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  • 2025年第10期文章目次
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    • >増材制造
    • 基于ASSFOA-GRNN模型的激光定向能量沉积温度预测

      2025, 54(10):2470-2482. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240530

      摘要 (66) HTML (155) PDF 1.83 M (189) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的激光定向能量沉积(LDED)温度预测方法精度低、耗时长、成本高等问题,提出了一种结合数值模拟的机器学习模型来预测LDED过程中的温度。建立了有限元(FE)热分析模型,通过原位监测实验验证了模型的准确性,并基于FE模拟获得了预测模型的基础数据库。利用广义回归神经网络(GRNN)进行温度预测。为了减少GRNN调参过程中对人为经验的依赖并提升模型预测性能,引入了改进的自适应步长果蝇优化算法(ASSFOA)。最后将ASSFOA-GRNN模型与BPNN模型、GRNN模型和FOA-GRNN模型的预测性能进行了比较,评价指标包括均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、决定系数(R2)、训练时间和预测时间。结果表明,ASSFOA-GRNN模型在RMSE、MAE和R2指标上均表现最佳,尽管其预测效率略低于FOA-GRNN模型,但预测精度显著优于其他对比模型。本研究方法可用于LDED工艺的温度预测,也为同类方法的应用提供了借鉴。

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    • 选区激光熔化TC11钛合金的动态压缩行为与强化机制

      2025, 54(10):2541-2552. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240251

      摘要 (91) HTML (115) PDF 7.61 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)技术制备的TC11钛合金具有优异的比强度,在航空航天领域具有广阔的应用前景。本研究通过对水平和垂直两个方向沉积成形的SLM TC11钛合金进行准静态拉伸和动态压缩力学实验,研究了SLM TC11钛合金系列应变率下的力学行为;基于EBSD测试,探究了晶界强化和位错强化机制对SLM TC11钛合金动态压缩强度的影响。研究结果表明,SLM TC11钛合金准静态拉伸时,因水平沉积成形试件中的晶界αGB易汇聚裂纹从而表现出更低的塑性;SLM TC11钛合金动态压缩时表现出显著的应变率强化效应和较强的宏观各向同性,绝热温升引起的热软化与应变硬化的竞争导致流变应力塑性阶段呈现“平台”段特征;通过动态压缩试件的晶粒尺寸和几何必要位错密度统计分析,发现位错强化机制是SLM TC11钛合金动态压缩时的主要强化机制。本研究综合考虑应变硬化、应变率强化效应和热软化效应的影响,提出一种具有比J-C本构方程更高精度的J-C modified本构方程,可准确地描述SLM TC11钛合金的动态力学行为。

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    • 热处理对锻造-增材混合制造TC4钛合金结合区组织与性能的影响

      2025, 54(10):2563-2574. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240283

      摘要 (58) HTML (276) PDF 13.06 M (173) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过电弧熔丝增材制造技术在TC4钛合金锻造基体上沉积试样,研究了不同热处理制度对混合制造试样结合区的微观组织及性能的影响,同时对热处理后试样不同区域耐蚀性进行了研究。结果表明,随着退火温度的升高,结合区内部的α相有一定程度的粗化,并在结合区底部出现了部分等轴α相,结合区顶部的针状马氏体α′相分解。经过950 ℃/1 h/AC+600 ℃/4 h/AC固溶时效处理后,结合区力学性能的非均匀性有所改善,在具有最高的948 MPa屈服强度的同时保持了10.5%的断后伸长率,综合性能优于600和850 ℃退火处理试样。另一方面,经950 ℃/1 h/AC+600 ℃/4 h/AC固溶时效处理后,不同区域之间微观组织非均匀性的改善使混合制造TC4钛合金构件不同区域的耐蚀性差异有一定程度的减小,同时试样整体耐蚀性提高。

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    • 激光重熔对SLM成形Inconel 718合金组织及织构的影响

      2025, 54(10):2591-2598. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240298

      摘要 (54) HTML (74) PDF 9.68 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了不同重熔扫描角度(0°、67°、90°)的Inconel 718合金。利用XRD、OM、SEM、EBSD、TEM等测试方法表征了重熔前后沉积态实验合金微观组织及织构演变,结果表明:重熔合金主要由Laves相以及少量含Nb、Ti元素的碳氮化物和Al2O3组成。重熔后合金中的鱼鳞状熔池变宽且变浅,合金中柱状晶沿打印方向明显生长且宽度增大,这主要是由于重熔对同一铺粉层下的第一道熔池进行了二次热输入,为柱状晶连续生长提供了驱动力。重熔后合金中择优取向强度明显增加,具有较强的<100>立方织构,随着重熔转角的增大织构强度增加。重熔前后合金中柱状晶均以外延生长方式为主,重熔能诱发同一铺粉层相邻熔池交叠区组织由细小晶粒随机取向生长向大尺寸柱状晶外延竞争生长转变,且不同重熔转角影响交叠区柱状晶内部取向梯度分布方向和外延竞争生长强烈程度。

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    • >材料科学
    • 利用磁性复合流体轮对管材外表面进行超精密抛光

      2025, 54(10):2429-2439. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240558

      摘要 (46) HTML (54) PDF 4.57 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种采用磁性复合流体(MCF)轮对不锈钢管外表面进行抛光的新方法。首先,构建了抛光装置,并通过Maxwell软件和特斯拉计探讨了MCF轮在工件表面的磁场分布,研究了磁场分布与工件表面材料去除(MR)之间的关系。然后,建立了MR模型,并通过给定条件下的实验结果验证了该模型。最后,通过实验研究了羰基铁粉粒径dCIP、磨料粒径dAP、磁铁转速nm、工件转速nc以及MCF供给量V对表面粗糙度Ra和减少率的影响规律,并探讨了不同参数对表面质量的作用机制。结果表明,抛光过程中的磁感应强度与工件的抛光轮廓呈正相关。MR仿真的趋势与实验值一致,证明了MR模型的准确性。在磁铁转速nm=200 r/min和工件转速nc= 5000 r/min条件下,使用含有50wt%羰基铁粉(15 μm)、12wt%磨料颗粒(7 μm)、3wt% α-纤维和35wt%磁性液体的MCF浆料(V= 2 mL),不锈钢管的表面粗糙度从0.411 μm降低到0.007 μm,抛光100分钟后,表面粗糙度的减少率达98.297%,证明了这种方法适用于管材外表面的抛光。

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    • 具有保护涂层的Mg-Ca合金在火焰环境下的抗氧化性能

      2025, 54(10):2440-2444. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240532

      摘要 (39) HTML (59) PDF 1.60 M (116) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步扩大镁合金在高温环境下的应用,研究了Mg-0.3Ca和Mg-3.6Ca合金在火焰环境下的抗氧化性。结果表明,保护涂层显著提高了Mg-Ca合金在火焰环境下的抗氧化性,且Mg-3.6Ca合金的抗氧化性更佳。涂层降低了Mg-Ca合金的表面温度,最终提高了合金在火焰环境下的抗氧化性。然而,涂层对Mg-3.6Ca合金的隔热效果更好,这与表面膜上的钙聚集层有关。此外,具有钙聚集层的表面膜在保护合金方面起着至关重要的作用。Mg-0.3Ca合金表面没有明显的钙积累层,保护作用有限;而在Mg-3.6Ca合金上形成了含有Ca积聚层的表面膜,显示出优异的保护效果。

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    • DD9合金在蠕变过程中的组织演变

      2025, 54(10):2445-2452. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240540

      摘要 (51) HTML (69) PDF 2.75 M (122) 评论 (0) 收藏

      摘要:对单晶高温合金DD9在980 ℃/250 MPa和1100 ℃/137MPa条件下进行了蠕变中断与断裂试验。通过扫描电镜、透射电镜分析了蠕变过程中的微观组织演变。结果表明:在980 ℃/250 MPa和1100 ℃/137MPa蠕变条件下,合金的微观组织演变过程类似。弥散分布于γ基体中的立方状γ′相逐渐演化成垂直于应力方向的层状结构。γ基体通道平行于应力方向的宽度在蠕变过程中逐渐增加。γ基体通道宽度的增加与应变之间的关系在对数形式下满足线性关系,即γ基体宽度可以通过应变来推断,这可能为研究单晶高温合金在高温低应力蠕变过程中γ基体的宽度变化提供了一种方法。在蠕变早期,γ相中形成的位错首先通过交滑移在γ/γ ′界面形成相互垂直的位错网,随后在高温下,外部应力和错配应力的耦合作用使得位错网演变为稳定的六边形态。在蠕变后期,位错剪切γ ′相,直至试样断裂。

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    • 超温处理对精密铸造Ti2AlNb合金组织及性能的影响

      2025, 54(10):2453-2460. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250027

      摘要 (48) HTML (74) PDF 1.92 M (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了精密铸造Ti2AlNb合金在750和850 ℃下超温处理后的组织演变,并使用Image J金相分析软件进行定量分析,同时测试了超温前后的力学性能变化。结果表明:Ti2AlNb合金超温前后均由B2相和O相板条组成;超温处理后,部分B2相转变为O相,且O相板条组织发生不连续粗化和球化,粗化程度随着超温温度的增加和超温时间的延长而加重,O相含量也逐渐增加;Ti2AlNb合金的显微硬度与室温、高温拉伸性能均随着超温温度的增加和超温时间的延长而下降,且高温抗拉伸强度下降幅度更大;显微硬度与O相含量间存在显著线性关联,O相含量及显微硬度均是表征Ti2AlNb合金超温服役损伤程度的关键参量。

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    • 轧制和水下爆炸焊接制造的铜/铝复合板的界面和力学性能

      2025, 54(10):2461-2469. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240745

      摘要 (71) HTML (42) PDF 3.08 M (115) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用轧制和水下爆炸焊接技术制造了铜/铝复合板,比较了它们的界面微观结构和机械性能。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背向衍射技术分析了界面形态、晶粒取向、晶界特征和相分布。通过拉伸剪切试验、90°弯曲试验和硬度测量评估了力学性能,其中维氏硬度和纳米压痕试验进一步揭示了硬度分布。结果表明,轧制的铜/铝复合材料中的扩散层相对较弱,而通过水下爆炸焊接产生的复合材料则具有约18 μm厚的通过原子扩散形成冶金结合的扩散层。这些复合材料的抗拉伸剪切强度介于64.45至70.84 MPa之间,水下爆炸焊接样品在90°三点弯曲试验中表现出更优越的弯曲性能。本研究阐明了不同制造方法对铜/铝复合材料界面性能和力学性能的影响,为选择制造方法和应用提供了重要启示。

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    • GH4710合金铸锭挤压后的动态再结晶行为及微观结构演变

      2025, 54(10):2483-2493. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240555

      摘要 (48) HTML (59) PDF 14.82 M (189) 评论 (0) 收藏

      摘要:研发了一种三联冶炼GH4710合金铸锭热挤压新工艺,以克服GH4710合金采用铸锻工艺变形难的问题。对挤压态GH4710合金进行了等温压缩实验和金相研究,分析了该合金在变形温度为1050~1120 ℃、应变速率为0.01~5.00 s-1条件下的流变应力特征、动态再结晶(DRX)行为及微观组织演变。在不同的变形条件下,获得了真应力-真应变曲线、平均晶粒尺寸以及动态再结晶体积分数。采用统计回归方法,建立了挤压态GH4710合金的DRX体积分数和晶粒尺寸的预测模型。将模型写入Derform-3D软件中,并对该合金微观组织演化进行数值模拟。首先,通过有限元方法对等温压缩进行数值模拟,证实了模型的准确性。再者,将模型应用于直径为 300 mm的涡轮盘进行锻造工艺优化分析。结果表明:模拟所得的结果与采用最优工艺参数锻造的涡轮盘的实际微观结构之间存在很强的相关性。最优工艺参数为变形温度1100 ℃、锻造速度0.2 mm/s。这一DRX预测模型可作为GH4710合金铸锭挤压后热变形过程微观结构演变的基准参考。

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    • CoCrNi中熵合金极薄带流动应力的尺寸效应

      2025, 54(10):2494-2500. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240515

      摘要 (71) HTML (48) PDF 1.31 M (109) 评论 (0) 收藏

      摘要:构建了一个考虑尺寸效应的本构模型,以分析CoCrNi中熵合金极薄带在单轴准静态拉伸试验中不同变形阶段的行为。结果表明,由于尺寸效应,传统宏观成形技术在微成形过程中的适用性受限,这一点与极薄带成形过程中厚度与直径比(t/d)的关系密切相关。在t/d低于10.62的情况下,CoCrNi合金带材在弹性变形阶段展现出明显的尺寸依赖性。随着t/d的降低,表面层晶粒的体积分数上升,导致流动应力呈线性下降趋势。在塑性变形阶段,材料的刚度与t/d呈现相关性。具体来说,随着t/d的提升,材料的加工硬化能力增强,当t/d接近10时达到峰值,超过该值后加工硬化能力开始减弱。

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    • 23Cr-8Ni钢热变形行为及工艺图

      2025, 54(10):2501-2508. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240514

      摘要 (42) HTML (41) PDF 5.06 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Gleeble 3500热力模拟试验机,研究了23Cr-8Ni钢在1000~1250 ℃和0.001~10 s-1条件内的热变形行为。分析了表征区域的微观结构,研究了23Cr-8Ni钢的再结晶行为。结果表明:随着应变的降低和变形温度的升高,流变应力明显减小。由于峰值应力之后出现软化现象,流变应力减小。应力指数(n)为4.28,热变形活化能(Q)为588 878 J/mol。构建了热工艺图,获得了最佳热加工范围为0.001~0.1 s-1和 1000~1200 ℃。采用最佳热加工工艺,成品率大大提高。

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    • Si含量对Ta12W合金表面Hf-Ta-Si涂层原位反应生成机理的影响

      2025, 54(10):2509-2524. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250303

      摘要 (62) HTML (67) PDF 5.79 M (169) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用浆料反应烧结方法在Ta12W合金表面制备了Hf-Ta-Si复合涂层,探究了Si含量对Hf-Ta-Si涂层原位形成机理的影响。结果表明,30Hf:70Si涂层表面均一性差,含有一定孔洞,试样上部的涂层呈现4层梯度结构:最表层以HfSi和HfC为主,中间层形成 (Ta, Hf)5Si3固溶体,下层主体层为TaSi2高硅相,涂层/基体界面层为Ta5Si3。但大量熔融Si在重力作用下导致下部涂层表面的Si富集。优化Hf:Si比例至40:60后,涂层表面的元素分布梯度差异降低,其表层仍以HfSi/HfC为主,但HfC析出更均匀;中间层(Ta, Hf)5Si3固溶体连续性增强;底层与涂层/基体界面过渡层未发生明显改变,整体形成更加致密的多层梯度结构,且涂层表面的均一性得到明显改善。此外,有机溶剂中的酸醇树脂通过高温热解与Hf原位反应生成的超高温陶瓷HfC,有望提高涂层的抗氧化性能和高温稳定性。

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    • 2196铝锂合金热变形与挤压型材晶粒控制研究

      2025, 54(10):2525-2532. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240282

      摘要 (191) HTML (93) PDF 3.83 M (391) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了2196铝锂合金热压缩变形流变行为和晶粒组织演变规律,基于挤压模拟与型材工程化试制,实现了典型“工”字薄壁型材晶粒组织调控。结果表明,合金在较宽的变形参数范围内具有良好的热塑性变形能力,动态回复是晶粒组织演变的主要机制;在较低温度(350、400 ℃)和较高应变速率(10 s-1)耦合条件下,应变集中导致少量的局部动态再结晶。挤压过程中大应变促进了再结晶形成,型材截面上变形条件差异导致了晶粒组织不均匀性。结合装备条件提出,当挤压温度为430 ℃及截面应变速率为0.005~0.95 s-1时,能够获得相对均匀的晶粒组织,且保持了较低的再结晶程度和丰富的亚晶结构,为实现型材强韧性匹配提供了研究基础。

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    • 质子交换膜电解槽钛毡扩散层表面微孔层结构对电解水特性的影响

      2025, 54(10):2533-2540. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240248

      摘要 (56) HTML (62) PDF 7.94 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究微孔结构扩散层对钛毡表面接触及传输的影响,分别在0.25、0.4和0.6 mm厚的钛毡表层通过钛粉填充再真空烧结方法制备了微孔结构扩散层。采用激光共聚焦显微镜、压汞仪、电解池在线测试等分析表征了表面接触面积及电阻、孔径分布、伏安曲线等特性。结果表明,0.25、0.4和0.6 mm厚微孔钛毡扩散层的有效接触面积相较原始钛毡的3.1%分别提高到11.2%、22.8%、4.8%,在1.5 MPa接触压力下的接触电阻分别降低至7.07、5.26、7.86 mΩ·cm2,微孔层通过优化表面孔隙结构进而降低接触电阻;扩散层孔径分布特征由双峰结构演变为三峰结构,新增的6~32 μm小孔通道有利于水传输,中孔及大孔通道有利于氧气泡传输;在2 A/cm2电流密度下,0.4 mm厚微孔扩散层过电位降幅最大为45 mV,同时接触电阻最低、孔径分布均衡、电解水效率最高。

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    • 激光熔覆NiCrBSi涂层/TP347HFG基材互扩散对基材组织及硬度的影响

      2025, 54(10):2553-2562. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240261

      摘要 (53) HTML (59) PDF 57.75 M (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光熔覆技术已在电站锅炉高温腐蚀磨损防护领域获得一定规模的应用,然而近年来频发激光熔覆后锅炉受热面管长期服役开裂爆管的问题,为探究激光熔覆NiCrBSi涂层的长期服役安全性问题,本研究在TP347HFG炉管表面采用激光熔覆系统制备了NiCrBSi涂层,并置于650、750、850和950 ℃进行高温2000 h时效。研究激光熔覆NiCrBSi涂层长期服役过程中元素互扩散对基材组织和硬度的影响规律,为后续安全性评价提供理论依据。采用SEM和EDS表征了TP347HFG材料表面的组织及成分变化规律;采用显微硬度计测试了TP347HFG基材硬度变化规律。结果表明:长期服役过程中涂层中的B、C等元素向TP347HFG基材中发生了扩散,靠近界面附近的基材中,晶粒内部和晶界部位均产生了高Cr碳化物、硼化物析出相。随着服役温度的升高,扩散深度越深,析出相长大明显,TP347HFG基材表面硬度增加。锅炉管靠近界面处50 μm的硬度随着服役温度的升高发生变化。650 ℃高温服役后,最高硬度为254 HV0.2;750 ℃高温服役后,最高硬度为299 HV0.2;经850 ℃高温服役后,最高硬度为417 HV0.2;950 ℃高温服役后,最高硬度降到376 HV0.2

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    • Ti650合金650 ℃热暴露组织与性能研究

      2025, 54(10):2575-2582. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240296

      摘要 (54) HTML (59) PDF 32.83 M (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:对Ti650合金进行1005 ℃/1.5 h/AC+660 ℃/2.5 h/AC热处理,随后进行热暴露实验及室温拉伸实验,对其热稳定性进行研究。结果表明,热处理后合金的最高极限抗拉强度是细密的片层组织为其提供的,未有析出相的参与。100~200 h时,硅化物已稳定析出不再长大,α2相随着热暴露时间的增长而析出长大,200 h时α2相达到临界尺寸6 nm,对合金的强化效果最大。此时第二相阻碍位错运动增大合金的极限抗拉强度大于αs相的片层变厚时合金减小的极限抗拉强度,导致了合金的极限抗拉强度上升。200~500 h时,合金中的α2相继续长大,位错由切过第二相向绕过第二相转变(位错环的形成),合金的抗拉强度逐渐减小。

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    • Cu对高强6000系铝合金峰时效析出相和性能的影响

      2025, 54(10):2583-2590. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240297

      摘要 (32) HTML (55) PDF 3.39 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过OM、TEM、HRTEM、室温拉伸和晶间腐蚀实验研究了Cu对高强6000系铝合金峰时效态析出相、拉伸性能和晶间腐蚀性能的影响。结果表明,添加Cu促进了合金峰时效态析出相的析出,随着Cu含量从0增加到0.18wt%和0.37wt%,峰时效态合金的析出相尺寸明显减小,体积分数从4.05%提升到4.61%和5.36%,对应合金的强度从421 MPa提高到448和459 MPa;结合HRTEM发现3种合金峰时效态的主要析出相为β″相,其中添加0.37wt%Cu的合金中还发现了L相。添加0.18wt%Cu对合金的耐晶间腐蚀性能有改善作用,而0.37wt%Cu的添加则降低了合金的耐晶间腐蚀性能。通过对合金晶内及晶界析出相的研究,发现0.18wt%Cu的添加促进了晶内强化β″相的析出,细化了晶界处无沉淀析出带(precipitation free zones, PFZ)的宽度,PFZ宽度为51.92 nm;0.37wt%Cu的添加促进了强化相的析出,同时改变了析出相类型,此外还发现0.37wt%Cu的添加显著粗化了晶界处无沉淀析出带的宽度,PFZ宽度为60.20 nm。结合时效析出相、拉伸强度和耐晶间腐蚀性能,发现0.18wt%Cu合金具有优良的综合性能。

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    • 新型镍基GH4198合金微观组织及热处理性能调控

      2025, 54(10):2599-2606. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240300

      摘要 (89) HTML (79) PDF 25.91 M (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用电子探针、金相显微镜和场发射扫描电镜等手段研究了固溶热处理制度对新型GH4198合金微观组织和性能的影响规律。结果表明,随着固溶温度从1100 ℃增加至1150 ℃,一次γ′相回溶至基体,晶粒从ASTM9.5级长大至3级,同时二次γ′相尺寸增加;拉伸性能受固溶温度影响较大,当固溶温度从1120 ℃增加至1140 ℃时,750 ℃及以下温度拉伸强度下降,而850 ℃拉伸性能达到最优。亚固溶温度1120 ℃热处理时,随着固溶冷却速率从10 ℃/min增加至450 ℃/min,一次γ′相体积分数和尺寸保持不变,二次γ′相尺寸减小,显微硬度增加,并讨论了相关的强化机制。

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    • 添加元素TiMg-3Gd-2Zn-0.5Zr合金组织及力学性能研究

      2025, 54(10):2607-2619. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240285

      摘要 (59) HTML (71) PDF 12.14 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:本工作制备了Mg-3Gd-2Zn-0.5Zr-xTi(GZ32K-xTi)(x=0,0.5,1.0,1.5wt%)镁合金,研究了元素Ti添加量对铸态和挤压态GZ32K-xTi合金组织和力学性能的影响。随着元素Ti的加入,铸态GZ32K合金的α-Mg基体得到细化,晶界处不连续网状分布的W(Mg3Zn3Gd2)相变得均匀细小,团簇状的Zr颗粒与Ti元素相互伴生且呈弥散分布;铸态GZ32K-1.5Ti合金中的α-Mg平均晶粒尺寸最小为49.84 μm,且尺寸分布最均匀。Ti元素的加入阻碍了动态再结晶的生长过程,使挤压后的GZ32K-xTi合金发生了完全再结晶,晶粒得到细化,同时发现Ti元素的加入促进了γ′相的析出。添加Ti元素的挤压态合金退火后,获得了含Ti的壳体结构纳米析出相,使得挤压态GZ32K-1.5Ti合金在退火后获得最佳的力学性能(YS=260.78 MPa,UTS=322.69 MPa,EL=15.17%)。该添加Ti元素的合金性能增强主要是由于晶粒细化、细小W相以及含Ti的壳体结构纳米析出相的存在。

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    • 铝合金表面超声/激光复合原位合金化Ti-B4C涂层的组织及性能研究

      2025, 54(10):2620-2630. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240308

      摘要 (57) HTML (44) PDF 9.62 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:以Ti-B4C为合金化材料,采用超声振动辅助激光合金化工艺在7075铝合金表面原位制备了多元陶瓷颗粒增强铝基复合涂层。研究了不同超声振幅(0、50、70和90 μm)对涂层整体形貌、相组成、微观结构、显微硬度与耐磨性能的影响,分析了超声振动对激光合金化过程中原位增强相尺寸、形态、空间分布等的作用机制。结果表明,在激光合金化过程中辅助超声波振动并未改变涂层的物相组成,但促进了熔池中原位化学反应的进行,原位生成陶瓷增强相如TiB2、TiC等的衍射峰随着超声振幅的增加而增强。引入超声振动后,强烈的熔池对流使得涂层表面形貌得到改善,粗糙度略有增加,涂层深度和稀释率提高。随着超声振幅的增加,声空化效应和声流效应增强,涂层微观组织显著细化,原位生成增强颗粒的数量增加、空间分布更加均匀。其中原位生成的TiB2、TiC与α-Al之间界面结合良好,界面失配率分别约为5.83%和6.81%,表明其可作为有效形核质点促进晶粒细化。引入超声振动后,涂层的显微硬度显著提高且分布更加均匀,当超声振幅为70 μm时,涂层平均显微硬度约为703.87 HV0.2,是基体和未施加超声时涂层硬度的5.77和1.66倍。此时,涂层的耐磨性最佳,磨损机理仅为轻微磨料磨损,耐磨性约为基材的11.8倍,是无超声辅助涂层的4.1倍。

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    • 热处理对Bi微合金化Al-Ga-Mg-Sn合金组织和降解性的影响

      2025, 54(10):2631-2638. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240314

      摘要 (86) HTML (33) PDF 5.07 M (124) 评论 (0) 收藏

      摘要:对铸态 Al-Ga-Mg-Sn 可降解铝合金进行微合金化和热处理。选取Al-Ga-Mg-Sn-Bi合金进行退火热处理和固溶/时效处理。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X 射线衍射仪和电化学工作站测试分析 Al-Ga-Mg-Sn-Bi 合金的组织、相组成和自腐蚀电位。结果表明:微量Bi、Zn元素的添加可降低Al-Ga-Mg-Sn自腐蚀电位;铸态 Al-Ga-Mg-Sn-Bi 合金由 Al 基体相、Mg2Sn 和 Mg-Ga 相组成,鱼骨状树枝晶特征明显;室温下、3wt% KCl溶液中的自腐蚀电位介于–1.60~–1.49 V。随退火温度的升高,树枝晶减少并于500 ℃ 消失;固溶/时效处理后析出Mg2Sn 和 Mg-Ga相。与铸态 Al-Ga-Mg-Sn-Bi 合金硬度相比,退火处理后硬度降低;固溶/时效处理后硬度提升。与铸态 Al-Ga-Mg-Sn-Bi 合金降解速率相比,固溶/时效处理和退火热处理均降低降解速率。

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    • 亚稳β-Ti-1023合金不均匀变形行为及应变速率敏感性研究

      2025, 54(10):2639-2652. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240576

      摘要 (52) HTML (43) PDF 75.33 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用数字图像相关技术(digital image correlation, DIC)实时追踪不同应变速率下应变分布及局部应变演变规律,研究应变分布的传播行为及其应变速率敏感性;采用背散射电子衍射(electron backscatter diffraction, EBSD)技术分析材料变形后微观组织演化及应力诱导马氏体转变(stress induced martensite transformation, SIMT)和马氏体孪晶的演变过程;采用扫描电子显微镜观察分析材料的断口形貌。可以得出以下结论:(1) 应变分布由近似于均匀分布向非均匀分布演变,呈现出了应变集中现象,最终在应变集中区域发生断裂,且低应变速率下试样的颈缩现象最明显;(2)应力-应变曲线呈现明显的双屈服现象,表现出负应变速率敏感性效应,即低应变速率可以产生更高的应变硬化率;(3)随着应变速率降低,马氏体含量显著增加,晶粒尺寸明显细化,内核平均取向差(kernel average misorientation, KAM)和几何必须位错(geometrically necessary dislocations, GNDs)平均值显著增大,说明SIMT含量增加有助于变形试样的位错密度累积,更有利于多种塑性变形机制的耦合作用;(4)断口形貌呈拉伸型,主要由韧窝型空洞聚合造成。变形过程中韧窝受力从单向受拉迅速向三向受拉发展,韧窝得到充分长大,低应变速率变形促进此特征发生,所以韧性断裂特征占优。

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    • 等通道双转角挤压及热处理N36锆合金析出行为及机理研究

      2025, 54(10):2653-2659. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240313

      摘要 (42) HTML (44) PDF 9.10 M (131) 评论 (0) 收藏

      摘要:形变热处理是细化核反应堆包壳材料Zr-Sn-Nb-Fe(N36)合金沉淀相尺寸、促进其弥散分布,进而提升服役性能的有效手段。本研究对N36合金进行了450 ℃下4道次等通道双转角挤压(equal channel double angular pressing,ECDAP)大变形和580 ℃保温4~8 h时效处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对沉淀相尺寸、数量、成分及分布进行了表征。结果表明:时效处理促进了(Zr,Nb)2Fe沉淀相粒子析出,经过580 ℃保温4~8 h的时效处理后,初始样析出的沉淀相粒子平均尺寸由76 mm增加至88 mm。4道次变形样析出的沉淀相粒子平均尺寸由41 mm增加至51 mm,并且析出一定数量尺寸在20~40 nm的(Zr,Nb)2Fe相。等通道双转角挤压试样中含有较多的位错和缺陷,为后续时效处理过程中沉淀相粒子的析出提供形核点,并为合金元素提供了短途扩散通道,从而促进沉淀相粒子细小弥散析出。本研究为提升N36合金综合性能提供新的思路。

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    • 氢对非晶合金结构与性能影响的研究进展

      2025, 54(10):2660-2670. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240276

      摘要 (66) HTML (53) PDF 5.53 M (126) 评论 (0) 收藏

      摘要:非晶合金较传统晶体材料有良好的氢渗透性和储氢性能,在新能源领域拥有极大的应用前景,因此研究氢对非晶合金的影响具有重要意义。本文综述了氢对非晶合金结构、热稳定性及非晶形成能力的影响,阐述了氢对非晶合金性能的影响机制,并就氢对非晶合金影响研究中遇到的问题与挑战进行了展望。本文为研究非晶合金在储氢等新能源领域的应用提供了理论依据,对推动非晶合金的功能性应用有现实意义,从而助力我国“双碳”目标的实现。

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    • 常用超导材料接头技术研究进展

      2025, 54(10):2671-2683. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240295

      摘要 (78) HTML (96) PDF 2.47 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:超导材料在多个领域都有着广泛的应用前景,因此自诞生以来就吸引了全球研究者投身其中。超导连接是超导线带材应用的关键一环,也是形成持久模式接头的组成部分。但超导接头目前在临界参数、制备难度、环境影响等方面均存在不足,为此各国学者不断创新和优化工艺方法。本文介绍了超导接头的结构以及近年来4类常见超导材料接头的制备方法和性能表现,对不足和缺陷进行了汇总,并对超导接头未来的发展进行了分析和展望,为超导接头的发展提供参考。

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    • 纳米颗粒添加在激光增材制造金属材料中的研究进展

      2025, 54(10):2684-2702. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240306

      摘要 (63) HTML (46) PDF 7.30 M (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光增材制造技术是一种革命性的先进制造技术,在航空航天、汽车、医疗等领域取得了快速发展和应用。然而,采用激光增材制造技术成形金属时容易形成气孔、裂纹等缺陷,以及粗大柱状晶、成分偏析等组织问题,影响了金属的性能。通过添加纳米陶瓷颗粒能够有效地改善合金成形性、细化组织,进而提高金属力学性能。本文从激光增材制造成形金属时纳米陶瓷颗粒的添加方式,纳米陶瓷颗粒在熔池中的演化行为,纳米陶瓷颗粒对成形性、微观组织和力学性能影响几个方面进行了论述,并对该领域存在的问题和未来的研究进行了总结和展望。

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    • 温和条件下铼及铼合金涂层制备技术研究进展

      2025, 54(10):2703-2716. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240571

      摘要 (52) HTML (94) PDF 5.75 M (118) 评论 (0) 收藏

      摘要:铼具有优异的物理化学性能,作为超高温结构材料、表面散热涂层等在航空航天和军事领域具有重要应用。Re涂层的制备方法有多种,但主流制备技术沉积温度高、沉积环境多含有腐蚀性气氛,对大多数难熔金属基体有腐蚀,无法在难熔金属及合金基体表面获得致密且结合良好的Re涂层,限制了其在难熔金属表面高温防护等方面的应用,而温和条件下Re涂层的制备技术有望解决此问题。本文综述了水溶液电沉积、金属有机化学气相沉积、电子束-物理气相沉积3种温和条件下Re涂层制备方法的研究现状,总结了不同方法制备Re涂层的工艺及其典型组织结构特征,并对下一步研究方向进行了展望。

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