2009年29卷4期

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论文
晶粒尺寸和片层厚度对全片层γ-TiAl基合金屈服强度的影响
苏继龙, 林高飞, 郑书河
2009, 29(4): 1-5.
[摘要](37) [PDF 1878KB](0)
摘要:
基于多位错塞积理论,建立了全片层γ-TiAl基合金屈服强度尺度效应的解析预测细观力学模型,得到了全片层γ-TiAl基合金屈服强度的计算公式并详细分析了晶粒尺寸d和片层厚度λ对屈服强度的影响关系,数值预测结果趋势与已有的试验结果相吻合。主要结论是:γ-TiAl基合金屈服强度对晶粒大小d变化不敏感,而对片层厚度λ具有强烈的依赖关系,随着片层厚度的减小,屈服强度明显增大,表现出显著的尺度效应;屈服强度与片层厚度之间的制约关系在一定的片层尺度范围内符合Hall-Petch关系。值得注意的是,当片层尺寸λ细化至90nm时,γ-TiAl基合金材料的屈服强度达到一极限饱和值,这一极限饱和值约为1000MPa。
Al含量对耐热Mg-Al-Sr合金显微组织及力学性能的影响
周健, 白晶, 薛烽, 孙扬善, 陶卫健
2009, 29(4): 6-11.
[摘要](36) [PDF 1346KB](0)
摘要:
研究了Mg-(4~7)Al-2Sr系列四种合金的显微组织、拉伸和蠕变性能及Al含量对其组织和性能的影响。Mg-(4~7)Al-2Sr系合金的铸态组织均由α-Mg和沿枝晶界分布的第二相构成。Al含量为4%时在晶界处形成了离异共晶和少量层片共晶Al4Sr相及大块的三元τ(Mg-Al-Sr)相。Al含量的增加使Al4Sr全部转变为更加粗大的层片状共晶,同时共晶相的体积分数增加而τ相体积分数减小,当Al含量6%时全部为α-Mg+Al4Sr共晶组织。Al含量继续升高到7%后,基体中形成了少量的Mg17Al12相。含Al 4%和5%的合金中Sr抑制了显微组织中Mg17Al12相的形成和高温下的非连续析出,并且在高温100h蠕变后显微组织没有发生明显变化,有较好的蠕变抗力。三元τ相比Al4Sr有更高的热稳定性,因此在Al含量低于6%时,随着Al量增大,τ相减少而Al4Sr相增加,导致合金蠕变性能有所下降;Al含量高于6%时,胞状Mg17Al12相非连续析出,Al含量增大使析出相增多,蠕变性能也逐渐下降。
抽拉速率对Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金的定向凝固组织的影响
郑元斌, 李双明, 李臻熙, 朱鹏超, 傅恒志
2009, 29(4): 12-16.
[摘要](27) [PDF 600KB](0)
摘要:
采用亚快速定向凝固装置成功地制备了Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金定向凝固试样,观察了不同凝固速率下的固液界面形貌、过渡区和稳态区凝固组织。实验结果表明,在2μm/s抽拉速率下,合金界面以胞状界面形态生长,全片层组织(γ+α2)取向与生长方向成0°和45°的夹角,合金凝固时的领先相为β相。在100μm/s凝固速率下,合金界面以枝状形态生长,全片层组织方向与生长方向的夹角为90°,领先相从β相转化为α相。通过将合金中Cr和Nb元素的含量折算成Al的含量,计算Ti-48.3Al合金中α和β相界面生长温度,发现凝固速率达到180μm/s时,领先相可由β相转变为α相,理论计算结果支持实验中的相选择转变过程。
稀土元素La,Ce对机械合金化TiAl合金显微组织和性能的影响
洪雨, 吴玉程, 李云, 汪峰涛, 王庆平, 李东辉
2009, 29(4): 17-20.
[摘要](84) [PDF 776KB](0)
摘要:
采用机械合金化结合粉末冶金技术制备Ti-44.7Al-xLa-yCe(原子分数/%,下同)合金材料。利用扫描电镜和金相显微镜研究不同La,Ce添加量对机械合金化TiAl基合金的显微组织的影响,并对合金的力学性能进行测试。研究表明,通过机械合金化在TiAl基合金系统中添加微量稀土元素La,Ce对TiAl基合金的细化作用非常明显,TiAl的强度开始随着稀土元素La的增加而增加,当La元素含量为0.5%时,达到峰值,然后强度随稀土含量的增加而下降;而合金的强度却随添加Ce的含量的增加而直线下降,同时添加稀土La的TiAl合金的强度远高于加稀土Ce的TiAl合金的强度。
热处理对Ti3Al/TC11双合金盘拉伸性能与组织的影响
刘莹莹, 姚泽坤, 杨航航, 秦春, 郭鸿镇
2009, 29(4): 21-26.
[摘要](29) [PDF 731KB](0)
摘要:
研究了经真空电子束焊接+近等温锻造制备的Ti3Al/TC11双合金盘在不同热处理制度处理后的力学性能和显微组织。结果表明,采用梯度热处理的双合金盘的强度稍高;而塑性与变形量有关,当采用40%变形的塑性要高些。热处理制度对焊缝区显微组织有较大的影响。梯度热处理时,焊缝两侧合金的热影响区组织与焊缝中心过渡均匀、无突变,而采用一般热处理制度处理时组织则有明显的突变。热处理制度对双合金盘焊缝的相组成几乎没有什么影响,除了α2,α及β相外,还有新生成的O相,MoNb,Nb3Al及TiAl3相,它仅对组成焊缝的每一个相的含量有一定影响。
GH4169高温合金多层板结构的激光连接/超塑成形组合技术
曲凤盛, 张凯锋, 吕宏军
2009, 29(4): 27-32.
[摘要](31) [PDF 745KB](0)
摘要:
采用激光连接/超塑成形组合技术制造了GH4169合金三层板结构件,并分析了该合金板的超塑性及成形前后的微观组织。结果表明:超细晶GH4169板材具有良好的超塑性,在T=940℃,初始应变速率为=6.1×10-4s-1的条件下,延伸率达到368.2%,m值为0.39,超塑成形过程改善了焊缝显微组织并且提高了其力学性能,因此该方法适用于GH4169高温合金多层结构的制造。焊接工艺参数:频率32Hz,峰值功率4500W,脉宽3ms,焊速180mm/min;超塑成形工艺参数:温度Tf=960℃,压力Pf=4.2MPa,时间tf=130min。
TC4+TC17线性摩擦焊接头的微观组织与力学性能
马铁军, 史栋刚, 张勇, 杨思乾
2009, 29(4): 33-37.
[摘要](38) [PDF 1125KB](2)
摘要:
进行了TC4+TC17异种钛合金试件的线性摩擦焊实验,利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜分析了焊接接头的微观组织,并进行了焊后接头的力学性能测试。着重分析了焊接接头的焊缝、近缝区及变形区的组织特点及相变规律,并结合线性摩擦焊的工艺特点,初步分析了形变组织的形成机理。实验结果表明,利用合理的焊接工艺参数,用线性摩擦焊方法可获得可靠的TC4+TC17钛合金焊接接头,接头的拉伸性能优于TC4母材。TC4与TC17接头的焊缝区为等轴细晶组织,两侧近缝区、变形区的组织形貌差异较大。
TC4钛合金电子束焊接焦点动态变化特性研究
付鹏飞, 王亚军, 毛智勇, 巩水利, 王春明
2009, 29(4): 38-41.
[摘要](37) [PDF 783KB](0)
摘要:
为了探索电子束深熔穿透焊接原理,针对20mm厚TC4钛合金中厚板材开展了电子束焊接工艺实验,分析了电子束焊接过程焦点动态变化特性,研究了焊接速度、工作距离对电子束焊接焦点动态变化特性的影响。结果表明,随着焊接速度增加,临界穿透束流增大,焦点动态变化特征曲线上移;随着工作距离的增加,动态焦点逐渐向下移动;保持其他参数恒定,随着聚焦电流增加,电子束焦点动态变化,焊缝形貌由钉形向钟罩形过渡。
反应等离子喷涂Fe-Ti-C复合粉末制备金属陶瓷涂层的组织形成机理
王海涛, 张守全, 黄继华, 朱警雷, 张强, 张华
2009, 29(4): 42-46.
[摘要](39) [PDF 759KB](0)
摘要:
以蔗糖为碳的前驱体、TiFe粉为原料制备Fe-Ti-C系反应热喷涂复合粉末,通过等离子喷涂沉积TiC/Fe金属陶瓷涂层,利用"淬熄试验"研究涂层组织形成机理。采用XRD和SEM分析喷涂粉末、涂层以及淬熄粒子的组织结构。结果表明:每个复合粉末团粒构成独立的反应单元,在喷涂飞行过程中首先出现Ti-Fe液相,然后整个团粒发生球化;熔化的团粒内部生成大量细小TiC颗粒,表层有少量TiC聚集,与基板碰撞后形成复合强化片层与TiC聚集片层交替叠加的涂层结构;随飞行距离增大,团粒外部TiC聚集层增厚,内部TiC颗粒减少,碰撞扁平化程度降低;最终涂层由TiC和Fe两相组成,大量亚微米级TiC颗粒呈内晶型均匀分布于Fe基体中。
磁控溅射DLC/SiC/Ti多层膜对镁合金摩擦磨损性能的影响
夏登福, 许晓静, 卓刘成, 郝欣妮, 宗亮
2009, 29(4): 47-51.
[摘要](31) [PDF 472KB](0)
摘要:
采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备DLC/SiC/Ti(类金刚石/碳化硅/钛)多层膜(SiC,Ti为中间层),研究了薄膜的纳米压痕行为和膜基系统的摩擦磨损性能。试验结果表明:DLC薄膜具有低的纳米硬度(4.01GPa)和低的弹性模量(40.53GPa),但具有高的硬弹比(0.10);膜基系统具有好的摩擦磨损性能;在以氮化硅球为对磨件的室温干摩擦条件下摩擦系数平均约为0.19,与镁合金相比,磨损速率低了约三个数量级,膜基系统经3.5h磨损后,未出现裂纹和剥落,显著改善了镁合金的抗磨损性能。
局部包铝层对铝合金疲劳板材盐雾环境中点腐蚀的影响
刘慧丛, 谷岸, 朱立群, 刘建中, 叶序彬, 胡本润
2009, 29(4): 52-56.
[摘要](29) [PDF 1306KB](0)
摘要:
研究了在3.5%NaCl水溶液(质量分数,下同)中性盐雾环境中,带有局部包铝层的2024和7B04高强铝合金轴向疲劳板材光滑试样的腐蚀。发现疲劳试样表面的局部包铝层不仅保护其覆盖区域不被腐蚀,同时也间接减轻了其未覆盖区域的腐蚀程度。这主要是由于局部包铝层的存在减小了其未覆盖区域的腐蚀面积,而铝合金腐蚀面积的减小会造成腐蚀程度降低。腐蚀面积的变化对2024铝合金影响较小,造成腐蚀深度的减小;对7B04铝合金影响较大,可以使其不发生点腐蚀。
碳纤维/环氧树脂单向复合材料的吸湿残余应力研究
黄远, 万怡灶, 何芳, 王玉林, 高智芳, 李刚
2009, 29(4): 57-62.
[摘要](33) [PDF 687KB](0)
摘要:
对碳纤维增强环氧树脂基(CFL/EP)单向复合材料在湿热环境下吸湿残余应力进行了研究。首先,采用ABAQUS有限元软件计算了环境温度T=37℃及T=80℃条件下随时间变化的材料中水分分布,该结果和材料吸湿实验结果吻合较好,同时也发现碳纤维随机分布模型能更好地模拟复合材料吸湿行为;随后,根据获得的水分分布对随时间变化的吸湿残余应力进行了研究。结果表明:树脂基体长时间吸湿导致的残余应力能够达到很高的水平(30MPa以上),其中纤维间距较小的基体区域以及基体和纤维界面处的应力水平明显高于其他区域,而在界面处应力值最高。这种高水平的残余应力在吸湿、脱湿循环下可能导致材料发生疲劳损伤及失效。
KH550修饰碳纳米管增韧环氧树脂的研究
熊磊, 马宏毅, 王汝敏, 梁红波, 管静
2009, 29(4): 63-66.
[摘要](39) [PDF 759KB](0)
摘要:
利用偶联剂KH550对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行化学修饰,并制备了MWCNTs/环氧树脂纳米复合材料。研究了不同含量的MWCNTs对纳米复合材料力学性能的影响。研究结果表明,MWCNTs表面成功接枝上了一定量的KH550,将其加入环氧树脂基体可大幅提高复合材料的力学性能。当添加量达到0.5%时,复合材料的力学性能最好,冲击韧度和弯曲强度较纯环氧树脂分别提高了85.3%和21.6%。扫描电镜结果显示,复合材料由脆性断裂转变为韧性断裂。
PTFE/SGM复合材料熔融结晶行为的研究
王志超, 寇开昌, 张东娜, 晁敏, 毕辉
2009, 29(4): 67-71.
[摘要](41) [PDF 386KB](0)
摘要:
采用差示扫描量热法(DSC)研究了实心玻璃微珠(Solid Glass Microsphere)含量对聚四氟乙烯/实心玻璃微珠(PTFE/SGM)复合材料熔融结晶行为的影响,并通过Jeziorny法研究了该复合材料的非等温结晶动力学。结果表明:当SGM含量为15%时,PTFE/SGM复合材料的结晶度达到极大值;SGM对PTFE有异相成核作用,提高了PTFE的结晶速率;SGM含量对PTFE/SGM复合材料的结晶温度没有规律性影响;Jeziorny法可以用于分析PTFE/SGM复合材料的非等温结晶动力学过程;PTFE采取多种结晶机理进行阶段性结晶,而且SGM含量的变化不会改变PTFE的结晶机理。
先驱体转化法制备2D C/SiC-ZrC复合材料中ZrC含量对材料结构性能影响研究
王其坤, 胡海峰, 陈朝辉
2009, 29(4): 72-76.
[摘要](47) [PDF 433KB](2)
摘要:
针对高超音速飞行器、可重复使用运载器和下一代火箭发动机等超高温使用环境的工况要求,提出在2D C/SiC复合材料中引入耐超高温ZrC填料。采用先驱体转化法制备了不同ZrC含量的2D C/SiC-ZrC新型复合材料,考察了ZrC含量对材料力学性能、抗烧蚀性能和组成结构的影响。结果表明,材料的弯曲强度和弯曲模量随着ZrC含量的增加有一定程度的下降,材料的抗烧蚀性能明显提高,其中ZrC含量最高(33.3vol%)的试样S-50弯曲强度和弯曲模量均最低,分别为192.1MPa和27.5GPa;经氧乙炔焰烧蚀考核60s后,表面温度达到2123℃,试样表现出最低的烧蚀率,线烧蚀率为0.004mm/s,质量烧蚀率为0.006g/s。
浆料浸渍结合反应熔渗法制备2D C/SiC-ZrB2复合材料
童长青, 成来飞, 殷小玮, 刘永胜, 张立同
2009, 29(4): 77-80.
[摘要](43) [PDF 803KB](0)
摘要:
利用XRD,SEM,EDS研究浆料浸渍结合反应熔渗法制备2D C/SiC-ZrB2复合材料的组成与结构,并测定了复合材料的弯曲强度。结果表明:采用单向加压依次渗入ZrB2微粉和酚醛树脂,能很好地将ZrB2微粉和树脂渗入到纤维束间,但熔融Si难以渗入到试样内部,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为18.3%和110MPa。采用ZrB2浆料真空浸渍,沉积碳基体后进行熔融渗Si,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为5.5%和230MPa。
碳/碳复合材料表面纳米HAp/壳聚糖生物复合涂层的制备
李颖华, 曹丽云, 黄剑锋, 曾燮榕
2009, 29(4): 81-84.
[摘要](31) [PDF 887KB](1)
摘要:
以声化学法合成的纳米羟基磷灰石(HAp)为起始原料,以异丙醇作为分散介质,采用水热电泳沉积法在经壳聚糖(CS)溶液改性后的碳/碳复合材料(C/C)表面沉积纳米HAp/CS生物复合涂层。重点研究了水热条件下沉积电压对复合涂层的晶相组成、形貌和结构的影响规律。采用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所制备的涂层进行表征。结果表明:随着沉积电压的升高,涂层更加致密和均匀;同时水热环境有利于纳米HAp晶粒的生长,制备出的HAp/CS复合涂层不需要后续热处理。
聚甲基苯基硅氧烷涂层对高硅氧纤维/磷酸盐性能的影响
吴丽娜, 黄玉东, 刘丽
2009, 29(4): 85-89.
[摘要](37) [PDF 918KB](0)
摘要:
采用涂覆有机-无机杂化涂层的方法对高硅氧纤维(HSGF)进行表面改性。涂覆前后的纤维表面特性采用XPS和AFM进行表征;采用浸泡法腐蚀实验研究了涂层对HSGF耐酸腐蚀能力的影响;通过测试界面剪切强度(IFSS)评价了复合材料的界面粘结性能,并测试了涂层前后HSGF及其增强磷酸盐基复合材料力学性能。结果表明,聚甲基苯基硅氧烷(PSI)涂层可有效地保护高硅氧纤维,阻碍磷酸盐基体/高硅氧纤维之间的界面反应,降低磷酸对其的腐蚀速率,调节界面结合程度,使复合材料弯曲强度比未处理试样提高32%。
PAXD法制备TiB/TiAl基复合材料及其力学性能研究
李云明, 王芬, 朱建锋
2009, 29(4): 90-93.
[摘要](31) [PDF 734KB](0)
摘要:
利用Al-Ti-B体系的放热反应,通过压力辅助放热弥散法(PAXD),原位合成了TiB/TiAl基复合材料。借助XRD,SEM分析了TiB/TiAl复合材料微观组织及并测试了其力学性能,探讨了TiB增强增韧TiAl金属间化合物的机制。研究结果表明:其增强相为TiB,基体相为TiAl和Ti3Al。TiB增强体主要以颗粒状、板状及细棒状均匀分布在基体中,其尺寸范围为亚微米级。复合材料的弯曲强度及断裂韧度较二元的TiAl金属间化合物有很大的提高。原位合成TiB/TiAl复合材料主要强化机制有:弥散强化、热膨胀合理失配强化机制、晶须(晶棒)强化。
新型无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-LiNbO3的研究
周昌荣, 刘心宇, 杨桂华, 袁昌来, 杨华斌
2009, 29(4): 94-97.
[摘要](43) [PDF 462KB](0)
摘要:
采用传统陶瓷制备方法制备了一种新型无铅压电陶瓷材料(1-x)Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-LiNbO3(BNKT-LNx)。研究了LiNbO3对BNKT-LNx陶瓷晶体结构、显微组织和压电性能的影响。结果表明:在所研究的组成范围内陶瓷材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,LiNbO3促进陶瓷晶粒生长。陶瓷介电温谱存在两个反常峰,随LiNbO3含量增加低温反常峰向低温移动,εm降低,介电弥散相变特征越明显。在x=0.01时该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=195pC/N,kp=0.336。
一种含Re单晶镍基合金的高温蠕变行为
王明罡, 田素贵, 于慧臣, 于兴福, 钱本江
2009, 29(4): 98-102.
[摘要](32) [PDF 1566KB](0)
摘要:
通过测定蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力(σ0),研究了一种含Re单晶镍基合金的蠕变行为,并计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及应力指数。结果表明:在稳态蠕变期间位错运动的内摩擦应力(σ0),随外加应力的提高略有提高,随温度的升高而明显降低。在蠕变初期,γ'相沿垂直于应力轴方向形成N型筏状结构,随蠕变进行,筏状γ'相发生粗化,且距离断口越近,筏状γ'相粗化及扭曲程度越严重,其中,由于颈缩使样品近断口区域承受最大有效应力,是使筏状γ'相粗化及扭曲加剧的主要原因。蠕变后期,合金的变形机制是位错剪切筏状γ'相。
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