2022年第51卷第11期文章目次
2022, 51(11):3949-3955.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210035
摘要:
采用无钯化学沉积法在碳纤维（CF）表面沉积厚度约0.7 μm、成分可控的Ni-Co-P合金镀覆层，并通过热压烧结工艺在850 ℃、30 MPa真空条件下分别制备纤维增强体体积分数为10%、20%、30%和40%的Ni-Co-P镀覆CF增强铜基复合材料CF/Cu(Ni-Co-P)、30%未修饰CF增强铜基复合材料CF/Cu和30% Ni镀覆CF增强铜基复合材料CF/Cu(Ni)。通过能谱仪、扫描电镜对CF/Cu(Ni-Co-P)中增强体及界面相元素分布、断口形貌进行观察，并采用电子万能试验机对复合材料拉伸性能进行测试。结果表明：在70 ℃水浴条件下沉积10 min可在CF表面获得厚度均匀、表面平整的Ni-Co-P多元合金镀覆层。CF/Cu(Ni)复合材料拉伸性能随着纤维含量的升高呈先提升后降低的趋势，30% CF/Cu(Ni-Co-P)复合材料的抗拉伸强度和屈服强度最高。在增强体含量相同条件下（30%），CF/Cu(Ni-Co-P)复合材料的力学性能明显优于CF/Cu(Ni)和CF/Cu复合材料，断裂机制为非积聚型失效。
采用无钯化学沉积法在碳纤维（CF）表面沉积厚度约0.7 μm、成分可控的Ni-Co-P合金镀覆层，并通过热压烧结工艺在850 ℃、30 MPa真空条件下分别制备纤维增强体体积分数为10%、20%、30%和40%的Ni-Co-P镀覆CF增强铜基复合材料CF/Cu(Ni-Co-P)、30%未修饰CF增强铜基复合材料CF/Cu和30% Ni镀覆CF增强铜基复合材料CF/Cu(Ni)。通过能谱仪、扫描电镜对CF/Cu(Ni-Co-P)中增强体及界面相元素分布、断口形貌进行观察，并采用电子万能试验机对复合材料拉伸性能进行测试。结果表明：在70 ℃水浴条件下沉积10 min可在CF表面获得厚度均匀、表面平整的Ni-Co-P多元合金镀覆层。CF/Cu(Ni)复合材料拉伸性能随着纤维含量的升高呈先提升后降低的趋势，30% CF/Cu(Ni-Co-P)复合材料的抗拉伸强度和屈服强度最高。在增强体含量相同条件下（30%），CF/Cu(Ni-Co-P)复合材料的力学性能明显优于CF/Cu(Ni)和CF/Cu复合材料，断裂机制为非积聚型失效。
2022, 51(11):3956-3963.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220734
摘要:
将经磨平、抛光、超声波乙醇清洗、吹干的Ti6Al4V合金样品放入专用设备中进行氧碳共渗。分别采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、HV硬度仪、万能材料试验机对渗层的物相、显微组织形貌、成分、硬度、摩擦磨损、力学性能进行分析。XRD结果表明，渗层中出现TiC和TiOx相。氧碳共渗改变了原Ti6Al4V合金的组织，渗层的显微组织明显区别于Ti6Al4V的渗碳、渗氧以及在CO2气氛下处理的组织。EDS结果表明，C、O元素含量呈现梯度变化。相比基体硬度，渗层表面硬度提高了3.8倍，渗层硬度呈梯度变化。氧碳共渗改变了原始样的粘着磨损和摩擦状态，渗层样表面只有轻微的摩擦痕迹、无磨损。氧碳共渗后磨损量是原始样的3.5%，摩擦系数约为原始样的30%。渗层样在拉断过程中，外表面有一定的剥落，表面布满裂纹，样品的强度略有下降，断面延伸率和断面收缩率与原始样相当。Ti6Al4V合金经过氧碳共渗后，提高了表面硬度，降低了磨损率和摩擦系数，基本保持了基体的力学性能。
将经磨平、抛光、超声波乙醇清洗、吹干的Ti6Al4V合金样品放入专用设备中进行氧碳共渗。分别采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、HV硬度仪、万能材料试验机对渗层的物相、显微组织形貌、成分、硬度、摩擦磨损、力学性能进行分析。XRD结果表明，渗层中出现TiC和TiOx相。氧碳共渗改变了原Ti6Al4V合金的组织，渗层的显微组织明显区别于Ti6Al4V的渗碳、渗氧以及在CO2气氛下处理的组织。EDS结果表明，C、O元素含量呈现梯度变化。相比基体硬度，渗层表面硬度提高了3.8倍，渗层硬度呈梯度变化。氧碳共渗改变了原始样的粘着磨损和摩擦状态，渗层样表面只有轻微的摩擦痕迹、无磨损。氧碳共渗后磨损量是原始样的3.5%，摩擦系数约为原始样的30%。渗层样在拉断过程中，外表面有一定的剥落，表面布满裂纹，样品的强度略有下降，断面延伸率和断面收缩率与原始样相当。Ti6Al4V合金经过氧碳共渗后，提高了表面硬度，降低了磨损率和摩擦系数，基本保持了基体的力学性能。
2022, 51(11):3964-3973.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210973
摘要:
采用粉末包埋法，以铁铌粉、氯化铵和氧化铝为主要原料，在不同温度（1123~1273 K）、不同处理时长（1~4 h）下分别研究了NbC涂层在40Cr和45钢上的生长动力学过程及摩擦磨损性能。结果表明：涂层结构致密且与基体界面结合良好，主要由NbC相组成。在40Cr和45钢基体上，涂层厚度分别为1.703±0.285~8.457±0.240和1.987±0.355~9.247±0.275 μm。生长动力学研究表明，涂层生长受扩散过程控制，厚度与时间呈抛物线变化关系；在40Cr和45钢基体上，NbC相生长过程的活化能分别为113.80和102.76 kJ/mol。在1273 K下保温4 h，NbC涂层的硬度可达21 560 MPa以上，为钢基体硬度的5.49~8.06倍。以GCr15钢球作为对磨材料，测得40Cr/NbC和45钢/NbC材料的平均摩擦系数分别为0.393和0.342，而基体的平均摩擦系数为NbC涂层的1.3~1.6倍。NbC涂层的体积磨损率约为钢基体的34.9%~37.5%，表明NbC涂层具有优异的耐磨减磨性能，其摩擦磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。
采用粉末包埋法，以铁铌粉、氯化铵和氧化铝为主要原料，在不同温度（1123~1273 K）、不同处理时长（1~4 h）下分别研究了NbC涂层在40Cr和45钢上的生长动力学过程及摩擦磨损性能。结果表明：涂层结构致密且与基体界面结合良好，主要由NbC相组成。在40Cr和45钢基体上，涂层厚度分别为1.703±0.285~8.457±0.240和1.987±0.355~9.247±0.275 μm。生长动力学研究表明，涂层生长受扩散过程控制，厚度与时间呈抛物线变化关系；在40Cr和45钢基体上，NbC相生长过程的活化能分别为113.80和102.76 kJ/mol。在1273 K下保温4 h，NbC涂层的硬度可达21 560 MPa以上，为钢基体硬度的5.49~8.06倍。以GCr15钢球作为对磨材料，测得40Cr/NbC和45钢/NbC材料的平均摩擦系数分别为0.393和0.342，而基体的平均摩擦系数为NbC涂层的1.3~1.6倍。NbC涂层的体积磨损率约为钢基体的34.9%~37.5%，表明NbC涂层具有优异的耐磨减磨性能，其摩擦磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。
2022, 51(11):3974-3980.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220149
摘要:
为了提高Nb-Hf合金的高温热震性能，采用浆料烧结和高温渗透法制备了Si-Ti-Cr硅化物涂层，对比分析了Si-Ti-Cr硅化物包覆的Nb-Hf合金样品在大气和真空条件下的高温热震性能。通过模拟在热冲击过程中涂层的温度场和热应力场分布，揭示了Si-Ti-Cr涂层在大气和真空条件下的热冲击失效机理。结果表明，在1300 ℃热震循环100次条件下，涂层的真空失重小于0.8 mg/cm2；在1600 ℃热震循环200次条件下，涂层的空气增重小于3 mg/cm2。硅化物涂层在1300 ℃真空环境下和1600 ℃空气环境下具有优异的抗热震性能。
为了提高Nb-Hf合金的高温热震性能，采用浆料烧结和高温渗透法制备了Si-Ti-Cr硅化物涂层，对比分析了Si-Ti-Cr硅化物包覆的Nb-Hf合金样品在大气和真空条件下的高温热震性能。通过模拟在热冲击过程中涂层的温度场和热应力场分布，揭示了Si-Ti-Cr涂层在大气和真空条件下的热冲击失效机理。结果表明，在1300 ℃热震循环100次条件下，涂层的真空失重小于0.8 mg/cm2；在1600 ℃热震循环200次条件下，涂层的空气增重小于3 mg/cm2。硅化物涂层在1300 ℃真空环境下和1600 ℃空气环境下具有优异的抗热震性能。
2022, 51(11):3981-3988.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211112
摘要:
为了提高热障涂层（TBC）的抗沉积物（主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2，简称CMAS）腐蚀性能，采用磁过滤阴极真空电弧（FCVA）技术在TBC表面上制备了致密的Al2O3覆盖层，比较和分析了Al2O3改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和抗CMAS腐蚀性能。结果表明：使用FCVA技术制备Al2O3覆盖层的过程对7%（质量分数）氧化钇稳定的氧化锆（7YSZ）相的结构无明显影响，且经Al2O3改性的TBC综合性能均优于沉积态TBC。在1250 ℃、CMAS腐蚀条件下，Al2O3覆盖层有效地限制了熔融CMAS在TBC表面上的扩散行为。同时，Al2O3填充了7YSZ柱状晶之间的间隔并且阻碍了熔融CMAS的渗透，证明了FCVA可作为一种制备Al2O3涂层的新方法以提高TBC的抗CMAS腐蚀性能，且Al2O3涂层及其制备过程对TBC的热震性能均无消极影响。
为了提高热障涂层（TBC）的抗沉积物（主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2，简称CMAS）腐蚀性能，采用磁过滤阴极真空电弧（FCVA）技术在TBC表面上制备了致密的Al2O3覆盖层，比较和分析了Al2O3改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和抗CMAS腐蚀性能。结果表明：使用FCVA技术制备Al2O3覆盖层的过程对7%（质量分数）氧化钇稳定的氧化锆（7YSZ）相的结构无明显影响，且经Al2O3改性的TBC综合性能均优于沉积态TBC。在1250 ℃、CMAS腐蚀条件下，Al2O3覆盖层有效地限制了熔融CMAS在TBC表面上的扩散行为。同时，Al2O3填充了7YSZ柱状晶之间的间隔并且阻碍了熔融CMAS的渗透，证明了FCVA可作为一种制备Al2O3涂层的新方法以提高TBC的抗CMAS腐蚀性能，且Al2O3涂层及其制备过程对TBC的热震性能均无消极影响。
2022, 51(11):3989-3997.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211081
摘要:
高温热腐蚀是热元件主要失效形式之一，Na2SO4和NaCl熔盐会加速高温下的热腐蚀，甚至导致灾难性事故发生。本文就Na2SO4和/或NaCl熔盐引起的热腐蚀进行了讨论，其中Na2SO4是主要的腐蚀反应物，详细介绍了2种典型的热腐蚀行为和性能特点。重点介绍了几种热腐蚀模型和机理，以及Na2SO4、NaCl、Na2SO4+NaCl熔盐的反应公式和腐蚀机理。根据目前的研究状况来看，制备防护涂层是缓解热腐蚀的最佳途径，总结了近年来MCrAlY涂层、NiAl涂层、热障涂层和新型涂层的发展情况，并探讨了进一步提高涂层耐腐蚀性能的方法。最后，展望了防护涂层的未来发展方向。
高温热腐蚀是热元件主要失效形式之一，Na2SO4和NaCl熔盐会加速高温下的热腐蚀，甚至导致灾难性事故发生。本文就Na2SO4和/或NaCl熔盐引起的热腐蚀进行了讨论，其中Na2SO4是主要的腐蚀反应物，详细介绍了2种典型的热腐蚀行为和性能特点。重点介绍了几种热腐蚀模型和机理，以及Na2SO4、NaCl、Na2SO4+NaCl熔盐的反应公式和腐蚀机理。根据目前的研究状况来看，制备防护涂层是缓解热腐蚀的最佳途径，总结了近年来MCrAlY涂层、NiAl涂层、热障涂层和新型涂层的发展情况，并探讨了进一步提高涂层耐腐蚀性能的方法。最后，展望了防护涂层的未来发展方向。
2022, 51(11):4103-4108.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210892
摘要:
为改善Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-0.8Mo合金微弧氧化膜的耐磨和耐腐蚀性,向电解液中添加0-1.00g/L的氧化石墨烯制备微弧氧化膜。对微弧氧化膜的厚度、粗糙度、微观形貌及组成进行了表征,并对膜层的耐磨性及耐腐蚀性进行了测试分析。结果表明,随着氧化石墨烯加入量增加,氧化膜厚度从102.3 μm增加为115.3 μm,粗糙度从56.7 μm减少为32.9 μm；未加入氧化石墨烯时,膜层表面的微孔直径大小约为10-60 μm,且有大量微裂纹,随着氧化石墨烯的加入,微孔直径减小,在加入量为0.75 g/L和1.00 g/L时,微孔直径稳定于10-20 μm左右；XRD结果显示,加入氧化石墨烯后,膜层中的金红石相TiO2含量略有增加,磨损过程中膜层质量损失较未加入时有了显著的降低；加入0.75 g/L的氧化石墨烯后,膜层与基体合金的结合力最大,达到53.3 N,较未加入氧化石墨烯的膜层增加了6.2 N；经盐雾腐蚀480 h后,氧化石墨烯加入量为0.75 g/L和1.00 g/L的膜层具有更好的耐腐蚀性能。
为改善Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-0.8Mo合金微弧氧化膜的耐磨和耐腐蚀性,向电解液中添加0-1.00g/L的氧化石墨烯制备微弧氧化膜。对微弧氧化膜的厚度、粗糙度、微观形貌及组成进行了表征,并对膜层的耐磨性及耐腐蚀性进行了测试分析。结果表明,随着氧化石墨烯加入量增加,氧化膜厚度从102.3 μm增加为115.3 μm,粗糙度从56.7 μm减少为32.9 μm；未加入氧化石墨烯时,膜层表面的微孔直径大小约为10-60 μm,且有大量微裂纹,随着氧化石墨烯的加入,微孔直径减小,在加入量为0.75 g/L和1.00 g/L时,微孔直径稳定于10-20 μm左右；XRD结果显示,加入氧化石墨烯后,膜层中的金红石相TiO2含量略有增加,磨损过程中膜层质量损失较未加入时有了显著的降低；加入0.75 g/L的氧化石墨烯后,膜层与基体合金的结合力最大,达到53.3 N,较未加入氧化石墨烯的膜层增加了6.2 N；经盐雾腐蚀480 h后,氧化石墨烯加入量为0.75 g/L和1.00 g/L的膜层具有更好的耐腐蚀性能。
2022, 51(11):4109-4116.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210911
摘要:
研究提出一种新型的双级高功率脉冲磁控溅射技术，通过合理调配双级脉冲电场参数在不同N2流量条件下制备了TiN镀层并对其微观结构及性能进行分析。结果表明，随着N2流量由10 sccm逐渐增加至40 sccm时，TiN镀层的择优取向由（111）晶面逐渐转变为（220）晶面、表面形貌由多方向棱角的锥状结构转变为紧密结合的圆胞状结构，镀层均呈现柱状晶的生长方式且平均晶粒尺寸为纳米级，当氮气流量为20 sccm时镀层N/Ti原子比最接近标准值1，镀层组织结构最为致密且具有最优的力学性能和膜基结合性能；同时，利用新型的双级高功率脉冲磁控溅射技术可有效改善传统高功率脉冲磁控溅射平均沉积速率较低的技术缺憾，当N2流量为20 sccm时可达到46.35 nm/min。
研究提出一种新型的双级高功率脉冲磁控溅射技术，通过合理调配双级脉冲电场参数在不同N2流量条件下制备了TiN镀层并对其微观结构及性能进行分析。结果表明，随着N2流量由10 sccm逐渐增加至40 sccm时，TiN镀层的择优取向由（111）晶面逐渐转变为（220）晶面、表面形貌由多方向棱角的锥状结构转变为紧密结合的圆胞状结构，镀层均呈现柱状晶的生长方式且平均晶粒尺寸为纳米级，当氮气流量为20 sccm时镀层N/Ti原子比最接近标准值1，镀层组织结构最为致密且具有最优的力学性能和膜基结合性能；同时，利用新型的双级高功率脉冲磁控溅射技术可有效改善传统高功率脉冲磁控溅射平均沉积速率较低的技术缺憾，当N2流量为20 sccm时可达到46.35 nm/min。
2022, 51(11):3998-4002.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220126
摘要:
采用喷雾热分解技术制备高温超导Bi2Sr2CaCu2Ox（Bi-2212）前驱粉末，并研究了粉末热处理过程中的相演变过程及线材的超导性能。结果表明，喷雾热分解制备的粉末平均粒度为3.03 μm，颗粒为球状并呈弥散分布。粉末在热处理过程中的相演变包含4个过程：粉末在527 ℃下主要进行硝酸盐的分解和组元之间的初步反应；由于喷雾粉末具有很高的活性，在588 ℃时生成Bi2Sr2CuOx（Bi-2201）相；喷雾粉末在780 ℃发生Bi-2212相的成相反应；在834 ℃时粉末完全融化。Bi-2212/Ag超导线材的热处理温度窗口很窄，最高热处理温度Tmax变化±2 ℃时，临界电流Ic的降幅达到了31 A。Bi-2212/Ag超导线材的最佳Tmax为885 ℃，在该温度条件下制得的线材临界电流Ic（4.2 K， 0 T）达到最高值，约为486 A。前驱粉末的热处理气氛为氧气时，线材的临界电流可以进一步提高到712 A。
采用喷雾热分解技术制备高温超导Bi2Sr2CaCu2Ox（Bi-2212）前驱粉末，并研究了粉末热处理过程中的相演变过程及线材的超导性能。结果表明，喷雾热分解制备的粉末平均粒度为3.03 μm，颗粒为球状并呈弥散分布。粉末在热处理过程中的相演变包含4个过程：粉末在527 ℃下主要进行硝酸盐的分解和组元之间的初步反应；由于喷雾粉末具有很高的活性，在588 ℃时生成Bi2Sr2CuOx（Bi-2201）相；喷雾粉末在780 ℃发生Bi-2212相的成相反应；在834 ℃时粉末完全融化。Bi-2212/Ag超导线材的热处理温度窗口很窄，最高热处理温度Tmax变化±2 ℃时，临界电流Ic的降幅达到了31 A。Bi-2212/Ag超导线材的最佳Tmax为885 ℃，在该温度条件下制得的线材临界电流Ic（4.2 K， 0 T）达到最高值，约为486 A。前驱粉末的热处理气氛为氧气时，线材的临界电流可以进一步提高到712 A。
2022, 51(11):4003-4009.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211137
摘要:
采用铸造方法制备具有不同SiCp含量（0.5%~2.0%，质量分数，下同）的SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料，并研究了复合材料的力学性能和阻尼性能。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪测试复合材料的微观组织结构和物相组成。在基体中加入SiCp之后，SiCp均匀分布在基体中，增强体细化了复合材料的微观组织结构。SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料包括α-Mg、I相（准晶相）和SiCp相。分别使用动态热机械分析仪和AG-X试验机测试了SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料的阻尼性能和力学性能。复合材料的力学性能优于Mg94Zn5Y1合金，1.0%SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料的抗压缩强度高达350 MPa；所有复合材料的阻尼性能都远高于基体合金的阻尼性能，其中0.5%SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料具有最佳的阻尼性能。此外，根据功效系数法，SiCp含量为1.0%的SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料具有良好的综合性能。
采用铸造方法制备具有不同SiCp含量（0.5%~2.0%，质量分数，下同）的SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料，并研究了复合材料的力学性能和阻尼性能。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪测试复合材料的微观组织结构和物相组成。在基体中加入SiCp之后，SiCp均匀分布在基体中，增强体细化了复合材料的微观组织结构。SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料包括α-Mg、I相（准晶相）和SiCp相。分别使用动态热机械分析仪和AG-X试验机测试了SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料的阻尼性能和力学性能。复合材料的力学性能优于Mg94Zn5Y1合金，1.0%SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料的抗压缩强度高达350 MPa；所有复合材料的阻尼性能都远高于基体合金的阻尼性能，其中0.5%SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料具有最佳的阻尼性能。此外，根据功效系数法，SiCp含量为1.0%的SiCp/Mg94Zn5Y1复合材料具有良好的综合性能。
2022, 51(11):4010-4020.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220002
摘要:
制备了Al-0.59Mg-0.54Si-X (X=0, 0.253Ca, 0.253Mn)合金来探究微量Ca、Mn添加对铸态、固溶态及时效态Al-0.59Mg-0.54Si-X合金的微观组织、力学性能及导电性能的影响。研究发现，Ca和Mn添加都显著细化了α-Al的晶粒尺寸。Ca能够诱导高密度的Mg2Si和Al2Ca颗粒在铸态α-Al晶粒中析出，使合金在铸态下具有最优的力学性能。固溶和时效处理会导致颗粒粗化并且偏聚在晶界，使合金的力学性能急剧下降，但其电导率却增加到了52.44%IACS。Mn添加使得晶界上的粗大β-Al5FeSi杂质相转化成α-Al(FeMn)Si颗粒，并且诱导Mg2Si和AlMn颗粒在铸态合金中析出。因此经过固溶和时效处理后的Al-0.59Mg-0.54Si-0.253Mn合金表现出最优的力学性能以及可接受的电导率。
制备了Al-0.59Mg-0.54Si-X (X=0, 0.253Ca, 0.253Mn)合金来探究微量Ca、Mn添加对铸态、固溶态及时效态Al-0.59Mg-0.54Si-X合金的微观组织、力学性能及导电性能的影响。研究发现，Ca和Mn添加都显著细化了α-Al的晶粒尺寸。Ca能够诱导高密度的Mg2Si和Al2Ca颗粒在铸态α-Al晶粒中析出，使合金在铸态下具有最优的力学性能。固溶和时效处理会导致颗粒粗化并且偏聚在晶界，使合金的力学性能急剧下降，但其电导率却增加到了52.44%IACS。Mn添加使得晶界上的粗大β-Al5FeSi杂质相转化成α-Al(FeMn)Si颗粒，并且诱导Mg2Si和AlMn颗粒在铸态合金中析出。因此经过固溶和时效处理后的Al-0.59Mg-0.54Si-0.253Mn合金表现出最优的力学性能以及可接受的电导率。
2022, 51(11):4021-4030.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211147
摘要:
提出了一种基于石墨烯纳米颗粒分散在菜籽油中的切削液为加工区域提供润滑/冷却的新加工方式，确定了该纳米流体对刀具切屑粘附层的影响。与干切削相比，使用菜籽油+石墨烯加工后的刀面和前刀面的切屑粘附层厚度分别降低了38.8%和28.8%，切削力降低51.4%，工件表面粗糙度降低50.1%。石墨烯较高的导热系数可以降低切割区域的温度。此外，石墨烯可以渗透到刀具与工件之间的接触区域，有效地保护了刀具的涂层材料，减少了粘附在工件表面的切屑，并且填充了工件表面形成的凹坑，从而提升了表面质量。
提出了一种基于石墨烯纳米颗粒分散在菜籽油中的切削液为加工区域提供润滑/冷却的新加工方式，确定了该纳米流体对刀具切屑粘附层的影响。与干切削相比，使用菜籽油+石墨烯加工后的刀面和前刀面的切屑粘附层厚度分别降低了38.8%和28.8%，切削力降低51.4%，工件表面粗糙度降低50.1%。石墨烯较高的导热系数可以降低切割区域的温度。此外，石墨烯可以渗透到刀具与工件之间的接触区域，有效地保护了刀具的涂层材料，减少了粘附在工件表面的切屑，并且填充了工件表面形成的凹坑，从而提升了表面质量。
2022, 51(11):4031-4038.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211011
摘要:
采用超声、球磨和放电等离子烧结相结合的方法制备了不同ZrB2含量（3%，5%，7%，质量分数）的新型AgZrB2触头材料，并通过电接触试验研究了触头材料的电弧侵蚀和材料转移行为。结果表明，ZrB2含量显著影响AgZrB2触头材料的耐电弧侵蚀性能。Ag-3% ZrB2触头材料具有稳定的闭合/分断燃弧能量和持续时间，表现出较好的耐电弧侵蚀性能。但是，过多的ZrB2会导致更高的闭合燃弧能量和更长的闭合燃弧时间，并且分断燃弧能量和时间会产生较大的波动，电弧侵蚀较为严重，这说明过量的ZrB2不利于提高触头材料的耐电弧侵蚀性能。此外，Ag-3% ZrB2和Ag-5% ZrB2触头材料具有相同的材料转移模式——从阳极向阴极转移，而Ag-7% ZrB2触头材料则呈现出相反的转移模式——从阴极向阳极转移。
采用超声、球磨和放电等离子烧结相结合的方法制备了不同ZrB2含量（3%，5%，7%，质量分数）的新型AgZrB2触头材料，并通过电接触试验研究了触头材料的电弧侵蚀和材料转移行为。结果表明，ZrB2含量显著影响AgZrB2触头材料的耐电弧侵蚀性能。Ag-3% ZrB2触头材料具有稳定的闭合/分断燃弧能量和持续时间，表现出较好的耐电弧侵蚀性能。但是，过多的ZrB2会导致更高的闭合燃弧能量和更长的闭合燃弧时间，并且分断燃弧能量和时间会产生较大的波动，电弧侵蚀较为严重，这说明过量的ZrB2不利于提高触头材料的耐电弧侵蚀性能。此外，Ag-3% ZrB2和Ag-5% ZrB2触头材料具有相同的材料转移模式——从阳极向阴极转移，而Ag-7% ZrB2触头材料则呈现出相反的转移模式——从阴极向阳极转移。
2022, 51(11):4039-4050.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210933
摘要:
采用放电等离子烧结法在不同温度下制备AlCrCoFeNi2.1高熵合金（HEA），并对其微观组织、耐腐蚀性能和力学性能进行了研究。结果表明，烧结后的AlCrCoFeNi2.1 HEA最大相对密度可达99.18%；该HEA主要由体心立方（bcc）相和面心立方（fcc）相组成，其比例分别为20.6%和79.4%。与fcc相相比，AlCrCoFeNi2.1 HEA中bcc相的再结晶组织和变形组织更多，且bcc相在3.5%（质量分数）NaCl溶液中更容易被腐蚀。随着应变速率的增加，bcc相和fcc相的压力恢复速率降低，硬化效果增强。在1050 ℃下烧结的AlCrCoFeNi2.1 HEA具有较高的极限抗拉伸强度，这主要归因于晶界强化、固溶强化和合金粒子之间良好的界面结合。该HEA的断裂形式包括bcc相的脆性断裂和fcc相的韧性断裂。
采用放电等离子烧结法在不同温度下制备AlCrCoFeNi2.1高熵合金（HEA），并对其微观组织、耐腐蚀性能和力学性能进行了研究。结果表明，烧结后的AlCrCoFeNi2.1 HEA最大相对密度可达99.18%；该HEA主要由体心立方（bcc）相和面心立方（fcc）相组成，其比例分别为20.6%和79.4%。与fcc相相比，AlCrCoFeNi2.1 HEA中bcc相的再结晶组织和变形组织更多，且bcc相在3.5%（质量分数）NaCl溶液中更容易被腐蚀。随着应变速率的增加，bcc相和fcc相的压力恢复速率降低，硬化效果增强。在1050 ℃下烧结的AlCrCoFeNi2.1 HEA具有较高的极限抗拉伸强度，这主要归因于晶界强化、固溶强化和合金粒子之间良好的界面结合。该HEA的断裂形式包括bcc相的脆性断裂和fcc相的韧性断裂。
2022, 51(11):4051-4058.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210983
摘要:
采用等温压缩实验，对FeCrNiMn等原子比高熵合金在900~1050 ℃和0.001~1 s-1区间内的热变形行为进行了研究。结果表明，合金的初始组织主要由等轴面心立方晶粒和细小体心立方相颗粒构成。合金的流变曲线呈现典型的单峰形，随着温度的提高和应变速率的降低，峰值应力显著下降。基于双曲正弦方程建立了预测流变应力的本构模型，同时计算了合金的应力指数和表观变形激活能，分别为3.13和405 kJ/mol。基于动态材料模型建立了合金在不同应变量下的热加工图，发现所有热加工图中均未出现变形失稳区，说明合金具有优异的变形能力。通过与变形组织的对比发现，变形组织与能量耗散因子值密切相关。当能量耗散因子值为28%时，再结晶体积分数仅为17.6%；当能量耗散因子值为38%时，再结晶体积分数则提高至37.5%。通过热加工图确定了合金的2个最佳热变形参数区间：900~940 ℃/10-3~10-1.3 s-1和960~1050 ℃/10-3~10-0.3 s-1。
采用等温压缩实验，对FeCrNiMn等原子比高熵合金在900~1050 ℃和0.001~1 s-1区间内的热变形行为进行了研究。结果表明，合金的初始组织主要由等轴面心立方晶粒和细小体心立方相颗粒构成。合金的流变曲线呈现典型的单峰形，随着温度的提高和应变速率的降低，峰值应力显著下降。基于双曲正弦方程建立了预测流变应力的本构模型，同时计算了合金的应力指数和表观变形激活能，分别为3.13和405 kJ/mol。基于动态材料模型建立了合金在不同应变量下的热加工图，发现所有热加工图中均未出现变形失稳区，说明合金具有优异的变形能力。通过与变形组织的对比发现，变形组织与能量耗散因子值密切相关。当能量耗散因子值为28%时，再结晶体积分数仅为17.6%；当能量耗散因子值为38%时，再结晶体积分数则提高至37.5%。通过热加工图确定了合金的2个最佳热变形参数区间：900~940 ℃/10-3~10-1.3 s-1和960~1050 ℃/10-3~10-0.3 s-1。
2022, 51(11):4059-4066.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211068
摘要:
依托数字图像相关技术在表征焊接接头局部力学性能方面的优势，对比研究了原始态、回火态和固溶时效态15CrMoR母材与镍基焊材组成的焊接接头的力学参数、硬度和显微组织。回火处理使焊接熔合区的枝晶组织转变为分散的回火索氏体，提高了力学性能的均匀性，改善了母材区与焊接熔合区力学性能的匹配程度。固溶时效处理促使焊接熔合区的枝晶组织转变为均匀的柱状枝晶组织，同时母材区的珠光体消失、晶粒粗化，导致强度下降，引起焊接熔合区与母材区的不匹配度增大。因此，合适的热处理要求平衡母材区和焊缝区对组织的需要，以获得具有优良综合力学性能的焊接接头。
依托数字图像相关技术在表征焊接接头局部力学性能方面的优势，对比研究了原始态、回火态和固溶时效态15CrMoR母材与镍基焊材组成的焊接接头的力学参数、硬度和显微组织。回火处理使焊接熔合区的枝晶组织转变为分散的回火索氏体，提高了力学性能的均匀性，改善了母材区与焊接熔合区力学性能的匹配程度。固溶时效处理促使焊接熔合区的枝晶组织转变为均匀的柱状枝晶组织，同时母材区的珠光体消失、晶粒粗化，导致强度下降，引起焊接熔合区与母材区的不匹配度增大。因此，合适的热处理要求平衡母材区和焊缝区对组织的需要，以获得具有优良综合力学性能的焊接接头。
2022, 51(11):4067-4075.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210984
摘要:
采用气相驱动渗透系统和热脱附试验平台研究了W-Fe-Ni合金中氘的输运行为，获得了氘在合金中的渗透率、扩散系数、溶解度、扩散激活能等参数，进行了合金热充氘及氘热脱附实验，结合微观结构表征及数值模拟，研究了氘在W-Fe-Ni合金中的滞留行为，并建立了氢同位素扩散模型以估算不同形状尺寸的W-Fe-Ni合金中氘滞留量。通过与热脱附实验结果对比，发现使用多物理场数值模拟可以准确地估算W-Fe-Ni合金中氢同位素滞留量。
采用气相驱动渗透系统和热脱附试验平台研究了W-Fe-Ni合金中氘的输运行为，获得了氘在合金中的渗透率、扩散系数、溶解度、扩散激活能等参数，进行了合金热充氘及氘热脱附实验，结合微观结构表征及数值模拟，研究了氘在W-Fe-Ni合金中的滞留行为，并建立了氢同位素扩散模型以估算不同形状尺寸的W-Fe-Ni合金中氘滞留量。通过与热脱附实验结果对比，发现使用多物理场数值模拟可以准确地估算W-Fe-Ni合金中氢同位素滞留量。
2022, 51(11):4076-4084.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210042
摘要:
建立了多组元两相模型来描述IN718高温合金凝固过程中的宏观/微观传输和“黑斑”形成，并应用动态网格算法模拟真空电弧重熔（VAR）过程中的填充过程。首先，使用热力学计算方法求解液相成分随固相分数的变化，并获得多组元合金的枝晶间液相密度。之后模拟了水平定向凝固工艺下形成的“黑斑”，并与实验结果进行对比，研究其形成机理和影响因素。最后，利用所开发的模型来研究工艺参数对工业规模VAR铸锭中“黑斑”的影响。结果表明，元素组成对凝固过程中液相的密度变化有显著影响，“黑斑”的形成伴随着高热溶质对流强度。“黑斑”的生长方向由液相密度差和凝固界面相对重力方向的角度决定。在VAR过程中，熔池形状受电极熔化速率和冷却速率影响。
建立了多组元两相模型来描述IN718高温合金凝固过程中的宏观/微观传输和“黑斑”形成，并应用动态网格算法模拟真空电弧重熔（VAR）过程中的填充过程。首先，使用热力学计算方法求解液相成分随固相分数的变化，并获得多组元合金的枝晶间液相密度。之后模拟了水平定向凝固工艺下形成的“黑斑”，并与实验结果进行对比，研究其形成机理和影响因素。最后，利用所开发的模型来研究工艺参数对工业规模VAR铸锭中“黑斑”的影响。结果表明，元素组成对凝固过程中液相的密度变化有显著影响，“黑斑”的形成伴随着高热溶质对流强度。“黑斑”的生长方向由液相密度差和凝固界面相对重力方向的角度决定。在VAR过程中，熔池形状受电极熔化速率和冷却速率影响。
2022, 51(11):4085-4092.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211083
摘要:
为了提高S304/Q235复合材料矫直过程的精度，在Abaqus有限元软件中分析了双金属复合材料板的弹塑性变形和矫直过程。此外，对不同厚度比双金属复合板的中性层偏移进行了分析研究。结果表明，双金属复合板的中性层偏移量取决于复合板的屈服强度和厚度比。将理论计算、数值模拟和实验结果进行对比，得到了中性层偏移量的拟合公式，验证了其正确性，分析了中性层偏移状态的动态变化。本研究为建立高精度矫直力模型提供了理论依据。
为了提高S304/Q235复合材料矫直过程的精度，在Abaqus有限元软件中分析了双金属复合材料板的弹塑性变形和矫直过程。此外，对不同厚度比双金属复合板的中性层偏移进行了分析研究。结果表明，双金属复合板的中性层偏移量取决于复合板的屈服强度和厚度比。将理论计算、数值模拟和实验结果进行对比，得到了中性层偏移量的拟合公式，验证了其正确性，分析了中性层偏移状态的动态变化。本研究为建立高精度矫直力模型提供了理论依据。
2022, 51(11):4117-4122.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210855
摘要:
为了解决电解水析氢过程中所用电极材料的低效率、高成本问题，采用粉末冶金法—低温磷化法制备了一种Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等对电极的物相、形貌结构以及元素分布等进行表征；通过开路电位、线性极化、交流阻抗等方法测试了磷化物电极材料的电催化析氢性能。结果表明Ni-Cr-Mo-，Cu多孔磷化物电极具有优异的析氢性能，调节磷化时间可在较大程度上提高其析氢催化活性。在室温条件下，磷化时间为2小时的Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极在6mol/L KOH的溶液中析氢性能较好，其析氢过电位仅有-0.19V (vs RHE)，交换电流密度为10mA/cm2时对应的极化电位为-0.20V (vs RHE)；经开路电位测试18000s后，电极材料的开路电位 (η) 从+0.80变化为0.78V (vs RHE)，仅降低0.02 V，表明其具有良好的电催化稳定性。
为了解决电解水析氢过程中所用电极材料的低效率、高成本问题，采用粉末冶金法—低温磷化法制备了一种Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等对电极的物相、形貌结构以及元素分布等进行表征；通过开路电位、线性极化、交流阻抗等方法测试了磷化物电极材料的电催化析氢性能。结果表明Ni-Cr-Mo-，Cu多孔磷化物电极具有优异的析氢性能，调节磷化时间可在较大程度上提高其析氢催化活性。在室温条件下，磷化时间为2小时的Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极在6mol/L KOH的溶液中析氢性能较好，其析氢过电位仅有-0.19V (vs RHE)，交换电流密度为10mA/cm2时对应的极化电位为-0.20V (vs RHE)；经开路电位测试18000s后，电极材料的开路电位 (η) 从+0.80变化为0.78V (vs RHE)，仅降低0.02 V，表明其具有良好的电催化稳定性。
2022, 51(11):4123-4129.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220156
摘要:
基于传统高压扭转工艺，引入浮动凹模技术，开发了适用于性能高差异的钨与铜合金浮动凹模压扭成形工艺(high-pressure torsion, HPT)，在300℃、1.5GPa条件下获得了界面结合良好的高性能钨铜复合材料。借助金相显微镜(optical microscope, OM)、X射线衍射技术(X-ray diffraction, XRD)和扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)分析了大剪切变形过程中晶粒细化和位错累积对界面元素扩散和显微硬度的影响。结果表明：随着扭转圈数和扭转半径的增加，钨组织由粗大等轴晶被拉长、破碎、细化呈流线状，20圈变形试样的平均晶粒尺寸被细化至9.0±2μm，在持续剪切细化的作用下，位错密度不断上升至3.4×1014 m-2，较初始试样提升了2.9倍；铜铬锆合金的晶粒细化基本接近饱和，组织呈现平均尺寸约为0.3-1.5μm的细小等轴晶，大应变导致的动态再结晶促使其位错密度维持动态平衡，约为2×1014 m-2。变形产生的高密度晶界和位错，促进了钨和铜在界面处的元素互扩散，并且随着扭转圈数的增加，钨元素和铜元素的扩散深度分别由1.2μm和2.9μm增加至1.6μm和6.2μm。在细晶强化和位错强化的共同作用下，钨和铜铬锆合金的显微硬度较初始试样均得到显著提升，20圈变形试样的平均显微硬度分别约为548.3±36Hv0.5和125.0±4Hv0.1。
基于传统高压扭转工艺，引入浮动凹模技术，开发了适用于性能高差异的钨与铜合金浮动凹模压扭成形工艺(high-pressure torsion, HPT)，在300℃、1.5GPa条件下获得了界面结合良好的高性能钨铜复合材料。借助金相显微镜(optical microscope, OM)、X射线衍射技术(X-ray diffraction, XRD)和扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)分析了大剪切变形过程中晶粒细化和位错累积对界面元素扩散和显微硬度的影响。结果表明：随着扭转圈数和扭转半径的增加，钨组织由粗大等轴晶被拉长、破碎、细化呈流线状，20圈变形试样的平均晶粒尺寸被细化至9.0±2μm，在持续剪切细化的作用下，位错密度不断上升至3.4×1014 m-2，较初始试样提升了2.9倍；铜铬锆合金的晶粒细化基本接近饱和，组织呈现平均尺寸约为0.3-1.5μm的细小等轴晶，大应变导致的动态再结晶促使其位错密度维持动态平衡，约为2×1014 m-2。变形产生的高密度晶界和位错，促进了钨和铜在界面处的元素互扩散，并且随着扭转圈数的增加，钨元素和铜元素的扩散深度分别由1.2μm和2.9μm增加至1.6μm和6.2μm。在细晶强化和位错强化的共同作用下，钨和铜铬锆合金的显微硬度较初始试样均得到显著提升，20圈变形试样的平均显微硬度分别约为548.3±36Hv0.5和125.0±4Hv0.1。
2022, 51(11):4130-4136.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220295
摘要:
利用室温4道次ECAP挤压结合退火工艺成功制备铜铝双金属复合棒材。采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）等方法研究铜铝双金属复合棒材结合界面微观组织，并通过剪切试验测试其界面结合强度。结果表明，在ECAP剧烈剪切作用下，铜铝双金属复合棒材首先通过塑性变形在界面处产生机械结合，后续退火热处理促进了铜铝原子之间相互扩散，在压力、温度和浓度梯度综合作用下，Cu/Al界面处形成了良好的冶金结合，界面层厚度约为1.47 μm，生成的金属间化合物主要为CuAl2；界面层内晶粒细小、均匀，为大角度晶界结构的超细晶组织，无明显的择优取向。铜铝双金属复合棒材平均剪切强度为28.94 MPa，界面结合质量良好，剪切破坏形式主要为脆性断裂。
利用室温4道次ECAP挤压结合退火工艺成功制备铜铝双金属复合棒材。采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）等方法研究铜铝双金属复合棒材结合界面微观组织，并通过剪切试验测试其界面结合强度。结果表明，在ECAP剧烈剪切作用下，铜铝双金属复合棒材首先通过塑性变形在界面处产生机械结合，后续退火热处理促进了铜铝原子之间相互扩散，在压力、温度和浓度梯度综合作用下，Cu/Al界面处形成了良好的冶金结合，界面层厚度约为1.47 μm，生成的金属间化合物主要为CuAl2；界面层内晶粒细小、均匀，为大角度晶界结构的超细晶组织，无明显的择优取向。铜铝双金属复合棒材平均剪切强度为28.94 MPa，界面结合质量良好，剪切破坏形式主要为脆性断裂。
2022, 51(11):4137-4145.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220350
摘要:
采用实验和有限元模拟相结合的方法，研究了经连续变断面循环挤压制备的细晶TC4钛合金热加工过程中的动态再结晶（DRX）行为。通过实验得到的真应力-应变曲线，建立了细晶TC4钛合金的临界应变模型和DRX动力学模型，并基于所建立的DRX模型，采用DEFORM-3D软件对其热压缩过程进行了模拟。结果表明:热压缩工艺参数对细晶TC4合金的DRX行为有显著影响；随着变形温度的升高和应变速率的降低，动态再结晶的体积分数（XDRX）及其晶粒尺寸均增大；随着应变的增大，变形区的等效应变和区域范围均增大；合金变形时，XDRX的实验值与其模拟值的相关性为0.9762，表明所建立的模型具有较高的精度。
采用实验和有限元模拟相结合的方法，研究了经连续变断面循环挤压制备的细晶TC4钛合金热加工过程中的动态再结晶（DRX）行为。通过实验得到的真应力-应变曲线，建立了细晶TC4钛合金的临界应变模型和DRX动力学模型，并基于所建立的DRX模型，采用DEFORM-3D软件对其热压缩过程进行了模拟。结果表明:热压缩工艺参数对细晶TC4合金的DRX行为有显著影响；随着变形温度的升高和应变速率的降低，动态再结晶的体积分数（XDRX）及其晶粒尺寸均增大；随着应变的增大，变形区的等效应变和区域范围均增大；合金变形时，XDRX的实验值与其模拟值的相关性为0.9762，表明所建立的模型具有较高的精度。
2022, 51(11):4146-4156.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210859
摘要:
本文采用磁悬浮熔炼-负压铜模吸铸法,制备出Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8及(Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)99X1(x=Ag,Cu,Ce)中熵合金棒状试样,研究了添加1%的Ag、Cu、Ce元素对合金的组织结构,力学性能和耐蚀耐蚀性能的影响。由热力学计算,添加1%的Ag、Cu、Ce元素后合金熵值在1R～1.5R之间,属于中熵合金的范畴,混合焓为负,原子尺寸差、电负性差及价电子浓度值都较小,形成单一FCC结构。研究结果表明由于Ce对熔体净化作用及晶粒细化作用使其综合力学性能最佳,断裂强度为2815 MPa,屈服强度为854 MPa,塑性应变为22.89%,硬度最大可达658.4 HV。稀土Ce在表面富集,合金体系的能量较低,晶粒较细,腐蚀后形成致密且均匀的钝化膜。而合金中富Cu相和富Cr相形成微小原电池,富Cu相会优先发生腐蚀,恶化合金的耐蚀性能。
本文采用磁悬浮熔炼-负压铜模吸铸法,制备出Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8及(Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)99X1(x=Ag,Cu,Ce)中熵合金棒状试样,研究了添加1%的Ag、Cu、Ce元素对合金的组织结构,力学性能和耐蚀耐蚀性能的影响。由热力学计算,添加1%的Ag、Cu、Ce元素后合金熵值在1R～1.5R之间,属于中熵合金的范畴,混合焓为负,原子尺寸差、电负性差及价电子浓度值都较小,形成单一FCC结构。研究结果表明由于Ce对熔体净化作用及晶粒细化作用使其综合力学性能最佳,断裂强度为2815 MPa,屈服强度为854 MPa,塑性应变为22.89%,硬度最大可达658.4 HV。稀土Ce在表面富集,合金体系的能量较低,晶粒较细,腐蚀后形成致密且均匀的钝化膜。而合金中富Cu相和富Cr相形成微小原电池,富Cu相会优先发生腐蚀,恶化合金的耐蚀性能。
2022, 51(11):4157-4165.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210861
摘要:
显微组织的不均匀性影响零部件的综合性能，而半固态成形的特性易引起零部件不同部位显微组织存在较大差异，如何改善半固态组织均匀性是获得性能优异成形件的关键。本文设计四种零件壁厚，研究零件壁厚对流变成形件显微组织均匀性及性能的影响。研究结果表明：不同壁厚CuSn10P1合金半固态挤压铸件的显微组织均由α-Cu相、δ-Cu41Sn11相、β′-Cu13.7Sn相和Cu3P相四种相构成，随着壁厚的减小，CuSn10P1合金半固态浆料充型时固液两相协同变形能力变差，导致了显微组织沿充型方向上的不均匀分布，晶间组织（α+δ+Cu3P）逐渐呈大面积网状或者长条状且团簇聚集分布不均；初生α-Cu晶粒尺寸先减小后增大，其中10mm壁厚铸件初生α-Cu晶粒最为细小。随着壁厚减小，CuSn10P1合金半固态挤压铸件的室温抗拉强度和延伸率均呈先增加后降低的趋势，当壁厚为10 mm时性能最佳，分别为445.7 MPa和37.78 %,这主要归功于其组织均匀化、固溶强化效应和细晶强化效应。
显微组织的不均匀性影响零部件的综合性能，而半固态成形的特性易引起零部件不同部位显微组织存在较大差异，如何改善半固态组织均匀性是获得性能优异成形件的关键。本文设计四种零件壁厚，研究零件壁厚对流变成形件显微组织均匀性及性能的影响。研究结果表明：不同壁厚CuSn10P1合金半固态挤压铸件的显微组织均由α-Cu相、δ-Cu41Sn11相、β′-Cu13.7Sn相和Cu3P相四种相构成，随着壁厚的减小，CuSn10P1合金半固态浆料充型时固液两相协同变形能力变差，导致了显微组织沿充型方向上的不均匀分布，晶间组织（α+δ+Cu3P）逐渐呈大面积网状或者长条状且团簇聚集分布不均；初生α-Cu晶粒尺寸先减小后增大，其中10mm壁厚铸件初生α-Cu晶粒最为细小。随着壁厚减小，CuSn10P1合金半固态挤压铸件的室温抗拉强度和延伸率均呈先增加后降低的趋势，当壁厚为10 mm时性能最佳，分别为445.7 MPa和37.78 %,这主要归功于其组织均匀化、固溶强化效应和细晶强化效应。
2022, 51(11):4166-4172.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210866
摘要:
研究了含38 wt% Ni或Ni–20Cr粘结剂的2种Ti(C,N)基金属陶瓷在0.2 M H2SO4和0.2 M NaOH溶液中的室温腐蚀行为。在0.2 MH2SO4溶液中，2种金属陶瓷的腐蚀行为和耐蚀性存在一些明显的差异：与以Ni作粘结剂的金属陶瓷不同，以Ni–20Cr作粘结剂的金属陶瓷浸泡过程中表面自发生成NiO、Ni(OH)x(SO4)y、Cr2O3和Cr(OH)3，致使粘结相溶解十分缓慢；动电位极化过程中不发生钝化，伪钝化后电流密度增加较快。在0.2 M NaOH溶液中，2种金属陶瓷的腐蚀行为和耐蚀性无明显差异：浸泡过程中陶瓷晶粒溶解十分缓慢，同时生成NiOOH和Cr6+化合物；动电位极化过程中不发生钝化，但发生伪钝化。
研究了含38 wt% Ni或Ni–20Cr粘结剂的2种Ti(C,N)基金属陶瓷在0.2 M H2SO4和0.2 M NaOH溶液中的室温腐蚀行为。在0.2 MH2SO4溶液中，2种金属陶瓷的腐蚀行为和耐蚀性存在一些明显的差异：与以Ni作粘结剂的金属陶瓷不同，以Ni–20Cr作粘结剂的金属陶瓷浸泡过程中表面自发生成NiO、Ni(OH)x(SO4)y、Cr2O3和Cr(OH)3，致使粘结相溶解十分缓慢；动电位极化过程中不发生钝化，伪钝化后电流密度增加较快。在0.2 M NaOH溶液中，2种金属陶瓷的腐蚀行为和耐蚀性无明显差异：浸泡过程中陶瓷晶粒溶解十分缓慢，同时生成NiOOH和Cr6+化合物；动电位极化过程中不发生钝化，但发生伪钝化。
2022, 51(11):4173-4179.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210878
摘要:
锆合金包壳管在核反应堆失水事故时发生高温蒸汽氧化而脆化破裂，该过程与锆合金的微观组织变化密切相关，因此，本文开展了Zr-Sn-Nb包壳管在1000~1250℃的蒸汽氧化试验，使用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析蒸汽氧化后的微观组织，并使用氧氮氢分析仪研究了氢含量的变化规律。结果表明:Zr-Sn-Nb合金蒸汽氧化层分为ZrO2、α-Zr(O)和Prior-β层。随蒸汽氧化时间增加，ZrO2和α-Zr(O)层厚度增加，同时α-Zr(O)层中的裂纹逐渐增多，Prior-β层中残留的β-Zr逐渐转变为片状α-Zr，且α-Zr晶粒宽度不断增加。1000℃蒸汽氧化形成疏松的ZrO2层，存在大量横向贯穿裂纹，1150~1250℃蒸汽氧化后的ZrO2层较为致密。蒸汽氧化后，Zr-Sn-Nb合金基体的吸氢量随蒸汽氧化时间增加而增加，1000℃蒸汽氧化的吸氢量远高于其它温度。1000℃蒸汽氧化后，α-Zr基体与氢化物取向关系为(0002)α-Zr//(-20-2)δ-ZrH1.66，[2-1-10]α-Zr//[011]δ-ZrH1.66；1200℃时，二者的取向关系为(-2110)α-Zr//(20-2)δ-ZrH1.66，[01-10]α-Zr//[111]δ-ZrH1.66。
锆合金包壳管在核反应堆失水事故时发生高温蒸汽氧化而脆化破裂，该过程与锆合金的微观组织变化密切相关，因此，本文开展了Zr-Sn-Nb包壳管在1000~1250℃的蒸汽氧化试验，使用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析蒸汽氧化后的微观组织，并使用氧氮氢分析仪研究了氢含量的变化规律。结果表明:Zr-Sn-Nb合金蒸汽氧化层分为ZrO2、α-Zr(O)和Prior-β层。随蒸汽氧化时间增加，ZrO2和α-Zr(O)层厚度增加，同时α-Zr(O)层中的裂纹逐渐增多，Prior-β层中残留的β-Zr逐渐转变为片状α-Zr，且α-Zr晶粒宽度不断增加。1000℃蒸汽氧化形成疏松的ZrO2层，存在大量横向贯穿裂纹，1150~1250℃蒸汽氧化后的ZrO2层较为致密。蒸汽氧化后，Zr-Sn-Nb合金基体的吸氢量随蒸汽氧化时间增加而增加，1000℃蒸汽氧化的吸氢量远高于其它温度。1000℃蒸汽氧化后，α-Zr基体与氢化物取向关系为(0002)α-Zr//(-20-2)δ-ZrH1.66，[2-1-10]α-Zr//[011]δ-ZrH1.66；1200℃时，二者的取向关系为(-2110)α-Zr//(20-2)δ-ZrH1.66，[01-10]α-Zr//[111]δ-ZrH1.66。
2022, 51(11):4180-4186.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210894
摘要:
准晶作为一种新兴材料，其特殊的结构和性能具有极大的研究价值和应用潜力。通过真空非自耗电弧熔炼铜模铸造技术制备 Al63Cu25Fe12 准晶合金，采用真空单辊旋淬技术制备不同冷速的 Al63Cu25Fe12 甩带薄带。通过X射线衍射（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、透射电镜（TEM）等分析方法，研究了不同冷速对准晶合金相结构和微观组织的影响。结果表明，铜模浇铸冷速约为 1×102K/s，不同转速（500/2000/4000）r/min下制备的甩带薄带对应的冷速分别为 6.37×105K/s、1.77×106K/s、3.98×106K/s。铜模浇铸试样含有 λ 相（AL13Fe）、准晶 I 相（Al63Cu25Fe12）、 β 相（ALFe(Cu)）和 τ 相（AlCu(Fe)）等四种相，准晶 I 相主要分布在 λ 相周围。甩带薄带冷速达到 （105~106）K/s，相结构仅由二十面体结构的准晶 I 相和少量 Cscl 简单立方结构的 β 相两相组成。
准晶作为一种新兴材料，其特殊的结构和性能具有极大的研究价值和应用潜力。通过真空非自耗电弧熔炼铜模铸造技术制备 Al63Cu25Fe12 准晶合金，采用真空单辊旋淬技术制备不同冷速的 Al63Cu25Fe12 甩带薄带。通过X射线衍射（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、透射电镜（TEM）等分析方法，研究了不同冷速对准晶合金相结构和微观组织的影响。结果表明，铜模浇铸冷速约为 1×102K/s，不同转速（500/2000/4000）r/min下制备的甩带薄带对应的冷速分别为 6.37×105K/s、1.77×106K/s、3.98×106K/s。铜模浇铸试样含有 λ 相（AL13Fe）、准晶 I 相（Al63Cu25Fe12）、 β 相（ALFe(Cu)）和 τ 相（AlCu(Fe)）等四种相，准晶 I 相主要分布在 λ 相周围。甩带薄带冷速达到 （105~106）K/s，相结构仅由二十面体结构的准晶 I 相和少量 Cscl 简单立方结构的 β 相两相组成。
2022, 51(11):4187-4196.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210882
摘要:
基于亚快速凝固原理的电磁振荡铸轧技术成功制备出汽车用AA6022铝合金薄板，为了提高终端产品的综合力学性能，对冷轧后的薄板开展了热处理工艺研究。结合金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM、EBSD）、宏观硬度以及拉伸试验等检测方法，研究了不同热处理工艺参数对亚快速凝固板材微观组织和力学性能的影响规律。结果表明：Al-Ti-B晶粒细化剂与电磁场的复合应用可以显著提高细小等轴状晶粒比例；固溶+预时效处理可以显著抑制自然时效硬化效应、增强合金板材的抗自然时效稳定性、提高合金板材的冲压成形性能和烤漆硬化增量；在优化的热处理工艺条件下(560 ℃ × 5 min + 150 ℃ ×5 min+室温停放30 d+175 ℃ × 30 min)，合金板材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、宏观硬度以及r值，分别由1#式样的258.98 MPa、295.7 MPa、10.65%、47.6 HV、0.663提高至4#试样的295.71 MPa、322.01 MPa、16.09%、61.2 HV、0.753。
基于亚快速凝固原理的电磁振荡铸轧技术成功制备出汽车用AA6022铝合金薄板，为了提高终端产品的综合力学性能，对冷轧后的薄板开展了热处理工艺研究。结合金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM、EBSD）、宏观硬度以及拉伸试验等检测方法，研究了不同热处理工艺参数对亚快速凝固板材微观组织和力学性能的影响规律。结果表明：Al-Ti-B晶粒细化剂与电磁场的复合应用可以显著提高细小等轴状晶粒比例；固溶+预时效处理可以显著抑制自然时效硬化效应、增强合金板材的抗自然时效稳定性、提高合金板材的冲压成形性能和烤漆硬化增量；在优化的热处理工艺条件下(560 ℃ × 5 min + 150 ℃ ×5 min+室温停放30 d+175 ℃ × 30 min)，合金板材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、宏观硬度以及r值，分别由1#式样的258.98 MPa、295.7 MPa、10.65%、47.6 HV、0.663提高至4#试样的295.71 MPa、322.01 MPa、16.09%、61.2 HV、0.753。
2022, 51(11):4197-4206.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210887
摘要:
全程真空压铸技术的快速发展为大块非晶合金的工业化应用提供了可能,受到了广泛关注。但是,非晶合金的室温脆性限制了压铸结构件在一些关键领域的应用。本论文利用压铸工艺高速充型及高压凝固的特性,通过在Vit1锆基非晶合金中引入304不锈钢网叠层焊接制造的骨架,成功制备出了不同体积分数晶态相增强的非晶复合材料,并系统研究了不锈钢网体积分数对力学性能的影响。研究结果表明,不锈钢网在非晶基体中均匀分布,与非晶合金存在冶金界面结合。力学性能测试显示,随着不锈钢编织网的引入,室温脆性的压铸Vit1块体金属玻璃的塑性得到了显著提升。随着不锈钢网目数增大(对应晶态相体积分数增大),非晶复合材料的塑性呈增大的趋势,但是,当目数超过200时,过细的孔洞会导致骨架局部区域无法填充,恶化性能。当晶态相的体积分数为53.7％时,断裂应变达到最大值,约为10％左右,其值高于传统不锈钢纤维增韧的Zr基非晶复合材料。韧化机制分析表明,压铸非晶合金出现脆-延性转变的根本原因是不锈钢网对剪切带扩展进行高效抑制,促进剪切带的增殖和萌生,减少宏观塑性变形的局域化。本研究为非晶复合材料的结构设计提供了新的思路,对于促进非晶合金的更广泛应用具有重要的工程价值。
全程真空压铸技术的快速发展为大块非晶合金的工业化应用提供了可能,受到了广泛关注。但是,非晶合金的室温脆性限制了压铸结构件在一些关键领域的应用。本论文利用压铸工艺高速充型及高压凝固的特性,通过在Vit1锆基非晶合金中引入304不锈钢网叠层焊接制造的骨架,成功制备出了不同体积分数晶态相增强的非晶复合材料,并系统研究了不锈钢网体积分数对力学性能的影响。研究结果表明,不锈钢网在非晶基体中均匀分布,与非晶合金存在冶金界面结合。力学性能测试显示,随着不锈钢编织网的引入,室温脆性的压铸Vit1块体金属玻璃的塑性得到了显著提升。随着不锈钢网目数增大(对应晶态相体积分数增大),非晶复合材料的塑性呈增大的趋势,但是,当目数超过200时,过细的孔洞会导致骨架局部区域无法填充,恶化性能。当晶态相的体积分数为53.7％时,断裂应变达到最大值,约为10％左右,其值高于传统不锈钢纤维增韧的Zr基非晶复合材料。韧化机制分析表明,压铸非晶合金出现脆-延性转变的根本原因是不锈钢网对剪切带扩展进行高效抑制,促进剪切带的增殖和萌生,减少宏观塑性变形的局域化。本研究为非晶复合材料的结构设计提供了新的思路,对于促进非晶合金的更广泛应用具有重要的工程价值。
2022, 51(11):4207-4212.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210898
摘要:
研究了铸态和热处理态多相V60Ti20Ni20氢分离合金的异步轧制性能,异速比对合金显微组织、硬度和织构系数的影响。研究表明,异步轧制工艺提升合金轧制性能的效果高于热处理工艺提升的效果。热处理加异步轧制能够有效大幅提升合金的轧制成形性能。合金异步轧制性能随着异速比增加而增加,合金的硬度几乎不随轧制异速比的变化而变化。高的轧制压下量下,合金呈现出明显流变特征,V基固溶体(Vss)和NiTi 相变形量大,沿轧制方向变形伸长,成层状组织。随着合金轧制异速比增加,合金显微组织沿厚度方向逐渐出现低程度的不均匀变形,中心位置变形程度高于同步轧制。异步轧制沿厚度方向引入的剪切变形能在一定程度上弱化合金的轧制织构。
研究了铸态和热处理态多相V60Ti20Ni20氢分离合金的异步轧制性能,异速比对合金显微组织、硬度和织构系数的影响。研究表明,异步轧制工艺提升合金轧制性能的效果高于热处理工艺提升的效果。热处理加异步轧制能够有效大幅提升合金的轧制成形性能。合金异步轧制性能随着异速比增加而增加,合金的硬度几乎不随轧制异速比的变化而变化。高的轧制压下量下,合金呈现出明显流变特征,V基固溶体(Vss)和NiTi 相变形量大,沿轧制方向变形伸长,成层状组织。随着合金轧制异速比增加,合金显微组织沿厚度方向逐渐出现低程度的不均匀变形,中心位置变形程度高于同步轧制。异步轧制沿厚度方向引入的剪切变形能在一定程度上弱化合金的轧制织构。
2022, 51(11):4213-4218.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210902
摘要:
以CuO-Al作为反应体系,在6063铝合金中原位反应生成Al2O3颗粒,采用近液线相铸造的方法制备6063Al-XAl2O3(X=0,2,4,6)复合材料。研究原位反应颗粒Al2O3与6063铝合金自带的原位结晶颗粒Mg2Si的形状、尺寸、数量、分布、界面特征等对合金微观组织和耐磨性的影响机理。结果表明,在6063铝合金中原位反应生成尺寸在亚微米级的近球形θ-Al2O3颗粒；其(311)晶面与6063铝合金基体(111)晶面成共格界面；6063铝合金中Mg2Si尺寸大约为100nm,呈条带状,其(02-2)与Al基体(111)晶面属于共格界面。随着Al2O3颗粒含量的增加,6063铝基复合材料的晶粒组织形貌由蔷薇状逐渐向等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。当Al2O3的质量分数为6%时,复合材料组织由等轴晶和细小的柱状晶组成。载荷为50N时,6063铝合金的磨损量为6.72mg,6063-6Al2O3复合材料的磨损量为1.63mg,相对于6063铝合金降低75.7%。原位颗粒(Al2O3+Mg2Si)与铝基体都成共格界面,界面之间无污染,界面结合强度高,在磨损过程中,不易从基体中脱落,承当磨损过程中的大部分载荷。原位生成高硬度的Al2O3颗粒与原位结晶颗粒Mg2Si协同作用共同提高复合材料的耐磨性。外加载荷为40N时,随着增强相质量分数的增加,复合材料的磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损。6063铝合金磨损机制以严重的粘着磨损为主。6063-2Al2O3复合材料磨损机制主要以粘着磨损为主,6063-4 Al2O3和6063-6Al2O3复合材料主要表现为磨粒磨损。
以CuO-Al作为反应体系,在6063铝合金中原位反应生成Al2O3颗粒,采用近液线相铸造的方法制备6063Al-XAl2O3(X=0,2,4,6)复合材料。研究原位反应颗粒Al2O3与6063铝合金自带的原位结晶颗粒Mg2Si的形状、尺寸、数量、分布、界面特征等对合金微观组织和耐磨性的影响机理。结果表明,在6063铝合金中原位反应生成尺寸在亚微米级的近球形θ-Al2O3颗粒；其(311)晶面与6063铝合金基体(111)晶面成共格界面；6063铝合金中Mg2Si尺寸大约为100nm,呈条带状,其(02-2)与Al基体(111)晶面属于共格界面。随着Al2O3颗粒含量的增加,6063铝基复合材料的晶粒组织形貌由蔷薇状逐渐向等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。当Al2O3的质量分数为6%时,复合材料组织由等轴晶和细小的柱状晶组成。载荷为50N时,6063铝合金的磨损量为6.72mg,6063-6Al2O3复合材料的磨损量为1.63mg,相对于6063铝合金降低75.7%。原位颗粒(Al2O3+Mg2Si)与铝基体都成共格界面,界面之间无污染,界面结合强度高,在磨损过程中,不易从基体中脱落,承当磨损过程中的大部分载荷。原位生成高硬度的Al2O3颗粒与原位结晶颗粒Mg2Si协同作用共同提高复合材料的耐磨性。外加载荷为40N时,随着增强相质量分数的增加,复合材料的磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损。6063铝合金磨损机制以严重的粘着磨损为主。6063-2Al2O3复合材料磨损机制主要以粘着磨损为主,6063-4 Al2O3和6063-6Al2O3复合材料主要表现为磨粒磨损。
2022, 51(11):4219-4226.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210903
摘要:
利用热力学计算软件JMatPro和差示扫描量热实验，研究新型低钴铸造镍基高温合金的相析出行为，并与实际铸锭的组织、成分进行对比。结果表明，低钴合金铸态组织主要包括γ（基体）、γ′、碳化物（MC、M6C）和γ+γ′共晶组织（体积分数约13.9%），凝固过程中Ta和Hf出现正偏析。DSC测试得出合金初熔点、终熔点和γ′相回溶温度分别为1349.6℃、1300.1℃和1272.1℃，理论计算与实验结果基本一致。热力学计算显示Al、W含量增加能够分别提高γ′和M6C型碳化物的析出量与回溶温度，Hf、Ta元素能增大MC型碳化物的液析倾向，新型低钴合金的预期持久性能优于现有商用镍基多晶铸造高温合金。
利用热力学计算软件JMatPro和差示扫描量热实验，研究新型低钴铸造镍基高温合金的相析出行为，并与实际铸锭的组织、成分进行对比。结果表明，低钴合金铸态组织主要包括γ（基体）、γ′、碳化物（MC、M6C）和γ+γ′共晶组织（体积分数约13.9%），凝固过程中Ta和Hf出现正偏析。DSC测试得出合金初熔点、终熔点和γ′相回溶温度分别为1349.6℃、1300.1℃和1272.1℃，理论计算与实验结果基本一致。热力学计算显示Al、W含量增加能够分别提高γ′和M6C型碳化物的析出量与回溶温度，Hf、Ta元素能增大MC型碳化物的液析倾向，新型低钴合金的预期持久性能优于现有商用镍基多晶铸造高温合金。
2022, 51(11):4227-4236.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210904
摘要:
利用单道次等温压缩实验获得了锻态GH4742合金在变形温度为 1020~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s-1、真应变为0.65时的真应力-应变曲线,构建了GH4742合金的热变形本构方程和热加工图,并采用SEM、EBSD等研究了热变形过程中微观亚结构以及γ′相的演变规律,建立了变形工艺条件-组织形态差异-性能变化之间的关联性。结果表明：合金的组织性能演化机制与Z参数密切相关,1080 ℃低温变形时,应变速率由0.001 s-1增加至1 s-1后,lnZ值由75.6增加至82.6,热效应增强,小角度晶界比例降低,动态再结晶比例增加,组织发生细化,基体硬度增加；1110 ℃高温变形时,随着应变速率增加,lnZ值由74增加至78.5,位错滑移和晶界迁移减缓,小角度晶界比例增加,动态再结晶比例降低,加工硬化程度增加,基体硬度增加。GH4742合金不发生动态再结晶晶粒粗化的临界lnZ值为73。结合热加工图和变形组织分析得出锻态GH4742合金良好的加工区域为变形温度1110～1150 ℃、应变速率0.01～0.1s-1。
利用单道次等温压缩实验获得了锻态GH4742合金在变形温度为 1020~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s-1、真应变为0.65时的真应力-应变曲线,构建了GH4742合金的热变形本构方程和热加工图,并采用SEM、EBSD等研究了热变形过程中微观亚结构以及γ′相的演变规律,建立了变形工艺条件-组织形态差异-性能变化之间的关联性。结果表明：合金的组织性能演化机制与Z参数密切相关,1080 ℃低温变形时,应变速率由0.001 s-1增加至1 s-1后,lnZ值由75.6增加至82.6,热效应增强,小角度晶界比例降低,动态再结晶比例增加,组织发生细化,基体硬度增加；1110 ℃高温变形时,随着应变速率增加,lnZ值由74增加至78.5,位错滑移和晶界迁移减缓,小角度晶界比例增加,动态再结晶比例降低,加工硬化程度增加,基体硬度增加。GH4742合金不发生动态再结晶晶粒粗化的临界lnZ值为73。结合热加工图和变形组织分析得出锻态GH4742合金良好的加工区域为变形温度1110～1150 ℃、应变速率0.01～0.1s-1。
2022, 51(11):4237-4242.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210905
摘要:
采用第一性原理计算方法研究了TD3合金中O相、B2相和α2相的合金原子空位形成能及氧原子在三相中的能量稳定性和扩散行为。计算结果表明：三相中的Al原子空位形成能均低于Ti和Nb，有利于TD3合金表面生成α-Al2O3占主导地位的氧化膜。氧原子在O相、B2相和α2相的八面体间隙位置的间隙能低于四面体间隙位置处，且在富钛八面体间隙位置的间隙能最低，最低氧原子间隙能分别为-5.0815eV、-4.9425eV和-5.9315eV。氧原子在O相、B2相和α2相沿最佳扩散路径扩散需要跨越的势垒分别为0.812eV、1.913eV和1.164eV。
采用第一性原理计算方法研究了TD3合金中O相、B2相和α2相的合金原子空位形成能及氧原子在三相中的能量稳定性和扩散行为。计算结果表明：三相中的Al原子空位形成能均低于Ti和Nb，有利于TD3合金表面生成α-Al2O3占主导地位的氧化膜。氧原子在O相、B2相和α2相的八面体间隙位置的间隙能低于四面体间隙位置处，且在富钛八面体间隙位置的间隙能最低，最低氧原子间隙能分别为-5.0815eV、-4.9425eV和-5.9315eV。氧原子在O相、B2相和α2相沿最佳扩散路径扩散需要跨越的势垒分别为0.812eV、1.913eV和1.164eV。
2022, 51(11):4243-4250.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220223
摘要:
本文采用挤压加轧制的方法制备Zn-0.75Cu-0.15Ti-0.3Mg合金板材，并探讨其组织演变过程、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明：挤压变形后Zn-0.75Cu-0.15Ti-0.3Mg合金呈细小的等轴晶形貌，Zn基体中存在微米级TiZn3和MgCuZn颗粒相以及纳米级CuZn5颗粒相。轧制变形促使合金的晶粒发生长大，并且晶粒尺寸较为不均匀。随着轧制变形量的增大，基体形变诱导晶内更多MgCuZn颗粒相的析出。轧制变形后合金的强度和延伸率均呈降低趋势，抗拉强度从142.7MPa降低到不到110MPa，这主要归因于晶粒的长大和脆性第二相的增多。不过，轧制变形有助于合金耐腐蚀性能的提高，轧制态合金具有较低的腐蚀电流密度(25.47×10-5Amp/cm2)和较高的腐蚀产物层电阻(166.7Ω/cm2)。
本文采用挤压加轧制的方法制备Zn-0.75Cu-0.15Ti-0.3Mg合金板材，并探讨其组织演变过程、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明：挤压变形后Zn-0.75Cu-0.15Ti-0.3Mg合金呈细小的等轴晶形貌，Zn基体中存在微米级TiZn3和MgCuZn颗粒相以及纳米级CuZn5颗粒相。轧制变形促使合金的晶粒发生长大，并且晶粒尺寸较为不均匀。随着轧制变形量的增大，基体形变诱导晶内更多MgCuZn颗粒相的析出。轧制变形后合金的强度和延伸率均呈降低趋势，抗拉强度从142.7MPa降低到不到110MPa，这主要归因于晶粒的长大和脆性第二相的增多。不过，轧制变形有助于合金耐腐蚀性能的提高，轧制态合金具有较低的腐蚀电流密度(25.47×10-5Amp/cm2)和较高的腐蚀产物层电阻(166.7Ω/cm2)。
2022, 51(11):4251-4257.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210909
摘要:
采用静电纺丝技术结合高温煅烧制备了一系列具有不同W/Nb摩尔比的WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维,探究了WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维的结构、性质及WO3含量对其光催化性能的影响。结果表明,WO3的引入明显改善了光催化剂的光吸收能力并有效抑制了光生载流子的闭合。在以甲基橙作为目标污染物的光催化降解实验中,WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维展现了优良的光催化性,当W/Nb摩尔比为15%时,WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维的光催化活性最高。在可见光照射150 min后,其对甲基橙的降解率达到96.4％,动力学常数为0.0222 min-1,分别是纯Nb2O5和WO3纳米纤维的13.1和5.8倍。
采用静电纺丝技术结合高温煅烧制备了一系列具有不同W/Nb摩尔比的WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维,探究了WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维的结构、性质及WO3含量对其光催化性能的影响。结果表明,WO3的引入明显改善了光催化剂的光吸收能力并有效抑制了光生载流子的闭合。在以甲基橙作为目标污染物的光催化降解实验中,WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维展现了优良的光催化性,当W/Nb摩尔比为15%时,WO3-Nb2O5电纺异质结纳米纤维的光催化活性最高。在可见光照射150 min后,其对甲基橙的降解率达到96.4％,动力学常数为0.0222 min-1,分别是纯Nb2O5和WO3纳米纤维的13.1和5.8倍。
2022, 51(11):4258-4264.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210913
摘要:
采用真空热压法制备了Ni/Al微叠层复合板。通过不同温度、不同变形量下的单向拉伸实验研究了Ni/Al微叠层复合板的力学性能与裂纹萌生扩展规律。结果表明，Ni/Al微叠层复合板在室温至400℃塑性较差，变形量仅为5%时，NiAl3和Ni2Al3金属间化合物层便已产生较多垂直于拉伸方向的裂纹。Ni/Al微叠层复合板600℃表现出良好的塑性变形能力，断裂延伸率高达56%，且变形量达到20%时NiAl3层才开始出现微裂纹，变形量达到50%时裂纹仍未扩展至Ni2Al3层及Al层。采用气压自由胀形实验研究了Ni/Al微叠层复合板600℃条件下的成形性能，并对胀形件微观组织分布进行了表征。结果表明，Ni/Al微叠层复合板600℃/5.5MPa/8min条件下，极限胀形率(极限胀形高度/凹模直径)达36.7%。胀形球壳由底部至顶部壁厚逐渐减小，顶部Ni、Al层颈缩严重，NiAl3层产生裂纹，但并未扩展至Ni2Al3层及Al层。
采用真空热压法制备了Ni/Al微叠层复合板。通过不同温度、不同变形量下的单向拉伸实验研究了Ni/Al微叠层复合板的力学性能与裂纹萌生扩展规律。结果表明，Ni/Al微叠层复合板在室温至400℃塑性较差，变形量仅为5%时，NiAl3和Ni2Al3金属间化合物层便已产生较多垂直于拉伸方向的裂纹。Ni/Al微叠层复合板600℃表现出良好的塑性变形能力，断裂延伸率高达56%，且变形量达到20%时NiAl3层才开始出现微裂纹，变形量达到50%时裂纹仍未扩展至Ni2Al3层及Al层。采用气压自由胀形实验研究了Ni/Al微叠层复合板600℃条件下的成形性能，并对胀形件微观组织分布进行了表征。结果表明，Ni/Al微叠层复合板600℃/5.5MPa/8min条件下，极限胀形率(极限胀形高度/凹模直径)达36.7%。胀形球壳由底部至顶部壁厚逐渐减小，顶部Ni、Al层颈缩严重，NiAl3层产生裂纹，但并未扩展至Ni2Al3层及Al层。
2022, 51(11):4265-4269.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210921
摘要:
本文采用真空熔炼法制备(Fe81Ga19)1-xBx(x=0,0.06,0.1,0.15,0.20)系列铸态合金,通过X射线衍射、扫描电镜及配套的能量色散谱、金相显微镜表征合金的微观结构、形貌及成分,利用电阻应变片法测量合金的磁致伸缩性能。结果表明,微量的B元素添加提高了合金的磁致伸缩性能, 在x=0.10时最大达到最大饱和磁致伸缩值λs=138ppm。研究表明,(Fe81Ga19)1-xBx合金结构为α-Fe体心立方为主。B元素的添加,一部分进入晶格间隙,引起晶格畸变,提高合金磁致伸缩性能,另一部分以富B析出相的形式分布在晶粒内部；合金添加B元素后,晶粒变为对磁致伸缩性能有利的大柱状晶,大柱状晶由于晶界少,减少阻碍磁畴运动的因素,有利于合金的磁致伸缩性能。
本文采用真空熔炼法制备(Fe81Ga19)1-xBx(x=0,0.06,0.1,0.15,0.20)系列铸态合金,通过X射线衍射、扫描电镜及配套的能量色散谱、金相显微镜表征合金的微观结构、形貌及成分,利用电阻应变片法测量合金的磁致伸缩性能。结果表明,微量的B元素添加提高了合金的磁致伸缩性能, 在x=0.10时最大达到最大饱和磁致伸缩值λs=138ppm。研究表明,(Fe81Ga19)1-xBx合金结构为α-Fe体心立方为主。B元素的添加,一部分进入晶格间隙,引起晶格畸变,提高合金磁致伸缩性能,另一部分以富B析出相的形式分布在晶粒内部；合金添加B元素后,晶粒变为对磁致伸缩性能有利的大柱状晶,大柱状晶由于晶界少,减少阻碍磁畴运动的因素,有利于合金的磁致伸缩性能。
2022, 51(11):4270-4278.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210924
摘要:
采用熔体超温处理方法考察了熔体超温处理温度对GH742返回料凝固组织和力学性能的影响规律。结果表明：当熔体超温处理温度低于1550℃时，随熔体超温处理温度的升高，晶粒和枝晶组织显著细化，枝晶偏析和合金中N、O、S元素含量降低，然而，进一步升高至1600℃，晶粒和枝晶组织粗化、枝晶偏析增大、合金中N、O含量升高。熔体超温处理显著影响枝晶干γ′相特征，却对MC型碳化物影响较小。MC型碳化物形貌为棒状或块状，且随熔体超温处理温度升高无明显变化，但尺寸和面积分数均略微减小。枝晶干γ′相形态则随熔体超温处理升高由近球形向近立方状转变，尺寸呈现先增后减趋势。合适的熔体超温处理可显著提高返回料的室温拉伸强度，但对塑性无明显影响，其原因被归因于凝固组织的变化。
采用熔体超温处理方法考察了熔体超温处理温度对GH742返回料凝固组织和力学性能的影响规律。结果表明：当熔体超温处理温度低于1550℃时，随熔体超温处理温度的升高，晶粒和枝晶组织显著细化，枝晶偏析和合金中N、O、S元素含量降低，然而，进一步升高至1600℃，晶粒和枝晶组织粗化、枝晶偏析增大、合金中N、O含量升高。熔体超温处理显著影响枝晶干γ′相特征，却对MC型碳化物影响较小。MC型碳化物形貌为棒状或块状，且随熔体超温处理温度升高无明显变化，但尺寸和面积分数均略微减小。枝晶干γ′相形态则随熔体超温处理升高由近球形向近立方状转变，尺寸呈现先增后减趋势。合适的熔体超温处理可显著提高返回料的室温拉伸强度，但对塑性无明显影响，其原因被归因于凝固组织的变化。
2022, 51(11):4279-4288.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210922
摘要:
通过选区激光熔化（SLM）技术制备了不同体积分数的NiTi记忆合金BCC点阵结构（基于CAD及基于三周期极小曲面TPMS），分析了失效前的压缩响应，研究了体积分数、单元构型和微观组织对能量吸收的影响。结果表明：NiTi BCC点阵（体积分数5 %~25 %）在压缩至损伤前具有优秀的比能量吸收（0.45~1.89 J/g），卸载后加热可恢复至92 %以上；体积分数及单元构型对NiTi BCC点阵的压缩响应有重要影响；体积分数小于15 %时，CAD样品具有更长可压缩应变，比能量吸收更好；体积分数大于15 %时，TPMS样品具有更高压缩应力，比能量吸收更好；SLM过程中的阶梯效应导致了点阵支杆的下表面与内部具有不同的材料组织，下表面处熔池条纹更深更宽且晶粒更加粗大；材料异质性导致了相对较差的机械性能，不利于能量吸收；由于受载下应力集中位置及异质比例的不同，该材料异质性对低体积分数的TPMS样品的不利影响更大。
通过选区激光熔化（SLM）技术制备了不同体积分数的NiTi记忆合金BCC点阵结构（基于CAD及基于三周期极小曲面TPMS），分析了失效前的压缩响应，研究了体积分数、单元构型和微观组织对能量吸收的影响。结果表明：NiTi BCC点阵（体积分数5 %~25 %）在压缩至损伤前具有优秀的比能量吸收（0.45~1.89 J/g），卸载后加热可恢复至92 %以上；体积分数及单元构型对NiTi BCC点阵的压缩响应有重要影响；体积分数小于15 %时，CAD样品具有更长可压缩应变，比能量吸收更好；体积分数大于15 %时，TPMS样品具有更高压缩应力，比能量吸收更好；SLM过程中的阶梯效应导致了点阵支杆的下表面与内部具有不同的材料组织，下表面处熔池条纹更深更宽且晶粒更加粗大；材料异质性导致了相对较差的机械性能，不利于能量吸收；由于受载下应力集中位置及异质比例的不同，该材料异质性对低体积分数的TPMS样品的不利影响更大。
2022, 51(11):4289-4296.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210962
摘要:
本文将石墨填入纯铝1060板材中,试图通过旋转摩擦挤压(RFE)的方法实现石墨的原位剥离而制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨与基体组织的演变、复合材料的界面结构与力学性能。结果表明,石墨在RFE大塑性变形作用下分散于基体的同时,被破碎并原位剥离出大量5~12层的石墨烯,添加石墨使基体晶粒得到明显细化、大角度晶界增加；石墨破碎产生大量的边缘缺陷有利于原子的扩散,结果在石墨烯和基体间易形成扩散界面,比机械结合界面更有利于载荷的传递；添加石墨使材料的力学强度明显提高,特别当石墨添加量0.82wt%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度达到76.4MPa和163.2MPa,较同等条件RFE的基体分别提高了91%和71.4%,取得了较好的增强效果,此时复合材料的延伸率虽比基体有所下降但也达到25.3%,有较好的强塑性配合。
本文将石墨填入纯铝1060板材中,试图通过旋转摩擦挤压(RFE)的方法实现石墨的原位剥离而制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨与基体组织的演变、复合材料的界面结构与力学性能。结果表明,石墨在RFE大塑性变形作用下分散于基体的同时,被破碎并原位剥离出大量5~12层的石墨烯,添加石墨使基体晶粒得到明显细化、大角度晶界增加；石墨破碎产生大量的边缘缺陷有利于原子的扩散,结果在石墨烯和基体间易形成扩散界面,比机械结合界面更有利于载荷的传递；添加石墨使材料的力学强度明显提高,特别当石墨添加量0.82wt%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度达到76.4MPa和163.2MPa,较同等条件RFE的基体分别提高了91%和71.4%,取得了较好的增强效果,此时复合材料的延伸率虽比基体有所下降但也达到25.3%,有较好的强塑性配合。
2022, 51(11):4297-4305.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210926
摘要:
为研究固溶处理对微弧等离子增材制造Inconel 625构件力学性能的影响，本文采用在950℃、1050℃、1150℃和1250℃条件下对增材制造INCONEL 625合金薄壁构件试样进行了固溶处理。研究表明，随着固溶温度升高晶粒回溶程度不断增大，生长取向变得杂乱；位错密度逐渐降低且分布位置集中在晶界区域；析出物逐渐减小，出现回溶过程。随温度升高，结构内部的固溶强化使抗拉强度得到提升，但应变强化减弱导致屈服强度降低，同时Laves相对位错滑移的阻碍作用减弱使薄壁构件的延伸率得到提升。经测试，屈服强度、抗拉强度及延伸率在1150℃固溶处理后达到最优，固溶处理后薄壁结构抗腐蚀能力得到明显提升。这为微弧等离子增材制造INCONEL 625薄壁构件力学性能优化提供了支撑。
为研究固溶处理对微弧等离子增材制造Inconel 625构件力学性能的影响，本文采用在950℃、1050℃、1150℃和1250℃条件下对增材制造INCONEL 625合金薄壁构件试样进行了固溶处理。研究表明，随着固溶温度升高晶粒回溶程度不断增大，生长取向变得杂乱；位错密度逐渐降低且分布位置集中在晶界区域；析出物逐渐减小，出现回溶过程。随温度升高，结构内部的固溶强化使抗拉强度得到提升，但应变强化减弱导致屈服强度降低，同时Laves相对位错滑移的阻碍作用减弱使薄壁构件的延伸率得到提升。经测试，屈服强度、抗拉强度及延伸率在1150℃固溶处理后达到最优，固溶处理后薄壁结构抗腐蚀能力得到明显提升。这为微弧等离子增材制造INCONEL 625薄壁构件力学性能优化提供了支撑。
2022, 51(11):4093-4102.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210033
摘要:
铝合金是航空航天领域应用最为广泛的高性能金属结构材料之一。然而，由于铝合金硬度低、耐磨性能较差，铝合金零件在使用过程中容易出现磨损或划伤。本文主要从表面涂层法和纳米颗粒增强铝基体法两个方面综述了改善铝合金耐磨性能的方法，对探索新的耐磨铝合金制备方法、改善铝合金综合力学性能具有重要的现实意义和科学价值。
铝合金是航空航天领域应用最为广泛的高性能金属结构材料之一。然而，由于铝合金硬度低、耐磨性能较差，铝合金零件在使用过程中容易出现磨损或划伤。本文主要从表面涂层法和纳米颗粒增强铝基体法两个方面综述了改善铝合金耐磨性能的方法，对探索新的耐磨铝合金制备方法、改善铝合金综合力学性能具有重要的现实意义和科学价值。
2022, 51(11):4306-4322.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210838
摘要:
制备出良好的具有高孔隙率的吸声材料对于噪声的控制至关重要。二氧化硅气凝胶凭借其高孔隙率和高声阻抗近年来越来越受关注,将其与传统吸声材料相复合可显著结合两者的吸声优势,对于噪声的消除具有很重要的意义。介绍了吸声性能的概念、吸声结构、机理以及测量表征方法,深入探究了空气流阻、密度、厚度、孔隙率、孔径、杨氏模量以及颗粒大小对气凝胶吸声性能的影响规律,详细综述了二氧化硅气凝胶与有机物、有机物/无机矿物以及非织造布复合材料吸声性能的研究进展,最后展望了目前面临的挑战和未来的发展方向。
制备出良好的具有高孔隙率的吸声材料对于噪声的控制至关重要。二氧化硅气凝胶凭借其高孔隙率和高声阻抗近年来越来越受关注,将其与传统吸声材料相复合可显著结合两者的吸声优势,对于噪声的消除具有很重要的意义。介绍了吸声性能的概念、吸声结构、机理以及测量表征方法,深入探究了空气流阻、密度、厚度、孔隙率、孔径、杨氏模量以及颗粒大小对气凝胶吸声性能的影响规律,详细综述了二氧化硅气凝胶与有机物、有机物/无机矿物以及非织造布复合材料吸声性能的研究进展,最后展望了目前面临的挑战和未来的发展方向。
2022, 51(11):4323-4332.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210731
摘要:
对比纳米复相永磁材料一维到三维的不同交换耦合作用模型,交换耦合作用会抑制软磁相的磁化反转,不同交换耦合作用模型对矫顽力影响不同。Henkel曲线δM峰值越高表明晶粒间交换耦合作用越强,一阶翻转曲线(first order reversal curve,FORC)峰值对应交换耦合作用强弱。纳米复相永磁材料有效各向异性Keff随晶粒尺寸减小而下降,当晶粒尺寸一定时,软磁相体积分数越高Keff越低。为了得到最大磁能积高并且Keff不低的纳米复相永磁材料,软磁相晶粒尺寸应在10nm左右,软磁相体积不能超过50%。
对比纳米复相永磁材料一维到三维的不同交换耦合作用模型,交换耦合作用会抑制软磁相的磁化反转,不同交换耦合作用模型对矫顽力影响不同。Henkel曲线δM峰值越高表明晶粒间交换耦合作用越强,一阶翻转曲线(first order reversal curve,FORC)峰值对应交换耦合作用强弱。纳米复相永磁材料有效各向异性Keff随晶粒尺寸减小而下降,当晶粒尺寸一定时,软磁相体积分数越高Keff越低。为了得到最大磁能积高并且Keff不低的纳米复相永磁材料,软磁相晶粒尺寸应在10nm左右,软磁相体积不能超过50%。
2022, 51(11):4333-4346.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210823
摘要:
随着国民经济的快速发展，铬资源的使用量日益增多，含铬废水的排放量也随之增加。Cr(VI)具有致癌性、致畸性和诱变性，如不加以治理将严重污染生态环境，并威胁人类健康。本文系统综述了新兴萃取技术处理废水中低浓度Cr(VI)的研究进展，并对目前存在的技术难点和未来的发展趋势进行了总结和展望。分析表明，传统萃取剂具有易乳化、易挥发及选择性低等缺点，研发一种经济、高效、绿色的新型萃取剂已迫在眉睫。液膜萃取、固相萃取、磁萃取和微流体萃取等新兴萃取技术与传统溶剂萃取（混合澄清萃取、离心萃取和塔式萃取）、化学沉淀、电化学法、膜分离、离子交换、光催化、吸附及生物等技术相比，其不仅能够高效处理含低浓度Cr(VI)的废水，使其达标排放，还可实现铬资源的回收再利用，符合可持续发展的理念。上述新兴萃取技术尚处于实验室研究阶段，未来必须在绿色萃取剂和新型萃取设备研发方面取得重大突破方可实现工业化应用。
随着国民经济的快速发展，铬资源的使用量日益增多，含铬废水的排放量也随之增加。Cr(VI)具有致癌性、致畸性和诱变性，如不加以治理将严重污染生态环境，并威胁人类健康。本文系统综述了新兴萃取技术处理废水中低浓度Cr(VI)的研究进展，并对目前存在的技术难点和未来的发展趋势进行了总结和展望。分析表明，传统萃取剂具有易乳化、易挥发及选择性低等缺点，研发一种经济、高效、绿色的新型萃取剂已迫在眉睫。液膜萃取、固相萃取、磁萃取和微流体萃取等新兴萃取技术与传统溶剂萃取（混合澄清萃取、离心萃取和塔式萃取）、化学沉淀、电化学法、膜分离、离子交换、光催化、吸附及生物等技术相比，其不仅能够高效处理含低浓度Cr(VI)的废水，使其达标排放，还可实现铬资源的回收再利用，符合可持续发展的理念。上述新兴萃取技术尚处于实验室研究阶段，未来必须在绿色萃取剂和新型萃取设备研发方面取得重大突破方可实现工业化应用。
2022, 51(11):4347-4357.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210867
摘要:
通过数值模拟的方式可以研究涡轮盘制备各个工艺环节的影响因素,实现对涡轮盘成品性能的严格控制。本文综述了涡轮盘典型制备路线：真空感应熔炼、电渣重溶、真空电弧重熔、均匀化处理、开坯、锻造和热处理七个工艺阶段的数值模拟计算方法的发展现状,归纳了各工艺阶段的模型构建方法和研究重点。然后阐述了目前对合金产品制备过程集成模拟的研究进展,并介绍了本课题组进行的涡轮盘制备全流程数值模拟工作。最后分析了多工艺集成化模拟的难点,为未来涡轮盘制备过程的全流程集成模拟提供借鉴。
通过数值模拟的方式可以研究涡轮盘制备各个工艺环节的影响因素,实现对涡轮盘成品性能的严格控制。本文综述了涡轮盘典型制备路线：真空感应熔炼、电渣重溶、真空电弧重熔、均匀化处理、开坯、锻造和热处理七个工艺阶段的数值模拟计算方法的发展现状,归纳了各工艺阶段的模型构建方法和研究重点。然后阐述了目前对合金产品制备过程集成模拟的研究进展,并介绍了本课题组进行的涡轮盘制备全流程数值模拟工作。最后分析了多工艺集成化模拟的难点,为未来涡轮盘制备过程的全流程集成模拟提供借鉴。
2022, 51(11):4358-4362.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220302
摘要:
研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第I阶段和第III阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大；对两种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。
研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第I阶段和第III阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大；对两种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。
2022, 51(11):4363-4368.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220259
摘要:
研究了单晶高温合金CMSX-4在中温760 ℃和高温950 ℃下的低周疲劳行为。结果表明：在760 ℃下合金具有较长的疲劳寿命和较高的疲劳强度,断裂后断面高度差大并与应力轴方向呈45°角,裂纹沿着{111}面扩展；而在950 ℃下合金具有较短的疲劳寿命和较低的疲劳强度,断面与应力轴垂直,裂纹沿着{001}面扩展。低周疲劳断口的扫描电镜结果表明, 760 ℃试样表面的微孔是主要的疲劳源,而950 ℃试样表面的氧化层是主要的疲劳源且呈现多源开裂。低周疲劳断口的透射电镜结果表明,中温760 ℃下位错具有的平面滑移和波状滑移的变形机制,是由位错的平面滑移向波状滑移转变的过程；而高温950 ℃下位错主要通过交滑移和攀移进行运动。
研究了单晶高温合金CMSX-4在中温760 ℃和高温950 ℃下的低周疲劳行为。结果表明：在760 ℃下合金具有较长的疲劳寿命和较高的疲劳强度,断裂后断面高度差大并与应力轴方向呈45°角,裂纹沿着{111}面扩展；而在950 ℃下合金具有较短的疲劳寿命和较低的疲劳强度,断面与应力轴垂直,裂纹沿着{001}面扩展。低周疲劳断口的扫描电镜结果表明, 760 ℃试样表面的微孔是主要的疲劳源,而950 ℃试样表面的氧化层是主要的疲劳源且呈现多源开裂。低周疲劳断口的透射电镜结果表明,中温760 ℃下位错具有的平面滑移和波状滑移的变形机制,是由位错的平面滑移向波状滑移转变的过程；而高温950 ℃下位错主要通过交滑移和攀移进行运动。
