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  • 材料工程
      2018年, 第46卷, 第11期 刊出日期:2018-11-20 上一期    下一期
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    2018, 46 (11): 0-0.  
    摘要 ( 111 )   PDF (6351KB) ( 67 )   引文文本
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    综述
    国外航空发动机用SiCf/SiC复合材料的材料级性能测试研究进展
    刘虎, 杨金华, 周怡然, 吕晓旭, 齐哲, 焦健
    2018, 46 (11): 1-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000503
    摘要 ( 786 )   HTML( PDF (3076KB) ( 285 )   引文文本
    国外在航空发动机用SiCf/SiC复合材料的研发和应用方面进展迅速,这得益于其开展了大量的材料级性能测试并借此建立的材料性能数据库。本文梳理了SNECMA,NASA,GE公司典型SiCf/SiC复合材料牌号的基本物理性能和力学性能,探讨了制备工艺等因素对材料性能的影响,着重分析并讨论了复合材料的拉伸性能;同时综述了国外在该类材料使用性能方面开展的测试,主要包括高温抗氧化性、高温水/氧环境性能、疲劳及蠕变性能、抗热冲击性能以及抗外来物冲击测试等,并对材料在热、力、水、氧等不同环境因素下的损伤行为和失效机制进行了阐述。在此基础上,提出了我国在SiCf/SiC复合材料后续性能测试研究方面的建议。
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    基于聚二甲基硅氧烷柔性可穿戴传感器研究进展
    金欣, 畅旭东, 王闻宇, 朱正涛, 林童
    2018, 46 (11): 13-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000097
    摘要 ( 367 )   HTML( PDF (9977KB) ( 172 )   引文文本
    传统的电子应变传感器大多基于金属和半导体材料,其柔韧性和可穿戴特性较差。随着柔性电子材料的发展,可穿戴式柔性应变传感器呈现出巨大的市场前景。由于其具有生物相容性好同时兼具可穿戴性、高弹性和可拉伸性等特点逐渐成为研究热点。本文对近些年基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的压阻式和电容式柔性传感器的先进制备技术、性能及应用方面的研究进展进行了综述。最后对可穿戴式柔性传感器所面临的挑战做了简单讨论,并对其未来的发展方向进行了展望。
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    三维编织预成型体的织造及三维编织复合材料细观结构研究进展
    韩振宇, 梅海洋, 付云忠, 富宏亚
    2018, 46 (11): 25-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000682
    摘要 ( 338 )   HTML( PDF (4930KB) ( 129 )   引文文本
    三维编织复合材料由于具有优异的力学性能而得到了广泛关注,这些性能的获得离不开其具有的特殊结构,本文从预成型体织造及复合材料细观结构两个方面进行综述。在织造技术方面,对当前编织方法及设备进行了介绍,并评述了近年来对编织新方法的探索以及对编织过程的研究。在细观结构方面,详述了细观结构研究由抽象到具体的发展历程,指出当前模型对于纤维束变形的表征的不足之处,并对两种先进的建模方法进行了介绍。最后指出今后的研究中可进一步建立三维编织结构的表征方法以探索新型编织结构,研究纤维束变形机理以获得更为真实的细观结构模型。
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    碳纳米管纤维与薄膜致密化研究现状
    韩宝帅, 薛祥, 赵志勇, 牛涛, 曲海涛, 徐严谨, 侯红亮
    2018, 46 (11): 37-44.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001159
    摘要 ( 233 )   HTML( PDF (3924KB) ( 92 )   引文文本
    碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有良好的力学、电学和热学性能,具有广阔的应用前景,受到各国学者的广泛关注。由碳纳米管束组成的碳纳米管纤维与薄膜是碳纳米管在宏观的主要应用形式,但是其各项性能却远低于单个碳纳米管,主要原因在于其致密度较低。对碳纳米管纤维及薄膜进行致密化处理,是提高其性能的主要方法。本文对近年来碳纳米管纤维与薄膜致密化工作的研究进展进行了概述,归纳了致密化的理论基础,探讨了多种致密化工艺对碳纳米管纤维与薄膜结构的影响,并比较了不同工艺下力学性能、电学性能的变化。基于目前的研究现状,讨论了碳纳米管纤维与薄膜致密化技术工程化应用中的不足,认为采用拉拔与轧制等方法组合强化是未来强化碳纳米管纤维与薄膜的有效方法。
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    研究论文
    SiC微/纳米纤维毡增强SiO2气凝胶复合材料的制备和表征
    余煜玺, 马锐
    2018, 46 (11): 45-50.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001493
    摘要 ( 255 )   HTML( PDF (3306KB) ( 94 )   引文文本
    以聚碳硅烷为先驱体进行静电纺丝,制备PCS微/纳米纤维毡,通过交联和高温热处理工艺得到柔性无定型SiC微/纳米纤维毡,然后以纤维毡作为增强体,结合溶胶-凝胶和超临界干燥技术,制备SiC微/纳米纤维毡增强SiO2气凝胶复合材料(SiC/SiO2)。结果表明:制备的SiC纤维毡平均直径为1.7μm,横向抗拉强度为0.6MPa,伸长率为6.0%。SiC微/纳米纤维毡与SiO2气凝胶基体具有较好的相容性,SiC/SiO2气凝胶复合材料疏水角为132°,比表面积为241.8m2/g,平均孔径为12.0nm,SiC微/纳米纤维毡在增强气凝胶韧性的同时保持了其良好的耐温性和疏水性能。
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    激光诱导法制备高质量铌酸钾纳米线及其发光性能
    李瑞, 刘立英, 姬宇航, 王如志, 杨炎翰, 胡安明, 白石
    2018, 46 (11): 51-56.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001013
    摘要 ( 214 )   HTML( PDF (1809KB) ( 74 )   引文文本
    以KOH,Nb2O5为原料,通过激光诱导法成功地在常温常压条件下制备出直径均匀、结晶性良好的铌酸钾纳米线。产物经XRD,SEM,Raman和UV-Vis等技术进行表征,并研究铌酸钾纳米线的光吸收和光致发光性能。结果表明:激光诱导产物化学式为KNb3O8(空间群为Pmmm(47),为正交晶系),纳米线的生长机制为SLS机制。纳米线的带隙宽度为2.84eV,在436nm处有一较强的蓝色发光峰。
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    La掺杂改性Bi2WO6纳米材料的制备及其光催化性能
    张相辉
    2018, 46 (11): 57-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000939
    摘要 ( 263 )   HTML( PDF (1441KB) ( 76 )   引文文本
    采用一步水热法以Bi(NO33·5H2O,Na2WO4·2H2O和La(NO33·6H2O为原料制备了La掺杂Bi2WO6纳米材料。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、比表面积测试仪(BET)对所制备的材料的物相组成和光化学性能进行了系统表征。XRD结果表明La成功地掺入Bi2WO6晶格中,并且仍然具有斜方相结构。UV-Vis测试结果显示,Bi2WO6的吸收边随着La掺杂量的增加不断红移,说明La掺杂可以有效拓宽材料的吸光范围。BET结果则表明,随着La掺杂量的增加,样品的比表面积有所增大。此外,以亚甲基蓝(MB)为目标污染物研究La掺杂对样品的光催化活性的影响,结果表明,2.0%的La元素掺杂Bi2WO6光催化剂的催化性能最好,经过120min反应后,MB的降解率达到91%。
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    液相泡沫复合微波活化技术制备分级多孔泡沫碳及电化学性能
    辛兆鹏, 方伟, 赵雷, 何漩, 陈辉, 李薇馨, 孙志敏
    2018, 46 (11): 63-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001400
    摘要 ( 166 )   HTML( PDF (4060KB) ( 65 )   引文文本
    以液相泡沫为软模板、水溶性酚醛树脂为碳源、异氰酸酯作为固化剂,复合微波活化技术制备出具有分级多孔结构特征的泡沫碳,对其结构和电化学性能进行分析表征。结果表明:微波活化技术可促进泡沫液膜上H2O分子的快速逸出,于泡沫碳孔壁上形成大量纳米孔,提高比表面积,但未改变其平均孔径;活化后试样的比表面积为378.2m2/g,其在1A/g电流密度下的比电容达到123.7F/g,相比于未活化试样提升了约94%,并且由于微波活化对试样孔结构的改善而使试样的内阻减小。
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    正极材料不同配比对锂硫电池性能的影响机理
    闫时建, 郝豫宝, 郭锦, 张敏刚
    2018, 46 (11): 71-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001305
    摘要 ( 286 )   HTML( PDF (3053KB) ( 177 )   引文文本
    为研究正极材料中活性材料、导电剂、黏结剂配比对锂硫电池性能的影响,将升华硫与乙炔黑按质量比为7∶3球磨制得活性材料,然后将活性材料、导电剂、黏结剂按5种不同的质量配比制得不同的正极复合材料,观察结构和形貌并组装成电池测试性能。结果表明:7∶1∶2配比的电池在0.15C的放电倍率下,首次放电比容量最高达1019.0mAh/g,100次循环之后比容量达547.9mAh/g,容量保持率为53.7%,具有比较好的综合性能,其原因在于合理的配比使得该正极复合材料在介观上具有最佳的电子传导性,在宏观上具有足够的牢固性,机理分析对于其他微粉粘接改性也具有指导作用。
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    一种新型SnO2@BNNSs@C纳米复合结构及其电化学储能特性
    艾青, 杨灿星, 黄仁忠, 杨艳飞, 邹文祥, 袁颂东
    2018, 46 (11): 77-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001380
    摘要 ( 174 )   HTML( PDF (3094KB) ( 59 )   引文文本
    采用简单,环境友好的均匀共沉淀法制备了纳米SnO2@BNNSs复合材料,二氧化锡纳米粒子粒径均匀,粒径大约4~5nm,均匀分布在氮化硼纳米片(BNNSs)上;然后以葡萄糖为碳源制备SnO2@BNNSs@C纳米复合结构,以提高导电性。对比SnO2,SnO2@C,SnO2@BNNSs@C三种纳米材料在电流密度100mA/g下的循环稳定性发现:SnO2@BNNSs@C纳米复合物经过50次循环后可逆比容量可达490mAh/g,库仑效率高达98.8%,揭示了SnO2,BNNSs,C三种组分之间存在的相互协同效应,利于复合材料电化学性能的提升。
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    微滴喷射快速成形Al2O3陶瓷微球的性能
    蔡基利, 吴和保, 刘富初, 樊自田
    2018, 46 (11): 84-89.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000649
    摘要 ( 247 )   HTML( PDF (3224KB) ( 74 )   引文文本
    为了快速地制备出粒径可控的氧化铝陶瓷微球,设计一种基于微滴喷射技术和浆料固化成形技术的陶瓷微球快速成形装置,可快速成形粒径可控的陶瓷微球坯体。采用该快速成形装置,以氧化铝粉末为原材料、聚乙烯醇(PVA)为黏结剂和硼酸为固化剂制备Al2O3陶瓷微球。研究不同陶瓷浆料组成参数对陶瓷微球坯体成形性的影响,分析喷嘴直径大小和浆料挤出压力对陶瓷微球粒径的影响,以及烧结温度对Al2O3陶瓷微球性能的影响。结果表明:当氧化铝粉末、PVA和硼酸的质量分数分别为70%,3%和10%时,陶瓷微球坯体的球形度高、成形性较佳;可采用不同的喷嘴针头直径大小和浆料挤出压力制备出不同粒径大小的陶瓷微球,实现陶瓷微球粒径的可控性;当烧结温度为1400℃时,Al2O3陶瓷微球粒径分布均匀、球形度优于1.08、显气孔率为43.7%、相对密度为82.1%、压溃强度为76.5N,此时陶瓷微球的综合性能最佳。
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    烧结温度对cBN-Al-Ti体系原位合成PcBN的影响
    于文霖, 吴一, 吴新泽, 莫培程, 虞琦峰
    2018, 46 (11): 90-95.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001523
    摘要 ( 255 )   HTML( PDF (2435KB) ( 51 )   引文文本
    采用高温和超高压条件原位合成聚晶立方氮化硼(PcBN)。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FSEM)、能谱分析(EDS)研究烧结温度对cBN-Al-Ti体系原位合成PcBN的物相、显微结构、相对密度、气孔率和力学性能的影响。结果表明:在超高压5.5GPa、高温1400~1600℃之间,随着烧结温度的升高,PcBN中的物相组分从中间相转变为稳定相TiB2、六方相氮化铝(hAlN)、TiN;PcBN中的cBN颗粒通过反应生成的物相彼此连接。随着烧结温度的增加,增强相棒状晶TiB2长度减小,表面气孔减少。断裂过程中存在棒状晶的拔出和断裂机制;气孔率随烧结温度的升高显著减小,相对密度增加;烧结温度为1600℃时,PcBN的综合力学性能最佳,显微硬度为44.1GPa,抗弯强度为859.3MPa。
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    Y2O3和Al-Si-Mg系矿化剂复合改性陶瓷型壳的高温抗变形性研究
    郭振, 赵玉涛, 马德新, 贾志宏, 梁向锋, 徐维台
    2018, 46 (11): 96-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001085
    摘要 ( 171 )   HTML( PDF (2863KB) ( 52 )   引文文本
    为了改善单晶叶片用陶瓷型壳的高温抗变形性能,利用Y2O3和Al-Si-Mg系矿化剂复合制备添加量为2%(质量分数,下同),4%和6%的型壳试样,对试样的热膨胀性和高温自重变形性进行研究。结果表明:随着添加量的增加,型壳的高温热膨胀性和高温自重变形率先减小后增大,当添加量为4%时,改善效果最佳,线膨胀率和自重变形率在1500℃的最小值为0.66%和0.55%,且复合矿化剂对高温自重变形的平均降低效率是热膨胀性的2倍。复合矿化剂改性型壳的机理主要以桥连状莫来石为微结构骨架及填充晶体间的细小球状钇铝石榴石(YAG)来阻碍玻璃相的黏性流动,共同提高型壳抗变形性。但添加量过多,则会产生大量玻璃相,削弱型壳的高温性能。
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    约束喷射沉积过程中雾化气流场的模拟研究
    尹建成, 杨环, 刘英莉, 陈业高, 张八淇, 钟毅
    2018, 46 (11): 102-109.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000931
    摘要 ( 186 )   HTML( PDF (7579KB) ( 86 )   引文文本
    采用双旋转盘流型控制器约束雾化射流,利用计算流体动力学Fluent软件模拟分析不同雾化气体压力下约束喷射沉积的流场特性,并进行了实验验证。结果表明:随着雾化气体压力的增加,反向气流速度增大,导流管出口温度降低,极易出现堵塞现象。当雾化气体压力为2.5×105Pa、熔体入口压力为2.0×104Pa时,作用于熔体上的压强最小,约为8.99×103Pa,金属熔体可顺利流出,沉积坯没有明显的氧化现象,雾化效果最好,且沉积坯的宽度与连续挤压机轮槽的宽度一致。
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    电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的组织结构及性能
    丁小龙, 胡振峰, 金国, 吕镖, 汪笑鹤
    2018, 46 (11): 110-117.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000893
    摘要 ( 375 )   HTML( PDF (5822KB) ( 96 )   引文文本
    利用电刷镀技术在45钢表面制备出Ni-石墨烯(Ni-GE)复合镀层。采用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、Raman光谱仪、X射线衍射仪(XRD)对GE片层、复合镀层内部的GE、镀层的晶粒大小以及微观形貌进行表征,采用显微硬度计对镀层的硬度进行研究。结果表明:Ni-GE复合镀层中的石墨烯以3种形式(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)存在;相比于纯Ni镀层,Ni-GE复合镀层的晶粒尺寸均减小;当GE的添加量为0.5g/L时,Ni-GE复合镀层的质量最优;由于GE自身的高硬度及其细晶强化作用,Ni-石墨烯复合镀层的硬度相对于纯Ni镀层提高了15.2%。
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    7050铝合金模锻件淬火过程析出动力学行为
    吴书舟, 易幼平, 黄始全
    2018, 46 (11): 118-124.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000241
    摘要 ( 156 )   HTML( PDF (3573KB) ( 50 )   引文文本
    通过分级淬火方法测定7050铝合金模锻件的TTP曲线。利用TEM分析、JMA方程探究第二相脱溶析出机理和强化机制。结果表明:合金TTP曲线的鼻尖温度为337℃,敏感区间为270~400℃,淬火敏感性高温 < 低温 < 中温,孕育期提前至0.7s;合金等温保温以Al3Zr粒子为形核脱溶,早期η相优先析出,晶界粗化程度随温度升高而降低;保温时间延长后,低温段晶内析出弥散针状S相,中高温段S相析出减少,η相聚集吞并长大,晶界粗化且连续,随温度升高η相数量减少尺寸增大;脱溶析出相的强化效果为GP区+η'相 > 针状S相 > 棒状η相。
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    热处理对Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金微观结构与力学性能的影响
    郭瑞华, 李振亮, 李慧琴, 樊易, 刘玉乾
    2018, 46 (11): 125-133.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000464
    摘要 ( 156 )   HTML( PDF (6399KB) ( 68 )   引文文本
    以铸态Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金为研究对象,采用热处理正交实验研究不同热处理工艺对合金组织形貌和力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金主要由镁基体(α-Mg)和共晶第二相构成;各因素对平均晶粒尺寸的影响顺序为:固溶时间 > 时效温度 > 时效时间;各因素对合金抗拉强度的影响顺序为:时效温度 > 固溶时间 > 时效时间;各因素对合金断后伸长率的影响顺序为:固溶时间 > 时效温度 > 时效时间。获得较好综合力学性能的最优热处理工艺为:固溶温度540℃,固溶时间12h,时效温度200℃,时效时间10h。断口形貌分析表明,铸态合金的断裂方式为准解理断裂;时效态合金的断裂方式比较复杂,包括准解理断裂、解理断裂、沿晶断裂。
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    孪晶诱发的AZ31镁合金静态再结晶行为
    石晶晶, 叶朋, 崔凯旋, 汪炳叔, 邓丽萍, 王晨, 李强
    2018, 46 (11): 134-140.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000127
    摘要 ( 199 )   HTML( PDF (8623KB) ( 71 )   引文文本
    利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了AZ31镁合金单轴压缩变形后产生不同类型的孪晶组织对静态再结晶的晶粒形核及取向变化的影响,样品在室温下进行应变为16%的单轴压缩变形,然后在250℃分别保温3,20min和60min进行退火实验。结果表明:样品在退火3min后只有局部发生再结晶,且再结晶小晶粒优先在{1011}-{1012}二次孪晶内部形核,而{1012}拉伸孪晶不利于再结晶晶粒的形核;退火20min后完成再结晶过程。由孪晶诱发的新形核的再结晶晶粒与基体的取向差在38°两侧随机分布,可明显细化原始晶粒,并弱化变形后的取向。
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    Ti对热挤压态Cu-15Ni-8Sn合金微观组织及力学性能的影响
    赵超, 李道喜, 罗保民, 罗宗强, 张卫文
    2018, 46 (11): 141-147.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000667
    摘要 ( 154 )   HTML( PDF (3142KB) ( 54 )   引文文本
    采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸力学性能测试等方法研究了Ti元素对挤压态Cu-15Ni-8Sn合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着Ti含量的增加,合金抗拉强度及屈服强度均逐渐提高,但伸长率下降。在挤压比为17,挤压温度为900℃时,添加0.02%(质量分数,下同)Ti促进γ相析出,显著细化再结晶晶粒。Ti含量达到0.3%时,少量针状Ni3Ti相产生,减弱了γ相对再结晶晶粒长大的抑制作用。当Ti含量增至0.5%时,大量针状Ni3Ti相析出又使得再结晶晶粒的细化效果增强,但粗大Ni3Ti相严重恶化合金塑性。Ti含量为0.3%时,热挤压态合金综合力学性能最佳,抗拉强度为875MPa,屈服强度为713MPa,伸长率为24.1%。
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    预应变对奥氏体不锈钢力学行为的影响及本构模型的构建
    李凯尚, 彭剑, 彭健
    2018, 46 (11): 148-154.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000815
    摘要 ( 267 )   HTML( PDF (3480KB) ( 97 )   引文文本
    以不同预应变量的316L奥氏体不锈钢为对象,研究材料在温度为293~573K和应变速率为0.0005~0.01s-1下的力学性能以及预应变对力学行为的影响。结果表明:随着预应变量的增加,316L不锈钢的屈服强度显著增大,伸长率明显降低,抗拉强度基本保持不变;并且其应变速率敏感性、温度敏感性和应变硬化均会受到预应变的抑制。预应变对力学性能的影响与在预应变过程中产生的位错塞积、机械孪晶有关。根据材料力学行为在不同预应变量下的变化规律,构建了考虑预应变的Modified Johnson Cook(MJC)和Modified Zerilli-Armstrong(MZA)本构模型,由实验对比发现,两种改进的本构模型预测结果和实验数据相吻合。
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    超声冲击处理时间对17CrNiMo6钢表层组织细化与性能的影响
    倪永恒, 朱有利, 侯帅
    2018, 46 (11): 155-160.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001560
    摘要 ( 192 )   HTML( PDF (4970KB) ( 92 )   引文文本
    对17CrNiMo6钢材料表面进行超声冲击处理,分析不同处理时间对材料显微硬度、表面残余压应力和表层组织细化行为的影响,并对表面细晶层组织结构分布进行研究。结果表明:未处理材料表面残余压应力为-223.7MPa,硬度为650HV,晶粒尺寸约为8~10μm。超声冲击处理60s后,17CrNiMo6钢试样表面残余压应力为-463.4MPa,表层深度5~10μm范围内晶粒尺寸约为1~1.5μm,晶粒细化层深度约为250μm。超声冲击处理120s后,试样表面残余压应力约为-587.2MPa,表层深度5~10μm范围内晶粒尺寸约为200~300nm,晶粒细化层深度约为400μm。超声冲击处理使材料产生了剧烈的塑性变形,大尺寸晶粒在高应变速率、高转动速率和循环剪切应力作用下产生高密度位错,晶界密度大幅提高,加速了位错运动与晶粒间的转动。
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