2013年33卷2期

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《航空材料学报》2013年第2期目次
2013, 33(2): 0-0.
[摘要](275) [PDF 279KB](280)
摘要:
论文
微量Sc,Er对Al-Cu-Mg-Zr合金铸态组织的影响
李云涛, 刘志义
2013, 33(2): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.001
[摘要](504) [PDF 2583KB](372)
摘要:
采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和XRD物相定性分析研究了添加微量Sc和Er对Al-Cu-Mg系合金铸态组织的影响以及作用机制。结果表明:Er,Sc能不同程度细化合金铸态组织。合金中添加Sc元素细化合金铸态组织的机制为凝固时形成的均匀分布的Al3(ScxZr1-x)质点成为Al结晶时理想的异质核心,起到显著的晶粒细化作用。Er在合金中主要以Al8Cu4Er分布于晶界,并没有观察到Er和Zr元素的交互作用;凝固过程中,Er元素聚集在固液界面前沿,增大了凝固前沿的液相成分过冷度,抑制枝晶生长,从而细化晶粒。
热轧制变形对网状结构TiBw/Ti6Al4V复合材料组织与性能的影响
黄陆军, 唐骜, 戎旭东, 耿林
2013, 33(2): 8-12. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.002
[摘要](543) [PDF 1731KB](302)
摘要:
在成功设计并制备出具有优异综合力学性能的网状结构TiBw/Ti6Al4V (TiBw/Ti64)复合材料的基础上,研究了轧制变形对新型网状结构TiBw/Ti64复合材料组织与性能的影响规律。利用扫描电镜观察不同变形量变形后的微观组织,分析结果显示,不同轧制变形量对应不同变形组织,随着轧制变形量的增加,网状结构TiBw/Ti64复合材料中增强相破碎加剧,局部增强相含量降低,且钛合金基体为转变组织。拉伸性能结果表明,由于基体形变及热处理强化与增强相的破碎导致的弱化效果的共同作用,随着轧制变形量的增加,网状结构TiBw/Ti64复合材料抗拉强度及伸长率均先增加后降低。抗拉强度从1090MPa提高到1330MPa,相当于提高了22%,而伸长率最大提高了97%。
等径角挤扭变形过程中纯铝粉末材料的显微组织与力学性能
王晓溪, 李萍, 薛克敏, 王雪, 张翔
2013, 33(2): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.003
[摘要](482) [PDF 2851KB](310)
摘要:
采用EBSD和TEM研究了200℃下,纯铝粉末材料经不同道次ECAPT变形后的微观组织,并进行了显微硬度和相对密度测试。结果表明,1道次ECAPT变形后,材料显著细化但变形不均匀,晶粒基本沿剪切方向呈条带状分布,平均晶粒尺寸约为5.20m,但多为小角度晶界结构。随着变形道次的增加,亚晶在不断被细化的同时晶粒间的取向差不断增大,形状更加趋于等轴,该过程可认为发生了连续动态再结晶。4道次变形后,材料内部形成了均匀、细小且呈大角度晶界分布的等轴再结晶组织,最小晶粒尺寸可达0.5m。ECAPT变形过程中,晶粒细化机制为机械剪切、应变累积和动态再结晶三者的综合作用,粉末材料力学性能的提高与组织致密、细晶强化和位错强化等因素有关。
应力对7050铝合金时效成形组织和性能的影响
李超, 戴圣龙, 张坤, 汝继刚
2013, 33(2): 19-23. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.004
[摘要](525) [PDF 1165KB](360)
摘要:
采用显微硬度、透射电子显微镜等手段,研究了应力时效对预时效态7050铝合金时效析出行为与硬度的影响,并通过与无应力时效进行对比揭示了外加应力对预时效态7050铝合金时效硬化的作用机制。研究结果表明:与无应力时效相比,外加应力可加速7050铝合金时效硬化速率,减小峰值硬度和缩短欠时效时间,同时外加应力能促进7050铝合金析出相的析出和长大。此外,TEM观察表明:应力时效过程中合金性能的变化与其微观组织的演变密切相关;应力时效初期,'相的析出使硬度上升并达到峰值;随后,'相转变成相以及相粗化引起硬度单调下降。
铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织及力学性能
张丹丹, 曲文卿, 庄来杰, 杨模聪, 陈洁, 孟强, 柴鹏
2013, 33(2): 24-28. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.005
[摘要](525) [PDF 2395KB](354)
摘要:
采用搅拌摩擦焊对2mm厚不同铝锂合金进行搭接,并对接头的组织和力学性能进行分析。同时研究了焊接工艺参数、热处理状态对接头性能的影响。研究表明:搭接接头焊核区呈洋葱环结构,由细小的等轴晶组织构成;前进侧搭接界面有钩状缺陷,对接头力学性能产生不良影响。搭接接头的塑性较差,伸长率仅有3.18%,不及母材伸长率的25%;当转速为800r/min、焊速为200mm/min时,接头的强塑性最佳,抗拉强度达到467MPa(母材的94%);热处理对搅拌摩擦焊焊接头力学性能影响显著,经过人工时效后,接头强度提高了13%~18%,抗拉强度最高达到526MPa,伸长率都有所下降。断口形貌分析表明:接头拉伸断裂是从前进侧的钩状缺陷起裂;接头拉伸断口为准解理和韧窝断裂的复合断口。
氧燃充枪比对爆炸喷涂CoCrAlYTa涂层组织和性能的影响
高俊国, 陆峰, 汤智慧, 王长亮, 郭孟秋, 崔永静
2013, 33(2): 29-34. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.006
[摘要](453) [PDF 1772KB](336)
摘要:
采用爆炸喷涂工艺制备了CoCrAlYTa涂层,借助SEM,EDS,显微硬度分析和结合强度测试等手段研究了氧燃充枪比对所制备涂层组织结构和性能的影响。结果表明,随着氧燃充枪比的增加,爆轰温度和爆轰速率不断提高,使涂层由均匀结构向层状结构转变,涂层的孔隙率不断降低;涂层的显微硬度、结合强度以及弯曲结合力则随氧燃充枪比的增加不断提高。
金属间化合物Al2CuMg的制备
周和荣, 陈明明, 杜翠薇, 马坚, 揭敢新, 李晓刚
2013, 33(2): 35-40. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.007
[摘要](486) [PDF 2350KB](326)
摘要:
依据Al-Cu-Mg合金相图,采用不同比例的原材料成分配比进行真空冶炼和热处理制备金属间化合物Al2CuMg,并采用扫描电子显微镜、能谱分析、X射线衍射等方法分析材料的成分、组成和微观组织。结果表明:配比为51Al-33Cu-16Mg(质量分数,下同)的原材料经真空熔炼、定向凝固和水冷后得到粗大晶粒的Al2CuMg相,且杂质较多;配比为50Al-25Cu-25Mg的原材料经真空熔炼、凝固和水冷获得多相材料,在510℃进行不同时间的热处理,经72h保温处理后能得到纯度高达98%的Al2CuMg相材料。
Ti6Al4V合金的磨损行为和磨损机制
茅奕舒, 崔向红, 王树奇, 李冬升, 杨子润, 孙瑜
2013, 33(2): 41-45. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.008
[摘要](514) [PDF 2521KB](297)
摘要:
采用销-盘式高温磨损试验机对Ti6Al4V合金在20~400℃进行干滑动摩擦磨损实验,研究了Ti6Al4V合金的磨损行为并探讨了其磨损机制。结果表明: 25℃时,合金的磨损量随载荷的增加而逐渐升高; 200℃时的磨损量略高于25℃,但当载荷高于200N时,磨损量急剧升高。当温度为400℃、载荷在50~100N时,磨损量降低且达到最低值,随后在100~200N之间磨损量略有升高, 200N以后磨损量急剧升高。25℃和200℃下磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损; 400℃、载荷为100~200N时磨损机制为氧化轻微磨损。研究发现,磨损过程中形成机械混合层,当400℃,载荷为100~200N时机械混合层中出现氧化物Ti8O15和TiO2,这样硬的机械混合层具有显著地减磨作用。
转动微动磨损条件下7075铝合金的局部疲劳行为研究
沈明学, 周琰, 宋川, 莫继良, 蔡振兵, 朱旻昊
2013, 33(2): 46-50. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.009
[摘要](424) [PDF 1479KB](296)
摘要:
在新型转动微动磨损试验机上,进行了7075铝合金与GCr15钢球配副在不同角位移幅值下的转动微动磨损实验。在磨痕表面形貌及剖面微观分析的基础上,研究了转动微动磨损的局部疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明:转动微动磨损条件下疲劳裂纹主要分布于混合区,大量的裂纹向基体内部扩展,混合区材料的失效形式主要表现为裂纹的萌生和扩展,并伴随因疲劳磨损所致的片状剥落;在部分滑移区,疲劳裂纹萌生后平行于表面方向扩展,微动损伤主要表现为材料的轻微剥落;在滑移区,在局部接触疲劳和磨损的竞争过程中,疲劳效应减弱且材料磨损占支配地位。此外,疲劳裂纹的形成与转动微动的中心隆起有密切关系。
Zn2+取代W型钡钴铁氧体的制备及其电磁性能研究
王潇雅, 黄英, 赵阳, 吴燕飞
2013, 33(2): 51-57. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.010
[摘要](428) [PDF 2580KB](289)
摘要:
采用溶胶-凝胶法制备Zn2+取代W型钡钴铁氧体BaZnxCo2-xFe16O27 (x=0.8,1.0,1.2)粉体。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜、振动样品磁强计和矢量网络分析仪对样品进行表征。研究焙烧温度以及Zn2+取代量对W型钡钴铁氧体晶体结构的影响。分析不同Zn2+取代量下,W型钡钴铁氧体的微观形貌、磁性能以及微波电磁特性。结果表明:采用溶胶-凝胶法,在焙烧温度为1300℃时,可获得平均晶粒尺寸约为25.06~32.04nm,粒径分布均匀,颗粒尺寸约为3~9m、部分形状规则且呈六角片状的W型钡钴铁氧体粉体;当x=1.2时,样品室温比饱和磁化强度Ms达最大值,为105.99 Am2kg-1;在4~11GHz频段内,样品的磁损耗随着Zn2+取代量的增加而增加,其值为0.2~0.8,而在11~18GHz频段内,磁损耗随着Zn2+掺杂量的增加而减小,其值为0~0.5。
苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料的湿热性能研究
陈旭, 尹鹏, 咸贵军, 刘燕峰, 刘青曼, 益小苏
2013, 33(2): 58-65. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.011
[摘要](434) [PDF 1671KB](329)
摘要:
通过模压工艺制备了苎麻纤维织物增强酚醛树脂基复合材料层合板,研究了模压层合板在不同湿热环境下的水吸收与扩散及力学性能。研究表明:在20℃,40℃和60℃三种温度下,相对湿度的上升使层合板瞬时吸湿速率增大很明显,而在50%相对湿度下,温度对层合板的饱和吸水率的影响不大。当吸湿份数在0.5以下时,层合板在50%的相对湿度和20℃,40℃和60℃三种温度下,水扩散系数分别为2.1610-6 cm2/s,2.9410-6 cm2/s和6.6110-6 cm2/s。层合板的力学性能随吸水率的增加而下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,层合板力学性能下降的主要原因是水分破坏了纤维和树脂的界面,同时进入纤维的空隙中,影响了复合材料中的应力传递,使复合材料力学性能下降。
不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究
周书辉, 刘郁丽, 沈化文, 杨合
2013, 33(2): 66-73. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.012
[摘要](449) [PDF 3792KB](328)
摘要:
为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数。基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证。基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂。
单多轴变幅加载下TC21钛合金疲劳特性
田玉杰, 尚德广, 陈宏, 刘建中
2013, 33(2): 74-80. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.013
[摘要](423) [PDF 3107KB](326)
摘要:
在应变载荷控制下对TC21钛合金薄壁管光滑试件进行单轴、拉-扭比例、非比例恒幅、变幅加载试验,研究其疲劳行为。研究表明,TC21钛合金在单轴和多轴比例恒幅载荷下均表现为循环软化,并且应变载荷水平越大软化越明显。非比例变幅加载时,前期的大应变载荷对材料的轴向拉压特性具有强化作用,使得后期小应变载荷下的循环特性出现硬化现象。
TC4钛合金两种显微组织的紧固孔原始疲劳质量研究
李华, 贺飞, 马英杰, 雷家峰, 景绿路, 刘羽寅
2013, 33(2): 81-86. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.014
[摘要](400) [PDF 1922KB](303)
摘要:
利用标识载荷试验技术,将具有两种不同显微组织TC4钛合金分别在三种应力水平下进行疲劳试验,在光学显微镜下对疲劳裂纹扩展断口进行观察,获得裂纹扩展过程中不同循环周次下的裂纹长度,以此建立了表征TC4钛合金原始疲劳质量的通用EIFS分布。研究结果显示钛合金双态组织比片层组织具有更好的原始疲劳质量,双态组织具有较高的疲劳裂纹萌生寿命及裂纹扩展系数。此外还分析了双态组织中添加标识载荷的疲劳断口形貌,认为其疲劳断口标识线的形成是由于加入标识载荷后,应力强度因子范围发生变化,导致疲劳裂纹扩展过程中断裂模式发生改变,从而在断口上形成了可判读的标识线。
连续纤维增强金属基复合材料的研制进展及关键问题
王涛, 赵宇新, 付书红, 张勇, 曾维虎, 韦家虎, 李钊
2013, 33(2): 87-96. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.2.015
[摘要](602) [PDF 1386KB](471)
摘要:
介绍连续纤维增强金属基复合材料的种类及其在航空航天领域的应用情况,并对连续纤维增强金属基复合材料研制过程中的难点和热点问题进行归纳和总结,对关键技术问题提出相应的研究方法和思路。纤维与金属基体间的界面问题是其研究与应用的最主要问题,可以从纤维的表面改性、纤维与基体的相容性和润湿性、界面反应、界面强度等方面入手,结合各种复合材料制备工艺的特点,解决界面薄弱性问题;另外加强复合材料损伤机理的研究,建立其损伤评价体系,可以为其实际应用提供参考依据;先进的加工成型和连接技术,可以降低复合材料零件的制造成本,确保零件质量,是复合材料产业化应用的重要保证。
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