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- 乏燃料后处理强酸、强氧化性、强放射性的工作环境,对后处理溶解器选材、加工工艺提出了严苛要求。本论文研究了自主设计Zr-1.0Ti-0.35Nb合金在670 ~ 750 ℃温度范围、三种不同应变速率0.01、0.1和1 s-1条件下的热压缩变形行为,分析了热压缩过程中该合金的微观组织特征,并基于峰值应力构建了其热变形本构模型。结果表明,应变速率和变形温度对Zr-1.0Ti-0.35Nb合金热变形过程具有显著影响,流变应力随应变速率增加而增大,随变形温度的增加而减小,达到峰值应力后流变曲线呈现明显动态再结晶特征;提高变形温度有助于发生动态再结晶和晶粒长大;基于Arrhenius本构方程计算得到Zr-1.0Ti-0.35Nb合金的热变形激活能为225.8 kJ/mol,硬化指数为5.62,说明合金元素Ti使锆合金的热变形激活能升高;实验值与预测值之间的相关系数为0.97,平均相对误差为6.15%,证实此本构方程预测Zr-1.0Ti-0.35Nb合金流变应力的准确性,能够为新型锆合金热加工工艺优化提供理论指导。
- 日本福岛核事故后,耐事故燃料(Accident Tolerant Fuel, ATF)包壳技术引起业界广泛关注。在核反应堆堆芯核燃料包壳用锆(Zr)合金表面包覆Cr涂层被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术。目前多数Cr涂层的制备方法存在设备昂贵负责、沉积速率偏低、形状适应性偏弱等缺点,而熔盐电沉积技术具有阴极电流效率高、电沉积速度快、基体形状适应性强等优点,有望解决包壳Zr合金表面高质量Cr涂层的高效低成本制备难题。为实现Zr合金表面Cr涂层的熔盐电沉积制备,本文采用水溶液电沉积和熔盐电沉积方法依次在Zr合金基体表面制备Ni过渡层和Cr涂层,对制备得到的Zr/Ni/Cr试样进行组织结构表征、结合力和纳米硬度测试及高温氧化行为研究。结果表明,Zr合金表面的Ni/Cr涂层均匀致密,与基体间的结合力约为151 N。Zr/Ni/Cr从内到外各层的硬度和弹性模量均逐渐升高,呈准梯度过渡。其中Cr涂层的表面粗糙度约为2 μm,硬度和弹性模量分别为2.86 GPa和172.86 GPa。Zr/Ni/Cr试样在1000℃和1200℃高温蒸汽氧化过程中分别表现出近抛物线和近线性规律,表明Ni/Cr涂层能够在1000℃下对Zr合金基体起到良好的保护效果。Zr合金表面Ni/Cr涂层的高温氧化失效机制与Ni过渡层的快速扩散、Cr层的氧化和扩散消耗以及Zr沿Cr晶界快速扩散导致的Cr层性能弱化密切相关。
- Thermal stability and thermo-mechanical properties of Pd20Pt20Cu20Ni20P20 high entropy metallic glass (HEMG) were investigated by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, and thermomechanical analysis. Results show that compared with other classical precious metal-based metallic glasses, Pd20Pt20Cu20Ni20P20 HEMG presents comparable performance with distinct characteristics.
- AlCoCrFeNiMox (x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0) high entropy alloy (HEA) coatings were prepared by laser cladding method. The effect of Mo content on the microstructure, hardness, and corrosion resistance of the coatings was studied. Results show that with increasing the Mo content, the microstructure is changed from (Al, Ni)-rich body-centered cubic (bcc) phase (Mo-Cr-Fe)-rich σ phase into (Fe, Ni)-rich bcc phase (Mo-Cr-Fe)-rich σ phase (Al-Fe-Mo)-rich σ phase a little AlN (aluminum nitride). Additionally, the coating hardness (HV1) is increased from 6514.4 MPa to 10652.6 MPa. With increasing the Mo addition, the self-corrosion potential of the coating in 3.5wt% NaCl solution is also increased. The coating presents the optimal corrosion resistance at x=1.0.
- Abstract: WC-12Co particles were deposited on polished AA7075 (7075 aluminum alloy) substrate by HVOF (high velocity oxy-fuel) spraying. The microstructure, composition and hardness of the deposits were analyzed by SEM, EDS and nanoindentation hardness tester, respectively. The deposition behavior of six types of particles in three different molten states, including non-molten, semi-molten, and molten particles, was investigated. Results show that different types of particles have great impact on the substrate, which makes the AA7075 substrate deform or causes tears. The surface morphology and cross-sectional morphology of the deposits are different from those of the original powder. The surface of the deposits exhibits certain melting characteristics, and the cross-section is relatively dense. The semi-molten particles and molten particles generate some tearing to the substrate, and have a metallurgical bonding with the substrate to form a mutual meting zone. After the deposition of the particles, a hardened layer is formed on substrate surface with a thickness about 5 μm, and there is a certain gradient change in the hardness. The hardness near the surface is 3420 MPa, which is 1.56 times higher than that of the substrate (2200 MPa). The increase in hardness is originated from two factors: the peening effect of particles at high temperature and high speed, and the work hardening caused by particle extruding substrate. Key words:HVOF;AA 7075;deposition behavior;melt;metallurgical bond;harden layer
- Ti-6Al-4V titanium alloy plate was welded by a laser beam with self-developed titanium alloy flux-cored wire. The welded joint was solution treated at 920 °C for 1 h and aging treated at 650 °C for 2 h, and its microstructure and properties were compared with those of the as-welded joint. The results show that the heat-treated welded joint is composed of a typical tri-modal microstructure containing αp phase, αs phase colony, and αgb phase, as well as punctate distributed residue β phase. α' martensite microstructure in the as-welded joint is not found in the heat-treated joint, which makes the strength, plasticity, and toughness well balanced and maintained. The strength of the heat-treated welded joint is reduced, while elongation and impact toughness at room temperature are enhanced. The tensile fracture of the heat-treated welded joint is surrounded by massive shear lips. The dimples are deep and uniform, presenting as microvoid coalescence ductile fracture. In the as-welded joint, the proportion of large-angle grain boundaries with misorientation between grains in the weld zone greater than 15° accounts for 83.78%, and in the heat-treated welded joint, the proportion is about 90.21%. Through XRD test, it is discovered that the as-welded weld is mainly composed of α' martensite, with a small amount of extremely weak multi-angle α phase diffraction peak. In the heat-treated weld, the central angle position of α phase diffraction peak is consistent with that of α' martensite in the as-welded weld, with a sharp β phase (110) diffraction peak observed as well.
- The ultrafine grained (UFG) 1050 aluminum alloy was prepared by equal channel angular pressing at cryogenic temperature, namely cryoECAP process. The tensile behavior and microstructures of UFG 1050 aluminum alloy after annealing at 90–210 °C for 4 h without and with high magnetic field of 12 T were investigated by tensile tests, transmission electron microscope, and electron backscattered diffraction analyses. After cryoECAP and annealing treatments, the 1050 aluminum alloy has ultrafine grains with 0.7–1.28 μm in size, the ratio of ultimate tensile strength to yield strength is less than 1.24, and the uniform elongation is less than 2.3%. With increasing the annealing temperature from 90 °C to 210 °C, the yield-drop phenomenon becomes more obvious due to the decrease in mobile dislocations to maintain the applied strain rate during tensile deformation. The uniform elongation decreases from 1.55% to 0.55%, the dislocation density reduces from 5.6×1014 m-2 to 4.2×1013 m-2, and the fraction of high-angle grain boundaries (HABs) increases from 63.8% to 70.8%. These phenomena cause the higher annihilation rate of dislocations, thereby leading to the degradation of strain hardening effect. During annealing under high magnetic field at 90–210 °C, the low fraction of HABs (61.7%–66.2%) can provide a slower annihilation rate of dislocations, therefore resulting in the higher uniform elongation (0.64%–1.60%) and slower decrease in the flow stress after the yield peak.
- The relationship between microstructure characteristics and fatigue properties of Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (Ti6242s) alloy was investigated. According to the microstructure quantitative analysis results, the solution treatments at different temperatures have an obvious effect on the proportion and morphology of primary α-phase. The changes in microstructure characteristics slightly influence the tensile property and low-cycle fatigue property of Ti6242s alloy at room temperature, whereas the dwell fatigue life and the fatigue sensitivity index are sensitive to these changes. Additionally, it is verified that the relatively strong stress concentration and inhomogeneous micro-area plastic deformation occur in the Ti6242s alloy under dwell fatigue load. Moreover, the characteristics of small plane regions and the surrounding quasi-cleavage regions in the Ti6242s alloy under dwell fatigue load at room temperature are formed through the analysis of fatigue failure fracture morphologies. The related experiment results are in good agreement with the stress-strain distribution characterizations of microstructures of equiaxed primary α-phase and the surrounding soft phase/grain. Accordingly, the relatively low inhomogeneous micro-area plastic deformation in the alloy with equiaxed primary α-phase of low volume fraction is beneficial to reduce the probability of crack initiation and can delay crack propagation, thus improving the dwell fatigue property.
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2024,53(11):3017-3025 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240073
摘要:高熵合金(HEA)AlCoCrFeNi作为一类新型合金材料,具有高稳定性、优异的比强度和耐腐蚀性等特点,在铝基复合材料(AMC)领域备受关注。为了研究AlCoCrFeNi HEA颗粒对铝合金微观结构和力学性能的影响,采用高能超声铸造工艺制备了AlCoCrFeNi HEA颗粒增强ADC12复合材料。随后,研究了添加HEA对ADC12合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,添加的HEA颗粒与铝基体紧密结合。基体中的Al2Cu以及硅相得到了细化。同时,添加了HEA颗粒的合金抗拉伸强度和显微硬度得到了显著提高。与基体相比,含12%(质量分数)HEA 复合材料的屈服强度和极限拉伸强度分别提高了16.9%和21.9%。在 20 N载荷下,复合材料的磨损率也因显微硬度的提高而降低,这主要归因于载荷传递强化、位错增殖和显微结构优化。
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2024,53(11):3175-3184 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230570
摘要:本文采用真空电弧熔炼炉制备FeCrMnxAlCu(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)高熵合金。通过XRD、SEM、EDS等设备检测分析了合金的微观组织和化学成分。同时,采用电化学极化曲线法和浸泡试验检测了合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的耐腐蚀性。腐蚀后采用XPS设备对合金表面进行分析。微观组织表征结果表明,所制备的高熵合金呈现典型的枝晶和枝晶间组织,并具有FCC+BCC双相结构。腐蚀测试结果表明,在3.5 wt.% NaCl溶液中,高熵合金的耐蚀性能随着Mn含量增加先升高后下降,但与无Mn合金相比,含Mn的合金仍表现出更好的耐蚀性能。其中,FeCrMnAlCu高熵合金的耐蚀性能最好,表现出较正的自腐蚀电位(Ecorr=-0.417 V)和较小的自腐蚀电流密度(Icorr=2.120×10-6 A?cm-2)。此外,FeCrMnxAlCu高熵合金表现出活化行为,并形成不连续且松散的腐蚀产物膜。
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2024,53(11):3194-3204 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230581
摘要:本文制备了五种不同V含量的CrMoNbTiVx(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)难熔高熵合金,研究了合金的相组成、微观组织特征及在800 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明:不同V含量CrMoNbTiVx合金在铸态时均为单一体心立方结构,形成了典型的枝晶状组织。在800 ℃氧化20 h和100 h后,CrMoNbTi合金的氧化增重分别为0.25 mg/cm2和0.50 mg/cm2,CrMoNbTiV0.8合金的氧化增重分别为1.49 mg/cm2和3.36 mg/cm2。随V含量的降低,CrMoNbTiVx合金的氧化增重越少,氧化层表面越平整。CrMoNbTiV0.8和CrMoNbTi合金氧化100 h后的表面高度差分别为24.80 μm和3.37 μm。V含量不同,合金的氧化产物也不相同,针状V2Nb6O19氧化物显著降低CrMoNbTiVx合金的抗氧化性能。V含量下降能促进氧化层中形成TiO2 、CrVNbO6和Ti4Cr3Nb3O2致密氧化物,提高CrMoNbTiVx难熔高熵合金高温抗氧化性能。随V含量减少,CrMoNbTiVx合金氧化层中V2Nb6O19、CrVNbO6和V2O5含量均减少,不含V的CrMoNbTi合金氧化层由致密的TiO2和Ti4Cr3Nb3O2组成,合金的抗氧化性能明显提高。
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2024,53(11):3224-3232 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230588
摘要:利用铜模铸造方法制备了ZrxTiNiCuBe(x=1.5、2、2.5、3、3.5at.%)高熵非晶合金,采用差示扫描量热仪(DSC)对其晶化动力学进行了研究。结果表明,ZrxTiNiCuBe高熵非晶合金的变温晶化为多级晶化过程,与升温速率具有明显动力学效应。利用Kissinger方程计算的变温晶化激活能,均表现为Eg>Ex>Ep1,Ep1
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宋博, 郗洪雷, 付雨, 王俊帅, 肖文龙, 任衍彪, 马朝利
2024,53(11):3001-3009 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240111
摘要:研究了预变形对近β钛合金Ti-5Al-3Mo-3V-2Cr-2Zr-1Nb-1Fe(质量分数,%)在时效处理中相变、微观组织及强化响应的影响。结果表明,合金经预变形后再进行时效处理可以获得明显细化的α相与更好的时效强化效果。由于中间相O′、ω和O′′的形成抑制了长程应力诱导马氏体相变机制和机械孪晶,合金变形主要是通过位错滑移机制。预变形过程中会产生大量晶格缺陷,随着预变形量的增大,位错数量密度逐渐上升。这些由预变形产生的晶格缺陷会在时效初期部分湮灭,但是仍然能够促进α相析出,实现α相细化。与未预变形的样品相比,预变形量为5%的样品在600 ℃时效后α相的平均宽度会下降57%,而且数量密度由7.0±1 laths/μm2上升至22.0±3 laths/μm2。当预变形量较大时,如12%和20%,会形成板条状的α相,这说明钛合金经预变形后再时效处理可以获得细化的α相与更好的强化效果。
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姚志锋, 乔吉超, Pelletier Jean-Marc, 姚尧
2024,53(11):3010-3016 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240083
摘要:对Zr基大块金属玻璃(BMG)进行了室温下三点弯曲疲劳实验,旨在探究其在循环载荷下的疲劳行为。结果表明,根据确定的应力幅度-破坏循环(S-N)曲线,Zr基BMG的疲劳极限为442 MPa。为评估P-S-N曲线,提出了一种基于最大似然原理的估算方法,利用统计原理预测材料疲劳寿命,减少了所需样本数量,降低了实验成本。实验结果与美国测试和材料协会(ASTM)标准相符,证明了估算方法的可靠性和准确性。
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2024,53(11):3026-3034 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240078
摘要:针对细丝基金属增材制造(MAM)工艺参数与沉积层单道几何特征和表面粗糙度之间的关系,提出了基于MAM工艺的机器学习预测模型。实验研究了激光功率、送丝速度和扫描速度对单道轨宽度、高度和表面粗糙度的影响规律。结果表明,激光功率对单道宽度影响显著,对高度影响不大。随着送丝速度的增加,单道的宽度和高度增加,特别是高度。扫描速度越快,单道宽度越小,而高度变化不大。采用支持向量回归(SVR)和人工神经网络回归(ANN)方法建立预测模型。SVR和ANN回归模型均具有较好的预测效果,均方根误差较小,相关系数R2较高。与ANN模型相比,SVR模型在预测单道几何特性和表面粗糙度方面都有更好的效果。在此基础上制造了多层薄壁零件,验证了模型的准确性。
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2024,53(11):3035-3045 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240020
摘要:探讨了粉末填充电阻缝焊增材制造方法制备SiCp/Al复合材料。研究了焊接速度对试样显微组织和力学性能的影响,揭示了单道多层沉积层的成形及断裂机理。结果表明:SiC颗粒分布在Al基质上,存在团聚和气孔缺陷。孔隙率随焊接速度的增加而升高,RSAM-24试样组织最致密,密度和孔隙率分别为2.706 g/cm3和1.672%。试样的力学性能随焊接速度的增加而降低,焊接速度为24 cm/min时试样的力学性能最佳,平均硬度、抗拉伸强度和延伸率分别为463.736 MPa、52.16 MPa和2.2%。拉伸试样主要沿层间结合界面和Al基体与SiC颗粒结合界面处开裂,断裂方式为韧性断裂。
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2024,53(11):3046-3052 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240042
摘要:采用从头算分子动力学和统计物理方法,从原子尺度上研究了铍中杂质Fe、Al和Mn的局域结构和动力学过程。以杂质原子为中心的径向分布函数分析表明,Fe和Mn周围的铍原子密度分别比Al周围的铍原子密度高8.4%和8.6%。杂质原子平方位移的测度统计表明,熔融铍中Al原子的扩散系数分别比Fe和Mn原子大114%和133%。杂质原子速度自相关函数的统计分析表明,Fe和Mn原子在第一配位层与铍原子发生强烈碰撞,表明它们在中心位置被周围的铍原子紧密包围和束缚,而Al周围的铍原子排列松散,与Al的结合力较弱。杂质活度系数分析表明,当Fe或Mn进入熔体铍时,它降低了体系的自由能,而当Al进入时,它增加了体系能量。综上所述,BeAl原子间作用力较弱,因此它们不会形成金属间化合物,并且Al在铍中扩散迅速。而Be-Fe和Be-Mn具有很强的原子间作用力,并且倾向于形成更多的BeFe和BeMn键以降低体系的自由能,因此Fe、Mn在铍中扩散缓慢。从头算分子动力学可用于预测铍真空蒸馏的最佳实验温度。
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罗佳军, 全慈旺, 张建军, 陈水香, 张茜彤, 韩孟瑶, 梁炳亮, 陈卫华
2024,53(11):3053-3063 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240105
摘要:采用静电层自组装法制备了核壳MoSi2@Nb粉体。采用表面活性剂SDS(CHSO4Na)和CTAB(C19H42BrN)对2种颗粒表面进行改性,使其带电,并用Zeta电位计测试悬浮液的Zeta电位。采用扫描电镜、透射电镜和能谱仪对合成材料的物相、形貌、结构和元素分布进行了表征。结果表明:当SDS浓度为2 mmol/L,CTAB浓度为3 mmol/L,Nb悬浮液pH值为5时,二次包覆后涂层效果较好。在200 ℃氩气中煅烧2 h后,Nb与MoSi2的界面处发现了NbSi2相,表明Nb具有高活性并与Si反应。在1450 ℃单轴压力40 MPa下放电等离子烧结2 h后,MoSi2@Nb材料中仍保留了核壳结构。然而,Nb与MoSi2反应强烈,大部分Nb相发生反应,这个问题在后续研究中亟待解决。与MoSi2材料的断裂韧性(KIC=3.32 MPa·m0.5)相比,MoSi2@Nb材料的KIC显著提高至5.75 MPa·m0.5。
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2024,53(11):3064-3076 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240163
摘要:工业模压生产深井字形WC-Co硬质合金块是一个难以解决的技术难题,主要是所用石蜡基成形剂不合适造成的。采用有机高分子树脂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂这4种改性剂对成形剂石蜡做了改性,研究了树脂种类的定性筛选和4种石蜡改性剂组合的正交实验,以得到改性剂的优化定量比例。结果表明,树脂中小分子插入石蜡支晶间隙可能是树脂和石蜡相容性提高的一个重要原因。通过正交实验,确定了成型剂的最佳配方为:100份58#石蜡、15份EVA-2、4份DPHP、4份油酸酰胺和2份硬脂酸。该优化配方在一家中国公司的工业生产中得到了应用,生产出了质量合格的深井形状硬质合金产品,其中WC质量分数为90%,Co质量分数为10%。
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孙玉玲, 梁汉良, 朱建生, 马宏昊, 王鲁庆, 张冰原, 罗宁, 沈兆武
2024,53(11):3077-3083 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240103
摘要:在真空热熔W/CuCrZr复合板的基础上进行了爆炸焊接,采用金相显微镜、扫描电镜及能量色散X射线光谱对结合界面进行微观形貌观察,同时结合有限元计算探索了热熔爆炸W/CuCrZr复合板界面的演化机制。结果表明:热熔爆炸焊接W/CuCrZr 复合板的界面结合良好,具有3~8 μm交叉熔融区,但W侧产生了裂纹。数值模拟再现了热熔爆炸焊接过程中结合界面压力、应力、应变及内能变化规律,实验产生裂纹的位置和数值模拟计算的高应力位置吻合,热熔爆炸焊接界面附近的高压、高温进一步促进了界面的结合。
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刘向宏, 赵宁, 王涛, 康家瑞, 杨晶, 李少强, 杜予晅
2024,53(11):3101-3110 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240027
摘要:亚稳β型TB18钛合金具有较高的固溶-时效强化效应和良好的强度韧性匹配潜力,成为制备先进航空构件的优选材料。通过研究经过不同固溶温度、固溶时间、固溶后缓冷热处理后TB18钛合金的微观组织和力学性能变化规律,阐明固溶处理对TB18钛合金微观组织-力学性能间交互作用的影响机理。结果表明,经过β单相区固溶和时效处理后,β基体中析出片层和针状αs相,片层状αs相有利于提升TB18钛合金的韧性,片层厚度越大,TB18钛合金的断裂韧性越好。固溶温度过高或固溶保温时间过长将导致TB18钛合金β晶粒发生粗化,使材料强度和塑性下降。将固溶后缓冷冷却速率由0.25 ℃/min提升至1 ℃/min,经过时效处理的TB18钛合金内分布均匀细密的αs相,抗拉强度提高达到1343 MPa,延伸率为5.0%。当固溶制度为870 ℃/2 h/Air cooling(AC)时,TB18钛合金可在530 ℃/4 h/AC条件下时效后获得良好的强韧性匹配,抗拉强度为1315 MPa,屈服强度为1225 MPa,延伸率为8.5%,冲击韧性为29.2 J/cm2,断裂韧度值为88.4 MPa.m1/2。
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罗锐, 盛冬华, 王资兴, 高佩, 陈乐利, 徐昊翔, 曹甫洋
2024,53(11):3111-3120 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230537
摘要:利用先进的Gleeble热模拟技术和电子背散射衍射(EBSD)等表征手段研究了一种Ni-Mo系高温合金(Hastelloy B3合金)在变形温度950 ℃~1250 ℃、变形速率0.01~5 s-1条件下的热变形行为和微观组织演变。基于峰值应力构建了该合金的Arrhenius双曲-正弦本构模型。根据加工硬化率-应变量曲线确定Hastelloy B3合金的动态再结晶(DRX)临界应变,并基于Avrami方程建立其DRX体积分数模型。结果表明:DRX行为倾向于高温和低速率的变形参数下发生。通过EBSD对该合金变形组织的晶界角度和位错密度进行分析可知,位错易在原始晶粒边界处聚集形成小角度晶界进而演变为大角度晶界,因而Hastelloy B3合金的主要DRX机制被确定为不连续动态再结晶(DDRX)为主,连续动态再结晶(CDRX)为辅。
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2024,53(11):3121-3128 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240213
摘要:提出一种耦合镦、剪、挤等多种变形于一体的膨胀-等通道转角挤压工艺(Expansion-Equal channel angular Pressing,Exp-ECAP)。450℃下采用单道次Exp-ECAP挤压结合退火热处理成功制备钛铝双金属复合棒材。利用SEM、EDS、XRD、EBSD和剪切试验研究了钛铝双金属复合棒材界面微观组织和结合性能。结果表明,在Exp-ECAP变形剧烈剪切应力和退火高温条件下,钛铝双金属复合棒材获得了良好的界面结合,钛、铝两种基体元素通过相互扩散形成了厚度约为1.27μm的冶金结合层,界面层内生成的新相以金属间化合物TiAl为主,并含有少量不均匀分布的Ti3Al(靠近钛侧)和TiAl3(靠近铝侧)。Ti/Al界面层金属通过发生相变反应和部分再结晶产生了大量等轴、细小的超细晶组织,晶粒随机生长,无明显的择优取向。钛铝双金属复合棒材平均剪切强度为66.29 MPa,剪切破坏主要发生在TiAl相层,表现出脆性断裂的特征。
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2024,53(11):3129-3135 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230532
摘要:本文通过对一种传统镍基单晶高温合金在不同热处理工艺条件下的固溶和时效进行实验,研究了固溶时间和长期时效对合金微观组织和性能的影响。结果表明:镍基单晶高温合金较佳的热处理工艺为1310℃/4h(空冷)+1130℃/4h(空冷)+899℃/16h(空冷)。经过固溶处理后,极大程度避免析出不利TCP相,获得尺寸较小、立方度较高的强化相γ′的微观组织。不同热处理制度下,合金持久断裂寿命和延展率相差较小。变形过程中,脆性针状TCP相优先破碎,不是裂纹萌生处。而枝晶间的薄弱的碳化物/基体界面提供了裂纹的源头。
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2024,53(11):3136-3148 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230542
摘要:通过用户自定义NiTi合金子程序对负泊松比结构的凹凸型自扩张支架进行有限元模拟分析,通过控制变量法研究了不同几何参数条件下,支架在自膨胀过程中状态和应力演化情况。结果表明:随着周向支撑单元数量Nc和支撑圈倾斜杆与水平方向的夹角θ改变,凹凸型支架与之对应的支撑性能出现完全相反的变化。支架轴向距离在向四周扩张过程中变化的大小主要与参数h/l和θ呈负相关。凹凸型支架处于病变股动脉时的扩张率可以达到90.3%,高于现有自膨胀医疗支架。本凹凸型支架在股动脉中工作时可以实现均匀的扩张,直接避免了中间狭小而两端宽的情况出现。进行了Goodman疲劳曲线和疲劳因子评估,符合国家对医用支架的服役寿命要求。
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涂文斌, 钟国浩, 王善林, 柯黎明, 陈玉华, 徐睦忠, 余沛垌, 魏明炜
2024,53(11):3149-3157 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230546
摘要:12Cr12Mo不锈钢是航汽轮机静叶环的重要材料,厚板12Cr12Mo不锈钢焊接接头会出现显微组织和性能不均匀性问题。本文采用电子束焊接制备厚板12Cr12Mo不锈钢对接接头,对接头进行组织和力学性能研究。结果表明:焊接接头沿着熔深方向产生了组织和性能的不均匀性,焊缝区中主要为淬火马氏体,热影响区为马氏体和回火索氏体的混合组织,母材区为回火索氏体。焊缝区和热影响区的大角度晶界含量都随着熔深的增加而减小,焊缝区的晶粒尺寸随着熔深的增加而减小;热影响区不同厚度位置的晶粒尺寸相同,但小于焊缝区和母材晶粒尺寸。随着焊缝接头熔深的增加,拉伸强度和硬度逐渐增加,但延伸率不断降低,分层拉伸试样断裂位置出现在焊缝区,拉伸断口的韧窝随熔深的增加逐渐变小和变浅,焊缝不同区域的热输入和冷却速度引起组织演变不同是导致组织和力学性能不均匀性的主要原因。
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2024,53(11):3158-3168 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230548
摘要:选区激光熔化(SLM)制备热电材料Cu2Se的主要问题包括激光的高能密度热源作用下Se元素易发生烧损、难以找到市售用于3d打印的Cu2Se粉末等,目前鲜有学者采用SLM进行中温热电材料Cu2Se的制备。本研究采用激光诱导高温自蔓延反应+球磨法自主制备了流动性良好的可用于SLM增材制造的Cu2Se粉末。在优化工艺参数下获得了表面平整、力学性能良好、热电性能优异的Cu2Se热电材料增材件。SLM制备的Cu2Se块体在水平与垂直方向上的晶粒生长具有明显各向异性。垂直截面中晶粒主要为沿沉积方向生长的细长的长度尺寸约为几百微米的柱状晶,水平截面为尺寸约为几十微米的等轴晶。水平截面上晶界处存在纳米尺度的微孔缺陷。673 K的温度下垂直和水平方向测得的热电优值分别为0.74和0.33。沿垂直和水平方向最大抗压强度分别为125.08 MPa和42.69 MPa。增材件平均显微硬度为62.5 HV。本研究制备的Cu2Se沿垂直方向与传统方式制备的Cu2Se材料热电性能相当,力学性能良好,表明采用SLM制备Cu2Se热电材料可行。研究结果为中温热电材料Cu2Se及其器件的制备提供了一种新的选择。
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史茜霜, 白润, 华兴江, 李世磊, 胡卜亮, 张文, 胡平
2024,53(11):3169-3174 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230551
摘要:低密度铌合金具有密度低、熔点高、耐腐蚀性好等特点,广泛应用于航空航天、核工程、高温结构等领域。为研究不同变形工艺对低密度铌合金组织及性能的影响,本文分别对低密度铌合金进行了轧制和挤压变形,通过OM、SEM观察,力学性能测试等方法进行了探究。结果表明:采用轧制变形时,变形量大,微观组织较均匀,第二相弥散分布,强度较高的同时塑性较好,断后伸长率可达37%;采用挤压变形时,易应力集中而开裂,变形不易深入,微观组织不易均匀,强度较高,但塑性仅有15%,对变形组织对性能的影响进行了分析,可指导铌合金的加工。
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张天有, 闫丽珍, 李锡武, 闫宏伟, 李志辉, 高冠军, 张永安, 熊柏青
2024,53(11):3185-3193 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230563
摘要:本文以四种不同Sc/Zr比的Al-5.0Mg-3.0Zn合金为研究对象,研究了不同Sc/Zr比对时效态合金微观组织及力学性能的影响。利用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和室温拉伸实验方法,探究了Sc、Zr微合金化对合金析出强化相T-Mg32(Al, Zn)49相的影响,并对不同强化机制对屈服强度的贡献进行了定量计算。研究结果表明:合金中析出了大量弥散分布的T相,不同Sc/Zr比对T相析出未产生显著影响,四种合金中T相尺寸、数量密度和体积分数差异不大,且该相均与Al基体完全共格;与基础合金相比,复合添加Sc、Zr合金中的晶粒明显细化,位错密度更高。合金中主要的强化机制为T相的析出强化,其对屈服强度的贡献为283~297MPa;固溶强化对合金屈服强度的贡献为33~40MPa;复合添加Sc、Zr通过细晶强化提高了合金的屈服强度约30MPa;复合添加Sc、Zr并未改变合金的拉伸断裂方式。四种强化机制共同作用下Sc/Zr比为0.9和1.2合金的抗拉强度为551~552MPa,屈服强度为461~463MPa,延伸率为17.7~18.0%。
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2024,53(11):3205-3210 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230575
摘要:TiN涂层因良好的耐腐蚀、导电性能在金属双极板改性领域被广泛应用。TiN沉积过程中易受制备条件影响而形成非金属空位,进而影响涂层性能。因此,本文利用第一性原理方法计算了含有不同非金属空位量的TiNx体系的电子结构,展开了非金属空位对各TiNx体系的晶体结构、能带结构、态密度、自由电子相对浓度及电荷布居影响研究。分析结果表明,随着非金属空位的形成,各TiNx体系稳定性逐渐下降,非金属空位形成能逐渐升高。经计算,各TiNx体系的自由电子相对浓度大小排序如下:TiN0.25>TiN>TiN0.5>TiN0.75。TiNx体系的导电能力主要由Ti原子3d轨道状态的金属化、N原子2p轨道贡献的减少以及N原子缺失导致晶胞体积减小等三个因素共同影响。
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2024,53(11):3211-3216 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230577
摘要:本文研究了氧化物纤维增强陶瓷基复合材料在室温~1400℃条件下,其力学性能和微观结构随温度的变化规律。分别以氧化铝纤维和石英纤维作为增强体,采用溶胶-凝胶成型工艺制备出了氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料(Al2O3f/SiO2)和石英纤维增强二氧化硅复合材料(SiO2f/SiO2)两种氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。分别研究了其在室温~1400 ℃温度条件下的拉伸强度及压缩强度,并采用电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对复合材料的微观形貌和晶相结构进行了表征。结果表明,在室温~1000 ℃条件下,氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料的力学性能远高于石英纤维增强二氧化硅复合材料。而当温度升高到1200 ℃及以上温度时,复合材料力学性能急剧下降,基体中的二氧化硅颗粒与氧化铝纤维之间发生强结合。当温度进一步提升到1300~1400℃时生成了莫来石相和α-方石英相,界面消失导致的脆性断裂是复合材料高温失效的主要机理。
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2024,53(11):3217-3223 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230586
摘要:采用数值模拟方法研究了变曲率网格式镁合金壁板级进压弯成形壁板曲率半径变化规律。完成了实验研究,获得了几种规格的变曲率网格式镁合金壁板部件,壁板曲率半径范围为205.67~72.56mm。确定了合适的变曲率网格式镁合金壁板级进压弯成形工艺参数。结果表明,壁板部件曲率半径与压下量有关,随着压下高度增大,壁板曲率半径随之减小。随着压下高度增大,模拟结果与实验结果的绝对偏差减小,相对误差随之增大。随着壁板曲率半径增大,绝对偏差增大,相对误差随之减小。对于镁合金变曲率内网格壁板,壁板曲率半径模拟值与实验值的最大相对误差为5.22%。对于镁合金变曲率外网格壁板,壁板曲率半径模拟值与实验值的最大相对误差为5.51 %。采用母线直线度方法来评价镁合金壁板蒙皮表面内凹缺陷程度,随着壁板曲率半径减小,母线直线度偏差随之增大,母线直线度系数随之增大。当壁板曲率半径为72.56 mm时,母线直线度偏差最大值为0.083mm,对应母线直线度系数最大值为0.237%。
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2024,53(11):3233-3240 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230622
摘要:通过微弧氧化脉冲形式的创新提高制备膜层的性能,采用微弧氧化高低频耦合脉冲制备TiO2膜层,低压、高频脉冲促使电解液中负离子团高速附着至阳极,有效提高膜层防腐性能。膜层表面微孔数量减小,膜层孔隙率由2.72%降低至0.896%,膜层厚度增加至23.76μm,Ti元素含量由30.02%增加到42.48%,纳米颗粒悬浊液中施加高频脉冲Nb元素含量增加至10.62%。膜层由锐钛矿型TiO2、金红石型TiO2、Al2TiO5、Nb2O5及Nb-Ti化合物组成,高频作用下Nb峰值显著增加。腐蚀电流密度由7.995×10-7 A/cm2降低至3.249×10-7 A/cm2。悬浊液中高频脉冲促进纳米颗粒沉积至膜层,低压、高频产生的加速电磁场,促使负离子团向阳极沉积,提高了膜层性能。
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2024,53(11):3241-3245 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230617
摘要:采用粉末装管法制备了多芯Bi2Sr2CaCu2Ox(Bi-2212)线材,在一个标准大气压、氧气气氛条件下对两端封闭和两端开口的线材进行热处理,制备了不同熔化-淬火态及晶化生长后的样品。系统研究了线材内部气体含量对线材直径、微观形貌以及超导相形成的影响。结果表明:纯氧气氛下烧结的线材芯丝内部残留大量孔洞,大尺寸孔洞形成于线材熔化阶段,并会部分保留到最终线材内部。气体压力促使熔化的液相进入Ag层填充缺陷,导致芯丝之间熔连合并,造成线材织构下降。
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赵晨, 慕伟意, 姬寿长, 李欢, 何飞, 荆磊, 徐伯文, 梁李斯
2024,53(11):3084-3100 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240063
摘要:镁及镁合金具有优异的生物安全性、独特的生物可降解性和良好的载荷传递性等优点,在医用植入领域应用前景广阔。良好的耐蚀性是镁及镁合金作为医用植入物重要的前提条件之一。然而,镁合金耐蚀性差,在生理环境中因过快腐蚀而迅速降解,导致其尚未完成服役就失去了固定支撑作用,严重限制了临床应用。对镁合金进行表面改性处理,改善其表面耐蚀性和生物相容性,已成为医用镁合金表面改性的研究热点。围绕改善医用镁合金表面耐蚀性研究进展,介绍了医用镁合金的发展历程及特点,并从微弧氧化和离子注入等表面改性技术的原理,以及表面改性后镁合金表面微观结构和性能等方面进行综述。讨论了多种涂层的形成机制并分析其结构和性能,阐述了涂层对镁合金降解速率的影响规律,旨在明确医用镁合金表面改性在实施和应用过程中存在的关键问题及可能的解决途径,并就医用镁合金表面改性的发展方向提出了建议。
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卢国鑫, 罗学昆, 王强, 刘纪德, 王欣, 张永康, 李金国, 陆峰
2024,53(11):3246-3258 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230616
摘要:材料疲劳延寿以及复杂形状零部件加工等工业需求不断提高,对激光冲击过程中的具体工艺方法进行合理改进和优化已尤为迫切。本文针对激光冲击处理在航空制造等重大工业应用领域所面临的具体需求,综述了最新发展的若干工艺改进方法。所涉及工艺优化策略摆脱激光冲击对高性能激光器的设备依赖,从非激光参数调整的角度实现更具经济性和可行性的表面防护与加工的应用目标。所指非激光参数包括吸收层、约束层以及激光与材料离焦状态等可调节指标,该类指标工艺设定区间广泛且易控,并体现出良好的异形构件适应性。
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2024,53(11):3259-3270 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230606
摘要:Cf/C复合材料具有低密度、高热导率、优秀的抗侵蚀性能和良好的抗热震性能等优点,在高超声速飞行器、飞机刹车盘和火箭喷管等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,由于Cf/C复合材料的高氧化敏感性,其易产生严重的化学烧蚀和服役性能退化等问题。在Cf/C复合材料表面制备ZrB2-SiC基超高温陶瓷基涂层是上述问题的最有效解决方案。基于此,本文综述了ZrB2-SiC基超高温陶瓷涂层的组成/结构设计和抗氧化性能及强化机理的研究现状,系统地分析了ZrB2-SiC基陶瓷涂层常用制备方法的原理和优缺点,并且对本领域研究的未来发展方向进行了展望。
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2024,53(11):3271-3280 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230625
摘要:耐事故核燃料能显著增强轻水核反应堆在失水事故下抵御堆芯熔化的能力,是核燃料技术变革和核电安全技术提升的重要方向。在现役锆合金包壳表面涂覆Cr涂层,形成具备良好结合力、优异耐高温高压水腐蚀性能和抗高温氧化性能的新型包壳材料,是最有望在短期内获得实际工程应用的耐事故核燃料解决方案。本文综述了Cr涂层锆合金在高温蒸汽环境中氧化行为研究进展,重点关注Cr涂层的氧化动力学、Cr涂层微观组织对抗氧化性能的影响,以及长时间氧化后Cr涂层的失效机理和Cr-Zr互扩散行为。此外,总结了增强Cr涂层抗氧化性能和抑制Cr-Zr互扩散的策略,并展望了未来的发展方向,以期为Cr涂层核燃料包壳的优化设计和工程应用提供参考。
2024年第11期
>非晶与高熵合金
>材料科学
>评述
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240460
摘要:本文研究了一种简单、高效、环保的防腐技术,通过在工件表面沉积铜镍合金涂层来阻止腐蚀介质,从而保护碳钢表面免受腐蚀。使用扫描电子显微镜、X射线能量色散光谱、维氏硬度计、摩擦磨损试验机和电化学测试研究了电流密度和Cu2+浓度对涂层成分、形态和组成的影响。涂层表面出现花椰菜状富镍突起结构。较低的电流密度和Cu2+浓度通过影响晶粒微观结构和Cu/Ni含量来影响涂层的维氏硬度和耐磨性,从而导致硬度和耐磨性能的降低。当电流密度为10 mA/cm2,Cu2+浓度为0.1 mol/L时,沉积样品的腐蚀电流密度达到1.389×10?5 A·cm-2,经过24小时的盐雾试验后,镀层表面腐蚀损伤明显小于未覆盖镀层样品。对沉积机理的研究表明,Cu2+在扩散控制下经历瞬时成核,倾向于垂直生长并形成花椰菜状突起,而Ni2+则受电化学控制,在表面均匀放电。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240464
摘要:镁合金由于其各向异性特征,在数值模拟计算中难以准确预测镁合金板材弯曲回弹过程。为了更准确地分析镁合金“v”型辊弯成形回弹,本文利用Matlab软件应用误差优化函数优化ABAQUS仿真软件中Hill48屈服准则所需的各向异性势值参数,采用优化后的Hill48屈服准则模型对镁合金“v”型辊弯成形回弹进行数值模拟研究,将其结果与实验结果进行对比,结果表明采用优化后的Hill48屈服准则后回弹变化率与辊弯成形实验成型件的回弹变化率误差在2%以内。采用各项异性势值优化后的Hill48屈服准则可以提高镁合金“v”型辊弯成形的回弹预测精度。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240470
摘要:采用空心阴极真空电弧技术焊接TC4钛合金,研究空心阴极真空电弧的伏安特性、发射光谱等物理特性,分析不同气体流量下焊缝的微观组织特征,测试焊缝的力学性能。结果表明:气体流量影响空心阴极真空电弧的物理特性,当气体流量降低时,电弧伏安特性曲线上升,电弧中心区域出现快电子主导的蓝色形态,电弧离子浓度增强;TC4钛合金母材的显微组织为(α+β)的两相组织;焊接热影响区的显微组织为等轴初生α+针状马氏体α′相组织与等轴初生α相+含针状马氏体α′相的转变β相组织的混合物,焊接热循环影响热影响区两种组织的分布;焊缝为针状马氏体α′组成网蓝组织;随着气体流量的减小,焊接能量密度增加,马氏体晶粒粗化并且分布散乱;焊接接头的抗拉强度高于母材。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240477
摘要:随着苛刻环境恶劣化和加工制造复杂难度增加,对陶瓷/金属异质结构综合性能提出更高要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质连接,而二者焊接接头残余应力缓解难题非常棘手。由于陶瓷与金属的性能差异,特别是热膨胀系数的差异,钎焊接头在冷却过程中会产生过多的残余应力。残余应力较高会严重破坏接头性能。为缓解残余应力,本文从工艺参数优化、施加中间层、颗粒增强复合钎料和表面结构调控4种缓解途径进行系统评述。概述陶瓷与金属钎焊接头残余应力状态与分布规律,介绍残余应力的产生与检测,最后展望未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240480
摘要:为制备出由超细晶(<1 μm)和细晶(1-10 μm)构成的超-细混晶结构镁合金,基于低温等径角挤压(ECAP)加工在制备超-细混晶结构金属材料方面的巨大潜力以及细晶Mg-Bi基合金优异的低温塑性变形性能,本研究选取细晶Mg-6Bi合金为坯料,提出逆温度场等径角挤压(ITF-ECAP)技术,实现了细晶Mg-6Bi合金的低温(<100 ℃)多道次强塑性变形加工。微观组织与力学性能表征结果表明,细晶Mg-6Bi合金在多道次ITF-ECAP加工过程中,优先在初始晶界处发生动态再结晶,同时有大量亚微米级Mg3Bi2相析出。4道次ITF-ECAP加工后,Mg-6Bi合金中形成了由平均晶粒尺寸(AGS)约为600 nm的超细晶区和AGS约为2 μm的细晶区构成的超-细混晶结构,其超细晶区体积分数约占72.5%。归因于细晶强化、沉淀强化、位错强化与背应力强化共同作用的结果,超-细混晶结构Mg-6Bi合金兼具优异的强度和塑性,其屈服强度和延伸率分别达到315.6±3.6 MPa与22.3±1.0 %。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240483
摘要:冷喷涂过程的低温特性带来了热输入小与涂层氧含量极低的特性,在制备氧化敏感的钛基涂层上有着极大的优势。结合冷喷涂在制备颗粒增强复合涂层方面的便利性,不仅能够弥补纯钛或钛合金材料耐磨性差的缺点,制备兼具良好力学性能与耐蚀耐磨的高性能涂层,而且在结构涂层与功能涂层的制备上也有很大的潜力。本文根据现有的研究报道,对冷喷涂钛基复合涂层制备过程中的沉积行为和机理进行总结;通过分析孔隙率和沉积效率,阐明强化相对冷喷涂钛基复合涂层的微观组织影响规律;揭示了强化相对钛基复合涂层的力学性能和摩擦磨损性能的作用机理。最后,对冷喷涂钛基复合涂层在未来的应用进行了展望,并列举了几个值得深入研究的方向。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240487
摘要:本文以SLM成形ZGH451镍基高温合金为研究对象,揭示凝固液膜导致裂纹萌生的机理,澄清合金元素、织构对裂纹缺陷产生的作用。实验结果表明:ZGH451镍基高温合金SLM成形过程中产生的裂纹主要分为内部凝固裂纹和边缘冷裂纹两类。在凝固末期枝晶间存在低熔点相液膜,凝固前沿高熔点Cr元素颗粒会阻碍熔体补缩,枝晶间液膜在补缩不足和枝晶热应力的双重作用下发生破裂导致材料心部凝固裂纹的形成。合金轮廓区域冷却速率高、热应力大,累积的残余应力超过材料强度极限或晶界结合强度导致冷裂纹形成。输入激光能量密度低于53.6J/mm3时合金中气孔与未熔合大量产生,超过130.9 J/mm3时沿熔池轨迹锁孔形成概率陡增,这些缺陷会在应力作用下诱发裂纹。枝晶间析出的TiC等颗粒越多、晶粒取向差越大合金裂纹敏感性越高。沉积态ZGH451镍基高温合金以γ、γ′相为主,样品在(100)晶面具有择优取向,晶粒平均纵横比达到11.25,组织织构显著加剧了晶粒边缘与尖端应力集中,促进裂纹的萌生、改变裂纹延伸方向。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240492
摘要:本文研究了不同中间退火热处理对Al-5.6Mg合金轧制薄板表面组织和阳极氧化膜组织的影响。结果表明:在中间退火过程中,用连续退火代替箱式退火,试样表面晶粒尺寸可减小约60%,Mg析出相 (Mg2Al3)尺寸可减小约67%;在晶粒尺寸、析出相和织构的共同影响下,经连续中间退火和低温稳定化退火后阳极氧化,获得了最高的光泽度。均匀的微观结构有利于减少氧化膜的不均匀溶解,获得厚度均匀、光泽度高的阳极氧化膜。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240495
摘要:本文系统地研究了不同厚度Ni中间层对Zr-4/Nb/Ni/316SS扩散连接接头微观组织、力学性能以及腐蚀性能的影响,结果表明,接头的典型界面组织为Zr-4/β-(Zr, Nb)/Nb/Ni3Nb/Ni/316SS。接头的抗剪强度随着Ni中间层厚度的增加先上升后下降,当Ni中间层为30 μm厚时,接头抗剪强度达到最大值380 MPa。为明确Ni中间层厚度对接头力学性能的作用机制,本文提取了接头界面的微观组织结构特征,并使用Abaqus模拟了接头界面残余应力分布情况。结合模拟结果对不同接头的力学性能和断裂情况进行对比分析,发现Ni中间层越厚,缓解残余应力的效果越好,但过厚的Ni中间层由于其良好的延展性会降低接头抗剪强度。最后,采用全浸腐蚀法研究了接头的耐腐蚀性能,结果发现接头的腐蚀速率随着Ni中间层厚度的减小而降低,当Ni中间层厚度为10 μm时,接头的耐腐蚀性能最佳。综上所述,建议将Ni中间层厚度控制在10 μm-30 μm之间,以兼顾接头的力学性能和耐腐蚀性能。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240509
摘要:高温合金在核聚变等领域的发展中有着十分重要的位置,使用要求是在高温服役条件下形成稳定且具有保护性的氧化物,且该氧化物能阻止合金进一步氧化。为研究钨铼(W-3%Re)合金在高温下的稳定性能及抗氧化性能,将钨(W)及W-3%Re合金试样置于(500,700,900 ℃)高温环境下进行6h的热稳定性实验;并在不同温度(700,800,900 ℃)下进行18 h的氧化实验。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、LSM800全自动3D形貌分析仪和Hysitron TI Premier纳米压痕仪等微尺度分析表征方法,分析氧化过程中氧化膜物相组成、氧化动力学规律、氧化产物及表面形貌、硬度等。结果表明,随着氧化时间的延长,合金质量随之增加;W-3%Re合金在氧化过程中晶粒尺寸变细促进了氧化行为的进行,使得合金能更快地形成氧化膜,表面氧化层逐渐变厚,提高了W-3%Re合金的高温抗氧化性能。相比于W,W-3%Re合金中的Re自身氧化物的化学稳定性更高,在700℃下恒温氧化18h,表现出较低的氧化速率常数,此时的W-3%Re合金为弱抗氧化级,在氧化过程中氧化层的致密度得到一定提高。由此表明,Re元素的加入提高了材料W的高温抗氧化性能。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240439
摘要:高纯度铟广泛应用于航空航天、电子、医疗、能源和国防领域。铟的纯度和杂质含量对这些应用有着重要影响。本研究采用真空蒸馏和区域熔炼相结合的方法制备了超高纯铟。杂质 Sb 的平均去除率接近 95%,杂质 Sn 和 Bi 的去除率超过 95%,Si、Fe、Ni 和 Pb 的去除率超过 85%。最终,Sn 和 Sb 杂质的含量分别降低到 2.0 ppb 和 4.1 ppb,包括 Fe、Ni、Pb 和 Bi 在内的大部分杂质都降低到仪器检测限以下。总体杂质去除率为 90.9%,铟纯度为 7N9。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240444
摘要:对比分析Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W- Si系热强钛合金TC25和TC25G合金拉伸强度和冲击韧性差异,通过SEM断口形貌观察和TEM微观变形机理分析,阐明了两种合金冲击韧性差异的根本原因和合金强化机理。研究结果表明,TC25G合金冲击断口中析出相为ZrSi或TiZrSi化合物,起到了第二相强化作用,有利于提升合金强度;因析出物有利于冲击裂纹的扩展,因而降低了合金的冲击韧性。TC25合金冲击断口显微组织中裂纹一般沿初生α相相界延伸,而TC25G裂纹穿过初生α相;使得TC25合金裂纹延伸路径更长,因而合金具有更高的冲击韧性。TEM观察结果表明TC25G合金中位错滑移痕迹和位错塞积数量明显多于TC25合金,在TC25G合金中析出相附近存在较多的位错塞积,进而产生明显的强化作用,使得合金具有较高的强度。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240445
摘要:本文采用EBSD、SEM、TEM和准静态单轴拉伸试验,研究了温度和孪晶界对GH3625合金力学性能和锯齿流变效应的影响。研究表明:随着退火温度(1000 ℃~1160 ℃)的升高,退火态试样的再结晶晶粒发生长大,导致部分退火孪晶界湮灭,从而使得合金的退火孪晶界含量和强度降低;并且发现退火温度越低时,合金出现锯齿流变的临界应变值越大。同时,退火态试样在25 ℃和290 ℃下拉伸变形时主要以位错滑移和变形孪生为主,而在565 ℃时主要以位错滑移为主,并有大量的层错形成;随着变形温度的升高,位错易于穿过晶界和退火孪晶界,导致锯齿流变产生,晶界强化效果减弱,导致合金强度下降。此外,退火温度为1000 ℃的试样在25 ℃~565 ℃温度范围内具有优异的强度和塑性组合,这主要归因于预先存在的细小晶粒和大量的退火孪晶界与位错的交互作用以及拉伸变形过程中形成的变形孪晶和层错的共同作用。除此之外,发现孪晶含量和变形温度对锯齿流变振幅影响显著。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240449
摘要:本文以 AZ31 镁合金为研究对象,利用单程热轧制造出具有双峰晶粒结构的镁合金,并探讨这种结构如何提高合金的强度和塑性。实验结果表明,在 350 ℃ 至 450 ℃ 的轧制温度下,尤其是在大变形(≥40%)条件下,双峰晶粒结构的形成更为明显。双峰晶粒结构的优化比例和分布在同时提高合金的强度和延展性方面起着关键作用。在轧制变形量40%、轧制速度 75 m/min 和轧制温度 400 ℃ 的条件下制备出的具有双峰晶粒结构的轧制板材,达到了 258.3MPa 的抗拉强度和 17.1% 的延伸率。研究表明:调整轧制参数,包括温度、变形量和轧制速度,对于优化双峰晶粒结构至关重要,从而实现改善塑性和保持高强度之间的平衡。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240451
摘要:在700-950°C、0.001~1 s?1的等温压缩条件下,研究了挤压态Ti-6554合金的热变形行为。计算了不同变形条件下的温升,对曲线进行了温升修正,建立了基于升温修正的挤压态Ti-6554合金的应变补偿本构模型。分析了不同条件下的微观组织演化规律,揭示了动态再结晶机制。结果表明流动应力随着应变速率的增加和变形温度的降低逐渐下降。变形温升随着应变速率的增加和变形温度的降低逐渐增加,在700℃/1 s?1时,温升达到100℃。修正后的曲线值高于测量值,应变补偿本构模预测精度较高。在两相区变形时析出了α相,进而促进了β相的DRX过程。低应变速率下,随着变形温度升高到,动态再结晶体积分数增加。DRX机制包含连续动态再结晶和非连续动态再结晶。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240452
摘要:本研究重点关注 GH5188 的瞬态液相 (TLP) 扩散连接,采用 BNi-5 中间层。针对GH5188合金及TLP连接机理进行参数选择及优化。全面研究了接头的组织演变和力学性能。相对完整的等温凝固区(ISZ)保证了母材(BM)的可靠连接。在1110℃至1190℃范围内,较高的连接温度使ISZ增宽,促进了接头成分的均匀化,提高了力学性能。然而,析出相的增加对接头的力学性能产生了不利影响。在1130℃时获得了最大的剪切强度,达到482MPa,占BM强度的84.6%。在5MPa至15MPa的压力范围内,ASZ中的析出相和部分熔化产生的空隙均有所增加。相反,它们的尺寸随着连接压力的升高而显著减小,导致合金力学性能呈上升趋势。在15MPa的连接压力下获得了最大的剪切强度,为490MPa。 MPa。接头表现出典型的混合断裂模式,小而脆的 M23C6 相和空隙显著影响机械性能。纳米压痕测试表明 ASZ 是裂纹的潜在来源。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240453
摘要:本文基于临界成分的多元合金化原则,结合电子浓度(VEC)、钼当量([Mo]eq) 和Bo-Md等衡量β相稳定性的参数设计了一种近β型Ti-5.5V-4Mo-2.2Cr-Fe-3.6Al合金。对均匀化处理后的试样进行轧程中间退火处理,最后对合金进行时效处理。光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等技术用于分析合金在不同状态下的组织,同时对合金的室温拉伸性能进行测试。结果表明,在轧制过程中合金发生马氏体相变,由于马氏体阻碍晶界的迁移的作用,经过轧程中间退火后的合金获得了极其细小的晶粒组织。中间退火后合金的晶粒度为38μm,晶粒细化使得经过退火处理后的合金具有良好的强塑性匹配,拉伸屈服强度达到1100MPa同时延伸率达到15%。经过时效处理后合金的组织中析出了大量细小而弥散的α相,细小α相的析出进一步提高了合金的性能,使合金的强度突破1500MPa并具有4%以上的延伸率。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240455
摘要:本文对自主设计的Al8Si0.4Mg0.4Fe铝合金进行了Sr变质处理及固溶+时效处理,以调节其组织和性能。结果表明:变质处理后,合金的室温抗拉强度变化不大,断裂伸长率略有提高(1.82%→3.34%),电导率由变质处理前的40.1%IACS显著提高到42.0%IACS。将变质处理后的合金在515℃固溶处理8h,然后在180℃、200℃、220℃和240℃时效处理6h。随着时效温度的升高,材料的电导率由41.4%IACS单调增加到45.5%IACS,室温拉伸强度先升高后降低。在200℃时,合金的电导率与室温抗拉强度表现出良好的协调性,电导率为42.5%IACS,室温抗拉强度为282.9MPa。当时效温度继续升高时,合金产生过时效现象。虽然电导率仍在上升,但室温拉伸强度急剧下降,在时效温度240℃时仅为177.1MPa。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240458
摘要:磨损、腐蚀、疲劳构成了机械零件失效的三种形式,其中机械零件的磨损造成的能源消耗和经济损失尤为严重。通过等离子堆焊的方法制备Fe-Cr-C-B-Ti-Y系耐磨熔覆金属。采用MLS-23型橡胶轮式湿砂磨损试验机分析了熔覆金属的磨损性能。采用XRD、SEM、EBSD和TEM分析了熔覆金属的物相组成和显微组织,并对合金的强化机理和磨损机理进行了探讨。结果表明:Fe-Cr-C-B-Ti-Y熔覆金属中显微组织由奥氏体γ-Fe+M23(C,B)6共晶碳化物+TiC硬质相组成。随着Y2O3添加量的增多,熔覆金属的硬度与磨损量呈现先增加后减小的变化趋势。当Y2O3含量为0.4 %时,TiC硬质相与M23(C,B)6共晶碳化物析出量最多,组织晶粒最为细小。熔覆金属成型性最好,润湿角最小,为52.2°。此时,熔覆金属的洛氏硬度值为89.7 HRC,磨损失重为0.27g。熔覆金属的磨损机制主要为磨粒磨损,材料的去除过程为显微切削与犁沟。
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优先出版日期:2024-11-21 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240226
摘要:由于薄膜材料所具有特殊的维度效应、界面效应等使其相比于块体材料具有独特的优势。研究发现在SrTiO3(STO)衬底上生长的单层FeSe超导薄膜显著提高了超导转变温度(Tc),这使得FeSe超导薄膜的研究成为理解非常规超导体机制的新方向。本文从Fe(Se,Te)超导薄膜的制备和应力效应、界面效应等因素对Tc增强两方面综述了近年来的研究成果。
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