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  • 2025青年編委專輯(完整版)正式上線
  • 2025異質(zhì)及復(fù)雜結(jié)構(gòu)連接
  • 揭曉!《稀有金屬材料與工程》“2024年度最美封面”評選結(jié)果公布!
  • 專輯征稿!2025增材制造
  • 專輯征稿!2025相場法-集成計算材料工程
  • 專輯征稿!2025特種環(huán)境焊接
  • 名單揭曉!《稀有金屬材料與工程》中英文版優(yōu)秀青年編委、審稿人、作者表彰會圓滿召開
封面論文
  • 納米花狀CuS作為鎂離子電池正極材料

    何元泰, 吳量, 史永安, 鐘志永, 姚文輝, 潘復(fù)生

    摘要:在水熱合成過程中加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB),調(diào)節(jié)乙二醇的用量為50vol%,合成了鎂離子電池正極材料CuS-C50。結(jié)果表明:CuS-C50具有完整的納米花狀結(jié)構(gòu),在氯化鋁-季戊四醇四甲醚/四氫呋喃(APC/THF)電解液中,當(dāng)電流密度為50 mA/g時,其比容量高達331.19 mAh/g;當(dāng)電流密度為200 mA/g時,其比容量在50次循環(huán)后仍保持136.92 mAh/g。形貌表征結(jié)果表明,完整的納米花狀結(jié)構(gòu)可以提供更多的活性位點,減少Mg2+的移動障礙,最終提高鎂離子電池CuS正極材料的充放電性能。

  • Zr/CoCrFeMnNi HEA釬焊接頭界面組織與力學(xué)性能研究

    杜鵬, 宋曉國, 龍偉民, 卞紅, 秦建, 孫華為, 姜楠

    摘要:采用AgCu釬料實現(xiàn)了Zr合金與CoCrFeMnNi HEA之間的釬焊連接。研究了釬焊溫度與保溫時間對接頭顯微組織演化與力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在釬焊溫度為850 ℃,保溫時間為10 min的條件下,接頭界面的典型微觀組織為:HEA/Crss/Zr(Cr,Mn)2/Zr2(Co,Cu,Ni,Fe)+Zr2(Ag,Cu)+Zr(Cr,Mn)2/Zr,接頭的平均抗剪切強度最高可達103.1 MPa。隨著釬焊溫度的升高或保溫時間的增加,擴散反應(yīng)區(qū)內(nèi)的富Cr基固溶體層和Zr(Cr,Mn)2層厚度增厚,釬縫中心區(qū)內(nèi)Zr2(Co,Cu,Ni,Fe)相和Zr(Cr,Mn)2相含量增多,Zr2(Ag,Cu)相所占比例減小。最后,分析了接頭的失效機制,在剪切力的作用下,隨著釬焊溫度和保溫時間的增加,接頭的斷裂位置從擴散反應(yīng)區(qū)的Zr(Cr,Mn)2層轉(zhuǎn)移到釬縫中心區(qū)的Zr2(Co,Cu,Ni,Fe)脆性相斷裂。

  • 金屬密封軟金屬和基體界面過渡層特征

    張大偉, 張學(xué)開, 曹子軒, 葛子逸, 呂世昌, 李智軍, 趙升噸, 胡陽虎

    摘要:帶有軟金屬鍍層的自緊式金屬密封廣泛應(yīng)用于高溫、低溫、高壓等復(fù)雜工況。研究軟金屬鍍層和高溫合金基體界面過渡層特征及結(jié)合強度對提升密封性能和金屬密封工作全過程建模與簡化具有重要意義。采用試驗方法研究了不同軟金屬鍍層材料及厚度組合下軟金屬和基體界面元素分布特征和鍍層-基體結(jié)合強度。結(jié)果表明:軟金屬鍍層厚度對GH4169-Cu、GH4169-Ag和Cu-Ag界面形貌幾乎沒有影響,但對不同金屬之間的過渡層厚度有影響;隨著鍍層厚度增加,該影響減弱,鍍層厚度大于30 μm后,過渡層厚度穩(wěn)定在2 μm左右。劃格試驗表明Cu、Ag和Cu-Ag復(fù)合鍍層與基體GH4169均結(jié)合較好。軟金屬材料對過渡層特征和鍍層劃格試驗后表面特征有顯著影響。

  • 激光沉積預(yù)混合的近α鈦合金和Ti2AlNb合金粉末中成分偏析與層錯誘導(dǎo)亞晶結(jié)構(gòu)形成

    劉娜, 趙張龍, 劉郁麗, 馮凱凱, 查小暉, 李璞, 徐文馨, 楊海鷗, 賴運金

    摘要:通過激光沉積在近α鈦合金基板上制備了不同比例的預(yù)混合近α鈦合金和Ti2AlNb合金粉末,并對2種粉末的微觀組織演變和結(jié)構(gòu)特征進行了分析和討論。結(jié)果表明,Ti2AlNb含量在40%(質(zhì)量分數(shù),下同)以上的激光沉積預(yù)混合鈦合金粉末的等軸B2晶粒內(nèi)形成了許多河流狀亞晶粒結(jié)構(gòu),而Ti2AlNb含量在40%以下的粗柱狀β晶粒內(nèi)則呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)。值得注意的是,降低激光功率和掃描速度可以促進亞晶粒結(jié)構(gòu)的形成?;趯嶒灲Y(jié)果的分析可以推斷出,這種亞晶粒結(jié)構(gòu)的形成不僅與亞晶界成分微偏析導(dǎo)致的O相析出有關(guān),還與激光沉積過程中內(nèi)應(yīng)力誘導(dǎo)的堆垛層錯密不可分。

  • 固溶處理對TB18鈦合金微觀組織和力學(xué)性能影響規(guī)律研究

    劉向宏, 趙寧, 王濤, 康家瑞, 楊晶, 李少強, 杜予晅

    摘要:亞穩(wěn)β型TB18鈦合金具有較高的固溶-時效強化效應(yīng)和良好的強度韌性匹配潛力,成為制備先進航空構(gòu)件的優(yōu)選材料。通過研究經(jīng)過不同固溶溫度、固溶時間、固溶后緩冷熱處理后TB18鈦合金的微觀組織和力學(xué)性能變化規(guī)律,闡明固溶處理對TB18鈦合金微觀組織-力學(xué)性能間交互作用的影響機理。結(jié)果表明,經(jīng)過β單相區(qū)固溶和時效處理后,β基體中析出片層和針狀αs相,片層狀αs相有利于提升TB18鈦合金的韌性,片層厚度越大,TB18鈦合金的斷裂韌性越好。固溶溫度過高或固溶保溫時間過長將導(dǎo)致TB18鈦合金β晶粒發(fā)生粗化,使材料強度和塑性下降。將固溶后緩冷冷卻速率由0.25 ℃/min提升至1 ℃/min,經(jīng)過時效處理的TB18鈦合金內(nèi)分布均勻細密的αs相,抗拉強度提高達到1343 MPa,延伸率為5.0%。當(dāng)固溶制度為870 ℃/2 h/Air cooling(AC)時,TB18鈦合金可在530 ℃/4 h/AC條件下時效后獲得良好的強韌性匹配,抗拉強度為1315 MPa,屈服強度為1225 MPa,延伸率為8.5%,沖擊韌性為29.2 J/cm2,斷裂韌度值為88.4 MPa.m1/2。

  • Zr合金表面電沉積Ni/Cr涂層的高溫氧化行為研究

    朱利安, 袁偉超, 王淑祥, 王震, 葉益聰, 白書欣

    摘要:日本福島核事故后,耐事故燃料(Accident Tolerant Fuel, ATF)包殼技術(shù)引起業(yè)界廣泛關(guān)注。在核反應(yīng)堆堆芯核燃料包殼用鋯(Zr)合金表面包覆Cr涂層被認為是短期內(nèi)最有可能投入商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。目前多數(shù)Cr涂層的制備方法存在設(shè)備昂貴負責(zé)、沉積速率偏低、形狀適應(yīng)性偏弱等缺點,而熔鹽電沉積技術(shù)具有陰極電流效率高、電沉積速度快、基體形狀適應(yīng)性強等優(yōu)點,有望解決包殼Zr合金表面高質(zhì)量Cr涂層的高效低成本制備難題。為實現(xiàn)Zr合金表面Cr涂層的熔鹽電沉積制備,本文采用水溶液電沉積和熔鹽電沉積方法依次在Zr合金基體表面制備Ni過渡層和Cr涂層,對制備得到的Zr/Ni/Cr試樣進行組織結(jié)構(gòu)表征、結(jié)合力和納米硬度測試及高溫氧化行為研究。結(jié)果表明,Zr合金表面的Ni/Cr涂層均勻致密,與基體間的結(jié)合力約為151 N。Zr/Ni/Cr從內(nèi)到外各層的硬度和彈性模量均逐漸升高,呈準梯度過渡。其中Cr涂層的表面粗糙度約為2 μm,硬度和彈性模量分別為2.86 GPa和172.86 GPa。Zr/Ni/Cr試樣在1000℃和1200℃高溫蒸汽氧化過程中分別表現(xiàn)出近拋物線和近線性規(guī)律,表明Ni/Cr涂層能夠在1000℃下對Zr合金基體起到良好的保護效果。Zr合金表面Ni/Cr涂層的高溫氧化失效機制與Ni過渡層的快速擴散、Cr層的氧化和擴散消耗以及Zr沿Cr晶界快速擴散導(dǎo)致的Cr層性能弱化密切相關(guān)。

  • 連續(xù)激光燒蝕作用下Ti-6AlTi-48Al合金表面的溫度場

    孫若晨, 弭光寶

    摘要:鈦合金的高溫阻燃性能是制約其在航空發(fā)動機中應(yīng)用的重要因素,而激光點火法能夠精確反映鈦合金在局部加熱時的阻燃性能。在Ti-6Al與Ti-48Al的溫度場研究中,通過鈦合金激光點火實驗表征了溫度場演化特性,同時在微觀瞬態(tài)機制分析中引入了分子動力學(xué)(MD)模擬與JMatPro計算等方法。結(jié)果表明:在激光連續(xù)照射下,Ti-Al系合金表面首先形成熔池,熔池溫度場從中心到邊緣呈正態(tài)分布。當(dāng)中心溫度達到起燃臨界點時,產(chǎn)生擴展燃燒,擴展燃燒路徑沿氣流方向推進。與Ti-6Al相比,Ti-48Al合金在激光燒蝕下的阻燃性能更高。這是由于Ti-48Al具有更高的傳熱性能,導(dǎo)致光斑溫度場邊界附近的熱集中效應(yīng)減弱,因此需要增加氧分壓,降低合金起燃點,才能在同等激光熱源下達到Ti-48Al合金的起燃邊界條件。另外在擴展燃燒路徑方面,MD模型顯示試件存在邊界熱集中效應(yīng),這揭示了除氣流方向之外的另一種擴展燃燒路徑影響機制,即激光光斑產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至臨近邊界時中斷,在邊界附近產(chǎn)生熱量集中,因此燃燒路徑亦傾向于沿該方向擴展。

  • 微觀組織結(jié)構(gòu)調(diào)控提高純鋯在多種環(huán)境下的耐腐蝕性能

    夏超群, 李可, 崔紫堯, 宋天朔, 吳鑫雨, 劉曙光, 鄒顯睿, 張士良, 楊泰, 李強

    摘要:研究了不同晶粒尺寸的純鋯(Zr)在酸、堿、鹽環(huán)境中的腐蝕性能。采用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀和電子背散射衍射探針對純Zr的微觀結(jié)構(gòu)進行觀察。采用電化學(xué)腐蝕試驗和浸泡試驗分析純鋯的耐腐蝕性能。結(jié)果表明:800 ℃退火不同時間可獲得尺寸為 4~32 μm的純Zr,晶粒尺寸與時間的關(guān)系為D3-D03=3.35t。電化學(xué)腐蝕和浸泡腐蝕試驗表明,晶粒尺寸約為24 μm的純Zr(800 ℃退火20 h)具有最佳的耐腐蝕性能。

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    2025年第3期

      >2025青年編委專輯
    • 何元泰, 吳量, 史永安, 鐘志永, 姚文輝, 潘復(fù)生

      2025,54(3):545-553   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240361

      摘要:在水熱合成過程中加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB),調(diào)節(jié)乙二醇的用量為50vol%,合成了鎂離子電池正極材料CuS-C50。結(jié)果表明:CuS-C50具有完整的納米花狀結(jié)構(gòu),在氯化鋁-季戊四醇四甲醚/四氫呋喃(APC/THF)電解液中,當(dāng)電流密度為50 mA/g時,其比容量高達331.19 mAh/g;當(dāng)電流密度為200 mA/g時,其比容量在50次循環(huán)后仍保持136.92 mAh/g。形貌表征結(jié)果表明,完整的納米花狀結(jié)構(gòu)可以提供更多的活性位點,減少Mg2+的移動障礙,最終提高鎂離子電池CuS正極材料的充放電性能。

    • 李丹妮, 姚正軍, 姚孟欣, 張叔賢, Oleksandr Moliar, Tetiana Soloviova, Iryna Trosnikova, Petro Loboda, 張莎莎

      2025,54(3):554-568   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240549

      摘要:利用電子束定向能量沉積(EB-DED)技術(shù),制備了沿成分梯度方向從100% 304不銹鋼到100% Mo的不同成分變化率的Fe-Mo功能梯度材料(FGMs),包括成分突變100%、成分變化率10%和成分變化率30% 3種試樣。結(jié)果表明,成分變化率顯著影響試樣的顯微組織和力學(xué)性能。在成分突變的試樣中,304不銹鋼和Mo之間成分急劇變化導(dǎo)致了兩種材料界面附近的組織形態(tài)和硬度有很大的差異。而隨梯度層數(shù)的增加,成分沿沉積高度方向連續(xù)變化,顯微組織形貌呈現(xiàn)出從304不銹鋼到Mo的平滑過渡,由柱狀晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?。Fe、Mo等主要元素沿梯度方向呈線性轉(zhuǎn)變,沉積層間擴散充分,冶金結(jié)合良好。成分梯度變化越小,沿沉積方向的顯微硬度值越大。當(dāng)成分梯度為10%時,梯度層顯示出更高的硬度(最高達940 HV)和優(yōu)異的抗表面磨損性能,且試樣整體壓縮性能較好,頂部區(qū)域的壓縮斷裂應(yīng)力達到750.05±14 MPa。

    • 曹卉, 徐漢宗, 李海鵬, 李海燕, 陳濤, 馮瑞成

      2025,54(3):569-580   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240420

      摘要:基于分子動力學(xué)的方法,從原子尺度研究了不同晶粒尺寸影響下的多晶γ-TiAl合金表面劃痕機理,分析了劃痕過程中的力學(xué)特性、劃痕形貌、微觀缺陷分布以及溫度和應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明,由于逆霍爾佩奇效應(yīng)的影響,劃痕力、原子回彈數(shù)量和堆積高度在臨界尺寸為9.41 nm時出現(xiàn)突變。晶界數(shù)量的差異以及晶粒的晶向取向隨機性導(dǎo)致劃痕表面堆積不同,其中單晶材料和晶粒尺寸為3.73 nm情況下的表面形貌更加規(guī)則。此外,晶粒尺寸越小,平均摩擦系數(shù),原子去除數(shù)量以及特殊磨損率隨之增加,溫度的數(shù)值和分布范圍更大。由于晶界的阻礙作用,小尺寸的晶粒有更少的微觀缺陷。并且壓頭尖端處的平均馮·米塞斯應(yīng)力和靜水壓應(yīng)力隨著晶粒尺寸的減小而減小。這項工作有助于更好地理解多晶γ-TiAl合金在納米劃痕過程中的變形機理。

    • 胡家念, 周子正, 李一迪, 陳翔, 楊剛, 劉金濤, 張建

      2025,54(3):581-586   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240293

      摘要:基于梯度材料一維波系作用的簡化算法設(shè)計了Al-Cu梯度飛片材料的加載壓力曲線。通過熱壓法制備相應(yīng)的Al-Cu梯度材料,其表征后的阻抗性能與設(shè)計路徑相匹配。采用三維表面輪廓儀檢測Al-Cu梯度材料的平行度,并利用一級氣炮以400 m/s的速度發(fā)射Al-Cu梯度材料沖擊Al-LiF靶材。該實驗應(yīng)變率的結(jié)果證明了Al-Cu梯度材料能夠?qū)崿F(xiàn)高速沖擊實驗中應(yīng)變速率在104–105/s范圍的精確控制。

    • 梁迅文, 付忠學(xué), 張石明, 車玉思, 程鵬明, 王沛

      2025,54(3):587-592   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240583

      摘要:為了提升激光粉末床熔融(LPBF)技術(shù)所制備的鉬(Mo)合金的力學(xué)性能,采用了熱等靜壓技術(shù)對其處理。熱等靜壓處理后,LPBF Mo合金的孔隙率從0.27%降低至0.22%,Mo和Ti元素得到充分擴散并且分布地更加均勻,同時形成了大量低角度晶界,抗拉伸強度從286±32 MPa升高至598±22 MPa,伸長率由0.08%±0.02%提高至0.18%±0.02%,在拉伸過程中晶粒沒有明顯變化。熱等靜壓處理消除了LPBF Mo合金的熔池邊界,而熔池邊界是LPBF Mo合金提前失效的主要原因。因此,熱等靜壓處理成為了一種有效的強化LPBF Mo合金力學(xué)性能的方法,為制造高性能鉬基合金提供了新思路。

    • 王星星, 陳本樂, 蔣元龍, 潘昆明, 任宣儒, 原志鵬, 張雨雷

      2025,54(3):618-627   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240477

      摘要:隨著苛刻環(huán)境惡劣化和加工制造復(fù)雜難度增加,對陶瓷/金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)綜合性能提出更高要求。目前釬焊技術(shù)被廣泛應(yīng)用于陶瓷與金屬異質(zhì)連接,而二者焊接接頭殘余應(yīng)力緩解非常棘手。由于陶瓷與金屬的性能差異,特別是熱膨脹系數(shù)的差異,釬焊接頭在冷卻過程中會產(chǎn)生過多的殘余應(yīng)力。較高殘余應(yīng)力會嚴重破壞接頭性能。為緩解殘余應(yīng)力,從工藝參數(shù)優(yōu)化、施加中間層、顆粒增強復(fù)合釬料和表面結(jié)構(gòu)調(diào)控4種緩解途徑進行評述。概述陶瓷與金屬釬焊接頭殘余應(yīng)力狀態(tài)與分布規(guī)律,介紹殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與檢測,最后展望未來陶瓷/金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力研究面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

    • 張寧, 劉杰, 張鑫, 趙玉秀, 薛志瀟, 夏文香

      2025,54(3):628-639   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240307

      摘要:重金屬污染廢水治理的傳統(tǒng)方法主要有化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法、電化學(xué)法和膜分離法等。傳統(tǒng)方法存在的問題在于選擇性差,經(jīng)濟效益低且環(huán)境不友好。環(huán)糊精是一種人工合成的籠狀分子,具有穩(wěn)定的內(nèi)疏水腔和外親水表面,可以通過主客體作用將污染物封裝在其內(nèi)部,具有選擇性強、綠色環(huán)保且成本較低的優(yōu)勢。主要綜述了環(huán)糊精吸附材料強化分離重金屬離子的反應(yīng)原理、材料的合成與應(yīng)用及其主要影響因素,并對未來發(fā)展趨勢進行了展望。

    • 王炳, 李春燕, 王新華, 李曉誠, 寇生中

      2025,54(3):640-664   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240564

      摘要:開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)/功能材料對于大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域具有重要的意義。中/高熵合金因其特定的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能,是極具潛力的結(jié)構(gòu)材料。更重要的是,通過調(diào)控合金的微觀組織并優(yōu)化其性能已經(jīng)成為拓展合金工業(yè)應(yīng)用的重要措施。已有的研究表明,構(gòu)建多種異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于顯著提升中/高熵合金的綜合性能。本文詳細討論了具有單級和多級異質(zhì)性的多異質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外,還系統(tǒng)地綜述了中/高熵合金中成分不均勻性、雙峰結(jié)構(gòu)、雙相結(jié)構(gòu)、片狀/層狀結(jié)構(gòu)、諧波結(jié)構(gòu)(核殼)、多尺度沉淀物及特定微觀結(jié)構(gòu)耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法。深入討論了不同異質(zhì)結(jié)構(gòu)誘發(fā)的變形機制,以探索異質(zhì)結(jié)構(gòu)與中/高熵合金性能優(yōu)化之間的關(guān)系。全面闡釋了異質(zhì)結(jié)構(gòu)和先進的微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化中/高熵合金性能的貢獻,以進一步改善合金的性能。最后,討論了高性能中/高熵合金未來在工業(yè)應(yīng)用中的挑戰(zhàn),并嘗試為優(yōu)化異質(zhì)結(jié)構(gòu)提高中/高熵合金綜合性能提供可行的方法。

    • 紀曉宇, 徐建偉, 張宇, 李明兵, 曾衛(wèi)東, 朱知壽

      2025,54(3):665-670   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240531

      摘要:研究了不同冷卻速度對TB17鈦合金合金組織演變和拉伸性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:冷卻速度對組織形貌有顯著影響,當(dāng)冷速較慢時,合金元素擴散充分,粗片層含量較高、尺寸較大,基體中有少量的次生α相析出;當(dāng)冷速較快時,高溫下的組織被大量保留,粗片層含量較少、尺寸較小,幾乎觀察不到次生α相。由于未受外力作用,片狀α相與β相保持嚴格的Burgers取向?qū)?yīng)關(guān)系。固溶冷速極大地影響拉伸性能,固溶空冷析出大量次生α相,使得強度最高;固溶水冷由于冷速較快,僅保留粗片層,強度最低;固溶爐冷由于冷速過慢,粗片層長大明顯,抑制了次生α相的析出,強度居中。時效處理后,拉伸性能發(fā)生不同的變化,水冷強度最高,而爐冷強度最低。

    • 孫啟明, 申文龍, 廖宇軒, 李昱, 王紀鈞, 柳文波

      2025,54(3):671-678   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240497

      摘要:通過引入彈性應(yīng)變能和顆粒剛體運動過程,建立了UN壓力輔助燒結(jié)過程的相場模型,分析了應(yīng)力對燒結(jié)頸增長過程、顆粒剛體運動對孔隙收縮過程的影響,并模擬了物質(zhì)擴散、剛體運動與應(yīng)力共同作用下的多顆粒燒結(jié)過程。模擬結(jié)果表明,燒結(jié)頸長度及其增長速率隨施加應(yīng)變的增大而增大,在燒結(jié)頸兩端出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,且隨著時間的延長,應(yīng)力分布逐漸均勻化;隨著平移遷移率的增加,孔隙收縮速率增大,其致密化完成時間提前,而轉(zhuǎn)動遷移率的取值對孔隙收縮過程幾乎無影響。本模型能夠捕捉到燒結(jié)頸的形成和增長、孔隙的球化和閉合過程,大體積孔隙表面配位的晶粒數(shù)更高,存在時間更長。

    • 陳永寧, 肖華強, 褚夢雅, 莫太騫

      2025,54(3):679-687   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240587

      摘要:利用激光增材技術(shù)能夠制造形狀復(fù)雜的TiAl合金零部件,從而進一步拓展這一輕質(zhì)高溫合金在航空航天領(lǐng)域的工程應(yīng)用。但目前對激光熔化沉積TiAl合金工藝、組織及性能之間內(nèi)在關(guān)系的研究較少。以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末為實驗材料,采用激光熔化沉積技術(shù)制備了宏觀質(zhì)量良好的TiAl合金試樣,系統(tǒng)研究了優(yōu)化工藝參數(shù)條件下沉積層的顯微組 織、相組成、硬度分布以及沉積試樣的室溫力學(xué)性能。結(jié)果表明,沉積層的顯微組織結(jié)構(gòu)主要由大量γ-TiAl相和少量的 α2-Ti3Al相構(gòu)成;沉積層組織表現(xiàn)出由柱狀晶、等軸晶、胞狀晶及板條狀組織形成的層帶組織特征,沉積層組織內(nèi)的晶粒細化較明顯。沉積層的硬度分布范圍為537~598 HV0.3,底部的維氏硬度比中部及頂部高。TiAl合金試樣在室溫下的極限 抗壓強度為(1545±64) MPa,壓縮應(yīng)變?yōu)?17.68±0.07)%;室溫下沿激光掃描方向的極限抗拉強度為(514±92) MPa,斷后伸長率為(0.2±0.04)%;沿構(gòu)建方向的極限抗拉強度為(424±114) MPa,斷后伸長率為(0.15±0.07)%,TiAl合金試樣的室溫拉 伸斷口形貌特征屬于準解理斷裂。通過優(yōu)化掃描策略并輔以后續(xù)熱處理,有望改善合金組織均勻性及力學(xué)性能的各向 異性。

    • 楊清福, 羅志偉, 曾才有, 姜自昊, 從保強, 齊鉑金

      2025,54(3):688-696   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240680

      摘要:針對中厚度鈦合金電弧焊存在的TIG電弧熔深淺和焊接效率低等問題,以6 mm厚TC4鈦合金為焊接材料開展TIG焊接試驗,研究了不同電弧模式(直流、低頻脈沖、低頻+超音頻雙脈沖)對熔池和焊縫成形的影響?;谟邢拊抡嫜芯苛穗p脈沖焊接熔池的溫度場和流場動態(tài)行為,探究了雙脈沖TIG焊接深熔機制。結(jié)果表明,與恒流和低頻脈沖模式相比,雙脈沖電流模式增加了熔池熔體流動速度,能有效激發(fā)熔池中心深熔匙孔,促進熱源下移,進而增大熔深。雙脈沖TIG接頭抗拉強度達到964 MPa,接頭強度系數(shù)為98%,斷后延伸率3.7%,可實現(xiàn)近等強接頭強度匹配。

    • 陳喆, 胥楊洋, 閆喬松, 陳依桐, 張琳, 吳明霞, 劉劍

      2025,54(3):697-705   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240525

      摘要:采用脈沖磁場對不同鈷(Co)含量的YG系列硬質(zhì)合金球進行改性處理,通過往復(fù)式摩擦機及SEM研究脈沖磁場處理對YG6/YG8/YG12-鈦合金(TC4)摩擦性能的影響。結(jié)果表明,脈沖磁場處理可以有效地降低YG系列硬質(zhì)合金-TC4鈦合金摩擦副的摩擦系數(shù),場強弱改變了外源磁場輸入的能量強度,以YG8為例,與未經(jīng)磁場處理時相比,本研究梯度設(shè)計的0.5、1、1.5 T磁處理后平均摩擦系數(shù)分別減小20.5%、29.7%、25.9%;在磁場強度1 T時,YG6、YG8、YG12的平均摩擦系數(shù)分別下降了19.5%、29.7%、20.1%,隨Co含量的增加,磁場的效果呈先上升后下降的趨勢,Co含量為8%(質(zhì)量分數(shù))時的磁場效應(yīng)最為顯著。磁處理硬質(zhì)合金時,脈沖磁場作為外源能量,引發(fā)Co相發(fā)生從fcc的α-Co向hcp的ε-Co的馬氏體轉(zhuǎn)變,從而引發(fā)位錯增殖,提高硬質(zhì)合金抵抗塑性變形的能力,宏觀表現(xiàn)為硬質(zhì)合金強度及耐磨性的提升,從而改善了摩擦性能。

    • 常子金, 張睿澤, 曾才有, 俞楷, 李子琪, 從保強

      2025,54(3):706-713   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240675

      摘要:采用電弧增材制造技術(shù)制備了WE43(Mg-4Y-3Nd-0.5Zr,質(zhì)量分數(shù),%)鎂稀土合金單壁墻構(gòu)件,并通過多尺度組織表征、顯微硬度和拉伸測試等手段系統(tǒng)研究了沉積態(tài)WE43合金的微觀組織及其力學(xué)性能。此外,對比研究了直接時效處理(T5)和固溶+時效處理(T6)對微觀組織演化行為和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,沉積態(tài)WE43合金為均勻全等軸晶組織,平均晶粒尺寸為25.3 μm,晶界處存在網(wǎng)狀共晶組織(α-Mg+Mg41Nd5/Mg24Y5),沉積態(tài)合金的抗拉強度可達到190 MPa。經(jīng)T5處理后,峰值時效硬度由沉積態(tài)的74 HV0.2提升至91 HV0.2,基體中存在大量殘留共晶組織。T6熱處理可獲得更高的峰值時效硬度(108 HV0.2),共晶組織充分回溶,基體中殘留少量的Mg24Y5相。T6處理使得合金抗拉強度提升至283 MPa,但也容易引發(fā)明顯的晶粒異常長大現(xiàn)象,且沿豎直方向的延伸率顯著低于水平方向。

    • 郅慧棟, 郭保全, 丁寧, 閆釗鳴, 朱家萱, 萬晨

      2025,54(3):714-721   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240505

      摘要:研究了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在不同應(yīng)變率下的力學(xué)行為和斷裂失效行為,開展了基于Johnson-Cook(J-C) 本構(gòu)模型和失效模型的參數(shù)標定及驗證。利用萬能試驗機對該鎂合金進行不同溫度下的準靜態(tài)拉伸試驗,并且利用Hopkinson桿開展高應(yīng)變率(1000~3000 s-1)下的動態(tài)拉伸試驗;根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對J-C本構(gòu)模型中的應(yīng)變率強化項和熱軟化項進行了修正,并標定相關(guān)模型參數(shù)。進一步開展數(shù)據(jù)仿真分析,并對比試驗與仿真的斷裂位置和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線,驗證失效模型參數(shù)的可靠性。使用SEM對鎂合金斷口微觀形貌進行觀察,探究溫度、應(yīng)變率對鎂合金失效影響的微觀行為特征,鎂合金在準靜態(tài)拉伸與動態(tài)拉伸過程中斷口形貌中均發(fā)現(xiàn)了韌窩與解理臺階,為混合斷裂機制,且高應(yīng)變速率下解理臺階稍多,這與鎂合金高應(yīng)變速率下的應(yīng)變敏感性有關(guān);而在高溫拉伸過程中表現(xiàn)為韌性斷裂。

    • 劉飛洋, 李田科, 王睿鑫, 郭斌, 艾園林, 唐宇

      2025,54(3):791-802   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240533

      摘要:鋼作為海洋工程裝備的結(jié)構(gòu)材料在海洋大氣環(huán)境中會受海鹽氣溶膠、氯離子等因素的影響而發(fā)生嚴重的海洋大氣腐蝕。向鋼中添加稀有金屬能夠調(diào)控鋼的組織、促進銹層致密化從而改善耐海洋大氣腐蝕性能。本文綜述了近年來世界各地學(xué)者關(guān)于稀有金屬添加對鋼耐海洋大氣腐蝕性能影響的相關(guān)研究,總結(jié)了碳鋼、不銹鋼、耐候鋼等典型海洋工程用結(jié)構(gòu)鋼在海洋大氣環(huán)境中腐蝕的原因,歸納了添加Nb、Mo、Sb、Sn、Ce、La、Y等稀有金屬影響鋼的組織和腐蝕過程中銹層結(jié)構(gòu)的作用機制。對于耐候鋼和碳鋼,主要討論了稀有金屬元素對銹層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響;針對不銹鋼,主要討論了稀有金屬元素對夾雜物改性及對不銹鋼點蝕行為的作用機制。對未來的相關(guān)研究方向進行了展望,以期對結(jié)構(gòu)鋼耐海洋大氣腐蝕性能的提升及其在海洋工程中的應(yīng)用提供參考。

    • 葉鑫宇, 伍廉奎, 曹發(fā)和

      2025,54(3):803-817   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240508

      摘要:鈦鋁合金因其低密度、高強度以及優(yōu)異的抗蠕變性能等特點,被視為航空航天及其他高溫應(yīng)用領(lǐng)域極具潛力的材料。然而,在750 ℃以上環(huán)境中抗氧化性能不足限制了其廣泛應(yīng)用。本文綜述了鈦鋁合金的分類、發(fā)展歷程以及高溫氧化行為,包括氧化膜的形成機制和結(jié)構(gòu)演變,重點討論了21世紀以來鈦鋁合金的制備技術(shù)、整體合金化、增強相技術(shù)和表面改性技術(shù)在提高合金抗高溫氧化性能方面的研究進展,以及理論計算在研究合金氧化機制過程中的應(yīng)用,并對該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢進行展望。

    • 龍飛, 宋克興, 張召琦, 王策, 何鵬, 孫軍

      2025,54(3):818-836   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240629

      摘要:綜述了銅的基本屬性、結(jié)構(gòu)性和功能性應(yīng)用,分析了銅釬焊的工藝特點和接頭特性。通過評述銅與鋼、鋁、鈦、陶瓷、碳基材料等異種材料的釬焊研究現(xiàn)狀,列舉了銅與異質(zhì)結(jié)構(gòu)釬焊的研究實例,剖析了具體釬焊過程中釬料選用、工藝制定、中間層設(shè)計、釬焊裝備使用及檢測檢驗的注意事項,指出連接結(jié)構(gòu)和接頭界面設(shè)計的重要性。提出綠色、智能、可靠、低成本是銅釬焊的發(fā)展方向,為銅的工程應(yīng)用和含銅的異種材料連接結(jié)構(gòu)的釬焊制造提供技術(shù)參考。

    • >材料科學(xué)
    • 邢海瑞, 史茜霜, 胡卜亮, 李世磊, 李延超, 王華, 王強, 徐流杰, 馮銳, 張文, 胡平, 王快社

      2025,54(3):593-603   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240560

      摘要:研究了低氧(氧含量為0.03vol%)TZM合金,在不同溫度下對其進行固溶熱處理,然后淬火。結(jié)果表明,合金的抗拉伸強度隨著固溶溫度的升高而逐漸降低,伸長率先增加后降低。隨著固溶溫度的升高,低氧TZM合金中析出的納米級富鈦相的含量逐漸增加。在1200和1300 ℃下凝固的樣品中出現(xiàn)了特殊的條形富鈦區(qū)域。納米級富鈦相確保了位錯在整個TZM合金中的均勻分布,同時顯著提高了低氧TZM合金樣品的塑性。

    • 郝慧榮, 王佳葦, 趙文超, 任江鵬

      2025,54(3):604-611   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240116

      摘要:針對大載荷礦用車動力總成懸置系統(tǒng),研究了大載荷金屬橡膠減振器的設(shè)計與預(yù)測模型。通過基于分形圖學(xué)描述金屬橡膠的微觀結(jié)構(gòu)特征,并利用虛擬制備技術(shù)建立數(shù)值模型,提出了金屬橡膠構(gòu)件的設(shè)計方案。試制了4組不同相對密度的金屬橡膠減振器,并通過力學(xué)試驗建立了基于相對密度的預(yù)測模型。為進一步提高預(yù)測精度,提出了一種變量轉(zhuǎn)置擬合法對預(yù)測模型進行改進。通過與對照組試驗結(jié)果對比,用殘差分析定量驗證。結(jié)果顯示,改進后的模型具有較高的預(yù)測精度,決定系數(shù)R2達到0.9624。這項研究為金屬橡膠減振器設(shè)計提供了理論支持,可減少試驗次數(shù)并提高設(shè)計效率。

    • 王瑩楠, 孟曉凱, 郭俊宏

      2025,54(3):612-617   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240183

      摘要:采用普通凝固法制備了含二十面體準晶相的Mg-4.8Zn-0.8Y、Mg-18Zn-3Y、Mg-15Zn-5Y、Mg-30Zn-5Y和Mg-42Zn-7Y (wt%)合金,研究了Mg基體孔隙率對合金抗拉伸強度和硬度的影響,并利用掃描電鏡和Image-Pro Plus 6.0軟件定量分析了鎂基體孔隙率。室溫拉伸試驗表明,合金的最大抗拉伸強度為175.56 MPa,鎂基體孔隙率為76.74%。通過擬合分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)鎂基體孔隙率為64.87%時,合金抗拉伸強度最大。硬度測試表明,隨著鎂基體孔隙率的增加,合金硬度逐漸減小。本研究為提高鎂合金的力學(xué)性能提供了有效的定量分析方法。

    • 朱必武, 肖罡, 劉筱, 葉帆, 張維, 崔曉麗, 詹海鴻, 劉文輝

      2025,54(3):722-729   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240552

      摘要:利用OM、SEM、TEM和萬能材料試驗機研究了低鈧含量(0.02%、0.07%、0.12%,質(zhì)量分數(shù))Al-Zn-Mg-Cu-Zr鋁合金的析出行為與力學(xué)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明:隨著鈧含量的增加,合金中鑄態(tài)組織逐漸細化,晶界處粗大第二相增加,削弱了細晶強化效果;軋制+T6態(tài)下的Al3(Sc,Zr)相抑制主強化相η'相的析出,隨著合金中鈧含量的增加抑制效果更為明顯,從而弱化析出強化效果;合金晶粒的細化有利于拉伸過程形成更多更細小的韌窩,提升板材延伸率;鈧含量為0.02%Sc的合金在經(jīng)過軋制+T6熱處理后綜合力學(xué)性能優(yōu)良,其抗拉強度為683 MPa、延伸率為21%。

    • 趙玉秀, 劉杰, 張寧, 張鑫, 薛志瀟, 張秋露, 李倩婷

      2025,54(3):730-740   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230715

      摘要:采用共沉淀法制備Fe3O4磁性納米顆粒,利用SiO2、羧甲基-β-環(huán)糊精(CM-β-CD)對磁性顆粒的表面進行修飾,制備了具有高吸附性能的Fe3O4基磁性納米材料(Fe3O4@SiO2@CM-β-CD),開展了單因素優(yōu)化實驗,通過TEM、Mapping、EDS、BET等手段對磁性納米復(fù)合材料的物化特性進行表征,探討了Fe3O4@SiO2@CM-β-CD對稀土Er(Ⅲ)的吸附行為。結(jié)果表明:十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的投加量為1 g,正硅酸四乙酯(TEOS)的投加量6 mL,氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的投加量為1 mL,CM-β-CD投加量為0.5 g時,Er(Ⅲ)去除率最高,可達到95%以上。進一步探究了吸附劑投加量、溫度及轉(zhuǎn)速對Er(Ⅲ)去除率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)接觸時間為30 min,初始Er(Ⅲ)濃度為10 mg/L,初始pH為4.5,吸附劑用量為 30 mg,溫度為298 K,轉(zhuǎn)速為150 r/min時,Er(Ⅲ)的去除率約為98%。將吸附Er(Ⅲ)后的納米材料用0.1 mol/L HNO3進行解吸,解吸20 min,Er(Ⅲ)的解吸率可達87%以上。采用XPS分析手段對Fe3O4@SiO2@CM-β-CD吸附機制進行了初步探究。結(jié)果表明,F(xiàn)e3O4@SiO2@CM-β-CD對Er(Ⅲ)的吸附以環(huán)糊精空腔的包和作用為主,靜電吸附、化學(xué)吸附為輔。本研究可為水溶液中低濃度稀土元素的高效回收提供新方法。

    • 張世榮, 陳時杰, 王銳, 葉超, 薛麗紅, 周啟來, 嚴有為

      2025,54(3):741-746   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230722

      摘要:采用機械合金化和放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備了W-Si-Zr自鈍化合金。利用XRD、XPS、SEM及EPMA等測試方法,表征了合金的微觀組織結(jié)構(gòu),并測試其抗氧化性能。結(jié)果表明:合金包括富W、W5Si3、SiOxx=1,1.5,2)以及 ZrOxx=1,1.5,2)相。W5Si3為連續(xù)分布相,SiOx和ZrOx顆粒均勻分布在基體中,尺寸分別為1.0~2.5 μm和0.7~2.7 μm,且ZrOx顆粒常與SiOx顆粒共生。W5Si3對合金的抗氧化性能起到關(guān)鍵作用,添加Zr有助于W5Si3相的形成,其相面積達到了70.2%。在1000 ℃大氣環(huán)境中W-Si-Zr合金的氧化速率約為W-Si合金的1/2,純W的1/36。

    • 范文杰, 寧禮奎, 常東旭, 丁冬, 李廣龍, 劉恩澤, 譚政, 佟健, 李海英, 鄭志

      2025,54(3):747-754   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230724

      摘要:為研究Mg對超級鐵素體不銹鋼的作用,調(diào)整S44660鋼Mg含量,制備未添加Mg及Mg質(zhì)量分數(shù)為0.0002%、0.0004%、0.0010%的4種成分試驗鋼,探究Mg對S44660超級鐵素體不銹鋼鑄造組織與力學(xué)性能影響。結(jié)果表明,0.0002% Mg S44660超級鐵素體不銹鋼平均晶粒尺寸由1.14 mm減小至約0.83 mm,隨著Mg含量進一步提高至0.0004%和0.0010%,平均晶粒尺寸減小至0.62、0.59 mm左右,Mg對S44660鋼晶粒有細化作用;S44660超級鐵素體不銹鋼典型夾雜物類型為 Ti-O-N復(fù)合包裹型夾雜物,加入Mg后轉(zhuǎn)變?yōu)門i-O-Al-Mg-N復(fù)合包裹型夾雜物,夾雜物含量降低,同時尺寸減??;添加Mg后S44660超級鐵素體不銹鋼屈服強度和抗拉強度提高;Mg可以提高S44660超級鐵素體不銹鋼沖擊吸收功及硬度。

    • 楊清竹, 連利仙, 劉穎

      2025,54(3):755-764   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230730

      摘要:利用機械合金化與放電等離子燒結(jié)工藝相結(jié)合制備了AZ91-La-Yb海水電池用陽極鎂合金,并系統(tǒng)研究了稀土 La-Yb摻雜對陽極材料微觀組織及電化學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:通過機械合金化-放電等離子燒結(jié)工藝制備的AZ91-La-Yb合金由等軸晶構(gòu)成,一方面,摻雜La-Yb后,形成了在晶界處均勻分布的微米級(0.5~2 μm)富RE相,該相主要由稀土單質(zhì)(RE=La,Yb)及Mg(RE)固溶體共同組成;另一方面,通過放電等離子燒結(jié)引起的塑性變形作用以及稀土La-Yb的摻雜效應(yīng),顯著改善了β-Mg17Al12相的形貌,使其由粗大的網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)槔w細的長條狀。均勻分布的微米級富RE相及更加細小的β相聯(lián)合作用,共同促進了鎂合金的均勻溶解放電,同時有效緩解了鎂合金的局部腐蝕。與AZ91陽極用鎂合金相比,摻雜了稀土La-Yb的AZ91-La-Yb表現(xiàn)出更加平穩(wěn)的放電電壓及良好的放電性能,在20 mA/cm2的電流密度下,其比容量可達 1068 mAh/g,陽極利用率為50.4%。

    • 周岳匆, 歐陽晟, 鄧翠貞, 龍建

      2025,54(3):765-773   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230736

      摘要:傳統(tǒng)Ni-Mn-Ga合金脆性大,雖然富Ni的Ni-Mn-Ga合金顯著提升了合金的韌性,形狀記憶效應(yīng)卻大幅度下降,而富Mn的Ni-Mn-Ga合金具有較高的馬氏體相變溫度、良好的熱穩(wěn)定性和適中的形狀記憶性能。研究了 Ni54Mn28+xGa18-xx=0,4,7,9,13)γ相的微觀結(jié)構(gòu)及合金的熱力學(xué)性能。隨著Mn含量的增加,γ相開始出現(xiàn),晶粒內(nèi)存在“微米片層包含納米片層”微觀結(jié)構(gòu)。微米片層由兩變體組成,變體包含一對呈{011}孿晶關(guān)系的納米片層,該片層是面心四方結(jié)構(gòu)。隨著Mn含量的增加,壓縮應(yīng)力從914 MPa增加到2175 MPa,壓縮應(yīng)變從14%增加到26%,但其形狀記憶效應(yīng)逐漸降低,馬氏體相變溫度從352 ℃提高至585 ℃。富Mn Ni-Mn-Ga合金層片γ相的引入對合金韌性增強雖不如富Ni合金,但合金馬氏體相變溫度更高。

    • 楊曉紅, 劉子賢, 李雪健, 肖鵬, 梁淑華

      2025,54(3):774-780   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230737

      摘要:采用整體燒結(jié)熔滲法制備了含Cu-Cr-Zr粉末夾層的CuW/CuCr整體材料,研究了Cr和Zr含量、固溶時效熱處理對界面及兩側(cè)材料組織與性能的影響。結(jié)果表明,隨著Cu-15%Cr-x%Zr(質(zhì)量分數(shù))夾層中Zr含量的增加,整體材料CuCr側(cè)共晶相增多,CuCr端導(dǎo)電率有所下降;硬度呈先升高后降低的變化趨勢。同時Zr元素的添加促進了Cr元素向W中擴散。制備了含不同成分夾層的整體材料拉伸試棒,測試其界面抗拉強度并分析了斷口形貌。發(fā)現(xiàn)夾層中Zr含量在0.5%時,整體材料界面抗拉強度達到最大值517 MPa,與未添加Zr的含Cu-15%Cr夾層的CuW/CuCr整體材料相比提高了18%,拉伸斷口中Cu相撕裂棱變淺變短,W顆粒發(fā)生解理斷裂的數(shù)量增多,表明Cu/W相界面和CuCr端強度均得到了提高。

    • 邵鵬, 陳軒, 黃勝, 余堃, 陳昊, 劉昆, 肖寒

      2025,54(3):781-790   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230745

      摘要:采用液固復(fù)合工藝制備銅鈦復(fù)合材料,借助OM、SEM、EPMA等測試方法研究了復(fù)合界面Cu、Ti元素的擴散行為。結(jié)果表明:在銅/鈦復(fù)合的過程中,晶界是擴散的主要通道。除了部分Cu4Ti相在Cu基體上形成外,擴散溶解層其余的化合物相都在Ti基體上生成。銅鈦復(fù)合界面上形成的化合物相有Cu4Ti、Cu3Ti2、CuTi、CuTi2。其中,Cu3Ti2相以“鋸齒狀”方式生長,CuTi相以“竹筍狀”方式生長,CuTi2相以“平面狀”方式生長。擴散溶解層的硬度值明顯高于2種純組元的硬度值。經(jīng)Miedema模型計算,界面相析出先后順序為CuTi、Cu3Ti2、CuTi2、Cu4Ti。銅與鈦的液固復(fù)合是銅在鈦基體中的擴散和鈦在銅液中的溶解共同作用的結(jié)果。

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    優(yōu)先出版
    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240541

      摘要:對激光粉末床熔化成形FGH4096M鎳基粉末高溫合金進行不同溫度的退火處理,通過SEM、EBSD等分析了合金的微觀組織結(jié)構(gòu),并對其進行了拉伸測試,進而探究退火工藝對激光粉末床熔化成形FGH4096M鎳基粉末高溫合金中顯微組織的演變及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:隨著退火溫度的升高,成形態(tài)合金中胞狀晶組織和柱狀晶組織出現(xiàn)了消失的趨勢,并當(dāng)退火溫度為900℃時,發(fā)現(xiàn)有大量γ′相析出;其硬度值也在逐漸升高,抗拉強度和屈服強度均呈現(xiàn)上升趨勢,但其斷后延伸率均為5%。通過對晶粒取向差分布分析,可知退火能夠消除部分殘余應(yīng)力。這一研究成果為激光粉末床熔化成形鎳基粉末高溫合金性能的提升提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240551

      摘要:利用Instron5582材料試驗機進行等溫壓縮試驗和硬度法測量再結(jié)晶百分數(shù),研究金屬鈹不同應(yīng)變溫度(250 ℃- 450 ℃)、應(yīng)變速率(10-1 s-1-10-4 s-1)、應(yīng)變量(16%-92%)壓縮后,在680℃-880℃退火靜態(tài)再結(jié)晶組織演化及動力學(xué)。結(jié)果表明:降低應(yīng)變溫度提高應(yīng)變速率可以促進鈹再結(jié)晶進行;增加應(yīng)變量,鈹再結(jié)晶晶粒細化,再結(jié)晶速率也加快,但應(yīng)變量增加到60%以上,增加應(yīng)變量對提高鈹再結(jié)晶速率的影響變??;提高退火溫度,鈹再結(jié)晶速率明顯加快,特別是退火溫度從750 ℃提高到780 ℃時,鈹再結(jié)晶速率急劇增加。880 ℃時,鈹完成再結(jié)晶時間僅需約5 min。鈹680 ℃-750 ℃的靜態(tài)再結(jié)晶激活能為396.56 kJ/mol,而780 ℃-880 ℃時僅為72.93 kJ/mol。建立具有修正Avirami指數(shù)n的鈹靜態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型,模型計算值與實驗值符合較好,能夠較準確預(yù)測鈹?shù)蜏匦巫儯?50 ℃-450 ℃)后的靜態(tài)再結(jié)晶百分數(shù),滿足工程應(yīng)用。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240555

      摘要:開發(fā)了一種三聯(lián)冶煉GH4710合金鑄錠熱擠壓新工藝,以克服GH4710合金采用鑄鍛工藝變形難的問題。對擠壓態(tài)GH4710合金進行了等溫壓縮實驗和金相分析,分析了該合金在變形溫度為1050~1120 °C、應(yīng)變速率為0.01~5 s-1條件下的流變應(yīng)力特征、動態(tài)再結(jié)晶(DRX)行為及微觀組織演變。采用統(tǒng)計回歸方法,建立了擠壓態(tài)GH4710合金的DRX體積分數(shù)和晶粒尺寸的預(yù)測模型。將模型寫入Derform-3D軟件中,并對該合金微觀組織演化進行數(shù)值模擬。首先對等溫壓縮進行數(shù)值模擬,證實了模型的準確性。進一步地,模型應(yīng)用于直徑300 mm渦輪盤鍛造工藝優(yōu)化分析,確定了最優(yōu)工藝參數(shù)為變形溫度1100 °C、鍛造速度0.2 mm/s;與采用該最優(yōu)工藝參數(shù)鍛造的渦輪盤組織進行比較,顯示了高度的吻合性。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240558

      摘要:不銹鋼管因其耐腐蝕性能廣泛應(yīng)用于航空和醫(yī)療領(lǐng)域。本研究提出了一種采用磁性復(fù)合流體(MCF)輪對不銹鋼管外表面進行拋光的新方法。首先,構(gòu)建了拋光裝置,并通過Maxwell軟件和特斯拉計探討了MCF輪在工件表面的磁場分布,研究了磁場分布與工件表面材料去除之間的關(guān)系。然后,建立了材料去除(MR)模型,并通過給定條件下的實驗結(jié)果驗證了該模型。最后,通過實驗研究了羰基鐵粉粒徑dCIP、磨料粒徑dAP、磁鐵轉(zhuǎn)速nm、工件轉(zhuǎn)速nc以及MCF供給量V對表面粗糙度Ra和減少率Ra%的影響規(guī)律,并探討了不同參數(shù)對表面質(zhì)量的作用機制。結(jié)果表明,拋光過程中的磁感應(yīng)強度與工件的拋光輪廓呈正相關(guān)。MR仿真的趨勢與實驗值一致,證明了MR模型的準確性。在磁鐵轉(zhuǎn)速(nm = 200 rpm)和工件轉(zhuǎn)速(nc = 5000 rpm),以及使用含有羰基鐵粉(15 μm)50 wt. %、磨料顆粒(7 μm)12 wt. %、α纖維3 wt. %和磁性液體35 wt. %的MCF漿料(V = 2 mL)的條件下,不銹鋼管的表面粗糙度從0.411μm降低到0.007μm,拋光100分鐘后,表面粗糙度的減少率達98.297%,證明了這種新方法適用于管材外表面的拋光。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240563

      摘要:為了驗證Ti摻雜Ta2O5涂層(TTO)的耐磨特性和抗沖蝕性能,采用磁控濺射技術(shù)通過控制Ti靶功率制備了一系列TTO涂層。主要研究了TTO涂層隨Ti靶功率的生長結(jié)構(gòu)、組織形貌、摩擦學(xué)特性。進一步研究了沖蝕試驗后,TTO涂層在不同沖蝕條件下,沖蝕損傷行為隨力學(xué)特性的變化規(guī)律。結(jié)果表明,TTO涂層在生長過程中由于吸附原子的遷移率消除了材料中的粗糙度、空隙和缺陷, 獲得了平整致密的光滑表面。摩擦學(xué)試驗表明,TTO涂層主要表現(xiàn)為塑性變形和微裂紋的磨損機制。較高的Ti靶功率可以提升TTO涂層的耐磨性。沖蝕試驗結(jié)果表明,沖擊坑、犁溝、微切削、脆性剝落和裂紋的形成為TTO涂層樣品在沖蝕作用下的主要磨損機制。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240576

      摘要:本文采用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(Digital image correlation, DIC)實時追蹤不同應(yīng)變速率下應(yīng)變分布及局部應(yīng)變演變規(guī)律,研究應(yīng)變分布的傳播行為及其應(yīng)變速率敏感性;采用背散射電子衍射技術(shù)(Electron backscatter diffraction, EBSD)技術(shù)分析材料變形后微觀組織演化及應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體轉(zhuǎn)變(stress induced martensite transformation, SIMT)和馬氏體孿晶的演變過程;采用掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope, SEM)技術(shù)觀察分析材料的斷口形貌??梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論:(1) 應(yīng)變分布由近似于均勻分布向非均勻分布演變,呈現(xiàn)出了應(yīng)變集中現(xiàn)象,最終在應(yīng)變集中區(qū)域發(fā)生斷裂,且低應(yīng)變速率下試樣的頸縮現(xiàn)象最明顯;(2) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)明顯的雙屈服現(xiàn)象,表現(xiàn)出負應(yīng)變速率敏感性效應(yīng),即低應(yīng)變速率可以產(chǎn)生更高的應(yīng)變硬化率;(3) 隨著應(yīng)變速率降低,馬氏體含量顯著增加,晶粒尺寸明顯細化,內(nèi)核平均取向差(Kernel average misorientation,KAM)和幾何必須位錯(Geometrically necessary dislocations,GNDs)平均值顯著增大,說明SIMT含量增加有助于變形試樣的位錯密度累積,更有利于多種塑性變形機制的耦合作用;(4) 斷口形貌呈拉伸型,主要由韌窩型空洞聚合造成。變形過程中韌窩受力從單向受拉迅速向三向受拉發(fā)展,韌窩得到充分長大,低應(yīng)變速率變形促進此特征發(fā)生,所以韌性斷裂特征占優(yōu)。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240581

      摘要:可逆固體氧化物燃料電池(RSOCs)在理論層面能實現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)換效率,進一步提升電流密度以增加產(chǎn)氫量和輸出電流是其廣泛應(yīng)用的要點。然而,氧電極催化活性不足已成為可逆固體氧化物電池應(yīng)用的阻礙。本文運用靜電紡絲技術(shù)成功制備了具有可逆氧析出/還原電催化活性的復(fù)合型LSCF@GDC納米纖維,相較于傳統(tǒng)溶膠-凝膠法合成的氧電極材料,本文所述的三維納米纖維結(jié)構(gòu)氧電極大幅降低了電池極化阻抗,提升了放電功率密度和電解電流密度,并在長期測試中呈現(xiàn)出較好的可逆性和穩(wěn)定性,本文證實了電極形貌工程調(diào)控在擴大催化界面和反應(yīng)位點方面的優(yōu)勢。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240588

      摘要:采用EBSD、XRD、SEM和EDS等手段研究了含不同比例孿晶的微觀組織對GH3625合金管材在高溫(600 ℃~800 ℃)KCl-MgCl2熔鹽中的腐蝕行為的影響。結(jié)果表明,隨著退火溫度的升高,GH3625合金管材等軸晶組織中退火孿晶界的比例增加,且在相同腐蝕溫度下合金中孿晶界比例越高,其耐高溫KCl-MgCl2熔鹽腐蝕性能越好;同時,隨著腐蝕溫度的增加,同一組試樣的耐高溫KCl-MgCl2熔鹽腐蝕性越差。此外,在晶粒尺寸相同的條件下,GH3625合金管材中退火孿晶界比例越高,其耐高溫KCl-MgCl2熔鹽腐蝕性能也越好,這主要歸因于高密度穩(wěn)定的退火孿晶界本身具有優(yōu)異的抗腐蝕能力以及包含孿晶界的三叉晶界打斷了原有大角度晶界網(wǎng)絡(luò)的連通性,抑制了晶界的腐蝕。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240596

      摘要:根據(jù)不同方向的承載需求,開展多孔材料力學(xué)性能的各向異性調(diào)控,可以有效提高材料承載效率,更好的滿足輕量化需求。本文以G7、BCCZ型TC4鈦合金多孔材料為例,提出了考慮孔結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的桿系多孔材料修正G-A模型,可為多孔材料的各向異性精細化調(diào)控提供指導(dǎo);基于該計算模型,通過對傳統(tǒng)胞元幾何參數(shù)調(diào)整,獲得一系列具有相似構(gòu)型、不同性能的各向異性多孔材料,并通過正向及側(cè)向壓縮試驗,研究了胞元幾何參數(shù)對多孔材料各向抗壓強度及破壞模式的影響,驗證了修正模型的有效性。研究表明,桿系多孔材料的抗壓強度由其胞元內(nèi)部微桿件的長徑比及傾斜角度決定,通過調(diào)整桿件傾斜角度可有效進行多孔材料各向力學(xué)性能的調(diào)控。相同密度下,將斜桿傾斜角度從35°提高至55°,可使G7、BCCZ型鈦合金多孔材料的正向抗壓強度大幅提升105%和45%,而側(cè)向抗壓強度僅損失16%和13%。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240603

      摘要:為研究高合金化難變形高溫合金GH4975熱裂敏感性,對GH4975合金鑄錠裂紋形貌和組織特征進行觀察,結(jié)合其凝固行為和熱力學(xué)計算等方式分析熱裂原因。結(jié)果表明,裂紋沿晶界和枝晶間擴展,等軸晶區(qū)比柱狀晶區(qū)具有更大的熱裂傾向。鑄錠中心區(qū)域易出現(xiàn)縮孔,連續(xù)縮孔的形成導(dǎo)致枝晶間搭接不充分,易在應(yīng)力作用下被拉開從而形成裂紋源。同時枝晶間Al、Ti、Nb元素偏析嚴重,復(fù)雜的析出相尤其是大量的(γ+γ′)共晶相促進了裂紋的形核與擴展。JMatPro計算可知GH4975合金固液兩相區(qū)收縮率大,不可補縮溫度范圍大,易形成縮孔從而成為裂紋源,同時不可補縮溫度區(qū)間內(nèi)合金線性膨脹系數(shù)變化大,裂紋易擴展。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240604

      摘要:Mg/Ta 復(fù)合材料兼具抗高能粒子輻照和輕質(zhì)特性,這使其能夠更好的滿足未來深空探測需求。然而,由于這兩種不同金屬在性能上存在顯著差異,將它們連接起來頗具挑戰(zhàn)性。本文采用真空熱壓連接方法成功制備了AZ31/Al/Ta復(fù)合材料。研究了熱壓溫度對AZ31/Al/Ta復(fù)合材料界面組織演變、相組成及界面剪切強度的影響。探討了AZ31/Al/Ta復(fù)合材料在VHCB工藝條件下的界面結(jié)合機理。結(jié)果表明,隨著熱壓溫度的升高,Mg-Al界面相組成由Mg-Al脆性IMC(Al12Mg17,Al3Mg2)轉(zhuǎn)變?yōu)锳l-Mg固溶體。與400℃相比,450℃時Al/Ta界面擴散層寬度增大。在400℃和450℃時,AZ31/Al/Ta復(fù)合材料抗剪強度分別為24 MPa和46 MPa。AZ31/Al/Ta復(fù)合材料界面結(jié)合機制為擴散與機械嚙合共存。此外,避免界面脆性相的形成可以顯著提高界面結(jié)合強度。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240609

      摘要:本文采用極差分析法研究電壓、脈沖頻率、占空比和處理時間的共同作用對TC4鈦合金微弧氧化膜層耐蝕性的影響,進而探尋影響膜層耐蝕性的電參數(shù)顯著性關(guān)系和最佳因素水平組合。同時結(jié)合膜層形貌和物相組成進一步探討電參數(shù)對膜層耐蝕性的影響機制并建立回歸方程,以此來實現(xiàn)通過電參數(shù)對微弧氧化膜層耐蝕性的調(diào)控。結(jié)果表明:占空比對膜層電化學(xué)耐蝕性影響的顯著性最高,其次是脈沖頻率和電壓,處理時間對其影響較小。占空比和脈沖頻率通過改變?nèi)蓟》烹姇r間和熄弧冷卻時間來影響膜層結(jié)構(gòu)和性能,增加電壓、占空比、處理時間或降低脈沖頻率可使電源輸出功率增加,導(dǎo)致膜層厚度增加、微孔孔徑增大、致密度降低,膜層中Al2TiO5的生成效率更高,電化學(xué)耐蝕性能隨之降低。通過相關(guān)系數(shù)法檢驗可知:所建立回歸方程的因變量與自變量之間具有高度相關(guān)性,可以為鈦合金微弧氧化膜的性能調(diào)控提供理論支持和預(yù)測方法。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240615

      摘要:本文采用單因素+Box-Behnken響應(yīng)曲面法對鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶法除雜工藝進行優(yōu)化,以制備更高純度的仲鎢酸銨(APT)。首先,以降低APT中四種雜質(zhì)(Na、K、S、Mo元素)總含量為出發(fā)點,利用單因素法初步確定結(jié)晶溫度、攪拌線速度、鎢酸銨溶液初始濃度的優(yōu)選范圍。其次,通過Box-Behnken響應(yīng)曲面法對APT的蒸發(fā)結(jié)晶除雜工藝進一步優(yōu)化,研究三種因素對APT中四種雜質(zhì)總量的相互影響。結(jié)果表明,三種因素對四種雜質(zhì)總量的影響順序為:鎢酸銨溶液初始濃度>蒸發(fā)溫度>攪拌線速度;較佳工藝條件為蒸發(fā)溫度94℃,攪拌線速度1.25m/s,鎢酸銨溶液初始濃度73g/L。該實驗條件下,制備所得APT四種雜質(zhì)總含量降低至39.351ppm,與響應(yīng)曲面法模型的最優(yōu)預(yù)測值的相對誤差僅為4.11%,APT純度達到4N;生成的APT晶體為伴生有少量碎晶的柱狀長方體形貌,層狀結(jié)構(gòu)明顯,粒徑分布均勻,晶粒細化明顯。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240617

      摘要:難熔鈮合金具有其較低的密度、良好的室溫塑性以及優(yōu)異的高溫強韌綜合性能,已被應(yīng)用于航天領(lǐng)域熱端部件。然而,通過傳統(tǒng)鑄造方法制備鈮合金,存在難以加工復(fù)雜幾何形狀零部件、以及周期長、成本高與材料利用率低等問題。近年來增材制造技術(shù)的迅速發(fā)展,不僅可以降低生產(chǎn)周期和成本,而且可以獲得較高力學(xué)性能,為鈮合金的進一步應(yīng)用帶來了新的機遇。為此,本文綜述了增材制造鈮合金的研究現(xiàn)狀,重點介紹了C-103和Nb521兩代典型鈮合金的激光與電子束增材制造研究現(xiàn)狀,尤其是關(guān)于力學(xué)性能與微結(jié)構(gòu)的調(diào)控。此外,還簡單介紹了常見的鈮合金種類以及增材制造方式。最后,提出了增材制造鈮合金發(fā)展方向和仍需解決的問題。本文通過對增材制造鈮合金領(lǐng)域的綜述,為鈮合金在航天領(lǐng)域復(fù)雜結(jié)構(gòu)熱端部件的應(yīng)用提供了參考。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240631

      摘要:對鎳基單晶高溫合金在850°C的高周疲勞斷口特征及損傷機制進行研究。結(jié)果表明:在850 °C時單晶高溫合金高周疲勞裂紋一般萌生于試樣亞表面或內(nèi)部的缺陷位置。在應(yīng)力比R=0.05的條件下,隨疲勞載荷降低,高周疲勞壽命逐漸增加。高周疲勞斷口主要以八面體滑移機制為主,在大應(yīng)力低壽命時斷口呈單個或多個滑移面特征,部分斷口沿垂直小平面起源后再沿{111}滑移面擴展;在低應(yīng)力高壽命時,斷口沿亞表面或內(nèi)部起源后易沿多個滑移面交替擴展,斷口呈多個滑移面特征。通過電子背散射衍射分析和透射電鏡分析可知,高周疲勞斷口表面存在氧化行為,斷口截面由外往內(nèi)依次為多晶層、畸變層和基體層。其中,多晶層主要成分為Ni、Co氧化物;畸變層內(nèi)主要以長條狀或短棒狀的Al、Ta、W氧化物形貌分布;基體層為單晶層。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240632

      摘要:本文通過對一種新型鎳基單晶高溫合金在1100℃/140MPa條件下的蠕變性能測試,組織形貌觀察及成分分析,研究了合金在蠕變斷裂過程中,蠕變速率的變化特點及蠕變前后組織的演變特征,揭示了新型鎳基單晶高溫合金的蠕變斷裂機制。結(jié)果表明:該合金的蠕變壽命為104.5h,應(yīng)變量可達到33.58%,蠕變速率隨應(yīng)變整體呈現(xiàn)先遞減后遞增,最后趨于穩(wěn)定直至斷裂,在蠕變初始階段,蠕變速率隨時間呈現(xiàn)先降低再回升而后再降低的現(xiàn)象。此外,蠕變斷口組織由韌窩與撕裂棱構(gòu)成,無明顯滑移面,斷口內(nèi)部存在氧化物和再結(jié)晶組織,斷口內(nèi)空洞呈現(xiàn)長條狀,且垂直于應(yīng)力軸,表現(xiàn)為微裂紋聚集型斷裂機制。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240635

      摘要:鎢是聚變堆面向等離子部件及散裂中子源靶體的候選材料,但其室溫脆性和輻照脆性極大地限制其應(yīng)用。高比重鎢合金由于具有室溫延展性和低成本的優(yōu)點,被認為是一種良好的替代材料。在本研究中,通過放電等離子燒結(jié)和旋鍛制備了納米ZrC顆粒強化的93W-4.9Ni-2.1Fe合金。結(jié)果表明,少量納米ZrC顆粒的添加可以細化晶粒并提高WNiFe合金的硬度,但會阻礙燒結(jié)過程中γ-(Ni,Fe)相的形成。因此,放電等離子體燒結(jié)的WNiFe和WNiFe-ZrC合金在室溫下是脆性的。而采用無壓液相燒結(jié)和旋鍛制備的WNiFe及WNiFe-0.5wt%ZrC合金具有室溫塑性。在400 °C時,旋鍛WNiFe-0.5 wt%ZrC的抗拉強度和延伸率均高于WNiFe合金。納米顆粒在W晶粒和γ-(Ni,Fe)相中分布,能夠釘扎位錯和晶界,顯著提高合金強度。旋鍛WNiFe-0.5 wt%ZrC的室溫?zé)釋?dǎo)率僅為71 Wm-1K-1,但在800 °C時增加到約100 Wm-1K-1,與純W (121 Wm-1K-1)的熱導(dǎo)率相近,具有用作聚變堆面向等離子體材料的潛力。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240636

      摘要:粘結(jié)劑噴射3D打印(BJ3DP)工藝是當(dāng)前的研究熱點。通常,粉末床打印工藝需要球形粉末,這限制了一些熔點差較大的高熵合金粉末的制備以及打印成形。本研究主要針對非球形顆粒的BJ3DP打印-燒結(jié)行為開展研究。結(jié)果表明,采用機械合金化法制備了BCC結(jié)構(gòu)的近球形AlTiCrNiCu低密度高熵合金粉末,其粒徑分布為6.72~67.52μm,平均粒徑為21.17μm,滿足BJ3DP打印工藝要求。正交實驗結(jié)果表明,當(dāng)粘結(jié)劑飽和度60%、層厚120μm和鋪粉速度15pps時,BJ3DP打印的生坯致密度最高(約44.7%)。生坯經(jīng)過1190℃/4h燒結(jié)后,其塊體的致密度達到91.6%。AlTiCrNiCu低密度高熵合金為多相結(jié)構(gòu),基體為B2相,還包括BCC、FCC和少量L21相。AlTiCrNiCu低密度高熵合金具有高的壓縮性能,其屈服強度和抗壓強度分別為約840MPa和約960MPa。該研究結(jié)果為非球形金屬粉末的BJ3DP打印成形-燒結(jié)提供了思路及參考依據(jù),進一步拓展了金屬粉末BJ3DP打印成形的應(yīng)用范圍。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240637

      摘要:本文圍繞2A97/5A06異種鋁合金攪拌摩擦對焊板不均勻組織及高溫協(xié)調(diào)變形行為開展研究。對焊后接頭各區(qū)域進行微觀組織觀察,并對接頭各區(qū)域及整體高溫性能開展研究。發(fā)現(xiàn)焊后2A97與5A06的焊核區(qū)晶粒細小,2A97側(cè)各區(qū)域晶粒尺寸較小且基本接近,5A06側(cè)各區(qū)域晶粒尺寸略大且差別較明顯。2A97與5A06母材在430℃、10-3 s-1條件下高溫性能較好,延伸率分別達到278.8%和118.6%。接頭焊核區(qū)強度和延伸率分別為18.4MPa和176.1%,均介于2A97與5A06之間,強度約為2A97母材的2倍,延伸率約為5A06母材的1.5倍,整體性能呈現(xiàn)出明顯的疊加原理。各區(qū)域變形抗力不同,垂直焊縫拉伸時在2A97熱力影響區(qū)集中變形后發(fā)生斷裂,修正后流動應(yīng)力略高于母材而延伸率基本接近母材。焊后各區(qū)域晶粒尺寸與流動應(yīng)力符合蠕變方程規(guī)律,晶粒尺寸越細小,流動應(yīng)力也會相應(yīng)降低。

    • 優(yōu)先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240640

      摘要:輻照核燃料中裂變氣體氣泡(FGBs)的氣泡壓力引起FGBs與周圍燃料骨架之間發(fā)生力學(xué)相互作用。為計算存在含壓FGBs的輻照核燃料微觀力學(xué)應(yīng)力場,本研究基于修正的范德華方程和表面張力的影響,推導(dǎo)并驗證了FGBs的等效力學(xué)本構(gòu)模型?;诮⒌哪P?,采用有限元法計算了含隨機分布FGBs的輻照U-10Mo燃料在單軸拉伸試驗過程中的微觀力學(xué)場。根據(jù)均勻化理論獲得了輻照后U-10Mo燃料的宏觀彈性常數(shù),并研究了氣泡壓力、氣泡尺寸和孔隙率對宏觀彈性常數(shù)的影響。得出以下結(jié)論:(1)FGBs的氣泡壓力由表面張力和周圍燃料骨架的約束應(yīng)力平衡。周圍燃料骨架的約束應(yīng)力由其變形狀態(tài)決定,并不等于周圍燃料骨架或燃料元件宏觀材料點的靜水壓力;(2)相鄰的氣泡存在應(yīng)力交互作用,容易導(dǎo)致周圍燃料骨架出現(xiàn)應(yīng)力集中;(3)輻照后U-10Mo燃料宏觀彈性常數(shù)隨宏觀孔隙率的增加而減小,兩者符合Mori-Tanaka模型,而氣泡壓力和尺寸對輻照后U-10Mo燃料宏觀彈性常數(shù)影響不顯著。

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