2018年38卷3期

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2018-03-目录
2018, 38(3): 1-2.
[摘要](229) [HTML全文] (146) [PDF 1077KB](14)
摘要:
第326次青年科学家论坛专栏(Ⅰ)
增材制造超材料及其隐身功能调控的研究进展
张磊, 卓林蓉, 汤桂平, 宋波, 史玉升
2018, 38(3): 10-19. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001009
[摘要](268) [HTML全文] (88) [PDF 2130KB](14)
摘要:
超材料作为一种新型拓扑优化设计的结构材料,展现出特殊的物理性质,比如负泊松比、负折射率等,在波动控制和隐身方面有重要的潜在应用价值,因此受到国内外的广泛关注。增材制造技术,又称为3D打印技术,适合于制造复杂形状的结构,利用增材制造技术制造隐身超材料具有较高的几何自由度和尺寸精度,为超材料的广泛应用提供技术条件。本文基于超材料的基本概念,对隐身超材料结构设计、功能调控的研究进展进行详细介绍,进一步介绍增材制造隐身超材料的光固化法、熔融沉积法、激光选区烧结/熔化法等工艺方法,并讨论了增材制造超材料在制造过程中存在的阶梯效应、原材料黏附现象、热扩散现象、尺寸精度、粗糙度等问题。
研究论文
低温球磨对7050铝合金组织及力学性能的影响
张海平, 王旭东, 李炯利, 何天兵, 曹振, 陈军洲
2018, 38(3): 20-25. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000030
[摘要](167) [HTML全文] (86) [PDF 2148KB](11)
摘要:
采用气雾化7050铝合金粉末为原料,通过低温球磨 + 热等静压 + 热挤压 + T6热处理的方式制备7050铝合金样品;采用SEM和XRD分析低温球磨对铝合金粉末的形貌、晶粒尺寸和微观应变的影响,采用OM、EBSD、TEM和XRD分析低温球磨对热处理后样品的微观组织的影响,通过显微硬度和拉伸性能分析低温球磨对样品力学性能的影响。结果表明:低温球磨能有效细化材料晶粒,提高基体中纳米析出相的数量;相对于气雾化粉体,低温球磨后粉体制备的7050铝合金试样抗拉强度明显提高,且保持了较好的塑性。
低氧含量SiC纤维在模拟航空发动机环境中结构和性能
李亮, 毛仙鹤, 简科, 王亦菲, 袁晓宁
2018, 38(3): 26-30. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000093
[摘要](153) [HTML全文] (70) [PDF 2238KB](8)
摘要:
一种低氧含量碳化硅纤维在 \begin{document}${P_{{{\rm{H}}_2}{\rm{O}}}}:{P_{{{\rm{O}}_2}}}:{P_{{\rm{Ar}}}} = 14$\end{document} kPa \begin{document}$:8$\end{document} kPa \begin{document}$:78$\end{document} kPa的模拟航空发动机环境中1200 ℃保温1~50 h,利用元素分析,XRD和SEM以及强度测试表征碳化硅纤维结构和性能的变化。结果表明:与干燥空气环境相比,在模拟环境中高温处理后的纤维氧含量更高、氧化层厚度更大,强度更低;氧化膜中更容易出现α-SiO2结晶和裂纹;模拟环境中水蒸气能加速纤维氧化和氧化膜破裂。
填料法制备SiCf/SiC复合材料的力学性能和高温介电性能
穆阳, 邓佳欣, 李皓, 周万城
2018, 38(3): 31-39. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000167
[摘要](152) [HTML全文] (64) [PDF 3947KB](9)
摘要:
为获得性能优异的耐高温结构吸波材料,以纳米SiO2颗粒为填料,采用有机先驱体浸渍裂解法(precursor infiltration and pyrolysis,PIP)制备SiCf/SiC复合材料,研究填料对复合材料力学性能和高温介电性能的影响。结果表明:随着SiO2含量从3%(质量分数,下同)增加至15%,SiCf/SiC复合材料的弯曲强度先增加后减小,最高可达275 MPa;低介电常数SiO2填料的引入使得复合材料的复介电常数逐渐减小,室温吸波性能得到有效改善,15% SiO2含量的复合材料厚度为3.2~4.0 mm时,室温反射率在整个X波段均达到–8 dB以下;复合材料的复介电常数随着温度的升高逐渐增大,而SiO2能显著降低高温复介电常数及其增幅,700 ℃时15% SiO2含量复合材料在2.7~3.0 mm厚度范围具有优异的吸波性能。
热变形工艺对FGH96高温合金PPB析出相及组织的影响
刘昌奎, 魏振伟, 张佳庆, 郑真
2018, 38(3): 40-45. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000207
[摘要](250) [HTML全文] (99) [PDF 4881KB](16)
摘要:
以AA粉制备的HIP态FGH96高温合金为研究对象,研究不同热变形工艺前后FGH96高温合金PPB析出物及组织状态的变化。结果表明:HIP态FGH96高温合金可见呈圆形分布的PPB析出物,粗大的长条状γ′相呈圆形链状分布是PPB的主要特征之一;经热变形后,FGH96高温合金PPB变形、破碎,再结晶晶粒细化、扭转,晶粒取向差变小;随着热变形温度升高、变形量增大、变形速率减小,PPB析出物变形和破碎程度越显著,粗大的初生γ′相和二次γ′相残留越少、尺寸越小;热变形温度升高、变形量增大以及变形速率减小有利于PPB的减轻甚至消除。
热等静压工艺对SLM成形K4536合金组织与性能的影响
刘凯, 王荣, 祁海, 杨启云, 李雅莉
2018, 38(3): 46-51. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000172
[摘要](195) [HTML全文] (65) [PDF 2359KB](8)
摘要:
对选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)成形K4536合金试样进行热等静压(hot isostatic pressure,HIP)处理,分析HIP工艺对试样组织及高温力学性能的影响。结果表明:SLM成形K4536合金试样表面存在微裂纹,横向和纵向的金相组织形貌存在差异;试样经HIP处理后,微裂纹得到一定程度上的修复,组织形貌发生变化,并且晶粒中析出较多第二相粒子,经TEM衍射分析得知该析出物为M23C6相;HIP处理后的试样近表面出现30 μm左右的“白亮层”,经EDS能谱分析可知,该“白亮层”区域是由于铬元素浓度降低所导致;SLM成形K4536合金试样的高温力学性能存在较大差异,纵向试样的高温性能优于横向,HIP工艺后,试样纵向和横向试样的性能值相当,且试样的高温强度降低、高温塑性提高。
定向凝固工艺对DZ466高温合金显微组织的影响
姜华, 暴云飞, 李青, 杨振宇, 陈晶阳
2018, 38(3): 52-57. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000205
[摘要](276) [HTML全文] (71) [PDF 2354KB](6)
摘要:
研究凝固工艺(抽拉速率、模壳保温温度)对DZ466合金铸态组织的影响。结果表明:定向凝固过程中,随着抽拉速率的增加或型壳温度的升高,一次枝晶间距逐渐减小,γ′相尺寸减小,碳化物尺寸减小;随着抽拉的进行,散热效率下降,一次枝晶间距增大,γ′相尺寸增大;在1520 ℃/1530 ℃的壳温下,以8 mm/min的速率抽拉,可以获得细小的枝晶组织和γ′相组织,有利于提高合金的性能。
单晶镍基高温合金在600~760 ℃下的低循环疲劳行为
张志华, 于慧臣, 李影, 董成利
2018, 38(3): 58-64. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000014
[摘要](122) [HTML全文] (52) [PDF 1133KB](7)
摘要:
研究[001]晶体取向的第二代单晶镍基高温合金DD6中温段下的低循环疲劳行为,实验温度为600 ℃,650 ℃,700 ℃和760 ℃,应变比为–1。结果表明:在此温度范围内,合金呈现循环硬化特性;随着温度的升高,[001]晶体取向DD6合金的弹性模量有所降低,合金的应变-寿命关系与温度相关。采用考虑温度影响修正的循环损伤累积(CDA)模型对[001]晶体取向DD6合金在中温段下的低循环疲劳寿命进行统一预测,预测寿命值位于实验结果的±3倍分散带以内。
TiC含量对激光熔覆制备TiC/Ti基复合涂层组织与性能的影响
杨胶溪, 余兴, 王艳芳, 贾无名, 陈虹, 王喜兵
2018, 38(3): 65-71. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000081
[摘要](119) [HTML全文] (52) [PDF 3199KB](6)
摘要:
为提高钛合金的耐蚀性能和承载性能,采用半导体激光器在钛合金表面制备冶金质量良好的TiC/Ti基复合涂层,研究Ni包TiC+TC4混合粉末中TiC含量对TiC/Ti基复合层组织及性能的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对熔覆层进行组织形貌、物相表征,并对熔覆层的显微硬度、耐蚀性能及承载性能进行研究。结果表明:熔覆层物相主要由TiC,TiC0.95,NiTi2,α'-Ti组成;熔覆层整体硬度波动较大,硬质相硬度为1000~1500HV,热影响区硬度约为437HV;Ni包TiC ≤ 60%(质量分数,下同)时,熔覆层耐蚀性随着TiC质量分数的增加而增强,60%TiC时的耐蚀性能最优;Ni包TiC ≤ 50%时,熔覆层承载性能随TiC质量分数的增加而提高,50%TiC时承载性能最优。
应力比对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金疲劳裂纹扩展行为的影响
季英萍, 吴素君
2018, 38(3): 72-76. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000208
[摘要](121) [HTML全文] (48) [PDF 1821KB](4)
摘要:
采用三点弯曲试样,对钛合金Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V在R = 0.1,0.3和0.5三个应力比条件下的疲劳裂纹扩展行为进行研究,得到相应实验条件下的疲劳裂纹扩展速率,并结合断口分析探讨应力比R对该合金疲劳裂纹扩展行为和断裂机理的影响。结果表明:随着应力比R增大,Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金在同一ΔK时的疲劳裂纹扩展速率增大,裂纹扩展对应的应力强度因子ΔK范围和扩展门槛值ΔKth减小;三个应力比R作用下试样的疲劳断口表面均可见一些疲劳台阶和二次裂纹;随着应力比R的增加,试样断口表面粗糙度增加,二次裂纹减小;在R = 0.1,0.3和0.5三个应力比条件下的疲劳断裂均表现为穿晶断裂。
基于增材制造的多层金字塔点阵夹芯板抗压缩性能
郑权, 冀宾, 李昊, 韩涵, 雷磊
2018, 38(3): 77-82. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000036
[摘要](116) [HTML全文] (44) [PDF 1450KB](7)
摘要:
基于增材制造工艺制备多层金字塔点阵夹芯板,并根据标准测试方法进行准静态平压破坏实验,得到多层金字塔点阵结构的抗压缩强度。结果表明:制备的金字塔点阵结构抗压缩性能的稳定性非常好,载荷-位移曲线变化规律基本一致;试件的点阵胞元节点处首先进入塑性,之后中间两层点阵在节点处发生断裂,试件平压强度的平均值为6.72 MPa;由于成型工艺的限制,杆件“背面”质量较差,实际杆件的直径小于理论值,导致平压强度的实验结果小于理论和仿真分析值;理想化假设导致理论分析的平压强度结果与实验结果相差较大,而仿真结果与实验结果误差较小,可以控制在20%左右,满足工程精度要求;通过对比载荷-位移曲线和典型载荷下的结构变形情况可知,仿真分析可以较准确预测该点阵结构的压缩行为。
聚酚氧/环氧树脂共改性氰酸酯树脂的制备及其低温性能
张海琪, 王冠, 高堂铃, 付刚, 吴健伟, 匡弘, 付春明
2018, 38(3): 83-90. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000130
[摘要](156) [HTML全文] (73) [PDF 2270KB](11)
摘要:
采用聚酚氧树脂(PKHH)和高纯环氧树脂(EP),通过熔融预聚的方式共改性氰酸酯树脂(CE),制备可在超低温环境中稳定使用的改性氰酸酯树脂。结果表明:PKHH能加速CE树脂固化反应;PKHH通过半互穿网络(SIPN)的增韧机理改善CE树脂的韧性;含有10%(质量分数)PKHH的CE/EP混合物在–196 ℃下的冲击强度为18.4 kJ/m2,模量约为3.5 GPa;经14次冷-热循环后(–196~200 ℃),试样表面未见裂纹产生。
含初始缺陷的复合固体推进剂力学性能
封涛, 许进升, 韩龙, 陈雄, 周长省
2018, 38(3): 91-99. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000085
[摘要](172) [HTML全文] (85) [PDF 3547KB](6)
摘要:
为研究含初始界面缺陷的复合固体推进剂力学性能,基于周期性假设和分子动力学算法构建复合固体推进剂细观结构模型,在高氯酸铵(ammonium perchlorate,AP)颗粒与端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)基体界面处设置粘接单元,并引入双线型内聚力模型描述界面层的力学响应。通过相应算法实现对界面缺陷单元的自定义,基于商业有限元软件ABAQUS数值计算存在初始界面缺陷的推进剂的宏观力学响应,其应力-应变云图表明缺陷界面处会更早达到损伤条件发生脱粘,缺陷的存在会加速推进剂的断裂失效的进程。通过对比不同界面缺陷含量的仿真结果,发现界面缺陷降低了推进剂的力学性能,缺陷含量越高则力学性能下降越明显,推进剂的初始模量及抗拉强度随缺陷含量的增加呈指数下降的趋势。
注胶修理层合板的力学性能
赵梦如, 关志东, 黄永杰, 苏雨茹
2018, 38(3): 100-106. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000041
[摘要](116) [HTML全文] (46) [PDF 2506KB](5)
摘要:
通过实验研究注胶修理层合板的拉伸、压缩力学性能,评估修理对半穿透损伤层合板的强度、刚度和破坏模式的影响。采用完好件、损伤件和修理件对照的实验方法,使用应变仪采集实验中变形情况,然后对实验所得数据进行分析。结果表明:修理后半穿透损伤层合板恢复了部分强度,拉伸强度恢复率为73.7%,压缩屈曲强度恢复率为77.4%,修理结构薄弱部分为填料部分及填料-母板的黏合界面;损伤件刚度强度下降是由于母板的材料缺失导致层合板的不对称性,层合板受到拉弯/压弯耦合载荷,损伤区出现应力集中;修理件中填料的刚度小于母板刚度,但可改善母板不对称的问题,使修理层合板力学性能提高。
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