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  • 材料工程
      2013年, 第0卷, 第6期 刊出日期:2013-06-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2013年第06期目次
    2013, 0 (6): 0-0.  
    摘要 ( 177 )   PDF (361KB) ( 282 )   引文文本
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    材料与工艺
    热等静压温度对第三代单晶高温合金DD10组织的影响
    曹腊梅, 刘丽君, 陈晶阳, 薛明
    2013, 0 (6): 1-4,24.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.001
    摘要 ( 508 )   HTML( PDF (3018KB) ( 305 )   引文文本
    采用OM,SEM以及EPMA等手段对比研究了不同热等静压温度对第三代单晶高温合金DD10组织的影响。结果表明:在150MPa压力条件下,1290℃热等静压即可使第三代单晶高温合金DD10中的显微疏松完全闭合;随热等静压温度的升高,共晶体积分数逐渐减少,热等静压温度达到1310℃及以上温度,共晶完全溶于基体。在1340℃/150MPa热等静压后,合金中出现局部初熔。热等静压后DD10单晶高温合金的γ'相立方度提高,不同热等静压温度对γ'相的形貌影响基本相同。热等静压降低了DD10单晶高温合金的枝晶偏析,并且热等静压温度越高,枝晶偏析改善越明显。
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    热处理对定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金组织及显微硬度的影响
    胡永强, 郭喜平, 郭海生
    2013, 0 (6): 5-11.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.002
    摘要 ( 420 )   HTML( PDF (4111KB) ( 445 )   引文文本
    对以2.5μm/s和50μm/s抽拉速率定向凝固的Nb-Ti-Si基超高温合金试样,分别进行了在1250, 1350℃和1400℃保温50h的均匀化热处理。结果表明:均匀化热处理后的组织主要由Nbss, β(Nb,X)5Si3及γ(Nb,X)5Si3相组成,在以2.5μm/s抽拉速率定向凝固的试样中还出现了针状Cr2(Nb,Ti)析出相。随均匀化热处理温度的升高,针状析出相的数量增多;经均匀化热处理后定向凝固试样中的大块六边形硅化物的平直边界和尖锐的棱角逐渐圆润;共晶胞中心的细小硅化物逐渐球化,而共晶胞内板条状的硅化物部分碎化,逐渐变成小岛状。热处理后并没有发生β(Nb,X)5Si3向α(Nb,X)5Si3的晶型转变。同定向凝固态相比较,均匀化热处理后合金的显微硬度显著提高,并且随着均匀化热处理温度的升高,合金及各相的显微硬度先升高后降低,在1350℃/50h热处理后显微硬度值最高。
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    冷轧变形量对电磁/超声铸轧铝板织构和性能的影响
    毛大恒, 赵苏琨, 李建平, 扶宗礼, 石琛
    2013, 0 (6): 12-17.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.003
    摘要 ( 453 )   HTML( PDF (3238KB) ( 342 )   引文文本
    在电磁和超声外场下成功制备铸轧铝带坯,并对其进行冷轧实验,研究了冷轧变形量对复合能场铸轧铝板的微观组织、力学性能和织构的影响,并与相同道次的普通铸轧铝板进行对比。研究结果表明:随着冷轧变形量的增加,两种铸轧铝板的晶粒逐渐被压扁和拉长,最终获得明显的纤维组织,其中复合能场铸轧板的组织更加均匀;复合能场铸轧板各道次的抗拉强度σb和伸长率δ均高于同道次的普通铸轧板,各向异性指数(IPA)明显小于普通铸轧板;随着冷轧变形量的增加,两种铸轧板的黄铜(B)、S及铜(C)织构的密度出现不同程度的增加,而高斯织构(G)先增后减,旋转立方织构(RC)逐渐减少,其中复合能场铸轧板的原始织构较漫散,相同道次的各织构密度较低。冲杯实验结果表明:复合能场铸轧板的深冲性能明显优于普通铝板,其制耳率仅为1.7%。
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    添加剂和电流密度对镍钴合金电铸层组织结构的影响
    裴和中, 黄攀, 史庆南, 陆峰, 张俊, 张国亮
    2013, 0 (6): 18-24.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.004
    摘要 ( 432 )   HTML( PDF (1905KB) ( 490 )   引文文本
    研究了添加剂、电流密度对镍钴合金电铸层应力和钴含量的影响。采用SEM、能谱仪和X射线衍射分析了添加剂和电流密度对铸层形貌及微观结构的影响。结果表明:添加剂TN2能够使铸层产生压应力;TN3能够使铸层产生张应力,TN3与TN2配合使用,能够使铸层应力达到平衡值零。电流密度增加时,当电流密度小于6A/dm2时,铸层应力随之增加;当电流密度大于6A/dm2时,铸层应力随之减小。添加剂对铸层钴含量影响不明显而电流密度对铸层钴含量的影响较明显;TN2,TN3的加入能够使铸层更平滑、晶粒细致紧密。添加剂TN2对衍射峰(200)影响较大,对晶面具有一定的选择性;添加剂TN3对晶面具有较强的选择性,易在(200)面吸附,抑制其生长,此时晶体的生长方向主要为[100]。随着电流密度的增大,衍射峰出现宽化的趋势。
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    高硼不锈钢复合板力学性能研究
    刘靖, 解国良, 张可
    2013, 0 (6): 25-28,34.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.005
    摘要 ( 419 )   HTML( PDF (2334KB) ( 256 )   引文文本
    采用包覆浇铸+热成形方法制备出含硼量在2%~2.5%的高硼不锈钢复合板。三点弯曲实验表明,固溶处理后中间层的含硼不锈钢其拉伸和压缩变形量分别达到5.6%和6.0%,固溶后的含硼不锈钢复合板表现出的塑性已接近ASTM A887标准中的304BN7(B级)。采用这种复合材料的结构设计,可使含硼不锈钢复合板表现出比单一材料弯曲时更好的塑性。复合板发生断裂时,覆层和中间层的基体断口均显示出典型的韧窝形貌。中间层中硼化物和基体之间的断口为解理断口,使其塑性降低。
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    压铸AZ91D镁合金激光重熔区氢气孔的形成机制
    查吉利, 龙思远, 吴星宇, 张均成, 王向杰
    2013, 0 (6): 29-34.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.006
    摘要 ( 365 )   HTML( PDF (2726KB) ( 350 )   引文文本
    为研究压铸镁合金熔化焊接气孔的形成机理,对厚度为6mm的AZ91D压铸镁合金和厚度为2.2mm的AZ71热挤压镁合金进行CO2激光局部重熔。采用扫描电子显微镜(SEM)观察气孔形貌,利用粒径分析软件Nano measure 1.2测量气孔的尺寸。结果表明:压铸镁合金重熔区气孔问题突出,少数粗大的宏观气孔形状不规则,内壁粗糙,具有明显的金属冲刷痕迹,均来源于母材预存微观气缩孔;多数微观气孔内壁光滑、呈倒喇叭形,属于氢致气孔。分析了氢致气孔的形成机制,建立了氢气孔形成过程的模型,并同实验照片进行了比较,发现所建立的模型能够很好地用来解释氢致气孔的形成过程。
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    E550海洋平台用钢二次裂纹扩展机理研究
    蒋金星, 唐荻, 武会宾, 张杰, 杨柳
    2013, 0 (6): 35-39.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.007
    摘要 ( 404 )   HTML( PDF (3629KB) ( 249 )   引文文本
    利用光学显微镜和背散射电子衍射技术对E550海洋平台用钢二次裂纹扩展机理进行了研究,同时对二次裂纹周边的晶粒取向进行了分析。结果表明:钢中的二次裂纹扩展方式与相邻晶粒滑移面的夹角密切相关,其中40%左右的小角度夹角对裂纹扩展影响较小,另外40%左右的相邻晶粒滑移面的夹角为50~62°的大角度夹角,此类夹角的相邻晶粒会在晶界处导致裂纹偏转或起到止裂效果。
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    大变形量近等温锻造开坯对TiAl合金组织与性能的影响
    司家勇, 李胜, 张继
    2013, 0 (6): 40-44.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.008
    摘要 ( 409 )   HTML( PDF (3338KB) ( 272 )   引文文本
    采用近等温锻造开坯工艺实验定量研究了增大变形量对Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni合金变形组织均匀性和力学性能稳定性的作用。通过锻坯组织观察分析及硬度、强度分布测试,揭示了TiAl合金近等温锻造过程中变形量与宏观组织和微观组织均匀性的基本关系。结果表明:近等温锻造变形量为65%,70%,75%,80%,85%时,随着变形量的增大,TiAl合金锻坯内的宏观变形流线分布趋于均匀,均匀变形区域面积不断增大,变形量85%时均匀变形区面积增加至68.0%,微观变形组织由等轴的γ和α2,以及很少量的残余层片团组成,晶粒尺寸明显细化,且等轴组织在合金中占到了绝大部分;锻坯硬度分布测试表明随着近等温锻造变形量的增大,均匀变形区域的硬度变化基本趋于均匀一致,且硬度平均值也在不断增高;锻坯难变形区和均匀变形区经1250℃/15h/AC热处理后取样进行室温压缩测试,随着近等温锻造变形量的增加锻坯各部位室温压缩应力应变数据分散度降低,性能稳定性提高。
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    涂层疲劳损伤声发射特征参数及损伤机理
    李国禄, 张志强, 王海斗, 徐滨士, 朴钟宇
    2013, 0 (6): 45-49,71.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.009
    摘要 ( 438 )   HTML( PDF (3330KB) ( 265 )   引文文本
    使用超音速等离子喷涂设备在1045钢基体上制备了铁基合金涂层。以球盘式接触疲劳试验机为平台,研究了涂层接触疲劳损伤过程中声发射特征参数的变化规律,并分析了涂层的接触疲劳损伤机理。结果表明,在转速为2500r/min和应力水平为1.58GPa实验条件下,点蚀是涂层的主要失效形式,表现为在涂层磨痕轨迹范围内出现大量的点蚀坑,点蚀坑深度为20~30μm。涂层表面粗糙的微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损,以及涂层、磨粒、滚动轴承三者形成三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因。声发射幅值、有效值(Root Mean Square, RMS)、能量、计数和平均频率对涂层表面粗糙微凸体去除、弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定扩展和失稳扩展过程比较敏感,并且在不同的疲劳损伤阶段具有不同的信号反馈特点。
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    X80管线钢埋弧焊接头冲击韧性及其断口形貌分析
    孔德军, 龙丹, 吴永忠, 叶存冬
    2013, 0 (6): 50-54.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.010
    摘要 ( 534 )   HTML( PDF (4241KB) ( 693 )   引文文本
    对X80管线钢埋弧焊焊接接头进行了-80~20℃温度范围的夏比冲击实验。测试了其冲击吸收功和脆性断面率,用扫描电镜观察了其断口形貌,分析了焊接接头断裂形式和断口形貌,讨论了焊接接头的韧脆转变温度和冲击断裂的力学行为。结果表明,室温时断口为韧窝状分布,焊接接头的韧脆转变温度为-28℃;断口形貌由韧性断裂向脆性断裂转变,断口主要表现为解理断裂。
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    高硼中碳合金工具钢的铸态组织
    严军, 岑启宏, 蒋业华, 周荣
    2013, 0 (6): 55-58.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.011
    摘要 ( 382 )   HTML( PDF (2048KB) ( 341 )   引文文本
    针对普通高速钢含有大量贵重合金元素的缺陷,设计了一种用廉价的硼元素部分取代普通高速钢中价格昂贵的铬、钨、钼、钒等合金元素的新型耐磨材料。借助光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段对高硼中碳合金工具钢的铸态组织进行了分析。结果表明:高硼中碳合金工具钢铸态组织由马氏体、少量残留奥氏体及Fe2B, Fe3(B,C), Fe23(B,C)6, Cr7(B,C)3和(W,Mo)2(B,C)等共晶硼碳化合物或硼化物组成。其基体和共晶硬质相的显微硬度分别为540~620HV和1180~1520HV,铸态宏观硬度达到55HRC。
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    α污染层对ZTC4钛合金铸态试样冲击性能的影响
    赵嘉琪, 吴国清, 程祥军, 南海
    2013, 0 (6): 59-62.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.012
    摘要 ( 453 )   HTML( PDF (1327KB) ( 304 )   引文文本
    在表征ZTC4钛合金铸件污染层的基础上,分析了α污染层对ZTC4钛合金铸态试样冲击性能的影响情况。实验结果表明,α污染层主要是由钛液与铸型材料界面反应产生的,为粗大的α片层组织。α污染层的存在对ZTC4钛合金铸态试样冲击性能影响显著,当铸态试样含α污染层一侧受冲击时,冲击强度下降了近9%;而当铸态试样含α污染层一侧的背面受冲击时,冲击强度下降了近80%,α污染层严重恶化了ZTC4钛合金铸态试样的冲击性能。
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    Ti6Al4V表面磁控溅射高硬SiC薄膜的摩擦磨损性能
    潘应晖, 许晓静
    2013, 0 (6): 63-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.013
    摘要 ( 398 )   HTML( PDF (1756KB) ( 245 )   引文文本
    采用室温磁控溅射技术在Ti6Al4V表面制备出高硬SiC薄膜,对其组织结构、纳米压痕行为和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:实验制备的SiC薄膜呈非晶态,其纳米硬度、弹性模量分别为26.8GPa和229.4GPa;在以氮化硅球(半径为2mm)为对摩件的室温Kokubo人体模拟体液下,其磨损速率在10-5 mm3 m-1 N-1级,载荷低(50g)时摩擦因数约为0.173,载荷高(200g)时摩擦因数约为0.280,此时薄膜自身发生局部破裂。
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    测试与表征
    SiC含量对环氧/SiC复合材料冲蚀磨损性能的影响
    邢志国, 周新远, 吕振林, 周永欣
    2013, 0 (6): 67-71.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.014
    摘要 ( 452 )   HTML( PDF (1650KB) ( 476 )   引文文本
    为了改善工厂、矿山中大型机件的耐冲蚀磨损性,利用SiC颗粒与环氧树脂制备了能够便捷涂覆和快速固化具有优异耐冲蚀磨损性能的环氧/SiC复合材料,着重考察了SiC含量对环氧/SiC复合材料冲蚀磨损性能的影响。用自制的冲蚀磨损试验机对复合材料进行了冲蚀磨损实验,采用SEM等手段对复合材料的冲蚀磨损形貌进行观察分析。结果表明:在复合材料中提高SiC含量可以提高其耐冲蚀磨损性能,当SiC质量分数为复合材料的66.66%时,SiC颗粒与树脂之间"阴影效应"和"粘接效应"相互配合达到最佳,复合材料的冲蚀磨损性能最好;当SiC含量最佳时,复合材料的耐冲蚀磨损性能要好于相同角度下白口铸铁。
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    白光LED用新型红色荧光粉Sr5(BO3)3Cl:Eu3+的制备与发光特性
    杨志平, 宋延春, 韩月, 潘飞, 刘鹏飞, 赵引红
    2013, 0 (6): 72-76.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.015
    摘要 ( 391 )   HTML( PDF (1525KB) ( 335 )   引文文本
    采用高温固相法合成了Sr5(BO3)3Cl:Eu3+新型红色发光材料,并对其结构和发光特性进行了研究。X射线衍射测试表明合成材料为纯相Sr5(BO3)3Cl晶体。材料的主发射峰位于587, 596, 613nm和626nm,对应Eu3+5D07F1, 7F2辐射跃迁。监测626nm发射峰,激发光谱主峰位于392nm,可被InGaN管芯有效激发。通过时间分辨光谱测得Eu3+离子5D0能级的荧光寿命约为2.28ms。研究了Eu3+离子掺杂浓度对Sr5(BO3)3Cl:Eu3+发光性能的影响,结果随着Eu3+离子浓度的增大,样品的发光强度先增大后减小,最佳掺杂浓度为16%(摩尔分数)。计算了Eu3+离子浓度猝灭的临界距离为1.46nm。测量了不同Eu3+浓度样品的色坐标,均位于色品图红光区,符合NTSC标准。
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    304不锈钢固溶产物晶粒尺寸的超声无损表征研究
    李萍, 程向梅, 李安娜, 唐子乔
    2013, 0 (6): 77-81,86.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.016
    摘要 ( 520 )   HTML( PDF (2278KB) ( 181 )   引文文本
    304不锈钢在1080℃下分别固溶1,2h,水淬后进行超声检测,以探讨无损评价304不锈钢固溶产物晶粒尺寸的可行性与表征参数。研究表明:固溶处理后,超声波速度逐渐降低,衰减系数明显增大;延长固溶时间,声速缓慢降低,衰减系数继续增大。频谱分析表明:固溶处理后,峰值频率明显降低,峰值幅度不断增大。分析认为:上述现象的产生与固溶处理对材料晶粒尺寸的作用以及晶粒尺寸对超声波传播的影响作用相关。基于最小二乘法拟合得到:横波声速vt、纵波声速vl与平均晶粒尺寸d线性相关:vt=-0.49254d+3188.40138,vl=-0.07632d+5772.88964;衰减系数与晶粒尺寸符合如下规律:α=1.2605×10-15d6.5012+0.0995。
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    氧气含量比变化对气相爆轰合成纳米二氧化钛的影响
    闫鸿浩, 王胜杰, 李晓杰, 吴林松
    2013, 0 (6): 82-86.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.017
    摘要 ( 367 )   HTML( PDF (1510KB) ( 397 )   引文文本
    以氢气和氧气作为爆炸源,四氯化钛作为前躯体气相爆轰制备纳米二氧化钛是一种新兴的纳米氧化物制备方法。通过X射线衍射(XRD)分析其晶相组成,并通过透射电镜(TEM)观察了产物颗粒的大小和形貌,总结了氧气含量对产物的影响。结果表明,在一定条件下产生了金红石相和锐钛矿相的混合晶。随着氧气含量的增加,混合物中锐钛矿相的相对含量变大,但是,氧气含量足够时,生成的是中间产物和金红石相的混合粉体。颗粒呈球形(或类球形),颗粒尺寸变大(80~100nm),分散性变好,颗粒变得更均匀。
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    Ca含量对ZM61组织及模拟体液中腐蚀行为的影响
    王勇, 周红, 乔丽英, 宋长江
    2013, 0 (6): 87-91,98.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.018
    摘要 ( 376 )   HTML( PDF (2401KB) ( 213 )   引文文本
    通过真空熔炼获得了不同Ca含量的ZM61镁合金,利用光学金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析了其铸态组织结构,并通过37℃下SBF溶液中的析氢试验和电化学测试,研究Ca含量对铸态ZM61合金在仿生环境中腐蚀行为的影响。结果表明,随着Ca的加入,合金的晶粒尺寸细化;Ca在合金中主要存在于Ca2Mg6Zn3析出相中,当Ca含量达到0.5%(质量分数,下同)时,这种析出物在晶界形成连续网状;随着Ca含量的增加,合金耐腐蚀性呈先增后减的趋势,Ca含量为0.5%时,合金的耐腐蚀性最佳。
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    综述
    Fe和Si杂质元素对7×××系高强航空铝合金组织及性能的影响
    佘欢, 疏达, 储威, 王俊, 孙宝德
    2013, 0 (6): 92-98.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.06.019
    摘要 ( 521 )   HTML( PDF (1122KB) ( 315 )   引文文本
    综述了Fe、Si杂质元素对7×××系高强航空铝合金的微观组织及力学性能的影响。Fe、Si主要是以粗大难溶杂质相形式存在。形成含Fe杂质相的种类较多,在含Cu量较高的合金中主要是形成Al7Cu2Fe相;形成含Si杂质相主要是Mg2Si相。Fe、Si杂质元素含量增加对合金强度的影响不大,但形成的富Fe、富Si粗大难溶杂质相含量的增加明显降低合金的塑性、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。降低Fe、Si杂质元素含量是发展高综合性能航空铝合金的重要方向。
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