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2020-03期封面+目录
2020, 40(3)
[摘要](249) [PDF 611KB](9)
摘要:
综述论文
航空用钛合金显微组织控制和力学性能关系
朱知寿, 商国强, 王新南, 祝力伟, 李静, 李明兵, 信云鹏, 刘格辰
2020, 40(3) :1-10. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000086
[摘要](883) [HTML全文](579) [PDF 1460KB](25)
摘要:
钛合金由于具有多样性和复杂性的固态相变特征,其组织性能关系一直都是材料科学工作者研究的热点之一。通过调整钛合金的成分配比、加工工艺以及热处理工艺参数,可以在一定范围内调整钛合金制件的组织类型与组织参数,实现强度、塑性、韧性、疲劳和疲劳裂纹扩展速率等综合性能的最佳匹配。本文在对比钛合金材料的等轴组织、双态组织、网篮组织和片层组织四种典型显微组织特征以及控制技术基础上,以航空用TC21钛合金、TC4-DT钛合金、TC32钛合金以及TB17钛合金为例综述不同显微组织特征与拉伸性能、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率的影响关系,为钛合金选择合适的组织参数、实现最佳的综合性能匹配和稳定批量生产提供参考依据。
高强度高弹性钛合金的研究进展
肖文龙, 付雨, 王俊帅, 赵新青, 马朝利
2020, 40(3) :11-24. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000085
[摘要](858) [HTML全文](559) [PDF 1338KB](20)
摘要:
钛及钛合金是航空、航天和国防武器装备等领域重要的轻质结构材料。钛合金较低的弹性模量赋予其优良的弹性功能特性,被应用于航空航天等领域的紧固件和弹簧等元器件。目前常用的高强钛合金弹性模量较高,不能完全满足应用需求,强度和弹性性能匹配有待进一步提高。本文综述了高强度高弹性钛合金的发展现状以及新型合金的研发进展,从高强度高弹性钛合金的特点及存在的问题出发,提出基于电子理论的成分设计和β基体结构稳定性的组织调控方法,并简要介绍本课题组基于该方法进行的高强度高弹性钛合金的研究进展,最后展望了高强度高弹性钛合金的发展方向。
热力耦合作用下钛合金动态相变行为研究进展
樊江昆, 赖敏杰, 唐斌, 寇宏超, 李金山
2020, 40(3) :25-44. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000065
[摘要](791) [HTML全文](532) [PDF 2256KB](13)
摘要:
变形和相变是钛合金材料研究的两大主题。钛合金通常需要进行一系列复杂的热机械处理,以获得与服役性能相对应的微观组织,其热变形行为是典型的热力耦合作用过程,变形和相变可能同时发生,并相互影响,是目前的研究热点之一。然而,由于热变形过程中不可避免地存在动态回复/再结晶、组织破碎/球化、大量变形缺陷、变形织构以及应力诱发相变等演化行为,加上热力耦合作用下相变动力学特征和变体选择晶体学机制的改变,直接导致钛合金热变形过程中的动态相变行为变得极为复杂,深入揭示其演变规律也变得相当困难。本文针对钛合金热变形过程中的动态相变行为,总结了钛合金变形及相变的主要特征和规律,重点从析出相形貌特征、变体选择机制和相变动力学特征三个方面介绍了钛合金热力耦合作用下动态相变规律的研究进展,并对其研究发展趋势进行了总结和展望。
碳纳米材料改性TiAl基合金技术发展现状及展望
吴明宇, 弭光宝, 李培杰, 黄旭, 曹春晓
2020, 40(3) :45-62. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000070
[摘要](792) [HTML全文](538) [PDF 3530KB](16)
摘要:
碳纳米材料具有低密度、高强度、高弹性模量和优异的导电、导热性能,是改性TiAl基合金的一种理想增强相。本文综述碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料改性TiAl基合金成形及表面改性技术的研究进展,介绍材料因素和工艺条件对界面组织结构和机械性能的影响,总结碳纳米材料处理TiAl基合金的强化机理。石墨烯改性TiAl基合金制备技术是未来研究的重点发展方向,石墨烯在TiAl基合金基体中的均匀分散技术、界面反应控制和作用机理等关键问题是该技术研究领域的难点。
高强β钛合金的研究现状与发展趋势
陈玮, 刘运玺, 李志强
2020, 40(3) :63-76. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000071
[摘要](861) [HTML全文](558) [PDF 1905KB](26)
摘要:
β钛合金具有高比强度、良好的成形性与耐腐蚀性、较宽的性能调节范围等优点,自20世纪50年代以来在多种军用/民用飞机的特定结构上取得了理想的应用效果。随着研究的不断深入,β钛合金成分-工艺-组织的关系更加清晰,性能数据库也不断完善,然而其应用领域在最近20年未获得进一步拓展。本文回顾β钛合金的发展历程及其应用,总结β钛合金的显微组织调控方法、重要工艺参数及其影响,并以目前用量最大的5种高强β钛合金(Ti-10-2-3、Ti-5553、β-21S、β-C、Ti-15-3)为例讨论工艺-组织-性能的关系。最后,从成本与性能两个方面分析β钛合金面临的挑战与机遇。具有更强工艺适应性以及更优力学性能匹配的新合金是未来成分设计的方向,材料集成计算技术将是新型高强β钛合金成分-工艺-组织-性能全流程开发的加速器。
钛合金及钛基复合材料在航空航天的应用和发展
刘世锋, 宋玺, 薛彤, 马宁, 王岩, 王立强
2020, 40(3) :77-94. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000061
[摘要](820) [HTML全文](579) [PDF 1516KB](24)
摘要:
近年来,我国不断加强对航空航天事业的建设与发展,在增强空中军事力量与加快探索太空领域步伐的同时,对具有高强度,低密度且耐高温性能的钛合金及钛基复合材料需求越来越多。为探究不同服役环境下钛合金及钛基复合材料的性能,本文综述钛合金及钛基复合材料在航空航天的应用和发展现状,从高温钛合金、高强韧钛合金、阻燃钛合金、低温钛合金和钛基复合材料阐述高性能钛合金及钛基复合材料的应用与研究概况,讨论目前研究存在的问题,指出成分调控、结构设计以及和工艺耦合为今后航空航天用钛合金以及钛基复合材料的研究方向。
高性能金属材料雾化与成形技术研究进展
张国庆, 刘娜, 李周
2020, 40(3) :95-109. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000093
[摘要](180) [HTML全文](40) [PDF 2053KB](8)
摘要:
本文综述北京航空材料研究院在高温合金气体雾化粉末、喷射成形高温合金、粉末冶金TiAl合金以及喷射成形高速钢等高性能金属材料雾化与成形技术研究领域的主要研究成果。北京航空材料研究院开发了高温合金粉末氩气雾化和负压雾化制备技术和装置,突破粉末氧含量、粒度和非金属夹杂物控制等技术瓶颈,制备出多种高纯、细颗粒、球状高品质的高温合金粉末,已用于先进航空发动机涡轮盘等核心热端部件的研制和生产;发展难变形合金喷射成形技术,解决雾化沉积、致密度控制、形状控制、热加工等关键技术难题,研制的高温合金和高速钢沉积坯致密度达到99.0%以上,开发出低成本高性能喷射成形高温合金和高速钢材料;通过氩气雾化TiAl合金粉末制备及热成形技术研究,获得了高纯低氧球形气雾化粉末和高性能粉末冶金板材。
研究论文
Ti-10V-2Fe-3Al合金的结构稳定性、微观组织及力学行为
齐立春, 张凯超, 肖文龙, 黄旭, 赵新青
2020, 40(3) :110-117. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000076
[摘要](426) [HTML全文](326) [PDF 1045KB](11)
摘要:
采用真空自耗熔炼及锻造方法制备Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)合金,利用X射线衍射、透射电子显微观察和力学性能测试等研究合金的结构稳定性以及冷轧变形合金的微观组织演变及力学行为。结果表明,Ti-1023合金的结构稳定性、微观组织和力学行为与冷轧变形及热处理密切相关。无论是单相区(833 ℃)固溶后水冷还是两相区(753 ℃)固溶后水冷,合金的应力-应变曲线均呈现“双屈服”特征。这表明单相区或两相区固溶水冷后的β相均呈现较低的结构稳定性,在应力作用下产生应力诱发α"马氏体相变,从而导致合金的“双屈服”行为。剧烈冷轧变形和应力/应变诱发α"马氏体相变均可使β相晶粒细化,同时也伴随马氏体进一步细化。由于冷轧变形引入的大量位错、晶界和相界等缺陷可作为α相的形核位置,冷轧态Ti-1023合金经550 ℃短时时效即可析出大量细小的α相,合金因此呈现良好的强度和塑性匹配。
热处理对网状结构TiBw/TA15(Mo,Si)复合材料组织与性能的影响
郑俊超, 黄陆军, 马瑞, 白洁, 张芮, 姜山, 耿林
2020, 40(3) :118-126. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000077
[摘要](442) [HTML全文](330) [PDF 1166KB](12)
摘要:
采用低能球磨结合热压烧结的方法设计制备网状结构3.4%(体积分数)TiBw/TA15(Mo,Si)钛基复合材料,对复合材料进行不同热处理,研究热处理对其组织与性能的影响。通过X射线和透射电镜表征复合材料物相变化,结合扫描电镜对材料组织变化进行分析,结果表明:添加的TiB2原位生成TiB晶须(TiBw)增强相分布在TA15钛合金颗粒周围形成网状结构,MoSi2以固溶析出形式形成(Ti,Zr)5Si3细小增强相和Mo固溶原子分布在网状结构内部;1200 ℃固溶处理未改变TiBw组织形貌以及复合材料网状结构特征,基体组织转变为马氏体α',(Ti,Zr)5Si3增强相重新过饱和固溶;550~700 ℃时效处理后基体马氏体组织发生分解,过饱和硅元素在α/β界面和网状界面析出,随时效温度提高,针状马氏体α'逐渐转变为片层状(α + β)相,析出的硅化物数量逐渐变多尺寸变大。利用Instron-5569型万能试验机对复合材料力学性能进行测试分析,结果表明:随时效温度升高复合材料强度先升高后降低,塑性变化趋势与强度变化相反;1200 ℃/45 min固溶处理TiBw/TA15(Mo,Si)复合材料压缩强度为1751 MPa,断裂应变为6.7%,经过1200 ℃/45 min固溶 + 600 ℃/90 min时效处理后复合材料压缩强度达到1900 MPa,断裂应变下降至3.6%。
任意跨宽比三点弯曲梁断裂力学参数的权函数法求解
童第华, 吴学仁, 赵晓辰, 徐武, 胡本润
2020, 40(3) :127-136. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000052
[摘要](63) [HTML全文](34) [PDF 859KB](2)
摘要:
利用有限宽板边缘裂纹的Wu(吴学仁)-Carlsson解析权函数,结合无裂纹应力分布的Filon解析解,计算任意跨宽比(S/W)三点弯曲梁的高精度应力强度因子(SIF)和裂纹嘴张开位移(CMOD)。基于解析权函数法给出的裂纹面幂函数分布应力下的SIF和CMOD解析表达式和表格数值,能够快速确定裂纹面在多项式应力作用下的SIF和CMOD,所得结果与文献中使用完全不同的解法给出的数据高度一致。讨论了利用解析权函数法确定黏聚断裂韧度的问题,为任意跨宽比三点弯曲梁的断裂力学分析提供了高效和高精度的解析计算方法。
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