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中国航空学会
中国航发北京航空材料研究院
2014年34卷5期
2014, 34(5): 1-6.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.001
摘要:
对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金φ10/mm棒材在不同固溶时效制度下的拉伸断口形貌与显微组织进行分析，研究了断口形貌及显微组织对力学性能的影响。结果表明：当材料在相变点以下固溶时效时，随着固溶温度的升高，初生α相减少，β晶粒长大，断口纤维区变小，韧窝变大变浅，断裂方式由韧性断裂逐渐变成准解理断裂，强度升高，塑性降低；当材料在相变点以上固溶时效时，β晶粒重新形核长大，初生α相已经消失，断口由棱角清晰的小晶面颗粒组成，断裂方式为典型的沿晶脆性断裂，强度在1500/MPa以上，断后伸长率为2%。
对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金φ10/mm棒材在不同固溶时效制度下的拉伸断口形貌与显微组织进行分析，研究了断口形貌及显微组织对力学性能的影响。结果表明：当材料在相变点以下固溶时效时，随着固溶温度的升高，初生α相减少，β晶粒长大，断口纤维区变小，韧窝变大变浅，断裂方式由韧性断裂逐渐变成准解理断裂，强度升高，塑性降低；当材料在相变点以上固溶时效时，β晶粒重新形核长大，初生α相已经消失，断口由棱角清晰的小晶面颗粒组成，断裂方式为典型的沿晶脆性断裂，强度在1500/MPa以上，断后伸长率为2%。
2014, 34(5): 7-11.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.002
摘要:
基于FGH96合金双锥体试样及圆柱试样等温压缩变形实验，研究了变形温度、应变速率及应变对晶粒异常长大的影响规律，并对双锥体试样的等温压缩进行了数值模拟计算。结果表明：通过双锥体试样等温压缩，总结出FGH96合金在变形温度960~1060℃，应变速率0.0032~0.032s-1范围内，异常晶粒长大的敏感工艺参数组合。当变形温度1040℃，压头速率0.1mm/s时，在应变0.03~0.2范围内，FGH96合金晶粒组织均匀，无异常晶粒组织出现。建立了FGH96合金的有限元模型，模拟了双锥体试样的等温压缩，得到了与试样截面晶粒分布特征相对应的应变分布。
基于FGH96合金双锥体试样及圆柱试样等温压缩变形实验，研究了变形温度、应变速率及应变对晶粒异常长大的影响规律，并对双锥体试样的等温压缩进行了数值模拟计算。结果表明：通过双锥体试样等温压缩，总结出FGH96合金在变形温度960~1060℃，应变速率0.0032~0.032s-1范围内，异常晶粒长大的敏感工艺参数组合。当变形温度1040℃，压头速率0.1mm/s时，在应变0.03~0.2范围内，FGH96合金晶粒组织均匀，无异常晶粒组织出现。建立了FGH96合金的有限元模型，模拟了双锥体试样的等温压缩，得到了与试样截面晶粒分布特征相对应的应变分布。
2014, 34(5): 12-16.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.003
摘要:
研究了高温长期时效对一种镍基单晶合金在室温条件下瞬时拉伸强度和在950℃/240MPa条件下持久性能的影响。结果表明：1000℃短期时效100h，合金室温拉伸强度σb与屈服强度σ0.2与时效前相比没有明显变化，时效超过500h后σb和σ0.2开始显著下降，时效超过1000h后，σb和σ0.2随时效时间延长下降幅度减小；短期时效100h和500h样品在950℃/240MPa条件下的持久寿命大幅度降低，延伸率快速上升，时效时间超过1000h后，持久寿命的下降幅度减小，合金的持久寿命与延伸率均趋于稳定。长期时效后γ'相形貌改变及γ/γ'相界面高密度位错网的破坏是时效后合金室温及高温持久性能持续降低的主要原因。
研究了高温长期时效对一种镍基单晶合金在室温条件下瞬时拉伸强度和在950℃/240MPa条件下持久性能的影响。结果表明：1000℃短期时效100h，合金室温拉伸强度σb与屈服强度σ0.2与时效前相比没有明显变化，时效超过500h后σb和σ0.2开始显著下降，时效超过1000h后，σb和σ0.2随时效时间延长下降幅度减小；短期时效100h和500h样品在950℃/240MPa条件下的持久寿命大幅度降低，延伸率快速上升，时效时间超过1000h后，持久寿命的下降幅度减小，合金的持久寿命与延伸率均趋于稳定。长期时效后γ'相形貌改变及γ/γ'相界面高密度位错网的破坏是时效后合金室温及高温持久性能持续降低的主要原因。
2014, 34(5): 17-24.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.004
摘要:
采用半连续铸造法制备Al-6.8Mg-0.3Mn和Al-6.8Mg-0.3Mn-0.4Er（质量分数，%）两种合金铸锭。合金铸锭经均匀化处理—多道次热轧成4mm薄板；研究不同退火温度下微量Er对Al-Mg-Mn合金微观组织与力学性能的影响。结果表明：添加微量Er能显著提高Al-Mg-Mn合金强度，改善合金强度和塑性的配合，能明显提高合金的抗再结晶能力和室温力学性能；Al-Mg-Mn-Er合金板材经300℃退火1h后可获得理想的综合力学性能，其σb、σs与ψ分别为421MPa，310MPa和18.3%。
采用半连续铸造法制备Al-6.8Mg-0.3Mn和Al-6.8Mg-0.3Mn-0.4Er（质量分数，%）两种合金铸锭。合金铸锭经均匀化处理—多道次热轧成4mm薄板；研究不同退火温度下微量Er对Al-Mg-Mn合金微观组织与力学性能的影响。结果表明：添加微量Er能显著提高Al-Mg-Mn合金强度，改善合金强度和塑性的配合，能明显提高合金的抗再结晶能力和室温力学性能；Al-Mg-Mn-Er合金板材经300℃退火1h后可获得理想的综合力学性能，其σb、σs与ψ分别为421MPa，310MPa和18.3%。
2014, 34(5): 25-36.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.005
摘要:
对氧化物弥散强化MGH956冷轧板材再结晶退火后可形成较为均匀细小和极其粗大两种完全不同晶粒组织状态的再结晶行为进行了研究。采用光学显微镜对冷轧板材在700~1350℃，1~120min等温退火后的组织检验结果显示：这两种晶粒组织状态的再结晶在起始和完成温度、起始形核位置、及长大速率等方面均存在显著差异，表明MGH956冷轧板材的再结晶并非仅以一种，至少可以两种不同的机制形成，并且，这两种机制还可共同发生在同一板材，导致MGH956板材再结晶组织形貌呈多样性，晶粒尺寸出现极为明显的差异。
对氧化物弥散强化MGH956冷轧板材再结晶退火后可形成较为均匀细小和极其粗大两种完全不同晶粒组织状态的再结晶行为进行了研究。采用光学显微镜对冷轧板材在700~1350℃，1~120min等温退火后的组织检验结果显示：这两种晶粒组织状态的再结晶在起始和完成温度、起始形核位置、及长大速率等方面均存在显著差异，表明MGH956冷轧板材的再结晶并非仅以一种，至少可以两种不同的机制形成，并且，这两种机制还可共同发生在同一板材，导致MGH956板材再结晶组织形貌呈多样性，晶粒尺寸出现极为明显的差异。
2014, 34(5): 37-42.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.006
摘要:
为了提高TiB2涂层的致密性，采用磁控溅射技术，通过改变基片偏压，获得了floating，-30V，-90V三种偏压状态的涂层。利用XRD，SEM、纳米压痕仪、Vickers显微硬度仪和摩擦磨损试验机对涂层的结构和性能进行了分析。结果表明：所有制备涂层只存在六方结构TiB2相，偏压为floating状态时制备的涂层表现出疏松的柱状生长结构，硬度为15GPa。随偏压增大，涂层柱状结构变致密甚至消失，硬度和耐磨损性能都得到提高。偏压-30V提高到-90V，相对于floating状态制备的涂层，晶粒尺寸增加了一倍，达到21nm；柱状结构变致密最终消除；硬度从35.5GPa提高到61.9GPa，实现了超硬；同时耐磨损性能提高，使用摩擦副为直径6mm的Al2O3球进行干摩擦实验时，-90V制备的涂层磨损率为5.6×10-16 m3/Nm，相对于-30V涂层降低了一个数量级。
为了提高TiB2涂层的致密性，采用磁控溅射技术，通过改变基片偏压，获得了floating，-30V，-90V三种偏压状态的涂层。利用XRD，SEM、纳米压痕仪、Vickers显微硬度仪和摩擦磨损试验机对涂层的结构和性能进行了分析。结果表明：所有制备涂层只存在六方结构TiB2相，偏压为floating状态时制备的涂层表现出疏松的柱状生长结构，硬度为15GPa。随偏压增大，涂层柱状结构变致密甚至消失，硬度和耐磨损性能都得到提高。偏压-30V提高到-90V，相对于floating状态制备的涂层，晶粒尺寸增加了一倍，达到21nm；柱状结构变致密最终消除；硬度从35.5GPa提高到61.9GPa，实现了超硬；同时耐磨损性能提高，使用摩擦副为直径6mm的Al2O3球进行干摩擦实验时，-90V制备的涂层磨损率为5.6×10-16 m3/Nm，相对于-30V涂层降低了一个数量级。
2014, 34(5): 43-48.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.007
摘要:
采用大气等离子喷涂技术在铜基体上沉积了Al2O3涂层。采用XRD和SEM对涂层微观结构进行了表征。通过探讨孔隙率和吸潮行为对绝缘性能的影响，分析了等离子喷涂Al2O3涂层结构与电绝缘失效机理的关系。结果表明：等离子喷涂Al2O3涂层较致密，界面结合较好。随涂层厚度不同其孔隙率在5%~7%范围变化。等离子喷涂Al2O3涂层结构中的孔洞是电绝缘失效的主要部位且呈典型电晕击穿形貌。电晕击穿诱发的裂纹沿击穿方向扩展形成击穿隧道。击穿方向与电极极性无关而由击穿孔洞位置决定。涂层厚度与涂层击穿强度呈现倒数关系。吸潮会诱发导电通路形成降低Al2O3涂层抗击穿能力。
采用大气等离子喷涂技术在铜基体上沉积了Al2O3涂层。采用XRD和SEM对涂层微观结构进行了表征。通过探讨孔隙率和吸潮行为对绝缘性能的影响，分析了等离子喷涂Al2O3涂层结构与电绝缘失效机理的关系。结果表明：等离子喷涂Al2O3涂层较致密，界面结合较好。随涂层厚度不同其孔隙率在5%~7%范围变化。等离子喷涂Al2O3涂层结构中的孔洞是电绝缘失效的主要部位且呈典型电晕击穿形貌。电晕击穿诱发的裂纹沿击穿方向扩展形成击穿隧道。击穿方向与电极极性无关而由击穿孔洞位置决定。涂层厚度与涂层击穿强度呈现倒数关系。吸潮会诱发导电通路形成降低Al2O3涂层抗击穿能力。
2014, 34(5): 49-54.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.008
摘要:
对纯铜进行一至三道次大塑性异步累积叠轧变形，观察显微组织及晶界的演变过程，并探讨了纯铜异步累积叠轧的晶粒细化机制。结果表明：纯铜异步累积叠轧形成S带；S带中形成连续的纵横交割位错墙，将S带分割、细化，获得具有亚晶结构的超细晶纯铜，亚晶尺寸为0.5~1μm。异步累积叠轧晶粒细化过程中，形成断断续续的分散状态的小角度亚晶界，在剪切力作用下逐渐合并成为超细晶粒中连续的小角度亚晶界。
对纯铜进行一至三道次大塑性异步累积叠轧变形，观察显微组织及晶界的演变过程，并探讨了纯铜异步累积叠轧的晶粒细化机制。结果表明：纯铜异步累积叠轧形成S带；S带中形成连续的纵横交割位错墙，将S带分割、细化，获得具有亚晶结构的超细晶纯铜，亚晶尺寸为0.5~1μm。异步累积叠轧晶粒细化过程中，形成断断续续的分散状态的小角度亚晶界，在剪切力作用下逐渐合并成为超细晶粒中连续的小角度亚晶界。
2014, 34(5): 55-62.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.009
摘要:
采用X射线衍射（XRD）、偏光显微镜（POM）以及差示扫描量热（DSC）法，考察了纳米金刚石（Nano-diamond）对线型低密度聚乙烯（LLDPE）的结晶形态以及非等温结晶行为的影响。通过Jeziorny法和莫志深法研究了复合材料的非等温结晶动力学，并利用Kissinger方程计算了LLDPE/ Nano-diamond复合材料的非等温结晶活化能。结果表明：Nano-diamond是一种有效的成核剂，为LLDPE结晶提供了更多的活化晶核，起到了异相成核的作用，既提高了LLDPE的结晶起始温度To、结晶峰值温度Tp和结晶速率，又降低了球晶的尺寸，使得球晶的分布更为均匀致密；添加Nano-diamond使得复合材料的结晶迁移活化能降低，当Nano-diamond含量为1%时，复合材料结晶活化能达到最小值。
采用X射线衍射（XRD）、偏光显微镜（POM）以及差示扫描量热（DSC）法，考察了纳米金刚石（Nano-diamond）对线型低密度聚乙烯（LLDPE）的结晶形态以及非等温结晶行为的影响。通过Jeziorny法和莫志深法研究了复合材料的非等温结晶动力学，并利用Kissinger方程计算了LLDPE/ Nano-diamond复合材料的非等温结晶活化能。结果表明：Nano-diamond是一种有效的成核剂，为LLDPE结晶提供了更多的活化晶核，起到了异相成核的作用，既提高了LLDPE的结晶起始温度To、结晶峰值温度Tp和结晶速率，又降低了球晶的尺寸，使得球晶的分布更为均匀致密；添加Nano-diamond使得复合材料的结晶迁移活化能降低，当Nano-diamond含量为1%时，复合材料结晶活化能达到最小值。
2014, 34(5): 63-68.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.010
摘要:
为了研究等离子喷涂ZrO2-8%（质量分数）Y2O3热障涂层系统在对流换热过程中的力学性能，以涡轮机叶片热障涂层为分析对象，结合传热学理论，通过热-结构耦合有限元计算方法对涂层与环境换热过程进行模拟仿真，重点分析换热系数以及升温速率对叶片残余应力演变的影响。研究结果表明，涂层上表面对流换热系数越大，在升温结束时残余应力越大。对流换热系数固定时，随着升温速率的提高，最大残余应力先增大再减小，给出了对流换热系数以及升温速率的合理区域。
为了研究等离子喷涂ZrO2-8%（质量分数）Y2O3热障涂层系统在对流换热过程中的力学性能，以涡轮机叶片热障涂层为分析对象，结合传热学理论，通过热-结构耦合有限元计算方法对涂层与环境换热过程进行模拟仿真，重点分析换热系数以及升温速率对叶片残余应力演变的影响。研究结果表明，涂层上表面对流换热系数越大，在升温结束时残余应力越大。对流换热系数固定时，随着升温速率的提高，最大残余应力先增大再减小，给出了对流换热系数以及升温速率的合理区域。
2014, 34(5): 69-74.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.011
摘要:
基于四参数随机生长方法和热阻网络方法开发了涂层微结构构建和隔热性能分析软件，构建了各向异性孔隙结构的柱状涂层微结构，着重研究了柱状孔隙大小、数量和细长化对柱状涂层有效导热系数和隔热性能的影响。结果表明：提高涂层的孔隙率是增强涂层隔热性能的有效途径；孔隙率一定时，随着柱状孔隙直径减小，其隔热性能增强，并且结构更加稳定；孔隙率一定时，随着柱状孔隙细长化，其隔热性能在一定程度上会有所减弱，但其稳态导热温度分布更加均匀，结构更加稳定。
基于四参数随机生长方法和热阻网络方法开发了涂层微结构构建和隔热性能分析软件，构建了各向异性孔隙结构的柱状涂层微结构，着重研究了柱状孔隙大小、数量和细长化对柱状涂层有效导热系数和隔热性能的影响。结果表明：提高涂层的孔隙率是增强涂层隔热性能的有效途径；孔隙率一定时，随着柱状孔隙直径减小，其隔热性能增强，并且结构更加稳定；孔隙率一定时，随着柱状孔隙细长化，其隔热性能在一定程度上会有所减弱，但其稳态导热温度分布更加均匀，结构更加稳定。
2014, 34(5): 75-80.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.012
摘要:
通过雷达吸波涂料的电性能设计、吸收剂优选以及实际配方验证，最终制备了高性能防腐蚀型双层复合结构宽频雷达吸波涂料。该涂料厚度为1.7mm，面密度为4.0kg/m2时，雷达波频率在8~18GHz时反射率小于-11.0dB。高低温、耐海水、耐湿热等耐环境性能试验后，涂层外观、反射率和附着力无明显变化，说明其耐环境性能优良。
通过雷达吸波涂料的电性能设计、吸收剂优选以及实际配方验证，最终制备了高性能防腐蚀型双层复合结构宽频雷达吸波涂料。该涂料厚度为1.7mm，面密度为4.0kg/m2时，雷达波频率在8~18GHz时反射率小于-11.0dB。高低温、耐海水、耐湿热等耐环境性能试验后，涂层外观、反射率和附着力无明显变化，说明其耐环境性能优良。
2014, 34(5): 81-87.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.013
摘要:
基于累积损伤理论对金属-复合材料单钉连接件强度和刚度进行研究。分析层合板钉孔挤压损伤后剩余刚度的变化规律，提出在挤压变形和强度计算中，针对基体和纤维压缩失效，采用相关模量先突减、然后逐渐提升的刚度修正方法。分析获得钉-孔挤压区基体和纤维压缩失效后的材料刚度（模量）参数随压缩应变量变化的规律，用来模拟连接结构的挤压强度和刚度行为，与试验结果相吻合。
基于累积损伤理论对金属-复合材料单钉连接件强度和刚度进行研究。分析层合板钉孔挤压损伤后剩余刚度的变化规律，提出在挤压变形和强度计算中，针对基体和纤维压缩失效，采用相关模量先突减、然后逐渐提升的刚度修正方法。分析获得钉-孔挤压区基体和纤维压缩失效后的材料刚度（模量）参数随压缩应变量变化的规律，用来模拟连接结构的挤压强度和刚度行为，与试验结果相吻合。
2014, 34(5): 88-92.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.014
摘要:
针对某航空发动机盘件中的径轴向裂纹，采用不同焦距的5MHz、10MHz聚焦探头和平探头，分别在0°，1°，2°，3°的声束入射角度下进行检测试验，通过对入射角度以及探头类型、频率、焦距等参数的优化，建立了径轴向裂纹的底波监控超声检测方法。研究发现：与垂直入射相比，小角度纵波斜入射底波监控超声检测方法可提高超声波对裂纹的敏感程度；使用焦距为89mm的10MHz聚焦探头，并使声束以2°入射角斜入射可得到最佳检测效果，试验结果与数值模拟具有良好的一致性。
针对某航空发动机盘件中的径轴向裂纹，采用不同焦距的5MHz、10MHz聚焦探头和平探头，分别在0°，1°，2°，3°的声束入射角度下进行检测试验，通过对入射角度以及探头类型、频率、焦距等参数的优化，建立了径轴向裂纹的底波监控超声检测方法。研究发现：与垂直入射相比，小角度纵波斜入射底波监控超声检测方法可提高超声波对裂纹的敏感程度；使用焦距为89mm的10MHz聚焦探头，并使声束以2°入射角斜入射可得到最佳检测效果，试验结果与数值模拟具有良好的一致性。
2014, 34(5): 93-99.
doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.015
摘要:
多频谱兼容隐身材料具有明确的研究和应用背景。综述了国内外在红外及雷达兼容隐身材料、红外及可见光兼容隐身材料、红外与激光兼容隐身材料等多频谱兼容隐身材料技术的发展以及多频谱兼容隐身材料在热点领域如光子晶体、掺杂氧化物半导体等所取得的研究成果和进展，指出今后的多频谱隐身材料发展的方向和重点。
多频谱兼容隐身材料具有明确的研究和应用背景。综述了国内外在红外及雷达兼容隐身材料、红外及可见光兼容隐身材料、红外与激光兼容隐身材料等多频谱兼容隐身材料技术的发展以及多频谱兼容隐身材料在热点领域如光子晶体、掺杂氧化物半导体等所取得的研究成果和进展，指出今后的多频谱隐身材料发展的方向和重点。
