2021年, 第42卷, 第10期　
刊出日期：2021-10-25

  

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综述
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  高Cr马氏体耐热钢焊接接头Ⅳ型蠕变断裂研究进展

  王延锟, 刘子昀, 马庆爽, 张海莲, 贺翔, 李会军, 高秋志

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 1-17. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0195

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  Ⅳ型蠕变断裂是焊接接头细晶区在高温、低应力下发生的沿晶脆性断裂，对高Cr马氏体耐热钢焊接接头的高温蠕变性能具有重要影响。本文详细分析了Ⅳ型蠕变断裂过程中的组织转变、断裂机理以及接头的组织变化、多轴应力状态和焊接残余应力对其蠕变性能的影响，并提出了相应的控制措施。同时对现阶段关于高Cr马氏体耐热钢焊接接头Ⅳ型蠕变断裂的研究中存在的问题及盲点进行了分析与概括。
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  高强高导铜合金的强化机理与研究热点

  代雪琴, 贾淑果, 范俊玲, 宋克兴, 周延军, 马映璇, 肖振朋, 牛立业, 郭慧稳

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 18-26. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0191

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  铜合金材料作为高新技术产业的主流材料，需同时具备高强高导的性能。但是根据不同的应用环境，在保持高导电率的前提下如何选择合适的强化方法是制备铜合金的瓶颈。据研究可知，合金化法（形变强化、时效强化、固溶强化、细晶强化）和复合材料法（人工复合材料法、自身复合材料法）可以提高铜合金材料强度，但对其导电率有一定的影响。通过添加稀土元素、快速凝固法或大塑性变形等强化方法，有望获得高强度、高导电率的铜合金。本文着重探讨了合金化法和复合材料法的强化机理及其优缺点，并对铜合金的研究热点进行讨论和展望。
有色金属合金材料
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  固溶处理时间对Mg-Zn-Mn-Y合金微观组织和腐蚀性能的影响

  邸鑫明, 张正卫, 许春香, 张金山

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 27-34. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0177

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  采用光学显微镜、激光共聚焦扫描电镜等研究了450℃固溶处理不同时间后Mg-Zn-Mn-Y合金的微观组织和去除腐蚀产物后的表面腐蚀形貌，通过动态腐蚀质量损失法研究了合金在模拟人体体液中的降解行为，用电化学工作站研究了其电极腐蚀动力学过程。结果表明，随着固溶时间的增加，合金组织中的第二相减少，晶粒逐渐粗化，合金的腐蚀方式由局部腐蚀转变为均匀腐蚀。固溶处理18 h时的合金耐蚀性最好，动态质量损失平均腐蚀速率、自腐蚀电流密度分别为（0.418±0.027） mm/y、11.34μA/cm²。
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  轧制温度对固溶态AZ31镁合金组织及耐蚀性能的影响

  邓彬, 李庆芬, 吴远志, 刘超, 叶拓, 刘伟, 刘安民

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 35-41. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0203

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  利用光学显微镜、扫描电镜及电子背散射衍射仪等测试手段研究了轧制温度对固溶态AZ31镁合金显微组织的影响，采用浸泡失重实验和电化学测试等研究了合金在3.5 mass% NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明：轧制温度在250~300℃时，随着轧制温度的升高，合金的动态再结晶程度与均匀性提高，腐蚀速率降低。当轧制温度为300℃时，合金得到了均匀的再结晶晶粒，浸泡12天的平均腐蚀速率为1.37×10^-3 g·cm^-2·d^-1，呈现均匀腐蚀形貌，耐腐蚀性能最优。当轧制温度为350~400℃时，出现了动态再结晶晶粒长大现象，造成随着轧制温度的升高而腐蚀速率加快的情况。
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  预变形AZ60镁合金低温退火过程中的组织及力学行为演变

  何杰军, 吴鲁淑, 杨江

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 42-48. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0178

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  对合金材料来说，退火之后是软化还是硬化，对后续加工工艺的制定有重要影响。为了研究挤压态AZ60镁合金在变形前后的退火力学行为，对其分别进行没有经预先塑性变形和存在预先塑性变形的175℃低温退火处理，研究塑性变形和低温退火对合金组织和力学性能的影响。结果表明：没有经预先塑性变形的挤压态AZ60镁合金，175℃退火处理对其力学性能没有明显的影响。当合金沿着挤压方向预先压缩，产生了{1012}孪晶，之后再进行175℃低温退火时，第二相Al₁₂Mg₁₇在晶界、孪晶界以及孪晶内析出，在随后的变形中阻碍了位错运动和孪晶的长大，显著地提高了合金的屈服强度。
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  Y含量对Mg-Zn-Gd-Y-Zr生物镁合金组织及性能的影响

  刘亚, 文九巴, 李欢, 贺俊光

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 49-55. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0205

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  孪晶，之后再进行175℃低温退火时，第二相Al₁₂ Mg₁₇在晶界、孪晶界以及孪晶内析出，在随后的变形中阻碍了位错运动和孪晶的长大，显著地提高了合金的屈服强度。
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  短时低温退火对Cu-2.1Fe-0.03P合金板材组织和性能的影响

  李闪光, 张彦敏, 范俊玲, 宋克兴, 牛立业, 郭慧稳, 鲁龙龙, 周菲, 高红姣

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 56-62. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0187

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  采用X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）等研究了Y含量对铸态Mg-1.8Zn-1.8Gd-xY-0.4Zr合金的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：合金的组织主要由α-Mg基体、（Mg，Zn）₃（Gd，Y）相、Mg₁₂Zn （Gd，Y）相以及Mg₃Zn₃（Gd，Y）₂相组成；随着Y含量的增加，Mg₁₂Zn （Gd，Y）相逐渐增多。当Y含量在1~4 mass%范围内，合金的力学性能及耐腐蚀性能均呈先上升后下降趋势，在Y含量为2 mass%时，Mg-1.8Zn-1.8Gd-2Y-0.4Zr合金的综合性能较好，其抗拉强度达最大值，为（187.4±5.6） MPa，屈服强度和伸长率分别为（101.8±4.5） MPa和（16.7±0.9）%，质量损失腐蚀速率达最小值，为0.859 mm/year。
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  TiC含量对Ta-2.5W合金组织和力学性能的影响

  刘宁, 徐潇敏, 刘爱军, 吴玉程

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 63-68. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0333

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  采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等研究了短时低温退火处理对冷轧态Cu-2.1Fe-0.03P合金板材组织与性能的影响。结果表明：经短时低温退火处理后，合金板材的导电率几乎没有变化，强度和硬度得到了提高；其中经350℃退火30 s后，合金板材的强度从424.4 MPa提高至432.6 MPa，硬度由132.0 HV0.1提高至149.4 HV0.1，分别提高了1.9%和13.2%。微观组织观察表明，250℃退火态合金板材发生再结晶现象，退火温度升高至350℃时晶粒开始长大；退火处理降低了合金板材内部的位错密度，同时促进了析出相粒子的增加，合金板材中的3种析出相分别为α-Fe、γ-Fe和Fe₃P；退火过程中位错密度的降低导致板材的软化以及析出相的强化是板材性能改善的主要原因。
黑色金属合金材料
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  高钛含量对高强度抗震钢筋组织和力学性能的影响

  黄胜, 李长荣, 黎志英, 翟勇强, 王劼

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 69-76. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0189

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  采用放电等离子体烧结法（SPS）制备了不同含量TiC颗粒的Ta-2.5W合金，利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和拉伸试验等研究了TiC含量对Ta-2.5W合金组织和性能的影响。结果表明：添加TiC可以细化合金的晶粒尺寸，TiC添加量为0.3 mass%时，合金的晶粒尺寸最小，硬度和强度均达到最大值。分布在晶界的TiC对晶界起钉扎作用是细化合金晶粒并提高其性能的主要原因。
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  铜砷共存时砷含量对钢的高温氧化行为与热裂性的影响

  孟庆阳, 辛文彬, 张婧, 梁雨雨, 姜银举, 邓永春

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 77-86. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0206

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  利用光学显微镜（OM）、万能拉伸试验机、维氏硬度计、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等研究了高钛含量（Ti≥0.2%）对高强度抗震钢筋显微组织和力学性能的影响。结果表明：试验钢的组织沿轧制方向呈带状，主要由珠光体和铁素体组成。试验钢中形成的椭圆形析出相是钛（氮、碳）第二相粒子，尺寸在120 nm左右。随着Ti含量的增加，铁素体含量明显增加，组织细化且维氏硬度增加，珠光体片层间距从170.6 nm细化到107.5 nm，屈服强度和拉伸强度有所下降，室温下的断口类型为等轴韧窝。
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  装炉温度对管线用高强度宽厚板性能和组织的影响

  张帅, 任毅, 王爽, 高红

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 87-94. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0173

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  采用热重分析仪、扫描电镜（SEM）和Gleeble模拟热压缩试验等研究了铜砷共存时砷含量对含0.22 mass% Cu钢的高温氧化行为（1000~1150℃）及热裂性的影响。结果表明：当氧化温度低于1100℃时，试验钢的氧化动力学先服从线性规律，后服从抛物线规律；当温度高于1100℃时，氧化后期脱离抛物线规律。随砷含量的增加，试验钢的抛物线阶段的氧化速率常数K_P和氧化增质量增加，氧化激活能降低。砷含量越多，试验钢的氧化层总厚度越厚。钢中砷元素的加入量越多，向基体渗透的富铜液相量越大，钢在热加工过程中的表面热裂倾向性越大，并且富铜液相量和钢表面热裂倾向性在1050℃时达到最大。
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  回火温度对Nb/Ti微合金化新型超低碳中锰钢的组织和力学性能的影响

  樊松, 刘岗, 梁小凯, 钱健清, 孙新军

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 95-107. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0199

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  利用工业试验研究了装炉温度对管线用高强度宽厚板的性能、微观组织、合金元素固溶和析出相的影响。结果表明：由于热装铸坯厚度截面存在较大的温度差异，720℃装炉时，铸坯内部未发生γ-α相变的比例大，使奥氏体粗大，脆性断裂倾向高；550℃装炉时，铸坯厚度中心附近γ-α相变不充分，导致钢板的晶粒细化和DWTT性能低于室温装炉。热装时铸坯中合金元素的固溶量高，促进10 nm以下的细小析出相的形成，但会导致晶粒粗化和微观组织中铁素体比例减少。因此，热装钢板的抗拉强度和DWTT剪切面积低于室温冷装钢板。
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  三种热处理工艺对低合金耐磨钢组织和磨损性能的影响

  朱康峰, 周一帆, 尤学文, 胡佳, 宋新莉, 贾涓

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 108-115. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0201

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  利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）以及Thermo-Calc软件等研究了回火温度对Nb/Ti微合金化超低碳中锰钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着回火温度的升高，试验钢先后获得了回火马氏体、逆转变奥氏体、ε-马氏体和α-马氏体等组织。经550℃回火后，试验钢中没有逆转变奥氏体形成，尽管其屈服强度和抗拉强度均超过800 MPa，但冲击吸收能量仅为13.7 J；经580℃回火后，逆转变奥氏体含量为4.2%，冲击吸收能量骤增至227 J，且强度无明显下降；随着回火温度升高至620℃，逆转变奥氏体的含量为12.3%，冲击吸收能量达到最高值为333.7 J，屈服强度下降至748 MPa，抗拉强度达到最低值为793.5 MPa；当回火温度升高至650℃或者更高时，逆转变奥氏体受其尺寸和成分因素的影响，稳定性明显下降，冲击吸收能量开始下降，而且屈服强度已低于520 MPa。ε-马氏体发生相变诱发塑性（TRIP）效应转变为α-马氏体吸收一定的能量，但是由于硬度较高，成为裂纹源及其快速传播的通道。
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  电渣重熔-等离子旋转电极雾化制备高品质316H奥氏体不锈钢粉末

  杨军, 曹博涛, 向长淑, 樊小蒲, 葛正浩, 王晓峰

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 116-124. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0180

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  采用扫描电镜、透射电镜等研究了低合金耐磨钢经低温回火、循环热处理、一步配分热处理后的显微组织，采用磨粒磨损试验机测试其磨损质量。结果表明：试验钢经低温回火后的组织为板条马氏体加少量析出相；循环热处理的试验钢的马氏体板条消失，在原奥氏体晶界上和基体处均有碳化物析出相；淬火配分热处理的试验钢中的马氏体板条比较明显，并有少量的残留奥氏体。能谱成分分析可知，不同热处理工艺后试验钢中的微米尺寸的析出相主要是（Ti，Nb） C，球形与椭球形纳米尺寸析出相是（Ti，Nb，V，Mo） C。淬火加200℃低温回火处理的试验钢的硬度为46.5 HRC，循环热处理的试验钢的硬度最低，为31.48 HRC，淬火加一步配分热处理的试验钢的硬度为44.84 HRC。磨粒磨损实验结果表明，淬火加200℃低温回火处理后的试验钢的耐磨损性最佳，淬火加配分处理的试验钢的磨粒磨损性能与淬火加低温回火的试验钢相差不大，循环热处理的试验钢的磨粒磨损性能较差。
材料表面改性
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  生物医用Ti6Al4V合金表面Nb涂层的耐磨性和耐腐蚀性

  孙宇航, 黄俊, 杨思雨, 徐吉林, 罗军明, 张剑平

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 125-132. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0111

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  首先采用电渣重熔法熔炼316H奥氏体不锈钢母合金，随后采用等离子旋转电极雾化（PREP）法制备了球形316H奥氏体不锈钢粉末。利用氧氮分析仪、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、霍尔流速计和激光粒度分布仪等研究了粉末的氧含量、形貌、相结构、流动性、松装密度、振实密度及粒度分布。结果表明：电渣重熔制备的316H奥氏体不锈钢母合金全氧含量为20×10^-6，铸锭成分均匀；等离子旋转电极雾化法制备的316H奥氏体不锈钢粉末全氧含量为70×10^-6，粉末粒度呈现双峰分布，细粉收得率高，粒径为15~150μm的粉末占比近80%，粉末粒径分布范围广、球形度高、卫星粉少。粉末表面基本为胞状晶，截面为均匀的枝晶组织，为单一的γ-Fe相结构。制备态粉末的霍尔流速、松装密度和振实密度分别为14.83 s·50^-1 g^-1、4.725 g·cm^-3和5.401 g·cm^-3。粗粉和细粉质量分数各占一半时，粉末的霍尔流速为12.91 s·50^-1 g^-1，小于初始粉末的霍尔流速，提高了粉末的流动性能。长时间的真空储存能降低粉末的带电性能，进而降低粉末颗粒之间排斥作用，可进一步提高粉末流动性。粗、细粉之比为7：3时，粉末的填充性能最好，填充率高达70.6%。
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  Ti₃SiC₂对Q235钢表面激光熔覆制备镍基涂层性能的影响

  华石伟, 庞铭

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 133-140. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0202

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  为了提高生物医用Ti6Al4V合金的耐磨性和耐腐性能，采用双辉光等离子体表面冶金技术在其表面制备了均匀致密的Nb涂层。结果表明：Nb涂层主要由Nb和金属间化合物AlNbTi₂和AlNb₂组成。相比Ti6Al4V基材，Nb涂层的显微硬度是其的2倍，Nb涂层的平均摩擦系数和磨损率分别下降了14%和95.4%，Nb涂层的主要的磨损机制为粘着磨损。Nb涂层的腐蚀电位（E_corr）和极化电阻（R_p）较高，腐蚀电流密度（I_corr）较低，表明具有优良的耐腐蚀性，且具有Nb涂层的Ti6Al4V合金的孔隙率仅为3.1%，大大降低了侵蚀性介质与基材接触的可能性。
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  靶材电流对TiSiCN涂层组织结构与力学性能的影响

  王梦婷, 王进, 王勇强, 马大衍, 李浩

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 141-149. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0184

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  采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了Ti₃SiC₂增强镍基熔覆层，通过光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验等研究了熔覆层的宏观形貌、组织、硬度分布、物相和耐磨性能。结果表明：由于Ti₃SiC₂的加入降低了熔池的流动性，导致加入Ti₃SiC₂的熔覆层与基体交界处形貌为波浪状，熔覆层组织有向枝晶转化趋势；加入Ti₃SiC₂的熔覆层的物相主要为γ-Ni基体、金属间化合物Ni₃Fe、Cr_1.22Ni_2.88和硬质相TiC、SiC；由于表层晶粒细化等综合因素影响，未加入Ti₃SiC₂的熔覆层最高硬度在表层；由于Ti₃SiC₂在高温下分解后凝固形成的高硬度的SiC和TiC，导致加入Ti₃SiC₂的熔覆层的最高硬度出现在熔覆层的次表层；未加入Ti₃SiC₂的熔覆层磨损量是加入的4倍，且磨损机理由粘着磨损、氧化磨损转化为磨粒磨损、氧化磨损。
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  热循环对热障涂层力学性能的影响

  刘胜利, 宋冠禹, 高峰, 高畅, 宋光雄

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 150-156. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0271

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  采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在H13钢表面制备了不同靶材电流的TiSiCN涂层，采用划痕仪、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、摩擦磨损试验机（UMT-3）等研究了靶材电流对涂层的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着靶材电流的增加，涂层中Ti和Si元素的含量逐渐减小，C元素含量逐渐增加，涂层的表面越来越平整致密。XRD图谱表明涂层中存在SiC、Si₃N₄和C这3种非晶相。随着靶材电流的增加，涂层的硬度先降低后升高，靶材电流最高的涂层具有最优的结合力和最佳的耐磨减摩性能。
材料模拟计算
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  铜与低碳钢冲击连接的仿真模拟

  孙标, 廖秋慧, 何建萍

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 157-166. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0164

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  通过纳米压痕仪测试了热障涂层（TBCs）在1050℃热循环不同时间后的弹性模量和硬度，从微观层面了解其高温力学性能变化。采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等对涂层的物相和形貌进行了分析。结果表明：采用纳米压痕仪测得Y₂O₃部分稳定的ZrO₂（YSZ）陶瓷层的弹性模量（E_i）在80~170 GPa之间，硬度在2.6~5.8 GPa之间。陶瓷层的硬度和弹性模量均随热循环时间增加而增加，在热循环初期，涂层的强度稍高，随着热循环时间的增加，涂层的强度减小，韧性变得更好。热循环后期，涂层的强度最大。同时，随着热循环时间的增加，划痕形貌发生了明显的变化。热障涂层的失效分析表明：由于氧化循环次数增加，YSZ发生了烧结，在热循环作用下样品内部的内应力升高，产生横向裂纹，从而导致柱状晶结构发生破坏而产生失效。
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  LZ91镁锂合金热变形的本构模型及微观组织演变

  李勇, 刘俊伟, 戴木海, 张昱, 姚敬

  材料热处理学报. 2021, 42(10): 167-174. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0174

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  为实现铜与低碳钢的连接，一种新型连接方法被提出，即旋转冲击连接，用铜作为旋转子弹，低碳钢作为基板，子弹以一定的碰撞速度和角度冲击基板实现连接。为了获得冲击连接形成所需的合适冲击速度和角度，利用SPH （Smoothed-particle hydrodynamics）粒子法模拟冲击连接过程。结果表明：子弹冲击连接时可以形成稳定界面波形的冲击速度范围为150~380 m/s，冲击角度范围为0°~6°。同时分析了冲击角度和速度对界面波形成的原因和影响，表明子弹在低速度（150~380 m/s）和低冲击角度（0°~6°）时界面机理符合应力波机理与复板流刻入机理；高速度（480~928 m/s）和高冲击角度（7°~10°）时符合流体力学的机理。