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  • 材料工程
      2016年, 第44卷, 第5期 刊出日期:2016-05-20 上一期    下一期
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    2016, 44 (5): 0-0.  
    摘要 ( 215 )   HTML PDF (3184KB) ( 58 )   引文文本
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    材料与工艺
    0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究
    党宁, 李志超, 唐荻, 张文康, 孙强
    2016, 44 (5): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.001
    摘要 ( 683 )   HTML PDF (25834KB) ( 112 )   引文文本
    利用X射线衍射织构分析技术和电子背散射衍射微织构分析技术,对0.20mm CGO硅钢薄板在高温退火缓慢升温过程中表层和次表层的织构演变规律进行了研究。结果表明:0.20mm CGO硅钢在高温退火过程中经历了低温回复、初次再结晶、初次再结晶晶粒长大和二次再结晶形成最终锋锐Goss织构的演变过程。Goss取向晶粒最初起源于变形回复基体中残存于{111}<112>形变带上少量的Goss晶粒亚结构,600℃保温2h后,Goss取向晶粒率先从变形基体中转变形核,在随后的升温过程中逐渐发生再结晶,Goss取向晶粒在此过程中并不具有尺寸优势,700℃时初次再结晶完成,基体中以γ纤维织构和{112}<110>织构为主;随着退火温度的升高,Goss晶粒的含量和平均晶粒尺寸逐渐增加,在900~1000℃之间,Goss取向晶粒迅速"吞噬"其他取向晶粒形成锋锐的Goss织构,1000℃时已经发生了二次再结晶。
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    0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的热变形行为及其热加工图
    袁武华, 龚雪辉, 孙永庆, 梁剑雄
    2016, 44 (5): 8-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.002
    摘要 ( 867 )   HTML PDF (6521KB) ( 217 )   引文文本
    在Gleeble-3800 热模拟试验机上进行高温压缩实验, 研究 0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢在变形温度为900~1150℃、应变速率为0.01~10s-1条件下的热变形行为。采用双曲正弦模型确定了该材料的热变形参数随应变量的变化规律,建立了相应的热变形本构方程。根据动态材料模型建立并分析了其热加工图,同时观察了变形组织。结果表明:在热压缩过程中, 流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的升高而增加,变形条件对材料的组织结构有较大影响。材料热变形参数与应变量之间可采用四次函数关系式表示,并且具有很好的相关性,获得了该材料的最佳热变形工艺参数范围为:变形温度980~1150℃,应变速率0.01~0.2s-1
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    新型超高强度热冲压用钢的热变形行为及本构关系
    张施琦, 冯定, 张跃, 洪继要
    2016, 44 (5): 15-21.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.003
    摘要 ( 880 )   HTML PDF (1099KB) ( 200 )   引文文本
    利用 Gleeble-1500D热模拟机对新型超高强度热冲压用钢22MnB5Nb进行等温单向拉伸实验,研究了其在变形温度为650~950℃,应变速率为0.1,1.0,10s-1下的热变形行为,并采用3种本构分析方法,即基于传统拟合回归方法的Arrhenius 型、考虑材料常数应变补偿的Arrhenius 型和本工作新提出的基于Quasi-Newton BFGS算法的Arrhenius 型本构方程来描述22MnB5Nb钢的热变形行为。结果表明:22MnB5Nb钢表现出典型的加工硬化和动态回复软化行为,变形温度与应变速率均对其流变应力有较大影响;3种方程均可以准确预测实验钢的峰值流变应力,其中,Quasi-Newton BFGS算法具有可一次性求解所有材料参数、求解步骤简单和预测精度最高(R=0.99578,Re=11.03MPa,E=2.48%)的特点,考虑材料常数应变补偿的Arrhenius 型本构方程预测精度相对较低,但能直接预测不同变形条件下的流变应力曲线且可以较好地预测变形过程中的加工硬化效应、动态回复软化效应和应变速率强化效应。
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    Ti,Nb和W复合强化超纯铁素体不锈钢的高温析出行为
    乔瑞芳, 毕洪运, 陈玉喜
    2016, 44 (5): 22-28.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.004
    摘要 ( 681 )   HTML PDF (17056KB) ( 118 )   引文文本
    为提高汽车尾气排放系统中高温端排气歧管等所用铁素体不锈钢的综合性能,采用真空熔炼制备Ti,Nb和W复合强化的超纯铁素体不锈钢(不含Ni),并利用硬度和力学性能测试、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析研究固溶态材料在550,600℃和700℃的时效硬化规律、拉伸性能以及时效析出行为。600℃时效40h之后材料力学性能达到最佳值,在晶粒内部和晶界区域弥散分布着两种形态的纳米析出相,一种是呈不规则颗粒状的(Ti,Nb)C,另一种是呈长条状的Laves相Fe2(Nb,W);这两种析出相与铁素体基体均存在固定的晶体学取向关系,即[011]Fe//[011](Ti,Nb)C和(011)Fe//(200)(Ti,Nb)C(晶面偏差约3°)以及[011]Fe//[0001]Fe2(Nb,W)和(200)Fe//(0110)Fe2(Nb,W)(晶面偏差4°~5°)。随时效温度提高,析出相的尺寸增大,且析出相由(Ti,Nb)C逐渐转变为Fe2(Nb,W)。
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    核电管道不锈钢中σ相的退火消除及脆性恢复
    王永强, 李娜, 杨滨, 孙立, 林苏华
    2016, 44 (5): 29-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.005
    摘要 ( 645 )   HTML PDF (23175KB) ( 137 )   引文文本
    在获得σ相析出显著恶化核电主管道铸造奥氏体不锈钢Z3CN20.09M冲击韧性的基础上,采用等温退火、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等研究了消除σ相的热处理工艺及机理。结果表明:850~1000℃等温退火一定时间,σ相可完全消除,此温度范围内发生σ→α转变,但退火温度越低,所需时间越长,反之越短。这是因为温度低,合金元素扩散速率低,相转变缓慢;而温度升高,合金元素扩散速率加快且相转变驱动力提高,σ相转变速率增加,转变时间缩短。综合考虑,950℃等温退火0.5h为最佳热处理工艺参数。经此工艺处理后,时效(含σ相)试样的力学性能得到完全恢复,σ相的脆化影响消除。
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    新型超高强度钢的高温形变热处理
    周士猛, 程兴旺, 张由景, 蒋雯, 王梦, 汪佩, 才鸿年
    2016, 44 (5): 37-41.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.006
    摘要 ( 737 )   HTML PDF (21172KB) ( 132 )   引文文本
    采用高温形变热处理(TMT)+后续冷(热)处理的方法对新型超高强度钢(G33钢)进行处理,研究了不同工艺参数对G33钢微观组织及准静态(10-3s-1)拉伸力学性能的影响。结果表明:G33钢的最佳处理工艺为50%形变量的高温(1078℃)形变热处理+-73℃/1h冷处理+200℃/2h回火,此工艺下钢的屈服强度为1685MPa,极限抗拉强度为2130MPa,断后伸长率为14.0%。
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    发泡剂含量对双马来酰亚胺泡沫泡孔结构和性能的影响
    刘晓丽, 鹿海军, 邢丽英
    2016, 44 (5): 42-46.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.007
    摘要 ( 694 )   HTML PDF (5951KB) ( 192 )   引文文本
    以偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,采用预聚、发泡的两步法制备双马来酰亚胺泡沫,研究AC含量对泡沫泡孔结构、密度、尺寸稳定性温度和压缩性能的影响。结果表明:可通过发泡剂用量的改变实现泡沫密度在60~280kg/m3范围内调整,发泡剂用量对泡孔尺寸及其均匀性影响较小。随发泡剂用量降低,尺寸稳定性温度和压缩性能提高,当泡沫密度为280kg/m3时,尺寸稳定性温度可达220℃,压缩强度和模量分别为4.8MPa和200MPa,满足结构泡沫的耐温性能和力学性能要求。
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    原位自生WC增强Fe基涂层的组织及干滑动摩擦磨损性能
    袁有录, 李铸国
    2016, 44 (5): 47-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.008
    摘要 ( 643 )   HTML PDF (6734KB) ( 182 )   引文文本
    以Fe-Ni-W-C粉末为原料,采用等离子束原位冶金工艺在Q235表面经原位反应制备碳化钨(WC)增强Fe基涂层。利用扫描电镜、电子能谱、X射线衍射仪分析涂层的组织结构及原位自生WC的生长特征,考察涂层的干滑动摩擦磨损性能。结果表明:涂层中原位自生的WC生长为正三棱柱结构,其长大过程为沿<0001>方向在(0001)晶面层状堆叠生长,柱体最大长度接近60μm,属粗晶WC;相同干滑动摩擦条件下,与没有合成WC的Fe基涂层相比,原位合成有WC涂层的耐磨性显著提高(11倍),但由于WC柱体逐渐凸出涂层表面,造成摩擦因数波动增大,使摩擦过程稳定性逐渐降低;WC涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和氧化磨损。
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    微量Fe对Mg-3%Al合金碳质孕育衰退的影响
    王明华, 杜军
    2016, 44 (5): 54-58.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.009
    摘要 ( 599 )   HTML PDF (6984KB) ( 126 )   引文文本
    对含微量Fe的Mg-3%Al合金进行碳质孕育处理,并调整保温时间,研究了保温时间对合金晶粒尺度和晶核组织特征的影响。结果表明:当保温时间在20min内时,合金组织中有效形核粒子主要以Al4C3和Al4C3表层包覆Al-(C)-Fe相的双相粒子为主,合金晶粒得到细化。但随保温时间进一步延长,因沉降聚集或结构变化使得有效形核粒子数量和比例逐渐下降,合金晶粒显著粗化,产生孕育衰退。
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    测试与表征
    不同接触尺度下PVA/HA复合水凝胶的滑动摩擦行为
    崔晓彤, 刘金龙, 张德坤, 陈凯, 亓健伟
    2016, 44 (5): 59-64.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.010
    摘要 ( 712 )   HTML PDF (4978KB) ( 226 )   引文文本
    采用UMT-II型多功能摩擦磨损试验机研究了不同接触尺度下PVA/HA复合水凝胶的滑动摩擦行为,并利用有限元模拟方法对PVA/HA复合水凝胶的滑动摩擦机理进行了探讨。结果表明:滑动过程中PVA/HA复合水凝胶的平均摩擦力、平均摩擦因数及变形深度随接触压头直径的增加逐渐减小,而随着接触载荷呈逐渐增加的趋势;随着接触压头直径的增加,液相的承载能力增大,从而平均摩擦力、变形深度减小;随着接触载荷的增加,液相流失增加,液相的承载力降低,从而平均摩擦力、变形深度增大。
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    基于显微CT图像的细编穿刺碳/碳复合材料细观力学模型
    张海军, 周储伟
    2016, 44 (5): 65-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.011
    摘要 ( 731 )   HTML PDF (3749KB) ( 177 )   引文文本
    针对细编穿刺碳/碳复合材料显微CT细观图像低对比度的特点,提出采用两步法筛选出纤维束和基体之间分界的灰度阈值,将原图像分别转化为纤维束和孔隙的二值图。再结合中值滤波、图像膨胀和腐蚀算法,消除噪声影响、光滑图像边界线。对处理后的细观图像进行统计,发现基体孔隙率满足正态分布,X向和Y向纤维束局部弯曲度分别满足正态分布和Laplace分布。在此基础上建立了包含上述典型细观特征参数的力学模型,预测的拉伸模量和剪切模量满足Laplace分布,泊松比满足正态分布。实验验证了模型预测的拉伸模量分布规律。
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    Ce68Al10Cu20Nb2大块非晶表面钝化膜的研究
    王国材, 肖小波, 陈艳萍, 王晨
    2016, 44 (5): 72-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.012
    摘要 ( 613 )   HTML PDF (2165KB) ( 124 )   引文文本
    采用铜模冷铸法制备了Ce68Al10Cu20Nb2大块非晶合金,利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱技术(EIS)研究了合金在1mol/L NaOH溶液中的腐蚀行为,并用扫描电子显微镜(SEM)对电化学钝化前后试样的表面形貌进行了表征,最后利用X射线光电子能谱(XPS)分析了电化学钝化处理获得的钝化膜的成分。结果表明:Ce68Al10Cu20Nb2 大块非晶合金在1mol/L NaOH溶液中具有明显的自钝化现象,钝化区为-0.25~0.50V,维钝电流密度为10-5~10-6A/cm2;通过电化学钝化后获得的钝化膜可分为外部疏松层和内部致密层;外层主要是Ce的氧化物/氢氧化物和 Nb的氧化物,内层则由Ce,Cu和Al的氧化物/氢氧化物和Nb的氧化物构成,钝化膜从外到内,随深度增加,氢氧化物含量逐渐减少,氧化物含量逐渐增加。
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    弱电流对碳纤维/环氧树脂界面黏结性能的影响
    冯娟, 顾轶卓, 李敏, 王绍凯, 张佐光
    2016, 44 (5): 79-85.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.013
    摘要 ( 665 )   HTML PDF (4202KB) ( 135 )   引文文本
    针对碳纤维/环氧树脂体系,设计了在碳纤维单丝复合体系加载弱电流的方法,并通过单丝断裂实验,研究了弱电流对两种碳纤维/环氧树脂界面黏结性能的影响。结果表明:在0.60~0.67mA直流电加载一定时间后,T300B和T700SC碳纤维体系的界面黏结强度均下降,界面载荷传递效率降低,随着电流加载时间的延长,降低程度变化不明显;T300B碳纤维体系界面性能对弱电流的敏感性更高,可能与两种碳纤维的表面特性不同有关;通过对不同固化度试样加载弱电流后的界面性能进行分析,认为碳纤维/环氧树脂界面性能受弱电流影响的机理与界面区应力状态改变以及导电产生的焦耳热效应有关。
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    pH值对7050铝合金膜致应力和应力腐蚀敏感性的影响
    祁星, 宋仁国, 祁文娟, 金骥戎, 王超, 李海
    2016, 44 (5): 86-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.014
    摘要 ( 712 )   HTML PDF (5682KB) ( 163 )   引文文本
    采用慢应变速率拉伸法和流变应力差值法研究了7050铝合金在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中膜致应力和应力腐蚀敏感性随pH值的变化规律。结果表明:当pH≤7时,随着pH值的增大,膜致应力和应力腐蚀敏感性均下降,当pH>7时,膜致应力和应力腐蚀敏感性随着pH值的增大而提高;而当pH=1,14时,腐蚀的类型为剥蚀,合金基体发生剥落,表面没有钝化膜产生。pH值在6~9之间时,膜致应力随pH的变化比较平缓,而pH在2~5和10~13之间时,膜致应力变化则较为剧烈,整体的变化曲线呈山谷形。膜致应力和应力腐蚀敏感性具有很强的相关性。XPS研究表明,膜致应力值与钝化膜的成分有关。
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    气膜孔分布对DD6单晶高温合金持久性能及断裂行为的影响
    胡春燕, 刘新灵, 陶春虎, 曹春晓
    2016, 44 (5): 93-100.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.015
    摘要 ( 732 )   HTML PDF (16421KB) ( 306 )   引文文本
    研究在980℃/300MPa条件下不同气膜孔分布对DD6单晶气冷叶片模拟试样持久性能及断裂行为的影响。结果表明:在相同的温度和应力条件下,气膜孔的分布是影响模拟试样持久寿命的主要因素;随着气膜孔排数的增加,持久寿命呈规律性下降,而带1排孔、2排孔试样的持久寿命与不带孔的持久寿命略长。通过断口微观和金相组织观察发现,不带孔试样的断裂方式为微孔聚集型断裂,断口上分布着大量方形小平面特征,断口附近纵剖面上可见明显的心部裂纹;而带气膜孔试样的持久变形主要出现在气膜孔区域,断口整体氧化较严重,方形小平面特征减少,韧窝特征明显增加,断口附近纵剖面上气膜孔处均可见裂纹及氧化形貌。基于晶体塑性理论分析了不同孔分布下孔边应力的分布规律,模拟结果显示在气膜孔周边存在应力集中和应力重分布,数值模拟分析结果与试样的断裂位置及形貌吻合。
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    综述
    石墨烯基复合超级电容器材料研究进展
    于美, 李新杰, 马玉骁, 刘瑞丽, 刘建华, 李松梅
    2016, 44 (5): 101-111.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.016
    摘要 ( 1393 )   HTML PDF (13066KB) ( 400 )   引文文本
    石墨烯基复合材料因其优异的性能广泛应用于各个领域,尤其在超级电容器的研究中。本文对石墨烯基复合超级电容器材料的结构进行了分类,并分别从石墨烯-碳基复合材料、石墨烯-导电高分子复合材料、石墨烯-过渡金属化合物复合材料的角度,总结了不同石墨烯基复合超级电容器材料的研究进展,重点强调了优化电极结构和提高电极性能之间的关系。同时,概述了石墨烯基复合材料在锂离子电池、太阳能电池、催化等其他方面的应用。获得高能量密度、功率密度以及长循环寿命的超级电容器是其作为电极材料的发展趋势。
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    石墨烯/金属复合材料力学性能的研究进展
    张丹丹, 战再吉
    2016, 44 (5): 112-119.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.017
    摘要 ( 1150 )   HTML PDF (3359KB) ( 413 )   引文文本
    综述了石墨烯/金属复合材料在力学性能研究方面的现状、进展及发展趋势,讨论了线弹性非均质材料的微观力学模型在阐明石墨烯强化机制中的作用,着重阐述了石墨烯的结构完整性以及分散方法的选择等对于提高石墨烯/金属复合材料力学性能的重要性,归纳了当前石墨烯强化金属基复合材料研究存在的问题,并从原料研制、理论探索、工艺开发和协同增强等方面指出了石墨烯/金属复合材料力学性能的研究趋势。
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    Al-Si合金中富铁相形态及其影响因素研究进展
    宋东福, 王顺成, 周楠, 农登, 郑开宏
    2016, 44 (5): 120-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.05.018
    摘要 ( 750 )   HTML PDF (6177KB) ( 240 )   引文文本
    综述了Al-Si合金中富铁相的存在形态、形成条件以及富铁相影响因素的研究进展,重点讨论了Al-Si合金中合金元素、熔炼铸造工艺对富铁相形态与分布影响的最新研究现状。研究现状表明,针状富铁相对Al-Si合金性能危害极大,而汉字状富铁相对合金性能的危害要小得多,合金元素和熔铸工艺对富铁相形态具有重要的影响;因此,研究合金元素与熔铸工艺对富铁相形态的交互作用及其影响规律,从而获得有益的富铁相形态,或减少合金中Fe含量是Al-Si合金中减缓富铁相危害的重要研究趋势。
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