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2022年 第42卷  第6期

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封面
2022-06期封面+目录
2022, 42(6)
摘要:
钛合金专栏
Ti2AlNb基合金中的组织转变及其动力学研究进展
程剑文, 饶群力, 李金富, 姚婷婷
2022, 42(6): 1-8. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000080
摘要:
起源于钛合金的Ti2AlNb基合金作为一种新型高温结构材料,具有优秀的室温韧性、抗裂性能、高温强度及抗氧化性,在航空航天领域呈现出广阔的应用前景。研究Ti2AlNb基合金的微观组织转变机制及相关动力学,对材料成分设计和加工工艺的优化以获得所需性能具有重要的意义。本文总结了Ti2AlNb基合金中组织转变及其动力学机制的研究进展和不足,重点阐述了Ti2AlNb基合金内B2相和O相的生长动力学研究现状,并指出Ti2AlNb基合金在有序无序转变动力学、缺陷密度相关动力学等方面缺乏研究。未来Ti2AlNb基合金需要结合逐渐全面的动力学研究成果来建立组织演变理论模型,从而优化合金成分及工艺,以满足更加复杂严峻的服役环境。
钛合金辐照损伤缺陷表征与性能调控研究进展
叶勇强, 韩远飞, 赵敏, 黄光法, 吕维洁
2022, 42(6): 9-21. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000074
摘要:
在高能粒子撞击和级联效应作用下,金属材料内部会产生不同类型的辐照损伤缺陷。辐照损伤缺陷的聚集和演化会破坏内部结构稳定性,恶化金属材料综合力学性能。钛合金由于其轻质高强、耐高温和较低的辐照活性等优势,是很有发展前景的抗辐照材料。本文针对如何提高钛合金抗辐照损伤性能的问题,总结钛合金辐照损伤缺陷表征及其力学响应的研究进展,分析辐照损伤缺陷的形成演化规律以及辐照剂量、温度和元素种类等对缺陷迁移、聚集的影响机制,讨论辐照诱导钛合金微观组织演化,进而产生辐照硬化、辐照脆化和辐照蠕变等辐照损伤效应,归纳评价钛合金抗辐照损伤性能,以及现有研究中缺乏有效抑制辐照损伤产生的方法,作者认为成分调控以及界面微观组织结构设计是提高钛合金抗辐照性能的有效策略。
增材制造工艺及热处理对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响
董万鹏, 高华兵, 果春焕, 董涛, 杨振林, 李海新, 姜风春
2022, 42(6): 22-32. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000064
摘要:
Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是一种使用较为广泛的α+β型两相钛合金,然而,由于增材制造钛合金存在微观缺陷,导致其机械性能低于锻造水平,通常需要进行后处理。本文综述增材制造过程中常见的工艺参数如能量输入功率、扫描策略等以及其他工艺参数如保护气种类、基板厚度、粉末粒度等因素对钛合金微观结构和综合性能的影响,并综合分析增材制造常见的后热处理方式对微观结构与力学性能影响,归纳了新型后热处理方式,如真空热处理、循环热处理等以及多种后处理与热处理综合使用的效果。对增材制造工艺参数的合理选择以及后热处理方式的应用是获得性能优良的钛合金构件的基础,将多种热处理方式综合使用,或将其他后处理方式与热处理综合使用是进一步提升增材制造钛合金构件性能的有效途径,建立一个增材制造工艺参数和后处理工艺统一选择标准则是增材制造领域未来发展的关键。
综述
难熔高熵合金成分设计微观组织及性能研究进展
武俊霞, 李培友, 董洪峰, 刘亚玲, 张薇, 王琳, 王永善
2022, 42(6): 33-47. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000205
摘要:
高熵合金被定义为含有4种或4种以上主要元素的合金,主要元素的原子分数大于5%且不超过35%,具有高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优异的性能。难熔高熵合金是基于难熔元素的高熵合金而设计开发的一种新型高温合金,其在航空航天、石油化工等领域具有广阔的应用前景,有望取代传统的高温合金。本文综述了难熔高熵合金一般是从元素选择和添加微量的元素等方面进行成分设计,其相组成有单相组织和双相组织等结构,研究了难熔高熵合金的制备方法和性能特点,并且在文章最后指出了难熔高熵合金目前所面临的问题与挑战。希望通过本文综述,可以为科研工作者在难熔高熵合金的组分设计,微观组织调控以及性能开发等方面提供有价值的参考。
研究论文
钎焊温度对GH4169/AgCuTi+W/Si3N4的接头组织与力学性能的影响
薛阳, 朱冬冬, 陶锋, 董多, 王晓红, 马腾飞
2022, 42(6): 48-56. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000035
摘要:
采用高纯度W箔中间层复合AgCuTi活性钎料对镍基高温合金(GH4169)与Si3N4陶瓷进行连接,系统研究接头的微观界面结构以及钎焊温度对GH4169/Si3N4钎焊接头组织和力学性能的影响。结果表明:采用AgCuTi+W复合钎料可实现GH4169/Si3N4钎焊接头的有效连接,其接头组织成分为GH4169/TiNi3+TiCu+TiCu2+Ag(s, s)+Cu(s, s)+W+TiN+Ti5Si3/Si3N4;钎焊温度对接头组织和力学性能有显著影响。当钎焊温度较低时,液态钎料中的Ti元素扩散到陶瓷与钎料界面的较少,没有形成明显的反应层;当钎焊温度增加到880 ℃时,Ti元素富集在陶瓷侧反应生成厚度为2 μm的TiN和Ti5Si3反应层,此时接头的剪切强度最高,达到190.9 MPa。随着钎焊温度的升高,脆性化合物增多,使接头的力学性能大幅降低;断口结果表明在剪切过程中,裂纹在中间层萌生,后扩散至Si3N4陶瓷基体内,最终在Si3N4母材内发生断裂。
单晶高温合金定向凝固过程中石英玻璃柱型芯的蠕变行为
姜卫国, 韩东宇, 董琳, 李凯文, 赵德彪, 王瑞春, 任玉艳, 李强, 李延昭
2022, 42(6): 57-64. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000057
摘要:
利用悬挂法研究不同直径石英玻璃柱型芯在单晶高温合金定向凝固过程中的蠕变变形特征。采用扫描电镜 (SEM) 观察蠕变型芯表面及径向组织,利用能谱(EDS)分析蠕变型芯表面产物成分,使用XRD方法确定其表面反应产物。结果表明:随定向凝固时间的延长,玻璃柱型芯蠕变变形量增加;随型芯直径增大,蠕变变形量降低;蠕变时间60 min、直径0.5 mm的石英柱变形最严重,平均变形量为30 mm、直径2.0 mm的石英玻璃柱最轻,平均变形量只有24 mm;高温与高真空环境下,定向炉内的C颗粒粉末及合金中挥发的Al会沉积到石英玻璃柱型芯表面,玻璃柱型芯表面与C及Al发生界面反应并形成表层疏松组织层,反应产物所占型芯体积分数导致了不同直径石英玻璃柱型芯的蠕变量不同,随反应产物体积分数的增加,玻璃柱型芯蠕变变形量线性增大。
初始组织对Mg-8Gd-2Y-0.5Zr合金蠕变性能的影响
王美玲, 常海
2022, 42(6): 65-71. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000172
摘要:
对不同初始组织形态(铸态、固溶处理态、T6处理态及挤压态)的Mg-8Gd-2Y-0.5Zr合金在200 ℃/70 MPa条件下进行100 h蠕变实验,探讨晶粒尺寸、铸态合金中初始第二相、时效析出相(β′相)对合金蠕变性能和蠕变机理的影响。结果表明:在相同蠕变条件下,时效态合金具有最佳的抗蠕变性能,挤压态合金的抗蠕变性能最低,在稳态蠕变阶段固溶态合金的蠕变性能稍高于铸态合金;晶粒尺寸细小是导致挤压态合金抗蠕变性能较低的主要因素;虽然在蠕变初期,铸态合金中初始第二相起到了蠕变强化作用,但晶内析出的大量与基体完全共格的β′相则是时效态合金以及固溶态合金具有较好抗蠕变性能的主要原因。
Ni59Al22V19中熵合金异相界面结构及沉淀机制的微扩散相场法研究
代宁波, 赵宇宏
2022, 42(6): 72-80. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000049
摘要:
基于单晶格点原子占位几率描述相变过程的微扩散相场模型,从原子尺度上研究了Ni59Al22V19中熵合金的异相界面结构与相变过程中合金微观组织演化。结果表明:Ni59Al22V19中熵合金沉淀初期有L12和少量的DO22、L10有序相的析出,随着时效过程进行,形成L12与DO22相并存的状态;在时效过程中出现了4种异相界面结构;相变初期,以A类界面结构为主,随着有序相的生长与分解,A类界面结构数量减少而D类结构数量增多;沉淀过程中有序畴界为L12相生长提供Al原子,最终合金平衡体系形成;沉淀过程中γ′相的沉淀机制是等成分有序化和失稳分解机制,θ相的沉淀机制为失稳分解机制;除此之外,Ni59Al22V19中熵合金孕育期随温度升高而时效时间变久;Ni-Al第一近邻原子间相互作用势随长程序参数增加而升高且与温度成正比关系。
Co2+离子掺杂含量对Li1.3+xAl0.3-xCoxTi1.7(PO4)3陶瓷导电和吸波性能的影响
陈丹, 周影影, 杨鑫, 曹楠楠, 章杰勇, 杨纪龙
2022, 42(6): 81-87. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000153
摘要:
采用高温固相法制备Li1.3+xAl0.3-xCoxTi1.7(PO4)3x=0、0.04、0.08、0.12)陶瓷,研究Co2+离子含量对其微观形貌、物相成分、导电性能、介电性能和吸波性能的影响规律。结果表明:Li1.3+xAl0.3-xCoxTi1.7(PO4)3陶瓷晶粒为立方状,相对密度均在90%以上,物相呈菱方LiTi2(PO4)3相,无杂质产生。Li1.34Al0.26Co0.04Ti1.7(PO4)3陶瓷具有最高的离子电导率1.14×10−3 S·cm−1,低价掺杂能够降低Li+离子与骨架离子间的束缚力,适量掺杂能够获得合适的Li+离子通道尺寸,从而使得Li+离子具有最小活化能0.29 eV,易产生热离子松弛极化,也就同时具有了最高的复介电常数,ε'为12.9~13.7,ε''为3.1~3.8;基于极化损耗和电导损耗的共同作用,Li1.34Al0.26Co0.04Ti1.7(PO4)3陶瓷具有较优的吸波性能,吸收带宽可覆盖整个X波段,最小反射率在9.67 GHz达到−17.3 dB,有望成为一种高温轻质吸波材料。
开口尺寸和铺层比例对复材层合板压缩性能的影响
杨钧超, 邓凡臣, 柴亚南
2022, 42(6): 88-96. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000002
摘要:
为研究开口尺寸和铺层比例对复材层合板压缩性能的影响,对三种开口尺寸和铺层的复合材料层合板进行压缩实验,并采用电阻应变计测量开口区应变。结果表明:开口尺寸越大,0°层比例越低,孔边应变水平越高,而应变分布梯度更小,从而大开口复合材料层合板的压缩强度值越低。随后,基于Puck失效准则,建立大开口复合材料层合板的渐进损伤分析模型,对层合板压缩失效过程进行模拟。数值模拟得到的孔边应变分布以及压缩强度与实验结果吻合良好,建立的数值分析模型能够比较有效地预测含大开口的复合材料层合板的压缩性能。
高低温循环-湿度-荷载耦合作用对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响
石建军, 任银银, 贾彬, 刘曹锐, 张佳贺
2022, 42(6): 97-106. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000193
摘要:
研究环氧树脂基碳纤维增强复合材料(EP-CFRP)在荷载及恶劣环境共同作用下的耐久性能。环境因素为 −40~40 ℃ / −40~25 ℃ 2种区间的高低温循环以及湿度(有水浸泡及无水)的影响,荷载为极限荷载的30%和60%。结果表明:“高低温循环-湿度”双因素耦合作用后及“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用对EP-CFRP的耐久性影响较大,拉伸强度随高低温循环周期的增加整体呈现先降低再升高再降低的变化趋势,但是峰谷值出现的时间周期相差较大;湿度和荷载水平对EP-CFRP的拉伸模量影响较小;树脂基体与纤维界面产生的微裂纹被证明是导致复合材料后期强度降低的主要原因;湿度-荷载的耦合作用促进裂纹的扩展,加剧了EP-CFRP的损伤。根据损伤分析,采用非线性拟合的方法给出了“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用后EP-CFRP的剩余强度损伤模型。