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  • 最新发布!2024非晶与高熵合金专辑
  • 电磁耦合能作用下2A02叶片锻件的残余应力松弛
  • 密集纵向翅片排布形式对套管换热单元性能的影响
  • 基于数字图像相关技术的SLM-IN718细观表面裂纹扩展机制研究
  • 铷、铯钨青铜粉末及其透明隔热薄膜的研究
  • TiAl合金涡轮压缩损伤与拉伸断裂行为
  • 喷丸强度对FGH4113A高温合金微观组织的影响及定量表征
编辑推荐
  • 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年第1期

      >非晶与高熵合金
    • Cardinal Sandrine, Pelletier Jean-Marc, Kato Hidemi

      2024,53(1):1-7   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230842

      摘要:采用差示扫描量热法、X射线衍射和热力学分析研究了Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵金属玻璃(HEMG)的热稳定性和热力学性能。结果表明,与其他经典贵金属基金属玻璃相比,Pd20Pt20Cu20Ni20P20 HEMG具有相当的性能和鲜明的特点。

    • 赵燕春, 宋海转, 马虎文, 冯力, 刘建军, 段望春

      2024,53(1):102-112   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230272

      摘要:目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料,中高熵合金设计自由度大弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有了不同于传统加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D三种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。

    • 彭振, 郭庆宇, 孙健, 李可然, 栾亨伟, 龚攀

      2024,53(1):17-22   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230033

      摘要:研究了Al19Fe20-xCo20-xNi41Mo2xx=0,1,2,3,4,5)共晶高熵合金(EHEAs)的摩擦学性能。结果表明,添加微量Mo的EHEA可形成面心立方(fcc)+B2共晶组织,而添加相对较高含量Mo的EHEAs可形成fcc+B2+μ树枝状组织。Mo元素有利于提高L12相的强度和B2相的延性。然而,随着Mo含量的增加,生成的富Mo μ相降低了EHEAs的强度和塑性。Al19Fe18Co18Ni41Mo4 EHEA具有高强度和高延展性的最佳组合。增加Mo含量可以提高EHEAs的抗氧化性。随着Mo含量的增加,EHEA在滑动过程中形成了抗氧化性增强的摩擦氧化物层,摩擦系数单调下降。本研究为Al19Fe20-xCo20-xNi41Mo2x EHEAs的摩擦学性能研究提供了指导。

    • 肖海洋, 吕国建, 乔吉超

      2024,53(1):23-30   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230041

      摘要:为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性,采用力学弛豫谱研究了(Ti0.474Zr0.34- Cu0.06Be0.126)100-xFexx=0,2)金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素,提高了β-Ti相的稳定性。此外,还发现了一个异常的内耗峰,这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度Tg以下,由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应,2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。

    • 李晓诚, 寇生中, 赵燕春, 李春燕, 李春玲

      2024,53(1):31-37   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230034

      摘要:根据降温过程的玻璃形成能力(GFA)和升温过程的玻璃稳定性(GS),构建了以伪四特征参数组合为顶点的判定玻璃形成能力和稳定性的三角形(Tri-FAS),从而推导出判定GFA&GS的准则:G-FAS=Tg/Tl+Tx/Tl+Tx/TgTx为起始结晶温度;Tl为液体温度;Tg为玻璃化转变温度),并从降温过程非晶化与晶化之间的竞争关系和准则各组成项对准则的均衡贡献两个方面进行了修订:G-FASm=Tg/(1.5Tx)+Tx/Tl+Tx/Tg和G-FASm′=Tg/Tl+Tx/Tl+(Tx/Tg)a (a≈1.5±0.2)。讨论了G-FAS与临界冷却速率Rc、G-FAS与TxgTxg反映了玻璃的过冷液区,Txg=Tx/Tg)的相关性,分别能够反映GFA和GS。通过大量金属玻璃和其他玻璃形成体从GFA和GS两方面对判定准则的有效性进行了评估,结果显示:该判定准则无论是GFA方面还是GS方面,在不同玻璃形成体系中均可靠有效,具有广泛应用性。提出的Tri-FAS和G-FAS判定准则在玻璃的生产和实际应用过程中具有指导作用。

    • 张允胜, 蒋学禹, 周舸, 张浩宇, 张思倩, 车欣, 陈立佳, 曹雪

      2024,53(1):38-46   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230037

      摘要:采用Gleeble-3800热模拟试验机对NiCoFeCrAl系高熵合金进行单道次热压缩实验研究,根据峰值应力构建了NiCoFeCrAl系高熵合金Arrhenius本构关系模型,运用Prasad、Murty、Gegel和Malas四种失稳准则,构建了不同失稳判据下的DMM热加工图,并对不同失稳判据在该合金热变形过程中的适用范围进行了分析与比较,确定了该合金的最佳热加工区间为温度为980~1010 ℃+应变速率为0.01~0.001 s-1和温度范围为1050~1100 ℃+应变速率为0.01~0.1 s-1,平均功率耗散率大于36%。借助EBSD显微组织分析,确定了热变形的软化机制随变形量的增大由动态回复向动态再结晶转变。

    • Nabahat Mehran, 段亚娟, 徐宗睿, 乔吉超, Pineda Eloi

      2024,53(1):47-55   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230837

      摘要:由于非晶合金独特的无序结构,其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础,对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明,以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程,该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分,这类变形在卸载后可完全回复,对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外,总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征,并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。

    • 薛源, 单贵斌, 潘瑞林, 唐颂, 兰司

      2024,53(1):56-69   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230042

      摘要:近年来,高熵合金凭借其新颖的设计理念和优异的各类物化性能成为金属结构材料领域的研究热点。随着轻量化合金设计理念的不断普及,“熵调控”的概念也被广泛应用于开发新型轻质合金。轻质高熵合金是基于合金轻量化设计的一类低密度的新型高熵合金,其开发与设计主要利用经验参数准则、相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。其中,Al-Ti-V基轻质高熵合金凭借其优异的力学性能、良好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优点,受到了广泛关注。本文基于Al-Ti-V基轻质高熵合金的研究现状,从成分设计、制备方法、结构特征以及各类物化性能特点等方面进行了综述,并指出了Al-Ti-V基轻质高熵合金所面临的问题与挑战。

    • 王兵, 高选乔, 乔吉超

      2024,53(1):70-77   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230821

      摘要:金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂,极具挑战性。弛豫(α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫)发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势,评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理,并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过模拟方法获得的与弛豫相关的动力学、结构和物理机理方面的研究进展。本综述有助于认识玻璃的本质,建立玻璃材料的动力学-结构-性能关联。

    • 王丽媛, 姜佳丽, 王登科, 张祎, 王庆, 吕坚

      2024,53(1):78-84   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230738

      摘要:通过调控金属玻璃的原子尺度结构进而提高它们的力学、物理、化学性能极为重要。在过去几十年里,金属玻璃领域研究者投入了大量精力以开发有效调控方法,如深冷处理。本文综述了深冷处理对金属玻璃性能的影响及其对初始结构能量状态的依赖关系,聚焦了金属玻璃中原子结构随深冷处理的演化,这些内容对于深入理解金属玻璃深冷处理效应具有重要作用。

    • 蒲永亮, 钱翊齐, 刘钰鑫, 刘丛, 丁静, 朱胜利

      2024,53(1):8-16   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230569

      摘要:为提高金属玻璃的热稳定性并获得大过冷液相区,研究了成分为Zr65-x(Al0.21Ni0.29Cu0.04Ag0.46)35+xx=0,7.5,15.0,22.5)的金属玻璃,重点分析了组分浓度对合金热稳定性、热诱导沉淀相以及力学性能的影响。结果表明,随着合金组分浓度的增加,非晶漫散射峰的峰位向更高角度偏移,出现了玻璃转变现象。随着玻璃转变温度(Tg)和晶化温度(Tx)增加,液相线温度(Tl)降低,导致TxTg之间的温度差(ΔTx)减小,约化玻璃转变温度(Trg)增大。此外,形核激活能(Ex)和长大激活能(Ep1)随着溶质浓度的增加而增加。初晶从四方Zr2Ni、Zr2(Cu, Ag)、ZrAg和六方Zr5Al3相的组合转变为单一四方ZrAg相,维氏硬度呈现出增加的趋势。通过研究,发现了具有141 K过冷液相区(ΔTx)和高热稳定性的新型金属玻璃Zr65-x(Al0.21Ni0.29Cu0.04Ag0.46)35+xx=7.5),且具有较强的抵抗晶化的特性。本研究采用的多组元替换策略对提高金属玻璃的热稳定性具有重要意义。

    • 冯力, 王梦琪, 赵燕春, 李邱达

      2024,53(1):85-94   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230571

      摘要:本文采用真空电弧熔炼技术制备出FeCrMnAlCux(x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金,通过XRD、SEM、EDS对合金的相结构及腐蚀前后的微观组织进行表征,利用动电位极化曲线、EIS、XPS以及浸泡实验对合金在0.5M H2SO4溶液中的腐蚀性能进行分析。研究结果表明:Cu元素的加入促进了合金中FCC相的形成,使合金由单一BCC结构转变为BCC+FCC双相混合结构。五种成分的高熵合金具有典型的枝晶形貌,随着Cu含量的增加,晶粒逐渐细化,组织逐渐均匀。FeCrMnAlCu1.5高熵合金的腐蚀电位最高(-0.363 V),腐蚀电流密度最小(2.148×10-5 A/cm2),合金的耐蚀性随着Cu含量的增加先提高后下降,当x=2.0时,腐蚀电位减小到-0.394 V,电流密度增大到2.865×10-4 A/cm2,其耐蚀性能仍优于未添加Cu元素的合金。腐蚀后合金截面处形成了复合氧化物保护膜,有效降低了合金在0.5 M H2SO4溶液中的腐蚀速率。

    • 李远, 杨忠, 段洪波, 杨伟, 吴超, 李建平

      2024,53(1):95-101   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230326

      摘要:采用第一性密度泛函理论,结合虚拟晶体近似(VCA)的方法建立晶体结构模型,开展高熵合金Al0.4Co0.5VxFeNi的结构性能、弹性性能及基态能量计算。根据能量最低原理可确定,Al0.4Co0.5VxFeNi高熵合金的最优K-point值为12×12×12,截断能为1000eV。计算结果表明:Al0.4Co0.5VxFeNi系高熵合金均可生成FCC+BCC结构,FCC的力学稳定性明显优于BCC的力学稳定性。V元素含量由0.2增至0.8时,BCC点阵常数降低~4%,FCC晶格常数降低~6%。随着V元素的增加,Al0.4Co0.5VxFeNi合金的体模量、剪切模量逐渐减小。V元素含量为0.8时,BCC结构的泊松比异常增加,进一步说明了随着V元素含量的增加,材料的塑性变形能力降低,材料的脆性增加。经试验验证,Al0.4Co0.5VxFeNi系高熵合金均由FCC和BCC组成,组织形貌均为两相组织;V元素含量由0.2降至0.8时,延伸率降低~85%,该试验结果与第一性原理计算的结果较为吻合。

    • >评述
    • 王楠, 李金国, 刘纪德, 徐伟

      2024,53(1):257-269   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220927

      摘要:增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。

    • 杜胜敏, 王庆相, 张石明, 王瑞芳, 车玉思, 何季麟

      2024,53(1):270-280   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220975

      摘要:金属钼因低的热膨胀系数、高温强度、高弹性模量等特性,广泛用于航空航天、军工、石油化工以及核工业等尖端行业,是推动高科技领域发展不可或缺的材料。钼粉作为钼制品的基础原料,其物化性质与钼制品的性能密切相关。相比于普通钼粉,超细钼粉具有更大的比表面积、更高的活性以及更低的烧结温度。目前制备超细钼粉的方法主要有热还原法和热分解法,热还原法通过调整还原工艺达到阻止晶粒长大的目的;而热分解法的发展主要涉及到装备的升级改造与工艺的优化完善。本文着眼于超细钼粉的制备工艺、反应机理以及产物状态,重点分析了典型工艺的发展历程和技术特点,总结了超细钼粉制备技术的研究现状与进展,提出当前技术工艺所面临的问题以及未来的研究方向,以期为超细钼粉制备工艺的发展与工业化应用提供思路。

    • 陈雷昊, 董一苇, 杨宏伟, 毛华明, 任 宇

      2024,53(1):281-295   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220962

      摘要:异质结太阳能电池具有光电转换效率高的优势,在光伏发电领域展现出了较大的发展潜力。低温金属化是制造异质结太阳能电池的一个重要工艺环节,用于在电池片上形成金属栅线电极,当前普遍采用低温固化型银浆结合丝网印刷来实现。然而,现有的低温银浆用量大、价格贵是导致电池成本较高的原因之一。因此,光伏行业正致力于改进和优化金属化工艺来降低银耗。本文综述了近年来异质结太阳能电池金属化技术的研究进展,详细总结了低温银浆各组分及固化工艺对浆料性能的影响,同时对金属化工艺降本增效的主要途径,包括银浆减量化方案例如多主栅、激光转印技术等,以及非银电极方案例如银包铜、铜电镀技术等,进行了介绍和对比,并对金属化工艺当前存在的挑战及未来发展方向进行了分析和展望。

    • 马立民, 鲁子怡, 贾强, 王乙舒, 张宏强, 周炜, 邹贵生, 郭福

      2024,53(1):296-320   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230170

      摘要:随着第三代半导体SiC和GaN的快速发展,传统的Si基器件用封装材料已不能满足功率器件在高功率密度和高温环境下可靠服役的需求。纳米铜烧结技术不仅能够低温连接、高温服役,同时具有优异的导热、导电性能和相对于纳米银较低的成本,在功率器件封装研究领域备受关注,纳米铜焊膏成为最有潜力的耐高温封装互连材料之一。本文从纳米铜焊膏的制备、影响烧结连接接头性能的因素以及接头的可靠性三个方面综述了当前纳米铜烧结连接技术的研究进展,阐明了纳米铜颗粒的氧化行为及对应措施,并重点论述了纳米铜烧结连接接头的高温服役可靠性与失效机理,旨在促进低成本的纳米铜烧结连接技术在高性能、高可靠功率器件封装中的应用。

    • >材料科学
    • 王晨, 王兴茂, 于鸿垚, 王联波, 王瑞, 程体娟, 郭彩玉, 毕中南, 王占勇

      2024,53(1):113-123   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230007

      摘要:采用了SEM、EBSD和TEM研究了室温(25℃)和中温(650℃、700℃和750℃)下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明:室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时,观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体,以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700℃-750℃时,以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主,并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650-750℃范围内,切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6<112>不全位错剪切γ′相形成SEFS的一种原子互换扩散模型,解释微孪晶的形成过程,为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。

    • 王旭东, 李鹏宇, 汤思璠, 岳怡心, 姚曼, 董伟

      2024,53(1):124-135   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220987

      摘要:脉冲微孔喷射法(POEM)制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程,制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点,对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球形金属粒子的制备过程、冷却传热与凝固特征,本文建立了三维球坐标系下的粒子传热与凝固数值计算模型,考虑纯Cu粒子在无约束凝固过程中的对流和辐射换热特点,采用温度回升法处理纯金属的凝固潜热,计算了金属粒子在凝固过程不同阶段的温度变化与分布特点,考察了粒子凝固进程中的温度梯度、冷却速率、液固界面推进与凝固速度;模拟分析粒子的对流、辐射换热特征及贡献强度,探讨了不同制备工艺对粒子对流换热的影响,为POEM法微米级球形粒子制备工艺的优化和凝固过程调控提供参考。

    • 张献光, 陈佳俊, 杨文超, 周扬, 肖东平, 唐平梅, 付建辉, 石鹏, 裴逸武, 闫建昊, 孙飞, 张健

      2024,53(1):136-147   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230481

      摘要:GH4141变形高温合金因具有较高的高温强度和良好抗氧化性能,被广泛用于制造航空航天发动机高温承力部件。本文基于化学成分分析及晶体学法,对GH4141难变形高温合金铸态组织中典型析出相进行了详细鉴别与解析。通过高温均匀化实验,分析了均匀化过程中析出相回溶行为。1130~1160 oC中低温均匀化条件下,原铸态组织中针状σ相、板状η相、M3B2型硼化物以及γ’强化相等回溶至基体,M6C型碳化物仍可存在。1190~1210 oC高温均匀化条件下,合金中包括M6C在内的大部分析出相已回溶至γ基体,组织中仅剩余少部分MC型碳化物。MC型碳化物在固液两相区回溶,较难通过均匀化热处理彻底回溶消除。

    • 钦兰云, 张晶晶, 王伟, 杨光

      2024,53(1):148-158   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220964

      摘要:激光沉积制造技术在飞机框、梁类大型件增材制造方面具有独特的优势,然而应力和变形成为阻碍该技术应用的瓶颈。因此分区工艺被广泛采用以离散制件的残余应力和缓解零件变形。然而,传统分区工艺不考虑零件的几何结构特征易导致不规则的分区搭接,从而引入气孔、熔合不良等缺陷。为了解决这一问题,提出了一种特征分区方法,根据典型框、梁结构件的片层结构几何形状特点,将特征分为“十”字形、T字形、L形和“一”字形四类,并对各类分区特征从形状、姿态和尺寸三方面进行限定,完成分区特征定义。提出一种基于区域骨架线检测的特征识别算法,利用骨架化算法有效简化特征并保留构型特性,采用向量叉乘法、定比分点法对特征区域骨架线完成特征角、平面姿态角及特征分支数等相关参数计算。通过比较计算值和定义值实现特征类型识别。采用典型飞机框件模型的切片数据对算法进行了验证,结果表明该算法能够快速而准确地识别各类特征,实现零件自动特征分区,为智能化增材制造技术打下基础。

    • 盖永超, 张瑞, 周子荐, 吕少敏, 崔传勇, 曲敬龙

      2024,53(1):159-168   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220996

      摘要:GH4151合金是一种承温能力高达800 ℃的新型涡轮盘用铸锻变形高温合金,该合金在凝固过程中元素偏析严重,主要偏析元素包括Nb、Mo和Ti等元素,同时合金中包含大量的C元素,在熔炼凝固后期由于残余液相中的元素富集,枝晶间会析出大量有害相,包括(γ-γ′)共晶,Laves相,η相和MC碳化物。实验通过研究C含量对各偏析元素的影响发现,增加C含量可减轻Nb元素在枝晶间的偏析,此外,随C含量的增加枝晶更发达,枝晶间区域减少。随后通过研究在1160 ℃-1210 ℃不同温度下的均匀化热处理对各枝晶间析出相的影响发现,(γ-γ′)共晶和Laves相的熔点约为1180 ℃,η相的熔点约为1200 ℃,MC碳化物的熔点超过1300 ℃;同时,发现1170 ℃/16 h- 1200 ℃/8 h双步均匀化热处理不仅可以消除铸锭中的偏析,而且避免了低熔点相过烧而产生的孔洞,使坯料更加有利于后续开坯变形。

    • 许振波, 张婷婷, 王艳, 卞功波, 王涛, 王文先

      2024,53(1):169-177   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220985

      摘要:为探究高频脉冲电流作用下金属板复合机理,本文设计了高频脉冲电流辅助轧焊复合预制缺口镁合金复合板试验。对比不同加载频率(25 kHz、50 kHz、75 kHz)参数下复合板连接界面和近界面组织演变特征及复合板的力学性能;通过金相显微镜观察近界面微观组织形貌特征;采用纳米压痕仪和维氏硬度计表征连接界面特征微区和横截面硬度分布规律;采用拉伸试验机和扫描电子显微镜进一步对镁合金板材的抗拉强度和断口形貌进行表征分析。结果表明,随着频率的增大,连接界面复合效果呈现先升高后下降的趋势;当高频电流频率为50 kHz时,镁合金复合板的抗拉强度和延伸率最优,分别达到292.52 MPa和25.7%。究其原因主要是基于高频脉冲电流的集肤效应、邻近效应、焦耳热效应及界面微区的接触电阻与轧制力耦合作用的结果。

    • 徐浩, 孙前江, 文超, 马鑫, 牛东阳

      2024,53(1):178-187   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220977

      摘要:对TC21钛合金进行准β锻造,再进行固溶时效热处理实验,研究了不同固溶时效热处理制度对合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,TC21钛合金通过准β锻造后,再经固溶时效热处理工艺处理后,合金的微观组织呈现典型的网篮组织。随着固溶温度的上升,片状α相含量和长度显著降低,同时合金强度增加,而塑性变化呈相反趋势。随着时效温度的上升,对片状α相的影响略小,但次生α相的厚度此时显著增加,此时合金强度降低,塑性提高。断口形貌则随着固溶温度的升高,断口表面和裂纹扩展路径愈发平坦。断裂韧性值呈现下降趋势,但会随着时效温度的升高而提高。合金最大断裂韧性值可达66MPa·m1/2。考虑合金的强度、塑性和断裂韧性之间的良好匹配,经综合分析可得,TC21钛合金准β锻后最佳热处理制度为:870 ℃/2 h,AC+590 ℃/4 h,AC。

    • 张秋涛, 刘双宇, 陆 萍, 刘学然, 张福隆, Vasilieva Tatiana Mikhailovna

      2024,53(1):188-196   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220802

      摘要:采用渗硼烧结法合成了一种新型TiBN粉体材料,它兼有陶瓷性和金属性,电阻率为2.6×10-3Ω·cm。以TiBN和TiN为增强相,采用粉末冶金法制备了Cu/TiBN和Cu/TiN电接触材料,系统的研究了不同含量TiBN和TiN的电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明,与TiN相比,TiBN增强相能明显改善Cu基电接触材料的导电性能、抗氧化性能、硬度和抗电弧侵蚀性能。当含量为5wt.%时,Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力最好,重量损失仅为1.5mg。电弧侵蚀时,在Cu/TiBN表面生成TixOy、B2O3和N2等产物,这些产物能明显改善Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力。新开发的Cu/TiBN电接触材料具有优异的物理性能和抗电弧侵蚀性能,在电接触行业中拥有广阔的应用前景。

    • 贾睿, 刘江林, 张明泽, 王涛, 郑仁辉

      2024,53(1):197-203   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230002

      摘要:纵波轧制+平辊轧制(LFR)是一种减轻镁合金轧制边裂的新型轧制工艺,通过一道次纵波轧制+二道次平轧,可有效减少镁合金板材边裂。为了进一步明晰LFR变形规律,本文通过对比AZ31镁合金板材纵波轧制+平轧(LFR)及平轧+平轧(FFR)热-力耦合有限元虚拟轧制对比和物理实验,分析了纵波轧制变形区金属变形规律及其对板材边部损伤的影响。结果表明:纵波轧制形成了异形搓轧区,板材各部位受到较大的三向剪切作用;急速金属流动产生的塑性变形热避免了板材边部温降,有利于提升塑性;剪切及温度影响促使LFR板材形成混晶组织,降低了波谷部位损伤,进而有效抑制了镁合金板材边裂的产生及发展。

    • 王琳琳, 侯坤磊, 查向东, 欧美琼, 马颖澈

      2024,53(1):204-214   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230010

      摘要:采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段,对比研究了四种典型镍基耐蚀合金在450 ℃/23 MPa下Na3PO4、Na2SO4、NaCl超临界水溶液中的腐蚀行为。50 h后,合金表层均匀分布着短棒状、针状的腐蚀产物,主要组成为NiCr2O4,Cr2O3,NiO,Ni3(PO4)2,CrPO4和Na3PO4等。500 h后,腐蚀层的厚度明显增大,依据腐蚀层厚度的增大速度,四种合金的耐蚀性顺序为:X-1#>X-2#>625>C-276

    • 王星星, 李阳, 武胜金, 杜全斌, 贾连辉, 李 帅, 陈小明

      2024,53(1):215-222   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220991

      摘要:具有高耐磨、抗腐蚀、高硬度的镍/碳化钨复合涂层,在盾构部件、航空航天等领域广泛应用。为提高水力机械过流部件服役寿命,文中以WC颗粒和镍基粉状钎料为原材料,采用真空钎涂在201不锈钢表面制备镍/碳化钨复合钎涂层,借助扫描电镜、金相显微镜、洛氏硬度计对钎涂层界面微观组织和力学行为进行研究。研究表明,涂层与基体之间元素扩散主要表现为钢基体中Fe、Cr和Mn元素向涂层组织中溶解扩散,在界面处偏析沉淀;含有25 wt.%WC钎涂层显微硬度分布均匀,是钢基体的4.6倍;钎涂层耐磨性随WC含量增加而提高,添加15~35 wt.%WC可显著提高基体表面耐磨性,复合钎涂层耐磨性是钢基体的8.4~15.7倍;钎涂层表面未发生明显变化,裂纹开口平整,呈脆性断裂。

    • 何英杰, 马向东, 李远, 肖磊, 杨金龙, 郭建政, 冯干江

      2024,53(1):223-233   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220969

      摘要:本文针对一种新型粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)进行了一系列热压缩实验,探究了变形温度、应变速率、应变量对微观组织演化的影响规律,并提出了获得细小均匀“γ+γ′双相晶粒组织”的热变形参数。结果表明:在温度1100 ℃、应变速率0.1 s-1、真应变0.1~0.7范围内,应变增大有利于促进动态再结晶以及细化晶粒。随应变增加,γ"相体积分数先减小后增大,随后保持稳定,并且在热变形过程中γ"相形貌逐渐趋于球形。在温度1100 ℃、变形量50%、应变速率0.01~1 s-1范围内,应变速率增大能够提高动态再结晶程度并细化晶粒。应变速率由0.01~0.1 s-1增大至1 s-1时,由于绝热温升以及位错滑移加剧,γ"相体积分数减小约2%。在应变速率0.1 s-1、变形量50%、温度1070~1160 ℃范围内,变形温度的提升有利于促进动态再结晶和晶粒长大。随着变形温度升高至1130 ℃,γ"相已大量溶解,钉扎晶界能力大幅减弱,平均晶粒尺寸增大至12.1 μm。在变形温度1100 ℃、应变速率1 s-1、50%变形量条件下可以获得均匀细小的“γ+γ′双相晶粒组织”,晶粒度能够达到12级以上。

    • 郑勇, 邱绍宇, 魏连峰, 严思梁, 陈高詹, 姚力夫, 田大容

      2024,53(1):234-241   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220954

      摘要:基于LS-Dyna R8.0软件平台建立CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形电磁场-结构场顺序耦合有限元-边界元模型,对不同放电电压、内外管间隙以及外管壁厚条件下燃料芯体多道次电磁渐进成形过程进行仿真分析与样件试制,研究其局部塑性流动及缺陷形成规律,并多方位表征其成形质量。结果显示过大的放电电压会导致变形区域向集磁器两端集中,覆管与基管碰撞加剧,引发截面畸变;过小的放电电压无法激发覆管与基管碰撞、变形与贴合,从而导致连接失效。合理选择覆管-基管间隙可以有效避免失稳起皱与壁厚不均匀缺陷。经过模拟燃料元件电磁渐进成形多参数优化,实现了全流程高质量精确成形与缺陷控制,试件覆管-基管贴合精度达到10μm。

    • 崔金艳, 尧健, 何英杰, 马向东, 肖磊, 郭建政, 冯干江

      2024,53(1):242-249   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230008

      摘要:在满足性能前提下,获取热处理工艺参数边界对优化FGH96涡轮盘性能意义重大,尤其是某一晶粒尺寸的FGH96合金在满足性能要求的前提下所需的最慢冷速边界。对不同晶粒尺寸、不同冷却速率的FGH96试样室温、650 ℃以及750 ℃的拉伸性能进行了研究,并对微观组织进行了观察。结果显示,和合金成分、晶粒尺寸、γ′尺寸和体积分数相关的多机制强化模型与实验测试结果吻合性好。利用该模型得到了最慢冷速与晶粒尺寸的匹配关系:当最慢冷速为55 ℃/min时,晶粒尺寸需小于14 mm;当最慢冷速为72 ℃/min时,晶粒尺寸需小于16.8 mm;当最慢冷速为81 ℃/min时,晶粒尺寸需小于20 mm。最慢冷速边界值与晶粒尺寸关系可为通过数值模拟指导热处理工艺的制定提供判据。

    • 王潇博, 荣莉, 黄晖, 魏午, 高倩, 王泽忠, 周力, 王猛

      2024,53(1):250-256   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220980

      摘要:本文以Al-30Zn-3Cu-2.5Si高锌铝基合金为研究对象,探究稀土元素Er、Zr对铸态及热处理态合金组织和力学性能的影响,并分析和探讨了其作用机理。研究结果表明,当添加0.10 wt % Er和0.10 wt % Zr元素后能够明显的细化合金晶粒,平均晶粒尺寸由74.28 μm减小至60.01 μm,且α-Al晶粒转变为细小的等轴晶。稀土元素Er、Zr的添加会在合金内部形成Al3(Er,Zr)细小的粒子并能够起到钉扎位错的作用,从而提高合金的力学性能。添加Er、Zr后,铸态合金的抗拉强度由未添加稀土元素的323.01 MPa提高到了358.29 MPa,提升了10.93 %;屈服强度由309.33 MPa提高到了315.00 MPa,提升了1.83 %;延伸率基本未发生变化。合金经固溶时效热处理强化后,添加稀土元素合金的抗拉强度为449.48 MPa,屈服强度为408.51 MPa,比铸态合金分别提高了25.45 %、29.68 %。粗大的第二相存在于晶界处,导致合金的延伸率仍较差。

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    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230618

      摘要:研究了DD6镍基单晶高温合金从530℃到850℃的疲劳裂纹稳定扩展行为。疲劳裂纹扩展CT试样沿[001]方向平行于受拉的加载轴。通过扫描电子显微镜SEM研究疲劳裂纹扩展试验后的断口形貌,并根据形貌特点分为源区、预制裂纹区、稳定扩展区以及快速扩展区。通过电子背散射衍射技术EBSD研究垂直于断口的剖面的塑性变形情况。通过透射电子显微镜TEM观察断口附近位错机制随温度的变化。本研究结果表明,受温度场、应力场以及暴露时间的作用,在650℃时即发生氧化,且在650℃至760℃之间,由于γ’相的弱化,在γ与γ’相中形成大量连续的位错,导致合金氧化加剧,同时760℃下疲劳扩展寿命显著下降。

    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230621

      摘要:堆芯关键部件材料Fe-Cr基奥氏体钢在高温和辐照环境下长时服役,辐照空位簇聚形成空洞导致辐照肿胀和硬化现象。本文采用相场方法耦合中心温度场和一维温度场研究Fe-Cr合金空位簇聚和空洞演化行为。计算结果表明,中心温度场下,温度梯度促使空位向中心温度高的区域迁移,导致中心高温区域空洞浓度高,优先出现空洞形核,空洞尺寸大,低温区域空位浓度低,空洞尺寸小;一维温度场下,体扩散机制控制下,空洞的迁移速度与温度梯度正相关,与初始孔径无关;表面扩散机制控制下,空洞的迁移速度与温度梯度成正相关,与初始孔径负相关。该研究结果启发局域组织老化引起的导热不均材料或宏观温度梯度下服役部件的组织和性能预测。

    • 优先出版日期:2023-12-01  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。

    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230636

      摘要:本工作采用水冷铜坩埚磁悬浮真空熔炼炉制备了 (Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)99.5-xCuxAg0.5(x=1, 2, 3, 4, 5 at.%)合金,并对试样进行抗菌实效处理后,研究不同Cu含量对合金耐腐蚀性能以及抗菌性能的影响。结果表明,经过固溶时效处理后的中熵合金均为FCC结构,随着Cu含量提高在FCC1基体上逐渐析出了富Cu和Ag的FCC2相。合金在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性能均优于AISI304,随Cu含量的增加,腐蚀电流密度先减小而后增加,容抗弧半径先增大后减小,表明合金的耐腐蚀性能先增强后减弱。合金在大肠杆菌悬浮液中的腐蚀速率呈现出先增大后减小的趋势,X=2合金的耐生物腐蚀能力最优,而抗菌性能和腐蚀性能存在倒置关系。富Cu和Ag的FCC2相有效提升合金的抗菌性能,X=5合金的抗菌性能最优,抗菌率达到99.93%.

    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230646

      摘要:本研究采用分子动力学模拟方法研究了单晶钛的变形机制,研究温度为500~1000K,应变率为"0.0001" 〖"ps" 〗^"-1" ~"0.01" 〖"ps" 〗^"-1" ,加载方式为拉伸和压缩,对结果进行了应力应变分析、势能分析、共进邻分析和位错密度分析。结果表明,随温度的升高,屈服强度降低,屈服点对应的应变值减小;在相同温度下,拉伸屈服强度略高于压缩屈服强度;不同加载速率下弹性模量变化不大,加载速率增加屈服强度增大。随温度的升高或加载速率增加,体系的势能峰值增加。随着应变的进行,HCP结构减少,Other结构增加,BCC、FCC结构出现并增加(除变形温度1000K时以外);超过屈服点后,各种结构逐渐趋于平稳;随着温度的升高,晶体结构的转变提前发生。随着温度的升高,位错密度降低,拉伸载荷下的总位错密度大于压缩载荷;整个变形过程中的主要位错类型是Other位错、1/3<-1100>位错和1/3<11-20>位错。

    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230667

      摘要:目的 解决物性参数差异大的TC4-7075异质合金的连接难题,拓展高比强度钛-铝异质合金复合结构的应用范围。方法 选用AlTiVNbSi高熵合金为中间层材料,采用激光熔化沉积技术实现了TC4和AA7075异质合金的有效连接,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM、EBSD)、显微硬度以及拉伸实验等检测方法,对连接区的宏观形貌、微观组织、成分分布以及界面特性等微观特征进行了表征。结果 连接接头与TC4钛合金侧界面结合良好,存在宽度约为20μm的界面过渡区,靠近界面的TC4有集束魏氏组织产生,7075侧界面存在宽度为20μm的化合物区。结论 基于高熵合金的以AlTiVNbSi为中间层材料,采用激光熔化沉积技术可实现钛-铝异质合金的有效连接,连接接头硬度约为696HV,高于母材硬度,近钛侧连接区硬度高于近铝侧连接区硬度,抗拉强度为116MPa。

    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230026

      摘要:本文采用自行设计的感应线圈、刚性拘束工装与实验室现有感应加热装置结合,以5毫米厚TC4钛合金为母材进行局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接,探究了不同加热温度和热处理前后对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,加热温度过低为900°时导致原子扩散不充分,或者加热温度过高为990°时超过β→α相变温度形成的粗大魏氏体组织都会使接头力学性能降低。随着温度的升高,热拘束应力场对接头施加的压力先升高后降低,接头的连接质量也先升高后降低。只有加热温度为950°稍低于β→α相变温度时,组织分布最均匀,等轴α相晶粒最明显。且原子扩散更充分,应力场对接头施加的压力最高,接头力学性能最好。经650℃/3h退火热处理后,发生了α→β相变,晶格的畸变程度降低,晶粒细化。TSCB接头残余应力状态由拉应力转变为压应力。残余应力显著降低,应力得到释放。从而提高了TSCB接头的力学性能,解决了TSCB接头塑性较低的问题。

    • 优先出版日期:2023-12-01  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230029

      摘要:本文以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片(GNSs)独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs(Ni-GNSs)增强SnAgCuRE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨Ni-GNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。研究结果表明:Ni-GNSs的加入,抑制复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,IMC颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,使复合钎料得以强化,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05% GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni钎料合金接头热老化前的剪切强度。Ni-GNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解复合钎料钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni钎料合金接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,为韧脆混合断裂;而添加0.05% GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。

    • 优先出版日期:2023-11-28  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。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230525

      摘要:辐照空洞导致的辐照肿胀是堆芯长时服役奥氏体钢失效的重要原因。本文采用介观尺度的相场模型耦合辐照速率理论和微弹性理论,研究外加全局应力和局域位错应力场对奥氏体Fe-Cr合金辐照空洞组织的影响。外加应力作用下空洞形核的孕育期缩短,空洞长大加速,沿着外加应力方向空洞形貌被拉长为纺锤形;相比无外加应力下,外加应力作用使空洞平均尺寸更大,空洞数量减少。外加应力越大,空洞平均尺寸越大、数量越少、体积分数越大,形貌改变越显著。位错偶极子和位错阵列的弹性应力场吸引空位在其位错核周围择优形核长大,且与无位错作用相比,位错应力作用下空洞数量增多、平均半径减小,最终体积分数基本不受位错影响。对比外加应力和位错应力场作用,全局应力引起的肿胀较位错更为显著。本研究结果可启发堆芯奥氏体钢组织老化和性能衰退评估。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230531

      摘要:锆合金包壳在反应堆环境下受到辐照与腐蚀的协同作用。本文使用6.37 MeV Xe离子辐照Zr-1Nb合金,评估了常温0.5M LiOH水环境中辐照前后Zr-1Nb合金的电化学腐蚀特性,并测量了辐照前后Zr-1Nb合金的显微硬度和表面形貌、物相组成。经过Xe离子辐照后,Zr-1Nb合金表面出现了离子剥蚀形成的凹凸起伏,表面粗糙度和硬度随辐照剂量增加而增加。0.5 dpa剂量辐照后样品的腐蚀电流密度相比于未辐照样品增加约18倍,2.7 dpa剂量样品则增加约72倍。同时,辐照后样品的腐蚀电位降低,极化电阻显著减少。此外,辐照后Zr-1Nb合金样品低频阻抗降低,容抗弧半径也随辐照剂量增加而减少。极化曲线和电化学阻抗测量结果表明,离子辐照增强了Zr-1Nb合金的腐蚀倾向,其耐腐蚀性能随辐照剂量增加而降低。电化学腐蚀测试后,Zr-1Nb合金表面出现了板条形组织,且离子辐照后样品该板条形组织更加细小。Zr-1Nb合金辐照样品耐腐蚀性能下降主要是合金基体的辐照损伤导致的结果。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230547

      摘要:通过OM、EBSD和TEM等研究了Mn微合金化对新型近α型Ti-Al-Mo-Zr-Fe-B合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:添加0.5wt.%的Mn元素可以将合金的铸态微观组织从3.28μm细化到2.65μm,使其抗拉强度从882MPa提高到966MPa,但延伸率从7.8%下降到5.1%。锻造后两种合金的晶粒尺寸趋于一致,微观组织趋于等轴化且Mn微合金化后的组织更加均匀。与Ti-Al-Mo-Zr-Fe-B合金的抗拉强度和延伸率增加到966MPa和16.4%相比,含有0.5wt.% Mn元素的合金具有更高的抗拉强度,达到了1079MPa,同时,延伸率达到了15.7%,。结论表明,强度的提高可以归因于Mn元素的固溶强化效应,同时,Mn微合金化处理使合金中的Al元素富集于α相,有利于提高合金的强度和塑性。

    • 优先出版日期:2023-11-22  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。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230568

      摘要:镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能,是航空发动机涡轮叶片和导向叶片等部件的首选材料,承受高温度和高应力的严苛服役环境。目前,高冷效叶片的结构设计中采用多种复杂冷却结构以提高其承温能力,其中以层板冷却和双层壁冷却为代表的微型冷却结构是其主流发展方向。但由于这类复杂涡轮叶片中存在超薄壁结构,已成为叶片制造的关键点和难点。本文综述了镍基单晶高温合金薄壁结构的发展趋势,分析了薄壁受限空间的缺陷产生及枝晶生长规律,阐述了薄壁结构对力学性能的影响,展望了先进涡轮叶片的制备及其组织控制的发展趋势。

    • 优先出版日期:2023-11-22  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。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230572

      摘要:本文采用真空电弧熔炼技术制备了FexCrMnAlCu(x=0, 0.5, 1, 1.5, 2)高熵合金,使用XRD、SEM、EDS对腐蚀前后合金的相结构与微观组织进行了表征,通过动电位极化曲线、EIS、XPS以及浸泡实验对合金在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为与氧化膜成分进行了表征,研究结果表明:FexCrMnAlCu高熵合金均为BCC+FCC相的双相结构,Fe元素的添加使得BCC相衍射峰强度逐渐增强。随着Fe含量的增加,合金的耐腐蚀性能先增强后减弱,添加了Fe元素的合金耐腐蚀性能均强于不含Fe的合金,这是由于Fe元素的加入使得晶粒尺寸发生了变化,使得单位面积上的晶界数量改变,从而造成耐腐蚀性能的变化。FexCrMnAlCu合金的腐蚀类型主要为晶间腐蚀,腐蚀后合金表面形成了由各元素氧化物组成的氧化膜。Fe1.5CrMnAlCu合金的自腐蚀电流密度最小(1.75×10-6 A/cm2)、自腐蚀电位最正(-0.589 V),容抗弧半径最大。

    • 优先出版日期:2023-11-22  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。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230580

      摘要:高熵碳化物(HECs)是一种具有巨大潜力的材料,可用作析氢反应(HER)的催化剂,但纳米级 HECs 的生产仍是一项重大挑战。本研究通过在1173 K的CaCl2中对金属氧化物和石墨进行电脱氧,成功制备了具有面心立方(FCC)结构的纳米级(VNbTaZrHf)C HEC粉末。在1M KOH中进行了电化学性能测试,以探索(VNbTaZrHf)C HEC的催化性能。通过极化曲线、Tafel斜率、电化学阻抗谱和双层电容值CV测试评估了(VNbTaZrHf)C HEC的催化HER性能。(VZrHfNbTa)C的双层电容值为40.6 mF/cm2。双层电容值越大,表明电化学活性表面积越大。由于(VNbTaZrHf)C HEC的高熵效应和纳米级结构,它表现出优异的催化HER性能,并为通过熔盐电脱氧制备HEC开发了一种新方法。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230600

      摘要:为节约镍材的使用成本,充分发挥镍材优异的耐腐蚀性能,选用厚度1mm的纯镍N6作为复板、3mm的中碳钢45#作为基板进行爆炸焊接试验。通过爆炸焊接窗口计算出了各动态参数,采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对界面结合形貌和元素进行分析, 以及拉剪试验测试复合板力学性能,并借助AUTODYN模拟了爆炸焊接过程。结果表明,爆炸点附近存在“边界效应”,沿着爆炸焊接方向结合界面由平直状转变为稳定的波状界面,界面附近元素扩散层厚度为20um,波状的扩散层增大了结合面积,有利于冶金结合,复合板剪切强度达到325.5Mpa。分析数值模拟结果,界面形貌与试验得到的界面形貌具有一致性,模拟结果展示了特征点的速度、塑性变形程度也与实验结果基本吻合。

    • 优先出版日期:2023-11-22  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230346

      摘要:在DD98M镍基高温合金的基础上,保持合金中γ"相形成元素(Ta+Ti)总量不变,利用真空感应熔炼制备A1- Ta/(Ta+Ti)=0、A2- Ta/(Ta+Ti)=0.34、A3- Ta/(Ta+Ti)=0.66、A4- Ta/(Ta+Ti)=1四种合金,并对铸态合金进行固溶时效和1273 k下的长期时效。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试方法对时效后的组织进行研究,分析高温长期时效和Ta/(Ta+Ti)变化对合金铸态组织和性能的影响规律。结果表明,长期时效会引起γ"相的部分分解,促进元素扩散,加剧元素偏析。随长期时效时间的延长,γ"相粗化长大,硬度降低,错配度绝对值减小,γ"相立方度降低。随Ta在(Ta+Ti)中占比增加,错配度绝对值减小,γ"相立方度降低,硬度增加,长期时效条件下Cr、Mo、W、Ta偏析加剧,Ti偏析得到缓解,Ta的加入会将W排挤至γ相。A2和A3合金长期时效后在晶界处有σ相和MC型碳化物析出,A1和A4合金长期时效晶界无析出,即Ta和Ti的协同作用会促使σ相和MC型碳化物的析出。A2合金有着相对高的γ"相体积分数、γ"相立方度、硬度和强度,最小的γ"相尺寸和最高的延伸率,因此四种合金中A2合金有着最好的综合力学性能。

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