-355μm不同粉末粒度对相变温度的影响。采用场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）和同步辐射X射线衍射（SXRD）对625合金粉末的形貌、元素分布和相组成进行表征。结果表明：不同粒径PM625粉末均为树枝晶结构，枝晶间距在2~10μm范围，元素 Ni和Cr倾向分布于枝晶干，Mo和Nb偏析于枝晶间。不同粒度的PM625粉末中均仅存在基体γ相。PM625粉末DSC加热曲线固相线附近区域拐点尖锐，表现为合金开始熔化温度（偏离基线的拐点）与名义固相线温度（切线交点）差异很小，不同粒度间的差异仅为2-5℃。合金完全熔化后重新冷却的过程中原始粉末的低偏析特性消失，冷却曲线固相线区域圆弧较大，名义固相线和终凝温度差较大，为53-65℃。DSC试验升温过程中不同粒径粉末的固、液相线以及初熔温度最大差异分别为3℃、2℃和2℃，降温过程不同粒径粉末固、液相线温度差分别为6℃和2℃。0-355μm粉末粒径范围内，粒径对固溶强化型PM625高温合金粉末相变温度无明显影响。
2019, 48(5):1598-1604.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171097
摘要:
对激光成形修复Inconel 625合金的工艺特性以及不同区域的组织进行了研究。结果表明：激光成形修复Inconel625 合金的工艺范围较宽；激光功率主要影响单道修复层的宽度；扫描速度对单道修复层的尺寸影响较为显著,而送粉率的影响较小。基材的相组成包括γ(Ni-Cr)基体相、大尺寸(约10μm)块状MC型碳化物(M为Nb和Ti)、沿晶界析出的小尺寸(约0.5 μm)块状MC型碳化物以及不规则形状的Laves相。修复区组织为呈外延生长的柱状枝晶,相组成为γ基体相、沿枝晶界析出的Laves相以及少量MC型碳化物。层与层界面处Laves相析出急剧增加形成层间过渡区。
对激光成形修复Inconel 625合金的工艺特性以及不同区域的组织进行了研究。结果表明：激光成形修复Inconel625 合金的工艺范围较宽；激光功率主要影响单道修复层的宽度；扫描速度对单道修复层的尺寸影响较为显著,而送粉率的影响较小。基材的相组成包括γ(Ni-Cr)基体相、大尺寸(约10μm)块状MC型碳化物(M为Nb和Ti)、沿晶界析出的小尺寸(约0.5 μm)块状MC型碳化物以及不规则形状的Laves相。修复区组织为呈外延生长的柱状枝晶,相组成为γ基体相、沿枝晶界析出的Laves相以及少量MC型碳化物。层与层界面处Laves相析出急剧增加形成层间过渡区。
2019, 48(5):1605-1614.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171185
摘要:
采用SEM、EDS、XRD、万能拉伸试验机等手段，研究了750 ℃时效不同时间对GH3625合金管材组织及力学性能的影响。结果表明：固溶态的GH3625合金在750 ℃时效1000 h后主要析出MC、M6C、M23C6、??、?相。GH3625合金时效过程中的晶粒长大和晶界处相变行为以及Nb原子的溶质拖曳作用有密切的关系。固溶态的GH3625合金在750 ℃时效(0~1000 h范围内)后晶界宽度呈现出先增后减的趋势。GH3625合金时效前后，抗拉强度变化并不明显，屈服强度呈现出持续升高的趋势，但是合金的伸长率损失了62.55%，断裂模式从延性断裂转变为脆性断裂。
采用SEM、EDS、XRD、万能拉伸试验机等手段，研究了750 ℃时效不同时间对GH3625合金管材组织及力学性能的影响。结果表明：固溶态的GH3625合金在750 ℃时效1000 h后主要析出MC、M6C、M23C6、??、?相。GH3625合金时效过程中的晶粒长大和晶界处相变行为以及Nb原子的溶质拖曳作用有密切的关系。固溶态的GH3625合金在750 ℃时效(0~1000 h范围内)后晶界宽度呈现出先增后减的趋势。GH3625合金时效前后，抗拉强度变化并不明显，屈服强度呈现出持续升高的趋势，但是合金的伸长率损失了62.55%，断裂模式从延性断裂转变为脆性断裂。
2019, 48(5):1615-1622.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180024
摘要:
采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ‘相尺寸分布及在1000 ℃长期时效时γ‘相的演化规律。结果表明：沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ‘共晶组织析出,试样中γ‘相体积分数约为70 %。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ‘相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ‘相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000 ℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ‘相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的442 HV增加至487 HV,长期时效能降低合金硬度,降幅约为5.9 %。
采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ‘相尺寸分布及在1000 ℃长期时效时γ‘相的演化规律。结果表明：沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ‘共晶组织析出,试样中γ‘相体积分数约为70 %。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ‘相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ‘相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000 ℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ‘相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的442 HV增加至487 HV,长期时效能降低合金硬度,降幅约为5.9 %。
2019, 48(5):1623-1630.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180287
摘要:
本文研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比；重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度、γ"尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明：氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力；分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低；γ"相尺寸的影响次之,在一定范围内γ"相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低；而氧含量在100~150ppm范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。
本文研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比；重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度、γ"尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明：氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力；分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低；γ"相尺寸的影响次之,在一定范围内γ"相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低；而氧含量在100~150ppm范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。
2019, 48(5):1697-1706.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180871
摘要:
钛合金拥有较高的比强度、较好的耐蚀性能与生物相容性,其在医用植入物的应用市场前景十分引人关注。但传统医用钛合金植入物常采取铸造的生产方式,产品种类单一,无法满足“精准医疗”的诊疗目标。随着3D打印技术的发展,其丰富的加工方式在医用钛合金3D打印方面的应用优势逐渐凸显。本文将介绍多孔医用钛合金的发展历史及3D打印钛合金的制造现状,分析现有3D打印医用钛合金的技术壁垒,并为未来3D打印医用钛合金的发展方向提供建议。
钛合金拥有较高的比强度、较好的耐蚀性能与生物相容性,其在医用植入物的应用市场前景十分引人关注。但传统医用钛合金植入物常采取铸造的生产方式,产品种类单一,无法满足“精准医疗”的诊疗目标。随着3D打印技术的发展,其丰富的加工方式在医用钛合金3D打印方面的应用优势逐渐凸显。本文将介绍多孔医用钛合金的发展历史及3D打印钛合金的制造现状,分析现有3D打印医用钛合金的技术壁垒,并为未来3D打印医用钛合金的发展方向提供建议。
2019, 48(5):1707-1716.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170965
摘要:
随着电子产品不断向小型化和便携式等方向发展,在柔性衬底上制备薄膜电子器件引起了人们越来越多的关注。其中柔性透明导电薄膜作为电子器件必备部件之一已成为重要的研究方向。传统的氧化铟锡材料因其柔韧性差等问题限制了在柔性器件中应用。银纳米线由于优异的导电导热性、良好的机械稳定性、可接受的价格和氧化物仍具有一定的导电性等特点,被认为是最具潜力替代氧化铟锡的下一代柔性透明导电材料。本文介绍了银纳米线基透明导电薄膜的相关理论和制备方法、以及国内外银纳米线基透明导电薄膜的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。
随着电子产品不断向小型化和便携式等方向发展,在柔性衬底上制备薄膜电子器件引起了人们越来越多的关注。其中柔性透明导电薄膜作为电子器件必备部件之一已成为重要的研究方向。传统的氧化铟锡材料因其柔韧性差等问题限制了在柔性器件中应用。银纳米线由于优异的导电导热性、良好的机械稳定性、可接受的价格和氧化物仍具有一定的导电性等特点,被认为是最具潜力替代氧化铟锡的下一代柔性透明导电材料。本文介绍了银纳米线基透明导电薄膜的相关理论和制备方法、以及国内外银纳米线基透明导电薄膜的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。
2019, 48(5):1415-1420.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171145
摘要:
本文以二元Ti-16V合金为研究对象，着重研究其动态压缩性能与变形机理。其中，动态压缩实验在霍普金森压杆装置上进行。对于亚稳型Ti-16V合金而言，其流变抗力与应变硬化速率随加载应变率(1000~3700 s-1)的变化并不十分显著。根据变形试样金相组织的演变规律可以判定材料的临界失稳应变率约为3000 s-1。采用电子背散射衍射技术与透射电子显微镜技术可以确定Ti-16V合金动态压缩的主要变形机制为{332}<113>型孪生与应力诱发ω相变。借助本文中构建的球形坐标系可以计算BCC孪生的Schmid因子并对Ti-16V合金的动态孪生行为加以分析，最后证明临界Schmid因子是决定孪生开动与否的重要参数，并且结合临界Schmid因子与正应力值可以计算得出Ti-16V合金在动态压缩条件下形成的{332}<113>型孪晶的临界分切应力约为334~338 MPa。
本文以二元Ti-16V合金为研究对象，着重研究其动态压缩性能与变形机理。其中，动态压缩实验在霍普金森压杆装置上进行。对于亚稳型Ti-16V合金而言，其流变抗力与应变硬化速率随加载应变率(1000~3700 s-1)的变化并不十分显著。根据变形试样金相组织的演变规律可以判定材料的临界失稳应变率约为3000 s-1。采用电子背散射衍射技术与透射电子显微镜技术可以确定Ti-16V合金动态压缩的主要变形机制为{332}<113>型孪生与应力诱发ω相变。借助本文中构建的球形坐标系可以计算BCC孪生的Schmid因子并对Ti-16V合金的动态孪生行为加以分析，最后证明临界Schmid因子是决定孪生开动与否的重要参数，并且结合临界Schmid因子与正应力值可以计算得出Ti-16V合金在动态压缩条件下形成的{332}<113>型孪晶的临界分切应力约为334~338 MPa。
2019, 48(5):1421-1428.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171168
摘要:
本文研究了SiC和Al2O3颗粒对生物医用植入材料Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn合金的微磨损行为的影响。在文中研究了合金的比磨损率、摩擦系数、磨损机制以及微磨损与腐蚀之间的协同作用。研究结果显示,合金的比磨损率随磨粒尺寸的增加而增加。由于SiC磨粒的硬度和切削性均优于Al2O3磨粒,由此在同尺寸磨粒下SiC磨粒所造成的材料的损失比Al2O3磨粒造成的要大。摩擦系数的结果显示,在同一种磨粒作用下,Hank’s溶液中所获得的摩擦系数的平均值大于蒸馏水中所获得的摩擦系数平均值,且由于Hank’s溶液的腐蚀性所致在Hank’s溶液中获得的摩擦系数的稳定性要比在蒸馏水中的稳定性差；在同尺寸磨粒下,Al2O3磨粒所造成的摩擦系数要大于SiC磨粒所造成的。随磨粒尺寸的减小,磨损机制由三体磨损转变为混合磨损之后再转变为二体磨损。从磨损机制图中可以看出腐蚀对材料损失的贡献是不容小视的,磨损机制为以磨损为主的磨损腐蚀。
本文研究了SiC和Al2O3颗粒对生物医用植入材料Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn合金的微磨损行为的影响。在文中研究了合金的比磨损率、摩擦系数、磨损机制以及微磨损与腐蚀之间的协同作用。研究结果显示,合金的比磨损率随磨粒尺寸的增加而增加。由于SiC磨粒的硬度和切削性均优于Al2O3磨粒,由此在同尺寸磨粒下SiC磨粒所造成的材料的损失比Al2O3磨粒造成的要大。摩擦系数的结果显示,在同一种磨粒作用下,Hank’s溶液中所获得的摩擦系数的平均值大于蒸馏水中所获得的摩擦系数平均值,且由于Hank’s溶液的腐蚀性所致在Hank’s溶液中获得的摩擦系数的稳定性要比在蒸馏水中的稳定性差；在同尺寸磨粒下,Al2O3磨粒所造成的摩擦系数要大于SiC磨粒所造成的。随磨粒尺寸的减小,磨损机制由三体磨损转变为混合磨损之后再转变为二体磨损。从磨损机制图中可以看出腐蚀对材料损失的贡献是不容小视的,磨损机制为以磨损为主的磨损腐蚀。
2019, 48(5):1429-1434.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171178
摘要:
采用差示扫描量热分析仪,研究了Zn38Mg12Ca32Yb18 大块金属玻璃的在等时和等温状态下的晶化动力学行为。在等时条件下,不同的理论模型来分析特征温度的名义激活能。研究结果表明,采用Kissinger模型,Flynn-Wall-Ozawa 模型和Augis-Bennett模型计算的名义激活能相互吻合。再者,采用Johnson-Mehl-Avrami模型分析了等温过程中晶化转变动力学机。The Avrami 指数 n 的分布区间介于 3.25 到 4.12之间. 我们发现,在等温晶化过程中采用Arrhenius 方程计算得到的激活能比在等时晶化过中采用Kissinger 方程的激活能要大,这可能是由于等温退火过程中能垒比等时晶化过程中的要高所引起的。
采用差示扫描量热分析仪,研究了Zn38Mg12Ca32Yb18 大块金属玻璃的在等时和等温状态下的晶化动力学行为。在等时条件下,不同的理论模型来分析特征温度的名义激活能。研究结果表明,采用Kissinger模型,Flynn-Wall-Ozawa 模型和Augis-Bennett模型计算的名义激活能相互吻合。再者,采用Johnson-Mehl-Avrami模型分析了等温过程中晶化转变动力学机。The Avrami 指数 n 的分布区间介于 3.25 到 4.12之间. 我们发现,在等温晶化过程中采用Arrhenius 方程计算得到的激活能比在等时晶化过中采用Kissinger 方程的激活能要大,这可能是由于等温退火过程中能垒比等时晶化过程中的要高所引起的。
2019, 48(5):1435-1439.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20170200
摘要:
本文采用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),透射菊池衍射(TKD)和透射电子显微镜(TEM)表征技术,研究了高周疲劳变形后的Mg-3Al-1Zn镁合金的典型断口组织特征,二次孪晶内部的横切面区域被提取出来进行TEM和TKD观察。结果显示断口边缘附近的区域有大量的{10-12}-{10-12}二次孪晶,双束明场技术(TBBF)应用于研究二次孪晶边界的位错类型。研究发现锥面位错在{10-12}-{10-12} 二次孪晶内部被大量的激活,这被认为锥面位错与二次孪晶有关联。二次孪晶内部的局部应力集中将导致锥面位错的形成。
本文采用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),透射菊池衍射(TKD)和透射电子显微镜(TEM)表征技术,研究了高周疲劳变形后的Mg-3Al-1Zn镁合金的典型断口组织特征,二次孪晶内部的横切面区域被提取出来进行TEM和TKD观察。结果显示断口边缘附近的区域有大量的{10-12}-{10-12}二次孪晶,双束明场技术(TBBF)应用于研究二次孪晶边界的位错类型。研究发现锥面位错在{10-12}-{10-12} 二次孪晶内部被大量的激活,这被认为锥面位错与二次孪晶有关联。二次孪晶内部的局部应力集中将导致锥面位错的形成。
2019, 48(5):1440-1446.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171188
摘要:
Two approaches to testing corrosion in autoclave with different time intervals for heating and cooling were carried out to investigate the corrosion resistance of Zr-1Nb alloy in the 0.01 mol/L LiOH aqueous solution at 360 °C/18.6 MPa, the stress, and defect density in the oxide film. The stress and defect density in oxide film were measured by a curl method and the Ion Migration Method (IMM), respectively. Results showed that the stress level and defect density in the oxide film in the shorter interval corrosion tests were lower than that in the longer interval corrosion tests at the initial stage of corrosion with the weight gain less than 34.37 mg/dm2. The corrosion resistance in the subsequent stages of corrosion was better in the shorter interval corrosion tests. It indicates that at the initial stage of corrosion the weight gain shows no obvious difference between the two approaches of corrosion tests in autoclave under different time intervals for heating and cooling. However, the stress level and defect density in the oxide film exhibit noticeable differences, which leads to two distinct microstructural evolution rates of the oxide film. The distinct microstructural evolution rates cause different corrosion resistance in the subsequent corrosion stages.
Two approaches to testing corrosion in autoclave with different time intervals for heating and cooling were carried out to investigate the corrosion resistance of Zr-1Nb alloy in the 0.01 mol/L LiOH aqueous solution at 360 °C/18.6 MPa, the stress, and defect density in the oxide film. The stress and defect density in oxide film were measured by a curl method and the Ion Migration Method (IMM), respectively. Results showed that the stress level and defect density in the oxide film in the shorter interval corrosion tests were lower than that in the longer interval corrosion tests at the initial stage of corrosion with the weight gain less than 34.37 mg/dm2. The corrosion resistance in the subsequent stages of corrosion was better in the shorter interval corrosion tests. It indicates that at the initial stage of corrosion the weight gain shows no obvious difference between the two approaches of corrosion tests in autoclave under different time intervals for heating and cooling. However, the stress level and defect density in the oxide film exhibit noticeable differences, which leads to two distinct microstructural evolution rates of the oxide film. The distinct microstructural evolution rates cause different corrosion resistance in the subsequent corrosion stages.
2019, 48(5):1447-1453.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171189
摘要:
采用等离子体基离子注入的方法在Ti6Al4V合金表面分别注入N+C、Ti+N和Ti+C元素，注入剂量均为2×1017 ions/cm2，N+C和Ti+N元素的注入负脉冲偏压为-50 kV，Ti+C元素的注入电压分别为-20 kV、-35 kV和-50 kV。通过X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）对注入层进行了微观结构分析，结果表明：Ti+C注入层中存在TiC和Ti-O，Ti+N注入层中存在TiN和Ti-O键。采用纳米压痕仪和球盘磨损试验机对注入层的硬度和摩擦学性能进行了研究。结果表明：在相同注入电压下，Ti+C注入层的硬度最高，其次是Ti+N注入层，N+C注入层的硬度最低；Ti+C 注入层的硬度随着注入电压的增大而增大，最大硬度为11.2GPa。50kV注入层Ti+C具有最低的比磨损率，其值为6.7×10-5mm3/N.m，比磨损率较未处理Ti6Al4V基体下降了1 个数量级以上，表现出优异的耐磨损性能。
采用等离子体基离子注入的方法在Ti6Al4V合金表面分别注入N+C、Ti+N和Ti+C元素，注入剂量均为2×1017 ions/cm2，N+C和Ti+N元素的注入负脉冲偏压为-50 kV，Ti+C元素的注入电压分别为-20 kV、-35 kV和-50 kV。通过X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）对注入层进行了微观结构分析，结果表明：Ti+C注入层中存在TiC和Ti-O，Ti+N注入层中存在TiN和Ti-O键。采用纳米压痕仪和球盘磨损试验机对注入层的硬度和摩擦学性能进行了研究。结果表明：在相同注入电压下，Ti+C注入层的硬度最高，其次是Ti+N注入层，N+C注入层的硬度最低；Ti+C 注入层的硬度随着注入电压的增大而增大，最大硬度为11.2GPa。50kV注入层Ti+C具有最低的比磨损率，其值为6.7×10-5mm3/N.m，比磨损率较未处理Ti6Al4V基体下降了1 个数量级以上，表现出优异的耐磨损性能。
2019, 48(5):1454-1460.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171195
摘要:
为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg2Y、Mg2La和Mg3La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg3La具有最强合金化能力,而Mg2La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg2Y具有最强的抵抗变形能力,Mg3La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg2La塑性最强。进一步分析表明Mg2Y和Mg2La为延性相,而Mg3La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg3La的耐磨性最好,Mg2Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。
为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg2Y、Mg2La和Mg3La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg3La具有最强合金化能力,而Mg2La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg2Y具有最强的抵抗变形能力,Mg3La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg2La塑性最强。进一步分析表明Mg2Y和Mg2La为延性相,而Mg3La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg3La的耐磨性最好,Mg2Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。
2019, 48(5):1461-1466.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171193
摘要:
本论文采用自主研发设计的无坩埚熔炼气雾化设备制备适用于金属增材制造的球形Ti6Al4V粉末。通过调节进料速度与雾化压力，45μm以下的粉末收得率可达35 wt.%，高于旋转电极制粉的收的率（~10 wt.%）通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和金相显微镜（OM）表征粉末显微结构与组织。结果表明制备的Ti6Al4V粉末具有良好的球形度和表面光滑，良好的流动性和较高的松装密度使其可用于金属增材制造与注射成型等。由于雾化过程中粉末的冷却速度为 104-108 K/s，粉末中的β相在冷却过程中转变为针状α′ 相。
本论文采用自主研发设计的无坩埚熔炼气雾化设备制备适用于金属增材制造的球形Ti6Al4V粉末。通过调节进料速度与雾化压力，45μm以下的粉末收得率可达35 wt.%，高于旋转电极制粉的收的率（~10 wt.%）通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和金相显微镜（OM）表征粉末显微结构与组织。结果表明制备的Ti6Al4V粉末具有良好的球形度和表面光滑，良好的流动性和较高的松装密度使其可用于金属增材制造与注射成型等。由于雾化过程中粉末的冷却速度为 104-108 K/s，粉末中的β相在冷却过程中转变为针状α′ 相。
2019, 48(5):1539-1543.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170938
摘要:
采用溶胶—凝胶法、静电纺丝技术和热处理技术相结合制备了一维NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝。利用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和振动样品磁强计(VSM)对NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝的结构、形貌和磁性能进行表征。结果表明,NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝表面光滑、直径均匀、连续,直径约60 nm。掺杂Pr3+,Nd3+,Sm3+均没有改变NiFe2O4的尖晶石结构,掺杂均降低了NiFe2O4的结晶度,晶粒尺寸D从44.8 nm减小到33.8 nm。NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝都表现出软磁特性。NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝的饱和磁化强度(Ms)分别为39.58 emu.g-1,41.10 emu.g-1,34.23 emu.g-1；矫顽力(Hc)分别为176.49 Oe,170.98 Oe,199.22 Oe；其中NiFe1.98Nd0.02O4纳米丝的Ms(41.10 emu.g-1)最大,矫顽力Hc(170.98 Oe)最小,软磁性能最好。
采用溶胶—凝胶法、静电纺丝技术和热处理技术相结合制备了一维NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝。利用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和振动样品磁强计(VSM)对NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝的结构、形貌和磁性能进行表征。结果表明,NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝表面光滑、直径均匀、连续,直径约60 nm。掺杂Pr3+,Nd3+,Sm3+均没有改变NiFe2O4的尖晶石结构,掺杂均降低了NiFe2O4的结晶度,晶粒尺寸D从44.8 nm减小到33.8 nm。NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝都表现出软磁特性。NiFe1.98RE0.02O4(RE=Pr, Nd, Sm)纳米丝的饱和磁化强度(Ms)分别为39.58 emu.g-1,41.10 emu.g-1,34.23 emu.g-1；矫顽力(Hc)分别为176.49 Oe,170.98 Oe,199.22 Oe；其中NiFe1.98Nd0.02O4纳米丝的Ms(41.10 emu.g-1)最大,矫顽力Hc(170.98 Oe)最小,软磁性能最好。
2019, 48(5):1544-1550.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171070
摘要:
以铸造WC（WC/W2C共晶）作为增强颗粒，4Cr5MoSiV1作为熔注层金属基体，采用激光熔注技术在Q235表面制备WCp/4Cr5MoSiV1金属基复合材料层。采用XRD、OM 、SEM和EDS对涂层的物相、宏观形貌和微观组织进行了表征分析，测试了涂层沿深度方向上的显微硬度，室温条件下进行销盘式面接触干滑动摩擦磨损试验，利用SEM对磨损表面进行微观组织分析。研究表明，复合材料层的相组成主要有γ-Fe、WC、M2C、M6C、M23C7、(Fe,W)3C（M=（Fe，Cr，W，Mo）），碳化物在复合材料层中呈现不同的形态。复合材料层的硬度723.74HV0.2，是基材Q235硬度的4.6倍，较传统淬火态4Cr5MoSiV1高出50%。复合材料层的平均摩擦系数为0.283，仅为硬质合金的87.1%、4Cr5MoSiV1的61.1%；相对磨损率43.45，是硬质合金的1.7倍，4Cr5MoSiV1的43倍。
以铸造WC（WC/W2C共晶）作为增强颗粒，4Cr5MoSiV1作为熔注层金属基体，采用激光熔注技术在Q235表面制备WCp/4Cr5MoSiV1金属基复合材料层。采用XRD、OM 、SEM和EDS对涂层的物相、宏观形貌和微观组织进行了表征分析，测试了涂层沿深度方向上的显微硬度，室温条件下进行销盘式面接触干滑动摩擦磨损试验，利用SEM对磨损表面进行微观组织分析。研究表明，复合材料层的相组成主要有γ-Fe、WC、M2C、M6C、M23C7、(Fe,W)3C（M=（Fe，Cr，W，Mo）），碳化物在复合材料层中呈现不同的形态。复合材料层的硬度723.74HV0.2，是基材Q235硬度的4.6倍，较传统淬火态4Cr5MoSiV1高出50%。复合材料层的平均摩擦系数为0.283，仅为硬质合金的87.1%、4Cr5MoSiV1的61.1%；相对磨损率43.45，是硬质合金的1.7倍，4Cr5MoSiV1的43倍。
2019, 48(5):1551-1558.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180981
摘要:
对3mm厚压铸态AZ91D镁合金和压铸态ADC12铝合金进行了搅拌摩擦焊，采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、万能拉伸试验机等分析了的接头的微观组织和力学性能。主要结论为：1）铝合金置于前进侧，前进速度为40mm/min，转速为900-1300r/min时，可获得成型良好的焊接接头；2）接头焊核区域镁铝合金相互混合，发生机械互锁，组织呈现条带状特征；母材中粗大铸态枝晶明显细化，非镁/铝基体相主要有Si、Mg2Al3、Mg17Al12和Mg2Si，颗粒状尺寸随转速的增加呈先降后增趋势； 3）接头平均抗拉强度随转速增加呈现先增大后减小的趋势；断裂均发生在前进侧热机影响区和焊核的交界处。
对3mm厚压铸态AZ91D镁合金和压铸态ADC12铝合金进行了搅拌摩擦焊，采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、万能拉伸试验机等分析了的接头的微观组织和力学性能。主要结论为：1）铝合金置于前进侧，前进速度为40mm/min，转速为900-1300r/min时，可获得成型良好的焊接接头；2）接头焊核区域镁铝合金相互混合，发生机械互锁，组织呈现条带状特征；母材中粗大铸态枝晶明显细化，非镁/铝基体相主要有Si、Mg2Al3、Mg17Al12和Mg2Si，颗粒状尺寸随转速的增加呈先降后增趋势； 3）接头平均抗拉强度随转速增加呈现先增大后减小的趋势；断裂均发生在前进侧热机影响区和焊核的交界处。
2019, 48(5):1559-1566.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171010
摘要:
本文采用分子动力学方法研究了单晶γ-TiAl合金纳米切削过程，通过对单晶γ-TiAl合金建模、计算和分析，分析了不同切削深度和速度对切削过程的影响，研究结果发现：在切削过程中，随着切削深度增大，切屑体积逐渐增大，切屑中原子排列越来越紧密，位错密度也会随之增大；随着切削速度增大，位错密度反而会随之降低。在一定的切削深度和速度范围内，切削过程中刀具前方都会产生“V”型位错环，工件温度和势能也都会相应增大。特别是，切削速度为400m/s时，刀具前方的切削表面上未出现原子错排。
本文采用分子动力学方法研究了单晶γ-TiAl合金纳米切削过程，通过对单晶γ-TiAl合金建模、计算和分析，分析了不同切削深度和速度对切削过程的影响，研究结果发现：在切削过程中，随着切削深度增大，切屑体积逐渐增大，切屑中原子排列越来越紧密，位错密度也会随之增大；随着切削速度增大，位错密度反而会随之降低。在一定的切削深度和速度范围内，切削过程中刀具前方都会产生“V”型位错环，工件温度和势能也都会相应增大。特别是，切削速度为400m/s时，刀具前方的切削表面上未出现原子错排。
2019, 48(5):1567-1572.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171059
摘要:
通过粉末冶金法制备了不同z值(z=7.5~8.5)的Sm(CoFeCuZr)z磁体。利用磁性能测量系统、x射线衍射分析、电子探针以及透射显微镜等对磁体的性能、组成相、析出相含量、微观结构及元素分布进行表征,通过分析解释了磁性能随z值变化的内在机理。结果表明：随z值增大,胞状结构尺寸增大,高饱和磁化强度的2:17R相增多导致剩磁Br升高；z值增大导致富Zr析出相增多,引起方形度Hk/Hcj下降；z值通过改变Cu元素在2:17R相界面位置的富集程度来改变矫顽力Hcj的大小,在一定范围内(z<8.2)该位置Cu含量越高,矫顽力越大。
通过粉末冶金法制备了不同z值(z=7.5~8.5)的Sm(CoFeCuZr)z磁体。利用磁性能测量系统、x射线衍射分析、电子探针以及透射显微镜等对磁体的性能、组成相、析出相含量、微观结构及元素分布进行表征,通过分析解释了磁性能随z值变化的内在机理。结果表明：随z值增大,胞状结构尺寸增大,高饱和磁化强度的2:17R相增多导致剩磁Br升高；z值增大导致富Zr析出相增多,引起方形度Hk/Hcj下降；z值通过改变Cu元素在2:17R相界面位置的富集程度来改变矫顽力Hcj的大小,在一定范围内(z<8.2)该位置Cu含量越高,矫顽力越大。
2019, 48(5):1573-1578.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180040
摘要:
异质相界面诱发晶构转变是一种特殊的界面现象,在诸多实验研究中均有发现和报道,但机制不明。本文以Fe/Ni界面为例,对BCC/FCC型异质相界面的原子结构和能量学开展第一性原理计算研究,确定了满足{111}Ni/{110}Fe (K-S)关系的界面精细原子结构,并进一步推断该界面处的晶构转变只在临近界面的Ni(111)原子层。其诱发机制主要是界面应变,而与界面原子磁矩的变化无关。
异质相界面诱发晶构转变是一种特殊的界面现象,在诸多实验研究中均有发现和报道,但机制不明。本文以Fe/Ni界面为例,对BCC/FCC型异质相界面的原子结构和能量学开展第一性原理计算研究,确定了满足{111}Ni/{110}Fe (K-S)关系的界面精细原子结构,并进一步推断该界面处的晶构转变只在临近界面的Ni(111)原子层。其诱发机制主要是界面应变,而与界面原子磁矩的变化无关。
2019, 48(5):1579-1583.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171012
摘要:
界面换热系数是锆合金塑性成形模拟的重要边界条件之一。本文测定了界面有、无玻璃润滑剂条件下Zr-4合金和H13模具钢的界面接触温度随接触时间的变化曲线,在此基础上分析了界面换热特征,获得了界面换热系数随初始界面温度变化的函数式。结果表明,玻璃润滑剂可有效减缓Zr-4合金与H13钢的界面传热,当Zr-4合金和H13钢的初始界面温度分别为700℃和470℃时,有玻璃润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为16.3s,该时间段内相应的界面换热系数随实验时间的延长由226 W/( m2?℃)增大到2166 W/( m2?℃),无润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为7.7s,该时间段内界面换热系数由250 W/( m2?℃)增大到2700 W/( m2?℃)。采用本文确定的换热系数随温度变化的关系式进行热交换模拟可以获得较高的模拟精度,模拟与实验结果的最大误差约为4.5%。
界面换热系数是锆合金塑性成形模拟的重要边界条件之一。本文测定了界面有、无玻璃润滑剂条件下Zr-4合金和H13模具钢的界面接触温度随接触时间的变化曲线,在此基础上分析了界面换热特征,获得了界面换热系数随初始界面温度变化的函数式。结果表明,玻璃润滑剂可有效减缓Zr-4合金与H13钢的界面传热,当Zr-4合金和H13钢的初始界面温度分别为700℃和470℃时,有玻璃润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为16.3s,该时间段内相应的界面换热系数随实验时间的延长由226 W/( m2?℃)增大到2166 W/( m2?℃),无润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为7.7s,该时间段内界面换热系数由250 W/( m2?℃)增大到2700 W/( m2?℃)。采用本文确定的换热系数随温度变化的关系式进行热交换模拟可以获得较高的模拟精度,模拟与实验结果的最大误差约为4.5%。
2019, 48(5):1631-1636.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180825
摘要:
针对钛/不锈钢不易直接热轧复合的问题,通过添加工业纯铁为中间层材料,采用真空轧制的方法制得钛合金/不锈钢复合板。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和拉剪实验,研究纯铁中间层和不同温度对复合板界面组织特征和性能的影响。结果表明：添加纯铁中间层后,在轧制温度为750~950℃、压下率为20%时,随着轧制温度的升高,复合面剪切强度增加,在轧制温度为950 ℃时,复合效果最好,复合界面剪切强度达到248 MPa；在高温1 050 ℃时,纯铁和钛合金的交界面上生成β-Ti和Fe2Ti化合物会降低复合强度。
针对钛/不锈钢不易直接热轧复合的问题,通过添加工业纯铁为中间层材料,采用真空轧制的方法制得钛合金/不锈钢复合板。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和拉剪实验,研究纯铁中间层和不同温度对复合板界面组织特征和性能的影响。结果表明：添加纯铁中间层后,在轧制温度为750~950℃、压下率为20%时,随着轧制温度的升高,复合面剪切强度增加,在轧制温度为950 ℃时,复合效果最好,复合界面剪切强度达到248 MPa；在高温1 050 ℃时,纯铁和钛合金的交界面上生成β-Ti和Fe2Ti化合物会降低复合强度。
2019, 48(5):1637-1644.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180998
摘要:
利用选区激光熔化成形技术制备了纯AlSi10Mg合金及碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)-AlSi10Mg复合材料。当添加CNTs含量为0.05wt.%时具有一定增强效果,但随着CNTs添加量增大,复合材料性能却因为缺陷的增加而明显下降。本文利用纳米CT技术对纯合金及CNTs(0.5wt.%)-AlSi10Mg复合材料进行缺陷的三维重构。结果表明,添加0.5wt.%的CNTs后,成形缺陷体积所占比例由12%增加至46%；气孔型缺陷数量明显增加,并且等效直径相对较大。CNTs在粉体中的团聚及对气体的吸附作用是两种类型缺陷增加的根本原因。
利用选区激光熔化成形技术制备了纯AlSi10Mg合金及碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)-AlSi10Mg复合材料。当添加CNTs含量为0.05wt.%时具有一定增强效果,但随着CNTs添加量增大,复合材料性能却因为缺陷的增加而明显下降。本文利用纳米CT技术对纯合金及CNTs(0.5wt.%)-AlSi10Mg复合材料进行缺陷的三维重构。结果表明,添加0.5wt.%的CNTs后,成形缺陷体积所占比例由12%增加至46%；气孔型缺陷数量明显增加,并且等效直径相对较大。CNTs在粉体中的团聚及对气体的吸附作用是两种类型缺陷增加的根本原因。
2019, 48(5):1645-1650.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170897
摘要:
以粒度集中的纯钨粉末为原料,通过选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting)制备样品,分别经过1000℃、1400℃以及1960℃的热处理2h。研究不同相对密度和不同高温处理后样品的力学性能和显微组织,并采用X射线衍射(XRD)表征其微观结构。结果表明：纯钨样品的相对密度处于 75%~95%之间,其抗弯强度和显微硬度随相对密度的增加而增大,显微组织大体相似。经不同高温处理后,在1400℃处理后样品达到了最佳的力学性能,1960℃处理后样品的晶粒发生了明显的长大现象,材料力学性能降低。XRD图谱结果表明,SLM制得样品与其经过1960℃烧结后,其晶体结构并未发生改变。
以粒度集中的纯钨粉末为原料,通过选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting)制备样品,分别经过1000℃、1400℃以及1960℃的热处理2h。研究不同相对密度和不同高温处理后样品的力学性能和显微组织,并采用X射线衍射(XRD)表征其微观结构。结果表明：纯钨样品的相对密度处于 75%~95%之间,其抗弯强度和显微硬度随相对密度的增加而增大,显微组织大体相似。经不同高温处理后,在1400℃处理后样品达到了最佳的力学性能,1960℃处理后样品的晶粒发生了明显的长大现象,材料力学性能降低。XRD图谱结果表明,SLM制得样品与其经过1960℃烧结后,其晶体结构并未发生改变。
2019, 48(5):1651-1656.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170929
摘要:
研究应变对β固溶处理后Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响，相变点以上固溶水淬处理后得到全β组织，使用 Gleeble3800热模拟试验机和6.3MN锻造模拟试验机完成室温压缩。运用OM，XRD和TEM对不同应变后的组织进行观察，结果表明：应变速率为0.0005s-1，工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变曲线有明显的应变硬化阶段，应变速率为0.1s-1，工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变曲线无明显的应变硬化阶段；室温压缩真应力-真应变曲线均无双屈服现象，不同应变速率条件下，相同应变量的变形组织特征差异较小，室温压缩变形机制以滑移为主，随着应变量的增大，位错密度逐渐增大，出现了位错塞积、位错缠结和剪切；工程应变量为30%出现了应变诱发α"马氏体转变；应变速率为10s-1，工程应变量为50%和60%也出现了应变诱发α"马氏体转变。
研究应变对β固溶处理后Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响，相变点以上固溶水淬处理后得到全β组织，使用 Gleeble3800热模拟试验机和6.3MN锻造模拟试验机完成室温压缩。运用OM，XRD和TEM对不同应变后的组织进行观察，结果表明：应变速率为0.0005s-1，工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变曲线有明显的应变硬化阶段，应变速率为0.1s-1，工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变曲线无明显的应变硬化阶段；室温压缩真应力-真应变曲线均无双屈服现象，不同应变速率条件下，相同应变量的变形组织特征差异较小，室温压缩变形机制以滑移为主，随着应变量的增大，位错密度逐渐增大，出现了位错塞积、位错缠结和剪切；工程应变量为30%出现了应变诱发α"马氏体转变；应变速率为10s-1，工程应变量为50%和60%也出现了应变诱发α"马氏体转变。
2019, 48(5):1657-1663.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170919
摘要:
采用尿素络合硝酸铁、硝酸镍制成的掺杂铁镍离子的安全性复合炸药,爆轰合成了碳包覆纳米坡莫合金复合粒子。通过TEM、XRD、Raman光谱对纳米粒子进行了形貌、结构和成分分析表明,所合成纳米粒子呈球形核壳结构,粒径为40～60nm,中心为铁镍合金核,外包覆层为石墨层与无定形碳。为检验所合成的碳包覆坡莫合金粒子的电磁波吸收性能,将之与石蜡制成复合涂层,通过矢量网格分析仪,在2-18GHz吸收频段对不同厚度复合涂层进行了电磁损耗能力测定。结果表明,当涂层厚度为2 mm时,铁镍原子比1:4纳米粒子的吸波层出现了双吸收峰,峰值分别为-14.6dB(9.7GHz)和-7.7dB(14.3GHz),-10dB吸收频带范围为8.5～11.8GHz；而铁镍原子比1:1纳米粒子的吸波层吸收波峰在12.88 GHz,峰值为-30dB,-10dB的吸收频带范围为9.7～14.4GHz,具有较宽吸收频带和优良的吸波性能。
采用尿素络合硝酸铁、硝酸镍制成的掺杂铁镍离子的安全性复合炸药,爆轰合成了碳包覆纳米坡莫合金复合粒子。通过TEM、XRD、Raman光谱对纳米粒子进行了形貌、结构和成分分析表明,所合成纳米粒子呈球形核壳结构,粒径为40～60nm,中心为铁镍合金核,外包覆层为石墨层与无定形碳。为检验所合成的碳包覆坡莫合金粒子的电磁波吸收性能,将之与石蜡制成复合涂层,通过矢量网格分析仪,在2-18GHz吸收频段对不同厚度复合涂层进行了电磁损耗能力测定。结果表明,当涂层厚度为2 mm时,铁镍原子比1:4纳米粒子的吸波层出现了双吸收峰,峰值分别为-14.6dB(9.7GHz)和-7.7dB(14.3GHz),-10dB吸收频带范围为8.5～11.8GHz；而铁镍原子比1:1纳米粒子的吸波层吸收波峰在12.88 GHz,峰值为-30dB,-10dB的吸收频带范围为9.7～14.4GHz,具有较宽吸收频带和优良的吸波性能。
2019, 48(5):1664-1670.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170936
摘要:
结合弱电磁搅拌和熔体等温保温技术,提出了一种复合浆料制备新工艺：双向弱电磁搅拌+等温保温处理。研究了铝熔体双向弱电磁搅拌后等温温度580~610℃、等温保温时间3~15min对凝固组织形貌演化规律的影响。结果表明,在不同的等温保温参数作用下,随着温度升高、时间延长,初生相尺寸逐渐细化球化,但等温温度和等温时间存在阈值。超过阈值,初生相反而粗化。经过对比初生相形貌可知,在等温温度600℃、等温时间7min条件下初生相的尺寸细化和球化程度达到最佳,平均等积圆直径为29.4μm,形状因子0.86。因此,该温度和时间是半固态A356铝合金在复合工艺条件下,匹配合理的熔体等温处理工艺参数。通过该新型复合工艺可制备出品质合格的半固态铝合金浆料。
结合弱电磁搅拌和熔体等温保温技术,提出了一种复合浆料制备新工艺：双向弱电磁搅拌+等温保温处理。研究了铝熔体双向弱电磁搅拌后等温温度580~610℃、等温保温时间3~15min对凝固组织形貌演化规律的影响。结果表明,在不同的等温保温参数作用下,随着温度升高、时间延长,初生相尺寸逐渐细化球化,但等温温度和等温时间存在阈值。超过阈值,初生相反而粗化。经过对比初生相形貌可知,在等温温度600℃、等温时间7min条件下初生相的尺寸细化和球化程度达到最佳,平均等积圆直径为29.4μm,形状因子0.86。因此,该温度和时间是半固态A356铝合金在复合工艺条件下,匹配合理的熔体等温处理工艺参数。通过该新型复合工艺可制备出品质合格的半固态铝合金浆料。
2019, 48(5):1671-1676.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171023
摘要:
为回收利用TiCl4生产过程中产生的过细高钛渣,在CaCl2熔盐中以预烧成型的过细高钛渣为阴极,采用固体透氧膜法(SOM法)直接电解制备金属钛,并研究了在1100 ℃、3.5 V电压下,高钛渣阴极的电脱氧历程和杂质的去除行为。结果表明：随着电解时间延长,阴极片逐渐收缩,孔隙率下降,颗粒尺寸增大,且电解6h得到金属钛表明SOM法具有较高的电流效率。过细高钛渣电脱氧历程为：TiO2→CaTiO3 →Ca(Ti2O4)→TiO →Ti,而Al、Mn、Fe、Si等杂质通过电解得到相应单质且大部分进入CaCl2熔盐,少量残留经稀盐酸洗涤被去除。
为回收利用TiCl4生产过程中产生的过细高钛渣,在CaCl2熔盐中以预烧成型的过细高钛渣为阴极,采用固体透氧膜法(SOM法)直接电解制备金属钛,并研究了在1100 ℃、3.5 V电压下,高钛渣阴极的电脱氧历程和杂质的去除行为。结果表明：随着电解时间延长,阴极片逐渐收缩,孔隙率下降,颗粒尺寸增大,且电解6h得到金属钛表明SOM法具有较高的电流效率。过细高钛渣电脱氧历程为：TiO2→CaTiO3 →Ca(Ti2O4)→TiO →Ti,而Al、Mn、Fe、Si等杂质通过电解得到相应单质且大部分进入CaCl2熔盐,少量残留经稀盐酸洗涤被去除。
2019, 48(5):1677-1681.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171032
摘要:
在较低温度条件下完成了难熔金属烧结纯W高压扭转实验,通过改变扭转圈数,利用EBSD、XRD、DSC等多种检测与计算方法分析了高压扭转变形纯W在后续加热过程中再结晶组织及行为的变化。结果表明：高压扭转变形后,纯钨组织的形变储存能增大,激活能降低,但变形后组织的再结晶温度仍处于高值。DSC测试后,原始烧结组织发生明显的晶粒长大情况,而由HPT变形产生的细晶钨再结晶组织仍较为细小,平均晶粒尺寸约4-6μm,且随着扭转圈数增大晶粒尺寸未发生明显变化,变形组织的热稳定性较好。
在较低温度条件下完成了难熔金属烧结纯W高压扭转实验,通过改变扭转圈数,利用EBSD、XRD、DSC等多种检测与计算方法分析了高压扭转变形纯W在后续加热过程中再结晶组织及行为的变化。结果表明：高压扭转变形后,纯钨组织的形变储存能增大,激活能降低,但变形后组织的再结晶温度仍处于高值。DSC测试后,原始烧结组织发生明显的晶粒长大情况,而由HPT变形产生的细晶钨再结晶组织仍较为细小,平均晶粒尺寸约4-6μm,且随着扭转圈数增大晶粒尺寸未发生明显变化,变形组织的热稳定性较好。
2019, 48(5):1682-1686.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171065
摘要:
以铁/钴/镍硝酸盐为金属源，与无水乙醇、尿素、黑索今（RDX）混合制得复合炸药，采用爆轰的方式制备出石墨包覆金属铁、钴、镍(Fe@G，Co@G，Ni@G)纳米颗粒并利用XRD，TEM-EDX，XRF的方法对合成产物组成、形貌和显微结构进行分析；同时将石墨包覆金属纳米颗粒按照一定比例（0%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%和0.8wt%）分别与基础油(SN150)配制成五种混合润滑油，并采用四球磨擦实验研究其摩擦学性能。结果表明爆轰所得产物为核壳结构，直径在10~50nm左右，核心为单质金属，包覆层主要由石墨构成，厚度大约在3~8nm左右；添加了石墨包覆金属颗粒的润滑油摩擦性能有明显变化，摩擦系数和磨痕直径随着石墨包覆金属的含量呈现先减小后增大的趋势；三种石墨包覆金属中，Ni@G作为润滑油添加剂的摩擦学性能最好。
以铁/钴/镍硝酸盐为金属源，与无水乙醇、尿素、黑索今（RDX）混合制得复合炸药，采用爆轰的方式制备出石墨包覆金属铁、钴、镍(Fe@G，Co@G，Ni@G)纳米颗粒并利用XRD，TEM-EDX，XRF的方法对合成产物组成、形貌和显微结构进行分析；同时将石墨包覆金属纳米颗粒按照一定比例（0%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%和0.8wt%）分别与基础油(SN150)配制成五种混合润滑油，并采用四球磨擦实验研究其摩擦学性能。结果表明爆轰所得产物为核壳结构，直径在10~50nm左右，核心为单质金属，包覆层主要由石墨构成，厚度大约在3~8nm左右；添加了石墨包覆金属颗粒的润滑油摩擦性能有明显变化，摩擦系数和磨痕直径随着石墨包覆金属的含量呈现先减小后增大的趋势；三种石墨包覆金属中，Ni@G作为润滑油添加剂的摩擦学性能最好。
2019, 48(5):1687-1696.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180145
摘要:
针对SiCp/Al复合材料因脆性相SiC的加入而导致难以形出高质量加工表面等问题,本文采用分子动力学模拟和超精密车削试验的方法对SiCp/Al复合材料纳米尺度材料去除过程进行研究,重点分析了单晶金刚石超精密切削SiCp/Al复合材料中的加工表面形成机理、脆塑性转变以及刀具磨损机理。结果表明：高压相变是引起SiCp/Al复合材料中SiC脆性材料的脆塑性转变的主要原因。随着切削深度的递增,SiCp/Al复合材料中SiC颗粒加工方式由延性去除,到脆塑性混合方式去除,最后演变为纯脆性方式。SiCp/Al复合材料中SiC-Al界面和Al基体存在,影响了SiCp/Al复合材料中SiC颗粒去除的脆塑性转变机制。待加工表面上拉应力的存在会诱导微裂纹尖峰,是切削区域脆性SiC材料裂纹萌生的直接诱因。单晶金刚石刀具主要磨损机理为硬质SiC颗粒的磨粒磨损和切削诱导的石墨化。
针对SiCp/Al复合材料因脆性相SiC的加入而导致难以形出高质量加工表面等问题,本文采用分子动力学模拟和超精密车削试验的方法对SiCp/Al复合材料纳米尺度材料去除过程进行研究,重点分析了单晶金刚石超精密切削SiCp/Al复合材料中的加工表面形成机理、脆塑性转变以及刀具磨损机理。结果表明：高压相变是引起SiCp/Al复合材料中SiC脆性材料的脆塑性转变的主要原因。随着切削深度的递增,SiCp/Al复合材料中SiC颗粒加工方式由延性去除,到脆塑性混合方式去除,最后演变为纯脆性方式。SiCp/Al复合材料中SiC-Al界面和Al基体存在,影响了SiCp/Al复合材料中SiC颗粒去除的脆塑性转变机制。待加工表面上拉应力的存在会诱导微裂纹尖峰,是切削区域脆性SiC材料裂纹萌生的直接诱因。单晶金刚石刀具主要磨损机理为硬质SiC颗粒的磨粒磨损和切削诱导的石墨化。
