2018年第35卷第1期文章目次
2018, 35(1).
摘要:
目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQUS用户子程序接口将用户自定义的金属热粘塑性本构模型进行了数值程序实现。对比实验数据可见,VUMAT子程序可较准确地描述TC4钛合金的应变率强化与温度软化效应。此外,通过与ABAQUS软件自带的Johnson-Cook本构模型数值模拟结果对比发现,两者吻合良好,且子程序在计算效率方面明显优于前者,为金属材料在高速冲击或切削加工等条件下的数值模拟提供了技术支撑。
目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQUS用户子程序接口将用户自定义的金属热粘塑性本构模型进行了数值程序实现。对比实验数据可见,VUMAT子程序可较准确地描述TC4钛合金的应变率强化与温度软化效应。此外,通过与ABAQUS软件自带的Johnson-Cook本构模型数值模拟结果对比发现,两者吻合良好,且子程序在计算效率方面明显优于前者,为金属材料在高速冲击或切削加工等条件下的数值模拟提供了技术支撑。
2018, 35(1).
摘要:
研究了β淬火和换向轧制对TA15钛合金板材显微组织和力学性能的影响,并对显微组织最为均匀细小的板材进行了超塑性能测试。结果表明,增加β淬火工艺,可以提高板材显微组织的均匀性,细化晶粒尺寸,提高板材的室温拉伸强度;采用换向轧制工艺,能够显著减小横纵向组织差异,提高组织均匀性,使板材横纵向性能差异减小;对同时采用β淬火和换向轧制工艺制备的板材进行超塑性拉伸试验,在850-920℃、0.001-0.01 s-1试验条件下,板材具有良好的超塑性能,且超塑性能对拉伸温度和拉伸应变速率均较为敏感。不同的应变速率下,温度对超塑性能的影响规律不同。
研究了β淬火和换向轧制对TA15钛合金板材显微组织和力学性能的影响,并对显微组织最为均匀细小的板材进行了超塑性能测试。结果表明,增加β淬火工艺,可以提高板材显微组织的均匀性,细化晶粒尺寸,提高板材的室温拉伸强度;采用换向轧制工艺,能够显著减小横纵向组织差异,提高组织均匀性,使板材横纵向性能差异减小;对同时采用β淬火和换向轧制工艺制备的板材进行超塑性拉伸试验,在850-920℃、0.001-0.01 s-1试验条件下,板材具有良好的超塑性能,且超塑性能对拉伸温度和拉伸应变速率均较为敏感。不同的应变速率下,温度对超塑性能的影响规律不同。
2018, 35(1).
摘要:
研究了Ti-22Al-25Nb合金在α2＋B2相区等温锻造及不同制度热处理,其显微组织演变规律和室温、高温拉伸性能变化。结果表明：在α2＋B2相区等温锻造后显微组织仍由等轴α2相颗粒、O相包裹着的等轴α2相、细小板条状O相与B2基体组成,与原始锻棒组织的区别在于等轴α2相颗粒发生溶解,数量减少,尺寸下降;等温锻造后再在O＋B2相区固溶处理的,组织中等轴α2相颗粒分解,由等轴α2/O相颗粒、板条O相和B2基体组成,且随固溶温度升高,板条O相溶解,变粗、变短;等温锻造后经固溶加时效处理时,B2基体中析出二次针状O相,且随时效温度升高,二次针状O相变粗、变短,室温及650℃高温拉伸性能也随时效温度升高,表现为强度降低而塑性提高。
研究了Ti-22Al-25Nb合金在α2＋B2相区等温锻造及不同制度热处理,其显微组织演变规律和室温、高温拉伸性能变化。结果表明：在α2＋B2相区等温锻造后显微组织仍由等轴α2相颗粒、O相包裹着的等轴α2相、细小板条状O相与B2基体组成,与原始锻棒组织的区别在于等轴α2相颗粒发生溶解,数量减少,尺寸下降;等温锻造后再在O＋B2相区固溶处理的,组织中等轴α2相颗粒分解,由等轴α2/O相颗粒、板条O相和B2基体组成,且随固溶温度升高,板条O相溶解,变粗、变短;等温锻造后经固溶加时效处理时,B2基体中析出二次针状O相,且随时效温度升高,二次针状O相变粗、变短,室温及650℃高温拉伸性能也随时效温度升高,表现为强度降低而塑性提高。
2018, 35(1).
摘要:
Ti80合金具有高的比强度、优良的耐蚀性及良好的焊接性,为了保证其在服役过程中的使用安全性,需通过热处理获得最佳的强度、塑性及冲击韧性匹配。为此,以经过多火次锻造的、组织为均匀细小等轴组织的Ti80合金棒材为研究对象,对其在650~800℃范围内进行不同温度的退火处理,并对退火处理后的试样进行室温拉伸性能及冲击韧性测试。结果表明,随着退火温度的升高,Ti80合金棒材的强度变化不大,延伸率和冲击韧性均呈现上升趋势。经（700~800）℃×1 h/AC热处理后,Ti80合金棒材的强度、塑性及冲击韧性可达到较好的匹配,各项性能均满足协议指标要求。
Ti80合金具有高的比强度、优良的耐蚀性及良好的焊接性,为了保证其在服役过程中的使用安全性,需通过热处理获得最佳的强度、塑性及冲击韧性匹配。为此,以经过多火次锻造的、组织为均匀细小等轴组织的Ti80合金棒材为研究对象,对其在650~800℃范围内进行不同温度的退火处理,并对退火处理后的试样进行室温拉伸性能及冲击韧性测试。结果表明,随着退火温度的升高,Ti80合金棒材的强度变化不大,延伸率和冲击韧性均呈现上升趋势。经（700~800）℃×1 h/AC热处理后,Ti80合金棒材的强度、塑性及冲击韧性可达到较好的匹配,各项性能均满足协议指标要求。
2018, 35(1).
摘要:
在硅酸盐、磷酸盐及高锰酸钾的混合电解液中研究了不同电压对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了膜层的微观形貌、相组成及化学成分,用傅里叶变换红外光谱仪测试了样品的红外发射率。结果表明,随着电压的升高,膜层的厚度、粗糙度及红外发射率持续增加,膜层中Ti O2与Ti的特征峰逐渐减弱,非晶相成为主要的组成部分。结合XRD与XPS分析结果可推断膜层中主要元素Si、P、Mn均以非晶态存在。当电压为540 V时膜层发射率有较大幅度的增加并达到最大,在8-20μm的波段范围内平均发射率可达0.84。
在硅酸盐、磷酸盐及高锰酸钾的混合电解液中研究了不同电压对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了膜层的微观形貌、相组成及化学成分,用傅里叶变换红外光谱仪测试了样品的红外发射率。结果表明,随着电压的升高,膜层的厚度、粗糙度及红外发射率持续增加,膜层中Ti O2与Ti的特征峰逐渐减弱,非晶相成为主要的组成部分。结合XRD与XPS分析结果可推断膜层中主要元素Si、P、Mn均以非晶态存在。当电压为540 V时膜层发射率有较大幅度的增加并达到最大,在8-20μm的波段范围内平均发射率可达0.84。
2018, 35(1).
摘要:
钛合金异型材矫直需要在在线加热状态下进行,且对矫直温度的精度和均匀性均有苛刻的要求。针对100 t钛合金异型材张力热矫直机,研制了钛合金异型材在线电加热控制系统。该系统采用两支光纤红外传感器对钛材进行实时两点测温与控制,由工业触摸屏人机界面（HMI）进行矫直温度的设定与实时温度显示及报警,S7-300 PLC控制IGBT加热电源实现钛合金异型材在线电加热,设计了基于模糊PID控制算法,实现了对钛合金异型材温度的精确与快速控制。
钛合金异型材矫直需要在在线加热状态下进行,且对矫直温度的精度和均匀性均有苛刻的要求。针对100 t钛合金异型材张力热矫直机,研制了钛合金异型材在线电加热控制系统。该系统采用两支光纤红外传感器对钛材进行实时两点测温与控制,由工业触摸屏人机界面（HMI）进行矫直温度的设定与实时温度显示及报警,S7-300 PLC控制IGBT加热电源实现钛合金异型材在线电加热,设计了基于模糊PID控制算法,实现了对钛合金异型材温度的精确与快速控制。
2018, 35(1).
摘要:
采用金相显微镜、扫描电镜等检测手段对Zr-4合金板材微观组织中出现的异常条线现象进行研究,分析了Zr-4合金板材条线现象的本质、成因以及对其使用性能的影响。研究表明,Zr-4合金板材微观组织中出现的异常条线现象并不是裂纹、夹杂、氢化物、织构等缺陷的反映,而是由沿轧向成带状分布的粗大Zr（Fe,Cr）2第二相更容易遭受腐蚀造成的。此外,Zr-4合金板材微观组织中出现的条线现象对均匀腐蚀性能无明显影响,但带状分布的粗大第二相不利于板材的抗疖状腐蚀,并且会对板材的弯曲性能产生影响。
采用金相显微镜、扫描电镜等检测手段对Zr-4合金板材微观组织中出现的异常条线现象进行研究,分析了Zr-4合金板材条线现象的本质、成因以及对其使用性能的影响。研究表明,Zr-4合金板材微观组织中出现的异常条线现象并不是裂纹、夹杂、氢化物、织构等缺陷的反映,而是由沿轧向成带状分布的粗大Zr（Fe,Cr）2第二相更容易遭受腐蚀造成的。此外,Zr-4合金板材微观组织中出现的条线现象对均匀腐蚀性能无明显影响,但带状分布的粗大第二相不利于板材的抗疖状腐蚀,并且会对板材的弯曲性能产生影响。
2018, 35(1).
摘要:
高温钛合金制造技术已成为先进航空发动机技术的核心与关键,近年来受到高度重视。在简要回顾新型高温钛合金、阻燃钛合金和Ti-Al系金属间化合物合金发展的基础上,从大规格铸锭熔炼、挤压开坯、整体叶盘模锻、环件轧制及零件机加工等方面介绍这些高温钛合金制造技术研究所取得的重要进展。最后,提出我国高温钛合金应用研究中需要重点关注的问题以及进一步发展的建议。
高温钛合金制造技术已成为先进航空发动机技术的核心与关键,近年来受到高度重视。在简要回顾新型高温钛合金、阻燃钛合金和Ti-Al系金属间化合物合金发展的基础上,从大规格铸锭熔炼、挤压开坯、整体叶盘模锻、环件轧制及零件机加工等方面介绍这些高温钛合金制造技术研究所取得的重要进展。最后,提出我国高温钛合金应用研究中需要重点关注的问题以及进一步发展的建议。
2018, 35(1).
摘要:
简要介绍了湿式电除尘器的工作原理、结构、除尘特点及使用环境。根据火电行业湿式电除尘器的使用环境,对比了钛阳极、不锈钢阳极及导电玻璃钢阳极湿式电除尘器的性能与运行经济指标,分析了钛阳极湿式电除尘器在火电行业应用的优势。综合评述了国内外湿式电除尘器开发和应用的现状,指出我国今后相当长一段时间仍将以煤电为主的大趋势,且随着我国火电行业烟气排放标准的不断提升,未来湿式电除尘器在煤电行业烟尘处理方面将会有1 000亿~1 500亿元的市场份额,如果其中50%选用钛作阳极材料,那么钛的市场份额将达到20亿~30亿元。
简要介绍了湿式电除尘器的工作原理、结构、除尘特点及使用环境。根据火电行业湿式电除尘器的使用环境,对比了钛阳极、不锈钢阳极及导电玻璃钢阳极湿式电除尘器的性能与运行经济指标,分析了钛阳极湿式电除尘器在火电行业应用的优势。综合评述了国内外湿式电除尘器开发和应用的现状,指出我国今后相当长一段时间仍将以煤电为主的大趋势,且随着我国火电行业烟气排放标准的不断提升,未来湿式电除尘器在煤电行业烟尘处理方面将会有1 000亿~1 500亿元的市场份额,如果其中50%选用钛作阳极材料,那么钛的市场份额将达到20亿~30亿元。
2018, 35(1).
摘要:
2017年12月29日,海阳核电项目C102换料组件用锆合金材料发运仪式顺利举行。这标志着国核宝钛锆业股份公司（以下简称国核锆业）AP1000核级锆材国产化工作迈出了坚实的一步,是AP1000技术受让成功的关键性标志。＂海阳换料＂是国核锆业通过西屋认证之后的首个AP1000核级锆合金管棒材国产化生产合同,
2017年12月29日,海阳核电项目C102换料组件用锆合金材料发运仪式顺利举行。这标志着国核宝钛锆业股份公司（以下简称国核锆业）AP1000核级锆材国产化工作迈出了坚实的一步,是AP1000技术受让成功的关键性标志。＂海阳换料＂是国核锆业通过西屋认证之后的首个AP1000核级锆合金管棒材国产化生产合同,
2018, 35(1).
摘要:
2017年12月,来自国内16家科研院所以及钛合金研发、生产单位的20余名专家,就抚顺特殊钢股份有限公司（以下简称抚顺特钢）2个船用钛合金品种的生产、工艺和性能检验等进行了评审,最终抚顺特钢通过船用钛合金产品转厂认可评审,标志着抚顺特钢钛合金产品又开辟了新的应用领域,打开了钛合金产品的提质增效空间。
2017年12月,来自国内16家科研院所以及钛合金研发、生产单位的20余名专家,就抚顺特殊钢股份有限公司（以下简称抚顺特钢）2个船用钛合金品种的生产、工艺和性能检验等进行了评审,最终抚顺特钢通过船用钛合金产品转厂认可评审,标志着抚顺特钢钛合金产品又开辟了新的应用领域,打开了钛合金产品的提质增效空间。
2018, 35(1).
摘要:
据Rosatom网站2017年12月28日报道,位于俄罗斯格拉佐夫的CMP（Chetepsky Mechanical Plant）公司建立了工业化二氧化铪生产线。至此,俄罗斯拥有了第一家工业化二氧化铪生产企业。该公司的技术具有独特性,包含了从锆矿石到最终产品的全周期生产过程,
据Rosatom网站2017年12月28日报道,位于俄罗斯格拉佐夫的CMP（Chetepsky Mechanical Plant）公司建立了工业化二氧化铪生产线。至此,俄罗斯拥有了第一家工业化二氧化铪生产企业。该公司的技术具有独特性,包含了从锆矿石到最终产品的全周期生产过程,
2018, 35(1).
摘要:
2017年12月24日,陕西省宝鸡市高新区管委会与青海聚能钛业股份有限公司（以下简称青海聚能）签署合作协议,投资10亿元的＂基于电子束技术的钛谷新材料循环再利用产业＂项目正式落户宝鸡高新区。随着航空、航天、航海等工业的发展,钛材的需求量大幅上升。由于钛及钛合金独特的加工工艺特点,加工材的成品率都比较低,一般在35%左右,因此生产过程中会产生大量的废金属,如何充分利用这些废金属,
2017年12月24日,陕西省宝鸡市高新区管委会与青海聚能钛业股份有限公司（以下简称青海聚能）签署合作协议,投资10亿元的＂基于电子束技术的钛谷新材料循环再利用产业＂项目正式落户宝鸡高新区。随着航空、航天、航海等工业的发展,钛材的需求量大幅上升。由于钛及钛合金独特的加工工艺特点,加工材的成品率都比较低,一般在35%左右,因此生产过程中会产生大量的废金属,如何充分利用这些废金属,
2018, 35(1).
摘要:
日本的桥梁中,钢结构桥的总长约占50%,几乎都采用了涂装防腐,且大多都施以了寿命30 a以上的耐久性优良的涂装。但是,骨架端部、衔接部等部位的涂膜易被腐蚀且易变薄,不到30 a便会发生腐蚀。为此,探讨了对这些易腐蚀部位采用钛箔包覆的方法加强防腐性能,
日本的桥梁中,钢结构桥的总长约占50%,几乎都采用了涂装防腐,且大多都施以了寿命30 a以上的耐久性优良的涂装。但是,骨架端部、衔接部等部位的涂膜易被腐蚀且易变薄,不到30 a便会发生腐蚀。为此,探讨了对这些易腐蚀部位采用钛箔包覆的方法加强防腐性能,
2018, 35(1).
摘要:
日本利用DMLS（Direct Metal Leaser Sintering）技术开发了3D打印钛制ORBITREC自行车。该产品是用大功率激光直接辐照Ti-6Al-4V合金粉末而成形的,其物理性能和力学性能（密度4.41 g/cm3,拉伸强度1 140 MPa,杨氏模量111 GPa）均优于标准ASTM B348中的Gr.5钛合金。与常规工艺相比,
日本利用DMLS（Direct Metal Leaser Sintering）技术开发了3D打印钛制ORBITREC自行车。该产品是用大功率激光直接辐照Ti-6Al-4V合金粉末而成形的,其物理性能和力学性能（密度4.41 g/cm3,拉伸强度1 140 MPa,杨氏模量111 GPa）均优于标准ASTM B348中的Gr.5钛合金。与常规工艺相比,
