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  • 材料工程
      2013年, 第0卷, 第3期 刊出日期:2013-03-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2013年第03期目次
    2013, 0 (3): 0-0.  
    摘要 ( 84 )   PDF (334KB) ( 105 )   引文文本
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    材料与工艺
    Nd对Mg-6Zn-Mn镁合金显微组织和力学性能的影响
    张丁非, 张红菊, 段作衡, 齐福刚, 潘复生
    2013, 0 (3): 1-5.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.001
    摘要 ( 651 )   HTML( PDF (3544KB) ( 1421 )   引文文本
    利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等手段,系统研究了稀土Nd的含量对Mg-6Zn-Mn镁合金的显微结构和力学性能的影响。结果表明,稀土Nd对铸态Mg-6Zn-Mn镁合金具有明显的细化枝晶作用。经过360℃挤压后,合金显微组织发生明显变化。当Nd含量较低时(低于0.4%,质量分数),合金的动态再结晶率较低,合金的室温综合力学性能最好,与初始合金相比,其屈服强度提高了17%,达到250MPa,抗拉强度超过300MPa。然而,随着Nd含量的进一步增加,合金的动态再结晶率升高,发生完全动态再结晶,在其晶界上析出粗大的T相,而导致合金综合力学性能下降。
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    氮合金化堆焊硬面合金的抗冲蚀磨损性能研究
    杨可, 包晔峰
    2013, 0 (3): 6-9.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.002
    摘要 ( 567 )   HTML( PDF (1823KB) ( 359 )   引文文本
    利用氮代替部分碳,通过铌、钒、钛固氮形成氮合金化堆焊硬面合金,进行了冲蚀角度30°抗冲蚀磨损性能实验,深入分析了冲蚀磨损机理。结果表明:高速含砂水流的冲击磨损,对硬面合金产生明显切削和犁沟剥落,其磨损机制主要为微切削磨损。氮合金化堆焊硬面合金中碳氮化物沿马氏体基体和晶界弥散析出,在强化基体金属提高硬度的同时能有效抵御冲蚀粒子的切削,增强抗冲蚀磨损性能,其磨损特征表现为冲蚀粒子冲击后留下的切削、犁沟以及碳氮化物处造成的块状剥离。
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    TiAl3对TiC粒子在铝熔体中沉淀特性的影响机理
    丁万武, 夏天东, 赵文军
    2013, 0 (3): 10-15.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.003
    摘要 ( 565 )   HTML( PDF (3875KB) ( 437 )   引文文本
    采用金相显微镜(MEF3)、电子探针(EPMA)等研究TiC和TiAl3细化工业纯铝时TiAl3的存在对TiC在铝熔体中沉淀特性的影响规律,分析其影响机制。结果表明:TiC在铝熔体中单独存在时沉淀速率快,在较短时间保温后,大量TiC发生沉淀,从而限制其异质形核作用;当TiC和TiAl3在铝熔体中共同存在时,TiC沉淀速率变缓,在较长时间保温后,只有少量TiC发生沉淀,表现出较强形核能力和抗晶粒细化衰退能力。其影响机理是:TiAl3在铝熔体中增大了TiC粒子的沉降阻力,使得TiC粒子沉降速率变缓而在凝固时成为α(Al)的异质形核质点。Al-Ti-C合金细化作用衰减是由TiC发生沉淀引起。
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    N含量对Cr-Mo-V系超低碳贝氏体钢组织性能和析出行为的影响
    李晓林, 蔡庆伍, 余伟, 张恒磊
    2013, 0 (3): 16-21,26.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.004
    摘要 ( 670 )   HTML( PDF (3551KB) ( 394 )   引文文本
    通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能谱仪(EDS)等实验方法,研究了三种不同N含量的超低碳贝氏体钢的显微组织和析出相的成分、尺寸、形貌以及分布等特征。结果表明:低氮含量的钢组织为粒状贝氏体,高氮含量的钢组织为粒状贝氏体+少量的针状铁素体。当实验钢中V/N比为3.4时,通过细晶强化和沉淀强化综合作用,可以使材料的屈服强度和抗拉强度分别增加231MPa和95MPa。与氮含量低的钢相比,高氮含量的钢具有更细小的贝氏体铁素体板条亚结构,且析出相尺寸减小,体积分数增加。基体中存在两种尺寸的纳米级析出相:一种尺寸在10~15nm之间,为V(C,N)析出相,弥散分布在贝氏体板条内部;另一种是含有Cr和V尺寸在10nm以下,具有面心立方结构的(V,Cr)(C,N)复合析出相。
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    氮化硅陶瓷柱塞套油孔的超声振动加工
    郭昉, 张保国, 田欣利, 王健全, 李富强, 毛亚涛
    2013, 0 (3): 22-26.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.005
    摘要 ( 613 )   HTML( PDF (1662KB) ( 307 )   引文文本
    有限元分析表明,与金属柱塞偶件相比,性能良好的热压烧结氮化硅陶瓷柱塞偶件具有十分优异的性能,能够有效地提高发动机油泵的性能,然而陶瓷材料的高硬度和脆性使其加工特别困难,特别是小孔的加工更加困难。在综合分析小孔加工方法的基础之上,选用超声振动加工技术对氮化硅陶瓷柱塞套油孔进行加工,制定了柱塞套的加工工艺规程,设计了专用夹具和加工工具,对进出油孔和润滑油孔的加工进行了详细介绍。通过数码显微镜观察发现,超声振动加工得到的陶瓷柱塞套油孔质量非常好,与金属柱塞套油孔相比,陶瓷柱塞套油孔的入口质量更好。
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    5A06铝合金焊接接头裂纹失效分析
    张红霞, 刘晓晴, 闫志峰, 王文先, 李永莲
    2013, 0 (3): 27-31,37.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.006
    摘要 ( 816 )   HTML( PDF (5758KB) ( 462 )   引文文本
    针对5A06铝合金焊缝附近出现的裂纹进行了分析。5A06铝合金母材、焊缝及热影响区组织分析结果表明,材料成型后的组织不均匀,并且存在夹杂物,晶内和晶界有析出相出现。采用光学显微镜对裂纹的扩展特征进行分析,结果表明,裂纹在材料边缘夹杂物处启裂,以沿晶的特征进行扩展。采用SEM对断口进行微观和宏观分析,断口中存在二次裂纹,断口为脆性断裂。
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    分流模挤压非对称断面铝型材有限元数值模拟分析
    黄东男, 于洋, 宁宇, 马玉
    2013, 0 (3): 32-37.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.007
    摘要 ( 557 )   HTML( PDF (3082KB) ( 285 )   引文文本
    采用了一种基于Deform-3D结合Pro/Engineer的对分流模挤压过程中焊合面相互穿透网格进行重构的技术,并对空心型材分流模挤压过程中金属的流动行为、温度场及模芯受力情况进行了模拟分析。结果表明,网格重构技术对于空心型材挤压的数值模拟具有可行性,可实现焊合面与对称面不一致(非流动对称面)空心型材的分流、焊合及成形的挤压全过程的仿真,从而为研究挤压全过程(尤其是焊合过程)的金属流动行为、模具结构的合理性、变形体的温度场分布情况、焊合阶段模具的受力等提供了一种新的计算分析方法。
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    异步累积叠轧纯铜材的取向变化过程与力学性能
    周蕾, 史庆南, 王军丽, 米辉, 刘润
    2013, 0 (3): 38-41,50.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.008
    摘要 ( 645 )   HTML( PDF (2971KB) ( 278 )   引文文本
    室温下对纯铜薄板进行一到六道次的异步累积叠轧变形加工。采用金相显微镜、扫描电镜附带背散射电子衍射、X射线衍射仪附带织构附件及拉伸试验机进行组织、取向观察及力学性能测试,获得铜材异步叠轧过程的显微组织、轧制织构变化过程和力学性能。结果表明:经过六道次的异步累积叠轧变形,由于压缩变形与剪切变形作用,使晶粒细化,铜材晶粒尺寸由30~50μm细化到5μm。异步叠轧过程中出现:{112}〈111〉,{123}〈634〉,{011}〈211〉和{011}〈100〉几种主要组分轧制织构。材料的屈服强度与抗拉强度明显提高,六道次后分别达到348MPa和452MPa。材料的伸长率在二道次后显著下降到2.3%,然后随等效应变的增加略微下降。
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    0.05C-0.3Si-2.0Mn-xCe系钢液的洁净度与夹杂物变性行为
    王昕, 尹树春, 贺磊, 王社斌
    2013, 0 (3): 42-50.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.009
    摘要 ( 655 )   HTML( PDF (3032KB) ( 351 )   引文文本
    为开发高级别管线钢精炼技术,用真空感应炉在800Pa的Ar气氛中熔化3.3kg工业纯铁,用合金元素把其成分调整成0.05C-0.3Si-2.0Mn(质量分数/%,下同)的管线钢后,加入Ce元素于1873K下精炼,制备了4种不同Ce含量的钢样。用检测结果,研究分析了0.05C-0.3Si-2.0Mn-xCe系钢液的洁净度和夹杂物变性行为及其作用机理。结果表明:在[Ce]0.0052%~0.0374%时,[O],[S]随[Ce]含量的增加而显著降低,分别达到0.0008%,0.0010%;钢材的屈强比、伸长率和冲击功等也随[Ce]含量的增加呈先增加后减小的趋势,其峰值分别达到92.9%,24.3%,276J。其原因是[Ce]把13μm带棱角的SiO2-MnS夹杂物、原长条状、大体积的MnS夹杂物转变为1μm左右、甚至纳米级球形稀土硫氧夹杂物。
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    铝硅合金轧制中增强体颗粒应力集中数值模拟
    赵彦玲, 周凯, 车万博, 铉佳平, 车春雨
    2013, 0 (3): 51-54,60.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.010
    摘要 ( 572 )   HTML( PDF (1475KB) ( 261 )   引文文本
    针对铝硅合金轧制过程中,硅晶粒相对铝基体变形抗力大产生应力集中的问题。利用有限元方法,建立了针对轧制过程中增强体颗粒的有限元模型,研究了硅晶粒及铝基体应力、应变云图及曲线。解决了普通实验无法定量分析轧制过程中增强体颗粒受力的问题。结果表明:临近晶粒处铝基体应变值大于其他部位铝基体且远大于硅晶粒处应变,说明在晶粒处有金属堆积现象;晶粒处应力值大于铝基体,说明由于晶粒附近的金属堆积,导致应力集中现象的产生。模拟结束后,通过扫描电镜观察拉伸试样断口形貌及能谱分析间接验证数值模拟方法的可行性和模拟结果的正确性。
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    强黏附性超疏水氧化铝的表面结构和黏附机理
    强小虎, 张红霞, 王彦平, 冯利邦
    2013, 0 (3): 55-60.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.011
    摘要 ( 648 )   HTML( PDF (2071KB) ( 444 )   引文文本
    以三丁醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法和浸涂法制备得到氧化铝凝胶薄膜。再通过沸水处理、热处理和表面接枝聚乙烯亚胺和硬脂酸等工艺,获得了一种既具有超疏水特性又呈现出强黏附力的氧化铝薄膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和接触角测试等技术对薄膜表面的化学组成、形貌、结构和润湿性能及其黏附性等进行了考察。结果表明:所研制的氧化铝表面由多孔的花瓣状粗糙结构和独特的疏水长链单分子层构成。水滴可以润湿粗糙表面上较大尺度的凹槽,而不能浸润较小尺度的凹槽,从而使得这种氧化铝表面既呈现出很高的接触角,又具有较强的黏附特性。
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    热加工对430铁素体不锈钢“金粉”现象的影响
    邵泽斌, 陈海涛, 郎宇平, 朱心昆
    2013, 0 (3): 61-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.012
    摘要 ( 899 )   HTML( PDF (4169KB) ( 551 )   引文文本
    研究了430铁素体不锈钢晶间腐蚀和表面"金粉"缺陷的关系。通过Gleeble 3800热模拟机模拟了不同工艺条件下的热轧实验,以及热轧后模拟卷取对430铁素体不锈钢晶间腐蚀敏感性产生的影响;采用双环-电化学动电位再活化(DL-EPR)法检测430铁素体不锈钢的晶间腐蚀。结果表明:430铁素体不锈钢在热轧时产生敏化,在酸洗过程中造成的晶间腐蚀,最终会导致冷轧后表面"金粉"缺陷的产生。Gleeble实验表明,最终变形温度为900~950℃,冷速为水冷条件下有利于避免晶间腐蚀的产生。模拟卷取实验表明,经过650~800℃的处理能够进一步避免和消除430铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性。
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    壳聚糖基三元智能水凝胶的制备及其敏感性
    舒静, 冯晓荟, 郑丽娜, 桑希勤, 王丹丹
    2013, 0 (3): 67-70,76.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.013
    摘要 ( 553 )   HTML( PDF (1267KB) ( 297 )   引文文本
    以戊二醛为交联剂,硝酸铈铵为引发剂,在壳聚糖(CS)/聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)二元凝胶的基础上,通过引入聚乙烯醇(PVA),制备了具有温度和pH双重敏感性的CS基三元智能水凝胶。结果表明,PVA的引入可显著提高CS在体系中的用量,增加凝胶的温度敏感级数,增强敏感度。在PVA用量为6.25%(相对于PVP的质量分数,下同),0.4%交联剂,5.1%引发剂,80℃下反应6h的条件下,可获得最大溶胀率约为1500%的三元凝胶。CS基三元凝胶在实验考察的温度范围内具有四级温度敏感性,且在35℃附近有一显著敏感点;对不同的pH值具有较好的敏感性,敏感突变点在pH=2附近。
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    测试与表征
    C/C-SiC材料不同制动速率下的湿式摩擦磨损性能
    李专, 肖鹏, 岳静, 熊翔
    2013, 0 (3): 71-76.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.014
    摘要 ( 539 )   HTML( PDF (4429KB) ( 571 )   引文文本
    以炭纤维针刺毡为预制体,先采用化学气相渗透法制备炭基体,然后采用熔融渗硅法制备SiC基体,得到C/C-SiC摩擦材料;利用MM-1000 型惯性试验台研究了C/C-SiC材料在不同制动速度下干态和CD15W-40柴油机油润滑状态下的摩擦磨损性能。研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料与水的接触角为80.5°左右,为亲油性材料;C/C-SiC材料在CD15W-40柴油机油润滑状态下,随制动速度从3000r/min升高到6000r/min,其摩擦因数和线性磨损量在4000r/min时达到最大值,分别是0.21μm/cycle和1.1μm/cycle,而在5000r/min和6000r/min时,其摩擦因数均为0.17,线性磨损量均为0;C/C-SiC摩擦材料在湿态条件下能保持较高的摩擦因数,制动曲线平稳,磨损率低,可作为新一代工程机械和重型车辆湿式离合器用摩擦材料的候选材料。
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    应变速率对X80管线钢应力腐蚀的影响
    程远, 俞宏英, 王莹, 孟旭, 孙冬柏
    2013, 0 (3): 77-82.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.015
    摘要 ( 540 )   HTML( PDF (5007KB) ( 348 )   引文文本
    利用慢应变速率拉伸试验研究了应变速率对X80管线钢在土壤模拟溶液中的应力腐蚀的影响。采用的模拟溶液以我国西北部碱性土壤的化学成分为基础,在不同应变速率条件下进行试验。样品断裂后利用扫描电镜对断口形貌以及断口侧面二次裂纹进行观察。研究结果表明:X80钢在1.0×10-6s-1应变速率下表现出最高的应力腐蚀敏感性。低于该应变速率下,应力腐蚀敏感性略有降低;而高于该应变速率下,应力腐蚀敏感性明显减小。不同应变速率下应力腐蚀敏感性的差异主要是由应力腐蚀过程中腐蚀和力学作用的影响程度不同造成。应变速率低于1.0×10-6s-1时,腐蚀作用影响更大,较长的腐蚀时间造成裂纹被腐蚀,裂纹扩展受到影响,因此应力腐蚀敏感性略有降低。当应变速率高于1.0×10-6s-1时,力学作用主导整个过程,形成的裂纹没有受到足够腐蚀的情况下,在力学作用下发生快速机械扩展、断裂,因此产生了明显降低的应力腐蚀行为。
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    Al2O3颗粒增强共晶铝锰基复合材料的腐蚀磨损性能
    杨唐, 刘炳, 文锋, 郭璐, 赵明露
    2013, 0 (3): 83-89.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.016
    摘要 ( 606 )   HTML( PDF (4642KB) ( 660 )   引文文本
    选择铝锰共晶合金及其复合材料作为研究对象,用XRD,SEM,EDS分析试样。首先分析了试样的金相组织,再分析了它们在三种摩擦条件下的磨损失重、摩擦因数及磨痕形貌,最后分析其耐冲蚀性能。结果表明:Al2O3颗粒的加入改变了铝锰化合物的形态;试样在仅有腐蚀液条件下的磨损量和摩擦因数最大,在有腐蚀液加磨粒条件下次之,在干摩擦条件下最小;从磨痕形貌可知在仅有腐蚀液条件比在腐蚀液磨粒条件有更多的凹坑,在腐蚀液磨粒条件比干摩擦条件有更深的犁沟。在7m/s冲蚀速度下,冲蚀试样的磨损率随磨粒粒径的增大呈先增大后减小的趋势;在3.5m/s下,磨损率随磨粒粒径的增大而逐渐减小,合金在0.15~0.212mm粒径下实验后出现"增重"现象。
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    综述
    冶金法制备太阳能级多晶硅研究现状及发展趋势
    谭毅, 郭校亮, 石爽, 董伟, 姜大川, 李佳艳
    2013, 0 (3): 90-96.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.017
    摘要 ( 551 )   HTML( PDF (818KB) ( 550 )   引文文本
    冶金法是我国走出硅原料依赖,发展低成本、环境友好的太阳能级多晶硅制备技术的必经之路,冶金法自诞生以来在世界范围内经历了三次研究高潮,第三次正是在以我国科研和产业工作者为主导和推动下发展的,并形成了大量有益的科学结论和实践经验。本文从冶金法的界定开始,详细分析了冶金法提纯的理论基础,饱和蒸汽压机理、偏析机理和氧化性差异机理,介绍了以上机理所衍生出的技术方法及进展,并对冶金法的发展前景进行了展望。
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