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显微组织对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸变形行为的影响
李兴无, 沙爱学, 陈勃, 储俊鹏
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000111
[摘要](46) [HTML全文](32) [PDF 1019KB](6)
摘要:
利用扫描电镜、X衍射仪和理论计算研究不同晶粒尺寸、晶体取向对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸行为的影响。不同状态的合金丝材拉伸实验结果验证了在720~840 ℃退火后的拉伸真应力-真应变曲线上存在明显的宏观屈服点,屈服后出现应力跌落;在α相晶体取向均为<0001>丝织构特征时,晶粒尺寸的大小决定合金的宏观屈服强度,晶粒尺寸越大,宏观屈服强度越小;相对于<0001>丝织构,α相< \begin{document}$ {10\bar 10} $\end{document} >丝织构的存在导致α相中产生较大的塑性变形,β相中内应力增加,合金宏观屈服强度降低。
金属网对航空复合材料雷击损伤的防护
罗立, 张骁亚, 杨文锋
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000029
[摘要](17) [HTML全文](9) [PDF 1388KB](1)
摘要:
碳/环氧复合材料因高强度、耐疲劳和抗腐蚀等性能被广泛应用于航空领域。针对飞机雷击过程中碳/环氧复合材料的损伤问题,建立具有铜网和铝网保护的碳/环氧复合材料层压板的三维有限元模型,并采用单元删除法对复合结构的雷电烧蚀单元进行处理。在不同电流峰值和不同网格间距下验证铜网和铝网的防雷效果,研究金属网质量变化与防雷效果之间的关系。结果表明:具有金属网保护的复合材料层压板的烧蚀面积和损伤深度均明显减小;网格间距越密集,防雷击效果越好;铜网复合层压板的保护效果要优于铝网;随着金属网质量的增加,复合材料层压板雷击损伤程度降低。
发动机材料高周疲劳P-S-N曲线优化处理方法
许巍, 陈新, 李旭东, 钟斌, 赵延广, 陶春虎
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000016
[摘要](71) [HTML全文](27) [PDF 704KB](5)
摘要:
航空发动机材料的高周疲劳P-S-N曲线是发动机强度设计的重要依据。根据航空发动机中高周疲劳P-S-N曲线的数据处理要求,提出拟合模型的选用判据以及中/高寿命区之间临界点的判别方法,并基于此进一步提出高周疲劳P-S-N曲线的优化处理方法;随后以航空发动机中常用的两种钛合金材料为对象,利用本方法实现批处理,获得不同条件下的高周疲劳P-S-N曲线,最后比较与传统方法在处理时间上的差异。结果表明:该数据处理方法不但适用于常规高周疲劳性能数据处理,还适用于超高周疲劳性能数据处理,其处理效率显著提升。
超音速火焰喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层组织和性能研究
张昂, 王长亮, 王天颖, 高俊国, 郭孟秋, 崔永静, 田浩亮
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000021
[摘要](72) [HTML全文](22) [PDF 842KB](2)
摘要:
采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备CoCrAlYSi-hBN涂层,通过对涂层显微组织、硬度和结合强度的测试,探讨喷涂工艺参数(燃气流量和喷涂距离)的变化对涂层组织与性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究涂层的形貌、微观组织及涂层成分,采用显微硬度计和拉伸试验机测试涂层的显微硬度和结合强度。研究结果表明:随着燃气流量的增加,喷涂粉末粒子熔化更充分,涂层中孔隙和氮化硼含量呈降低趋势,涂层硬度增加,结合强度先升高后降低;随喷涂距离增加,氧化物夹杂增多,涂层硬度呈现增大的趋势,结合强度先增加后降低。喷涂距离为225 mm时,涂层孔隙率和氮化硼含量很低,导致其高的硬度和结合强度。
时效时间对铸态Fe56.5Ni30Al10.5Nb3形状记忆合金组织与性能的影响
陈朝霞, 彭文屹
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000015
[摘要](92) [HTML全文](19) [PDF 1070KB](0)
摘要:
研制一种无Co添加的Fe56.5Ni30Al10.5Nb3(atom fraction/%)合金,在制备中直接对铸态合金进行固溶和650 ℃下的时效处理。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析合金的组织和物相,同时对其进行硬度测试、抗压强度测试、超弹性测试及电子背散射衍射(EBSD)测试。结果表明:时效时间处于0~95 h的范围时,合金内均能析出纳米尺寸的γ′相和细小的β相,在室温都展现出超弹性,最大超弹性应变达10.62%;γ′相在晶内析出,在时效时间为70 h时分布最密集,时间超过70 h后进入长大阶段;β相在晶内和晶界都能析出,析出量随时效时间的延长而增加;β相的析出能促进硬度的增加,但其在晶界的生成对强度不利;随着时效时间的延长,合金硬度持续增加,抗压强度和超弹性应变均先增加后减小,且均在时间为70 h时取得最大值;合金内部纳米尺寸的γ′析出相及较强的{100}<001>织构对其超弹性影响较大。
Co含量对DD15单晶高温合金组织和持久性能的影响
史振学, 刘世忠, 岳晓岱, 王志成, 李嘉荣
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000014
[摘要](40) [HTML全文](22) [PDF 1051KB](9)
摘要:
在真空定向凝固炉中制备Co含量分别为9%和12%的DD15单晶高温合金,保持其他合金元素的含量不变,研究Co含量对单晶高温合金组织、组织稳定性和980 ℃/300 MPa条件下持久性能的影响。结果表明:随着Co含量增加,合金的一次枝晶间距增加,共晶含量减少;合金的γ′相尺寸无明显变化,立方化程度稍有减小,体积分数减少;合金的组织稳定性提高,降低了合金的持久性能。
改变定向凝固工艺参数抑制DZ22B合金与高纯Al2O3模壳面层界面反应研究
刘雁焘, 刘满平, 孙少纯
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000174
[摘要](23) [HTML全文](10) [PDF 1011KB](0)
摘要:
采用改变定向凝固工艺参数的方法研究浇注温度与抽拉速率对DZ22B镍基高温合金与高纯Al2O3陶瓷模壳面层材料间界面反应影响。利用SLM观察界面反应宏观的不同特征区域,使用配备有EDS的SEM分析研究合金-模壳界面反应处的微观结构及界面反应产物元素种类的定性分析,通过XRD与XPS对界面反应产物的相与元素价态进行鉴定。结果表明,界面反应产物主要为HfO2与Al1.98Cr0.02O3且沿定向凝固方向呈现分区域分布,且在保证定向凝固合金组织的前提下,降低浇注温度、提高抽拉速率能够抑制延缓界面反应的发生。
SiCf/SiC纺织复合材料细观结构及力学性能研究进展
杨甜甜, 张典堂, 邱海鹏, 钱坤, 谢巍杰, 王岭
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000143
[摘要](136) [HTML全文](49) [PDF 41722KB](1)
摘要:
碳化硅纤维增强碳化硅基体(SiCf/SiC)纺织复合材料具有结构设计性强、密度低、力学性能优异、耐高温和抗氧化性好等优势,成为航空发动机热端高温部件理想的候选结构材料。然而,目前对SiCf/SiC纺织复合材料的制备技术、性能、细观表征等方面开展的研究较少,利用先进仪器的观测以及纺织细观结构的精确表征是未来SiCf/SiC纺织复合材料研究的一个重要领域。本文针对SiCf/SiC纺织复合材料,围绕其细观结构、力学性能实验表征和数值模拟分析等三个方面,概述SiCf/SiC纺织复合材料近几年的研究现状,并对其应用基础研究和前景进行了展望。
预拉伸对X2A66铝锂合金时效析出行为以及力学性能的影响
都昌兵, 熊纯, 官瑞春, 江茫, 唐启东, 徐进军
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000183
[摘要](23) [PDF 1114KB](2)
摘要:
采用力学性能测试与微观组织观察相结合的实验方法,研究不同预拉伸量对X2A66合金的时效析出行为演变以及力学性能生成规律。研究结果表明:时效前进行预拉伸处理能加速合金的时效响应速率;在增加T1相析出密度的同时减小T1相直径,但不改变T1相厚度。随着预拉伸量的增加,形变位错强化作用逐渐增加,T1相析出强化作用逐渐下降。5%的预拉伸量,能够使试样获得了最佳的强塑性配比,屈服强度、抗拉强度以及延伸率分别为593 MPa、611 MPa以及10.7%。
金属陶瓷功能梯度板的模态频率分析
刘超, 刘文光
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000087
[摘要](56) [HTML全文](20) [PDF 1021KB](0)
摘要:
金属陶瓷功能梯度材料因其良好的耐热特性和高强度性能,在飞行器壁板的热防护系统设计中具有潜在的应用价值。以功能梯度板为对象,研究陶瓷体积分数指数、板的几何尺寸和热环境等参数对功能梯度板模态频率的影响。首先,采用幂律分布函数材料模型,讨论热环境对功能梯度材料物理特性的影响;在此基础上,利用温度在有限元中随空间位置连续变化的特点,建立依赖温度场变化的功能梯度材料板线性分层有限元模型,并验证该模型在动力学分析中的有效性;最后,分析陶瓷体积分数指数、功能梯度板的长宽比、温度梯度等变量对功能梯度板模态频率的影响。结果表明:高阶模态频率受均匀温度场的影响最大,而第一阶模态频率受线性和非线性温度场的影响更大;线性和非线性温度场下,陶瓷体积分数指数对模态频率下降率的影响最为敏感;均匀温度场下模态频率下降率主要受体积分数指数和温度梯度耦合作用的影响。
金属陶瓷层状复合材料制备工艺与失效机制研究进展
张振, 周玖, 周婕, 朱军, 王安哲, 周琦
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000160
[摘要](38) [HTML全文](16) [PDF 1816KB](1)
摘要:
由仿生贝壳独特的“砖 + 泥”结构制备的金属陶瓷层状复合材料已被证明具有良好的强度和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述Al基、Ti基、Ni基及其他常见金属-陶瓷层状复合材料的研究现状,并着重介绍了制备方法、工艺特点和工艺流程;归纳总结金属-陶瓷层状复合材料常见的裂纹偏转、多重裂纹扩展和裂纹桥接等形式失效破坏模式,控制界面反应和提高界面润湿性可改善金属-陶瓷层状复合材料界面结合强度。优化制备工艺和了解失效机制是实现金属-陶瓷层状复合材料工程化应用的基础,将计算科学引入对金属/陶瓷界面和损伤机制的研究是实现整个制备过程可操控性的有效途径,实现产品的大尺寸化和形状多样化是其大规模应用化推广的关键。
热挤压高强TiCp/Mg-1.4Zn-2.6Ca-0.5Mn纳米复合材料的组织与力学性能
聂凯波, 朱智浩, 邓坤坤, 韩俊刚
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000083
[摘要](4370) [HTML全文](2099) [PDF 2918KB](10)
摘要:
采用超声波辅助半固态搅拌铸造法制备TiCp/Mg-1.4Zn-2.6Ca-0.5Mn纳米复合材料,实现纳米TiC颗粒的均匀分布,并分析热挤压前后复合材料的组织与力学性能。结果表明:挤压前第二相密集区晶粒尺寸小于第二相贫瘠区,第二相为Ca2Mg6Zn3相;不同温度(350 ℃,310 ℃和270 ℃)挤压后复合材料均发生了动态再结晶(DRX),随挤压温度的降低DRX晶粒尺寸及其体积分数趋于减小,而析出相体积分数则略有增加,超细晶(约0.34 μm)和大量MgZn2析出相出现在270 ℃挤压态复合材料中;复合材料晶粒细化不仅与DRX有关,还与纳米级的α-Mn颗粒、TiCp和MgZn2析出相的钉扎效应有关;经270 ℃/0.1 mm s−1挤压后,复合材料的屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和伸长率(EL)分别约为439.7 MPa、460.2 MPa和1.73%;YS提高主要与细晶强化、Orowan强化、热错配强化和位错强化有关,其中细晶强化的贡献率最大超过60%。

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2020-04期封面+目录
2020, 40(4): 1 -2  
[摘要](291) [HTML全文](91) [PDF 2329KB](11)
摘要:
新型低温真空法制备高品质石墨烯
齐新, 陈翔, 李冰天, 王晨, 李秀辉, 燕绍九
2020, 40(4): 1 -8   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000012
[摘要](220) [HTML全文](98) [PDF 1266KB](14)
摘要:
以往制备石墨烯大多采用强酸氧化剂、1000 ℃以上的还原温度以及昂贵的金属催化剂中的一种或多种,造成低效率、高能耗和重污染等问题。本工作提供一种真空辅助制备高品质石墨烯的新思路,以无水AlCl3和FeCl3作为共插层剂制备出“手风琴”状的1阶石墨层间化合物(AlCl3-FeCl3-GICs);在180 ℃相对较低温度下真空处理1阶AlCl3-FeCl3-GICs,低沸点AlCl3受热汽化后将石墨片层进一步撑开,得到“蠕虫”状的膨胀石墨;利用液相剥离法,将膨胀石墨在有机溶剂中超声剥离得到高品质石墨烯。膨胀石墨的制备过程没有采用强氧化剂,且在无水无氧的环境中进行,反应温度控制在180 ℃以内,整体制备条件相对温和且环保。膨胀石墨相邻片层间的范德华力作用极其微弱,易于后续剥离成石墨烯。采用液相法制备石墨烯,能最大可能避免石墨烯晶格结构的破坏。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)观察样品的微观形貌,用X射线粉末衍射(XRD)仪、射线光电子能谱(XPS)仪和拉曼光谱仪等表征样品的微观结构,结果表明:制备的石墨烯缺陷度极低,sp2晶格结构仍然保持高度的规整性,石墨烯层数大多在3层以内。
石墨烯理化参数对低含量石墨烯填充聚四氟乙烯摩擦磨损的影响
朱巧思, 李炯利, 郭建强, 李学瑞, 梁佳丰, 李岳, 王旭东
2020, 40(4): 9 -18   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000098
[摘要](273) [HTML全文](114) [PDF 1561KB](18)
摘要:
研究石墨烯平均片径、片层厚度、比表面积、碳氧比等理化参数对其填充改性聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、物理吸附仪、X射线光电子能谱仪(XPS)分别表征4种石墨烯的表面形貌及平均片径、片层厚度、比表面积、碳氧比,采用可控环境摩擦磨损仪测试复合材料的摩擦因数,采用三维白光干涉形貌仪测试复合材料的体积磨损率。结果表明:填充量相同时,石墨烯的碳氧比是影响复合材料摩擦因数的主要因素,石墨烯的比表面积是影响复合材料体积磨损率的主要因素;当石墨烯填充量为1%(质量分数,下同)时,碳氧比为45.64、碳含量为97.66%的石墨烯可以使聚四氟乙烯复合材料摩擦因数降低27.97%;比表面积为466.78 m2/g的石墨烯可以使聚四氟乙烯复合材料体积磨损率降低76.46%。
利用等离子体热处理方法在Zr金属表面直接制备Zr3O-ZrC/石墨烯表面强化层
成亦飞, 罗飞, 刘大博, 周海涛, 田野, 罗炳威
2020, 40(4): 19 -24   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000188
[摘要](157) [HTML全文](75) [PDF 781KB](7)
摘要:
采用等离子体热处理方法,在Zr金属表面直接制备Zr3O-ZrC/石墨烯表面强化层。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对Zr/Zr3O-ZrC/石墨烯样品进行结构表征和成分的表征。利用硬度计和纳米压痕对Zr/Zr3O-ZrC/石墨烯样品进行表面硬度的表征。研究结果表明:表面的复合增强层均匀的分布在Zr金属表面,纯Zr金属和Zr/Zr3O-ZrC/石墨烯表面的硬度值分别为195HV和639HV,表面硬度在热处理后提高3.2倍。纳米压痕结果表明,Zr3O-ZrC表面增强层是引起表面硬度提高的主要原因。
β/B2锻造Ti-22Al-23Nb-2(Mo,Zr)合金的组织演化与综合力学性能
周毅, 曹京霞, 黄旭, 谭启明, 隋楠, 张明达
2020, 40(4): 25 -35   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000035
[摘要](176) [HTML全文](85) [PDF 3273KB](3)
摘要:
针对在航空发动机领域具有广阔应用前景的Ti-22Al-23Nb-2(Mo,Zr)5元系合金,采用扫描电镜、透射电镜与多种力学性能实验设备,开展合金相区温度区间、β/B2锻造与热处理过程的组织演化及力学性能响应关系研究。结果表明:合金由高温至低温依次经历B2、B2+α2、B2+α2+O、B2+O四个相区,分别对应1060 ℃、950 ℃和930 ℃三个临界温度。β/B2锻造合金组织中B2晶界相的组成与形态受B2相的畸变强度与热处理共同作用,粗大断续的α2相易于在强畸变的原始B2相晶界形成,并在B2+O相区热处理过程中转变为α2+Orim结构;细小连续的O相易形成于弱畸变的动态再结晶B2相晶界,经B2+α2相区热处理可完全转变为α2相;静态再结晶晶界基本无晶界相。B2相晶内析出相主要受热处理影响,α2相和O相均可由B2相直接独立析出,O相也可依附α2相生成,形成α2/Orim核壳结构,表明α2相核具备良好的低温稳定性;固溶+时效处理后,基体B2相晶内均呈现由大、小两套析出相组成的混合组织,B2+α2相区固溶时为粗大α2/Orim+细小O相,B2+O相区固溶时为粗大OI+细小OII。B2晶内析出相的尺寸分布是影响力学性能的主要因素,尺寸大对合金塑、韧性有利,而对强度和蠕变抗力不利。
一种TiAl合金的高温疲劳-蠕变交互力学行为与寿命预测方法
董成利, 胡晓安
2020, 40(4): 36 -44   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000057
[摘要](154) [HTML全文](61) [PDF 1255KB](10)
摘要:
针对TiAl合金开展750 ℃条件下的低周疲劳(low cycle fatigue,LCF)和疲劳-蠕变交互(creep-fatigue interaction,CFI)性能实验,所有实验均采用应变控制,应变比为–1,应变幅为0.4%且保持恒定,应变速率为1 × 10–3 s–1。对TiAl合金在高温LCF和CFI实验条件下的应力-应变稳态迟滞环、循环硬化/软化、应力松弛和寿命进行研究和对比分析,并采用Morrow修正方法和本工作提出的统一寿命预测模型对TiAl合金的高温LCF和CFI寿命进行预测,最后对TiAl合金的高温LCF和CFI试样的失效机理进行分析。结果表明:(1)与高温LCF相比,TiAl合金的CFI性能在应力-应变稳态迟滞环、循环硬化/软化现象、应力松弛行为和寿命等方面均有明显区别;(2)Morrow修正方法不能对TiAl合金的高温LCF和CFI寿命进行准确预测,而本工作提出的统一寿命模型预测寿命位于实验寿命的 ± 1.5倍分散带以内,预测能力较高;(3)TiAl合金高温LCF和CFI裂纹均萌生于试样表面,TiAl合金高温LCF试样呈现出穿晶断裂特征,而其CFI试样呈现出穿晶和沿晶的混合断裂特征。
ZTA15钛合金铸件异常组织形成及对拉伸行为的影响
刘高扬, 赵文侠, 王曦
2020, 40(4): 45 -51   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000060
[摘要](188) [HTML全文](72) [PDF 1471KB](12)
摘要:
ZTA15钛合金铸件在进行精密加工过程中存在局部掉块现象。利用多种微观物理表征分析手段,即OM、SEM、EDS、XRD,结合拉伸性能结果,分析对比掉块区域和正常区域的显微组织与力学性能,探讨掉块区域异常组织对拉伸行为的影响机制。结果表明:掉块区域与正常区域虽均呈双态组织,但掉块区域组织中β相含量远超过正常区域,出现了β斑。微区成分分析表明Fe元素的偏析是导致异常组织和β斑的最主要因素,同时也是导致合金的塑性急剧下降的主要原因。Fe元素的偏析改变了合金的组织结构,这主要是因为Fe在α-Ti中的饱和度仅有0.1%(质量分数),从而导致脆性TiFe共晶相的形成,提高强度却降低了合金铸件的塑性,导致铸件在加工过程中掉块。
TiZrHfNbMo高熵合金与钛基复合材料钎焊接头组织及力学性能
黄鹏, 朱冬冬, 王刚, 董多, 王晓红
2020, 40(4): 52 -61   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000185
[摘要](149) [HTML全文](71) [PDF 1782KB](5)
摘要:
采用碳纳米管增强AgCuTi复合钎料真空钎焊TiZrHfNbMo高熵合金与钛基复合材料,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、万能试验机等对接头显微组织与力学性能进行研究。结果表明:各焊接参数下均得到良好的焊接接头,焊缝组织由Ag(s,s)、Cu(s,s)、Ti(s,s)、CuTi、ZrCu和CuTi2组成;当钎焊保温时间一定时,随着钎焊温度升高,接头室温剪切强度呈现先升后降的趋势;一定量的Ti-Cu金属间化合物生成使反应层厚度加宽进而提高了接头强度,而过量的Ti-Cu金属间化合物生成使接头通过塑性变形缓解应力的能力减弱,导致接头强度大幅降低;当钎焊温度850 ℃,保温时间15 min时获得最佳焊接接头,其剪切强度达146 MPa,接头剪切断裂方式为脆性断裂。
1000 MPa级CrCoNi中熵合金的微观组织和力学行为
宋凌云, 王艳飞, 王明赛, 郭凤娇, 何琼, 冉昊, 文勇, 黄崇湘
2020, 40(4): 62 -70   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000163
[摘要](190) [HTML全文](81) [PDF 986KB](10)
摘要:
采用轧制变形和退火处理相结合的方法,制备力学性能和摩擦学性能优异的超细晶CrCoNi中熵合金,利用电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)对CrCoNi中熵合金的显微结构进行表征。结果表明:低温轧制后650 ℃退火10 min的材料屈服强度高达1135 MPa,均匀伸长率为14.1%,另一组室温轧制后650 ℃退火20 min的材料屈服强度为987 MPa,均匀伸长率提高至18.6%;以上工艺处理后的CrCoNi中熵合金的晶粒尺寸得到极大细化,平均晶粒尺寸仅0.81 μm和0.92 μm;这种超高强度是由于高角度晶界的晶界强化和低角度晶界的位错强化;同时超细晶中熵合金具有很高的耐磨性能。
线性摩擦焊接钛合金整体叶盘研制与实验研究
李祚军, 田伟, 张田仓, 季亚娟, 钟燕
2020, 40(4): 71 -76   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000025
[摘要](156) [HTML全文](68) [PDF 828KB](5)
摘要:
本研究以先进航空发动机压气机整体叶盘为应用对象,开展TC11/TC17异材线性摩擦焊接整体叶盘的研制与实验考核研究,分析焊接接头的显微组织,对比研究母材和焊接接头的拉伸性能及持久性能,完成了焊接叶片单元件的振动疲劳实验和焊接整体叶盘的超转实验及低循环疲劳实验。结果表明:TC11/TC17线性摩擦焊接接头由TC11母材区、TC11侧热力影响区、焊合区、TC17侧热力影响区和TC17母材区五个典型区域组成。焊接试样的拉伸强度与TC11母材基本相当,焊接试样的伸长率与TC17母材相当,断面收缩率与TC11母材相当;焊接接头的持久强度极限低于TC17母材但略高于TC11母材。三种焊缝位置的焊接叶片单元件的中值疲劳寿命分别为1.501 × 106次、0.344 × 106次和0.132 × 106次,疲劳裂纹未产生在叶片的焊缝处及热影响区;焊接整体叶盘通过了115%的超转实验和1000次低循环疲劳实验,实验结果满足要求。
SUS304不锈钢板的胶接点焊及接头的疲劳强度
张龙
2020, 40(4): 77 -84   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000128
[摘要](217) [HTML全文](85) [PDF 926KB](6)
摘要:
以1.5 mm厚的SUS304奥氏体不锈钢板为实验材料,开展胶接点焊连接工艺及构件疲劳性能实验研究。从接头的工艺、强度分布特征、疲劳寿命以及F-N(载荷-疲劳)曲线等方面分析胶焊接头质量,并引入t分布、枢轴法、Weibull分布等对实验数据进行分析。结果表明:在相同的参数下,胶焊接头的焊核直径大于点焊接头,但是接头静强度比点焊接头下降了25%,比胶接接头提升了33%;在有限寿命的同一载荷水平下,胶焊接头的疲劳强度高于点焊接头,其疲劳寿命比点焊接头提高了60%~100%。
闭孔泡沫金属几种不同建模方法的对比性研究
郭亚周, 刘小川, 白春玉, 郑志军, 王计真
2020, 40(4): 85 -91   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000106
[摘要](144) [HTML全文](68) [PDF 1015KB](4)
摘要:
为研究闭孔泡沫金属的单轴压缩性能,通过三种不同的建模方法,分别建立二维随机胞元、三维Kelvin和三维Voronoi泡沫金属细观模型。基于LS-DYNA软件分析三种不同建模方法表征下闭孔泡沫金属压缩力学性能的差异性,研究三种建模方法下泡沫金属的变形模式、应力应变响应变化规律。结果表明:二维随机模型更适合泡沫金属的压缩规律性研究,而三维模型则更适合泡沫金属压缩响应的预测与优化研究;二维随机胞元模型受其平面几何和网格的限制大多数情况下只能模拟孔隙率较低的闭孔泡沫金属,而Kelvin模型和Voronoi模型则能够较好地模拟孔隙率高的闭孔泡沫金属;相比于Kelvin模型和二维随机胞元模型,Voronoi模型内部结构更趋真实合理,能够更好地表征闭孔泡沫金属的压缩力学性能。
孔径型FSS与贴片型FSS吸波特性的对比
袁旭冏, 刘文言, 王艳, 陆泽涛, 张有为, 韩沐畴, 李晓, 刘敏
2020, 40(4): 92 -98   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000178
[摘要](763) [HTML全文](434) [PDF 776KB](28)
摘要:
采用含有碳纤维的碳纤维纸制备孔径型与贴片型频率选择表面(frequency selective surfaces,FSS)。以芳纶纸蜂窝为匹配介质层,利用体视显微镜对碳纤维纸中的碳纤维分布进行微观表征,用矢量网络分析仪测试复合材料FSS的反射率。在碳纤维纸的基体面积占比率相同时,研究单元形状、碳纤维纸中碳纤维含量、碳纤维长度对孔径型FSS与贴片型FSS吸波性能的影响规律。结果表明:在2~18 GHz范围内,孔径型FSS与贴片型FSS的吸波性能与碳纤维纸中碳纤维的含量、长度有关,与单元形状无关;在6~18 GHz,碳纤维纸的基体面积占比率相同时,单元形状、碳纤维纸中碳纤维的长度、含量都使得孔径型FSS的吸波性能优于贴片型FSS。
复合材料层合板阶梯型胶接修补斜度有限元数值模拟研究
余芬, 郭拓, 刘武帅, 安伯宁, 邓殿凯, 何振鹏
2020, 40(4): 99 -108   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000141
[摘要](180) [HTML全文](78) [PDF 1414KB](8)
摘要:
建立阶梯型胶接修补结构的渐进损伤分析模型,研究阶梯型胶接修补后层合板在轴向拉伸载荷作用下的极限承载强度及失效模式,并进一步研究不同斜度下的修补工艺对修补后层合板强度的影响。通过编写VUMAT子程序,分别设置母板和补片的失效准则及刚度退化模型,选用Cohesive单元模拟胶层,完成复合材料层合板阶梯型胶接修补结构的渐进损伤分析。结果表明:极限拉伸强度随斜度的减小而增大,但当斜度为1∶20或更小时,强度恢复率变化不大;层合板0°铺层连接处的胶层最先发生损伤并沿垂直于施载方向扩展,直至失效,继而引起层合板和补片的损伤;胶层有效胶接面积随斜度的减小而增大,有效缓解应力集中现象;层合板基体拉伸失效首先发生在损伤区域最小半径处,纤维拉伸失效首先发生在0°铺层处,并沿垂直于施载方向扩展。
多相碳纳米纤维/聚乙烯复合材料介电性能
孙莉莉, 吴南, 彭睿
2020, 40(4): 109 -115   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000013
[摘要](156) [HTML全文](74) [PDF 1123KB](4)
摘要:
利用一种新型纳米材料碳纳米纤维(carbon nanofiber,CNF)对高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)和高密度聚乙烯/超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)共混物(UH-HDPE)进行改性,制备两相CNF/HDPE复合材料和三相CNF/UH-HDPE复合材料,研究CNF含量及其在基体中的分布状态对复合材料介电性能的影响。结果表明:CNF可良好分散于HDPE基体中,但无法渗入UHMWPE基体;CNF在两相复合材料中呈均匀分布状态,而在三相复合材料中呈非均匀分布状态;复合材料的介电常数随CNF含量增加而提高,当CNF质量分数达到7.5%以上时,CNF/HDPE复合材料在100 Hz下的介电常数达到190,比HDPE提高约50倍,且表现出明显频率依赖性;CNF/UH-HDPE复合材料的介电常数变化趋势与CNF/HDPE复合材料相同,但是在CNF含量相同时,三相复合材料的介电常数高于两相复合材料;当CNF含量较低时,两相和三相复合材料均无明显的介电损耗。
未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向
傅恒志
[摘要](2379) [PDF 446KB](2126)
摘要:
根据发动机材料基本服役环境的特点,提出将先进的结构概念与材料概念、发动机的先进性、可靠性与材料组织和缺陷的可控性与稳定性结合起来开展材料研究的论点。从使用温度、高温比强、抗氧化性、韧性、导热性与加工性方面分析了传统材料与新材料体系的特点,并针对我国航空发动机材料中存在的问题,提出了若干建议。
先进树脂基复合材料的发展
陈祥宝
[摘要](1915) [PDF 1174KB](2043)
摘要:
先进树脂基复合材料在过去三十年中已得到了飞速的发展.本文主要介绍了它们的发展现状及在航空工业的应用,讨论了先进树脂基复合材料的未来研究和发展方向以及应注意的几个问题.
导电硅橡胶研究进展
耿新玲, 刘君, 任玉柱, 苏正涛, 王景鹤
[摘要](1676) [PDF 863KB](1703)
摘要:
介绍了导电硅橡胶的两种导电机理,即渗流理论和隧道效应理论,综述了炭系和金属系两类导电填料的研究进展状况,并论述了温度、压力和加工工艺等因素对硅橡胶导电性能的影响,最后简要介绍了导电硅橡胶的应用状况并对其进行了展望。
纤维增强复合材料的损伤特征及失效分析方法
习年生, 于志成, 陶春虎
[摘要](1669) [PDF 349KB](1427)
摘要:
给出了纤维增强复合材料单向板的基本失效模式,总结了多向层合板的损伤特征。复合材料层合板中存在四种基本的失效模式,即:基体开裂、分层、纤维断裂及脱粘。上述四种基本失效模式虽然可组合出多种复杂模式,但任何复合材料的失效均可分为以“基体控制为主”或以“纤维控制为主”两种。本文还讨论了复合材料中的失效分析方法。目前,有关复合材料断裂图像的知识仍是有限的,但已引起人们的高度重视。
铸造高温合金发展的回顾与展望
陈荣章, 王罗宝, 李建华
[摘要](1558) [PDF 907KB](1427)
摘要:
回顾了20世纪40年代以来铸造高温合金发展中的若干重大事件:叶片以铸代锻;真空熔炼技术;定向凝固及单晶合金;合金成分设计;Ni3Al基铸造高温合金;合金凝固过程数值模拟;细晶铸造.展望了铸造高温合金21世纪的发展:单晶高温合金仍然是最重要的涡轮叶片材料;继续靠工艺的发展挖掘合金潜力;发展有希望的替代材料.
金属基复合材料的强化机制
陈剑锋, 武高辉, 孙东立, 姜龙涛
[摘要](1987) [PDF 1024KB](1334)
摘要:
复合材料的强化机制和强度预报一直是材料学的研究热点,因为这涉及到材料的组织设计问题。以往的研究对于金属基复合材料的强化机理有很多种说法,而且提出了大量的模型,但迄今为止缺乏一个统一而完善的理论。本文总结分析了近年来有关金属基复合材料的强化机制和一些相关的模型,并指出了这些强化机制的不足和以后的发展趋势。
苯并环丁烯聚合物材料
黄发荣
[摘要](1586) [PDF 374KB](1204)
摘要:
苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB)是一种受热活化的化合物,能形成高活性的中间体,中间体既可自身发生聚合反应,也可与亲二烯化合物发生Diels-Alder反应,形成高聚物。本文综述了苯并环丁烯化合物的化学反应原理及其形成的聚合物材料的性能和应用,并对此材料的发展趋势和前景作了讨论。
2524铝合金薄板平面各向异性研究
郭加林, 尹志民, 商宝川, 聂波, 何振波
[摘要](1737) [PDF 677KB](1184)
摘要:
采用室温拉伸性能测试、金相组织观察、XRD反极图测定和透射电子显微分析等方法研究了冷轧态和T3态2mm厚2524铝合金薄板不同取向条件下的显微组织和拉伸力学性能.以{110}单组分织构模型为基础,研究了织构与平面各向异性的关系.结果表明,2524冷轧态和T3态铝合金薄板在与轧制方向成45°和60°方向上的强度较0°、30°和90°方向上的强度低,延伸率则是45°方向上最高;轧向力学性能优于横向力学性能;冷轧态合金薄板的平面各向异性高于T3态合金板材;2524冷轧态合金薄板的主要织构为{110},次要织构为{311};2524-T3态铝合金成品薄板的主要织构为{110};2524铝合金薄板的平面各向异性与合金的晶粒结构以及晶体学织构密切有关,其中晶体学织构是造成合金板材平面各向异性的主要原因.
纳米压痕法测试压痕蠕变的应用研究
高阳, 文胜平, 王晓慧, 潘峰
[摘要](1731) [PDF 496KB](1183)
摘要:
阐述压痕蠕变的研究进展及其测试原理,并且采用纳米压痕仪对Ta,Ni和Ni基高温合金三种金属体材料、BaTiO3陶瓷和Ag/Co多层薄膜进行蠕变实验,分析蠕变应力指数和相应的蠕变机制。
航空高强度铝合金残余应力的抑制与消除
王秋成, 柯映林
[摘要](1507) [PDF 184KB](1110)
摘要:
从残余应力的产生和释放两个方面,讨论了抑制与消除铝合金中残余应力的若干技术与方法。首先,从尽量减少残余应力的产生又兼顾获得所需机械性能的角度,分析了采用热水淬火、喷雾淬火及有机介质淬火等淬火工艺。其次讨论了消除铝合金中残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合,并指出在铝合金结构件淬火后的不稳定状态进行残余应力消除处理效果最佳。
7075-T651铝合金疲劳特性研究
韩剑, 戴起勋, 赵玉涛, 李桂荣
[摘要](1701) [PDF 1068KB](1092)
摘要:
在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S-N曲线,估算疲劳极限为223MPa。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。
粉末高温合金研究进展与应用
邹金文, 汪武祥
[摘要](1641) [PDF 1318KB](1052)
摘要:
粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料。为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件。为缩短研制周期,优化工艺过程。数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果。
蜂窝材料及孔格结构技术的发展
王玉瑛, 吴荣煌
[摘要](1506) [PDF 663KB](1015)
摘要:
介绍了一种新型的芳纶/酚醛型高模量、高强度的Korex蜂窝芯材。并对不同孔格密度的Korex蜂窝芯材进行了力学性能和典型使用性能的对比,给出了几种新型的蜂窝结构。新型蜂窝材料和新型蜂窝孔格结构的研究,将有效地提高蜂窝结构的力学性能,显著地降低结构重量,提高使用可靠性,有利于扩大蜂窝结构在航空航天及其他工业领域中的应用。
航空发动机用PMR聚酰亚胺树脂基复合材料
谭必恩, 益小苏
[摘要](1697) [PDF 1607KB](991)
摘要:
较全面地综述了PMR聚酰亚胺树脂及其复合材料的制备、性能,并总结了其在航空发动机上的应用情况,分析了目前存在的问题,并提出了将来可能的发展方向。
自愈合碳化硅陶瓷基复合材料研究及应用进展
张立同, 成来飞, 徐永东, 刘永胜, 曾庆丰, 董宁, 栾新刚
[摘要](1626) [PDF 2056KB](982)
摘要:
为了满足高推重比航空发动机长时热力氧化环境的使用需求,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料正朝自愈合方向发展。本文介绍自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的微结构与性能,自愈合与强韧化机理,制造方法和工艺特点及其在航空发动机热端部件的应用情况,表明多元多层微结构形成了“层层设防,就地消灭”的氧化防御体系,是复合材料实现自愈合与强韧化的关键。自愈合碳化硅陶瓷基复合材料能够满足发动机高温服役环境要求,显著降低发动机的结构重量,从而有效提高发动机的推重比。
先进高温合金近净形熔模精密铸造技术进展
曹腊梅, 汤鑫, 张勇, 薛明, 李爱兰, 盖其东, 刘发信
[摘要](1455) [PDF 1314KB](978)
摘要:
介绍近期国内外的高温合金近净形熔模精密铸造技术研究发展状况,重点介绍北京航空材料研究院在航空发动机高温合金涡轮叶片、整体叶盘以及导向器和机匣类结构件的精密铸造技术领域取得的研究成果。论述高温合金精密铸造技术的未来研究重点。
1981 年创刊,双月刊

CN 11-3159/V
ISSN 1005-5053

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