2023年, 第44卷, 第1期　
刊出日期：2023-01-25
  

  • 全选
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    综述
  • 锌金属负极的挑战及改性策略研究进展
    李望昊, 吴朝鑫, 陈志竑, 彭成信
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 1-9. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0061
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    锂离子电池具有较高能量密度和功率密度,在当下的电池市场占据重要地位。然而锂资源较匮乏和高昂的价格限制了其发展。由于锌金属负极具备低成本、高安全性等优势,锌金属电池引起了人们的广泛关注。然而锌金属负极在充放电过程中遭遇的枝晶、腐蚀、钝化等问题严重损害了其性能。本文基于目前锌金属负极遇到的主要挑战,分析近几年改善锌金属负极的策略进展,旨在为高性能锌金属负极的应用提供参考。
  • 高熵合金焊接技术研究现状与展望
    唐景黎, 黄本生, 黄思语, 郑建能
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 10-21. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0299
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    高熵合金是近年来新兴的一类合金材料,将其用于工程装备领域的同种或异种结构材料焊接,能充分发挥出高熵合金的特性和性能优势,具有广阔的应用前景。本文首先就高熵合金的特点及焊接性进行了分析,然后综述了高熵合金同种或异种材料连接常见的焊接技术研究现状,包括电弧焊、激光焊、电子束焊、扩散焊、搅拌摩擦焊和其他。最后总结了不同焊接技术在相同或不同材料的高熵合金焊接过程中存在的问题,并针对存在的问题提出了以后高熵合金焊接的重点研究方向,以期对高熵合金在焊接领域的应用发展提供参考。
    • 复合材料
  • 变形率对316L/Q420不锈钢复合板界面结构和结合性能的影响
    镇凡, 刘静, 黄峰, 邵春娟, 曲锦波, 李小兵
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 22-30. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0289
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    利用Gleeble-3800热模拟试验机制备了316L/Q420不锈钢复合板试样,采用拉伸试验、显微硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子探针等研究了变形率对316L/Q420不锈钢复合板界面结构和结合性能的影响。结果表明:316L不锈钢复层组织为奥氏体,Q420基层组织为贝氏体(B)+少量针状铁素体(AF),脱碳层(DL)组织为贝氏体(B)+多边形铁素体(PF)+少量针状铁素体(AF)。界面区域由渗碳层(CL)、过渡层(TL)和脱碳层(DL)组成,各层硬度分布规律为过渡层>渗碳层>脱碳层。原始界面(OI)上存在孔洞和SiMn氧化物,随着变形率增加,其形貌由不连续线状转变为球状颗粒,比例由36%降低至4%,渗碳层、过渡层和脱碳层的厚度逐渐降低,晶粒得到细化,过渡层的硬度峰值增加,复合板的抗拉强度先增加后趋于稳定,伸长率增加。复合板界面存在元素扩散行为,随着变形率的增加,Cr、Ni、C等元素的扩散层厚度逐渐减小。
  • CoFe/Ni（OH）2/NF电极的制备及性能
    卫学玲, 包维维, 邹祥宇, 艾桃桃, 李文虎, 蒋鹏
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 31-38. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0315
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    采用两步水热法制备了CoFe/Ni(OH)2/NF催化电极。利用X射线衍射仪(XRD)、X光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对CoFe/Ni(OH)2/NF催化电极的物相、组成和形貌进行表征。在1 mol/L KOH电解液中对电极的电催化析氧反应(OER)、析氢反应(HER)和全解水性能进行了测试。结果表明:CoFe/Ni(OH)2/NF电极为三维核壳结构,在OER和HER测试过程中驱动10 mA/cm2的电流密度分别需要147 mV和98 mV的过电势,表现出稳定的催化活性和循环稳定性。以CoFe/Ni(OH)2/NF催化电极为阴阳极的全解水池在1.6 V工作电压下即可产生20 mA/cm2的水分解电流密度,并具有100 h的耐久性,表现出高效的碱性全解水性能。
    • 有色金属合金材料
  • 固溶态和时效态7075铝合金的微纳米压痕力学行为
    郑可, 李传维, 顾剑锋
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 39-48. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0307
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    采用微纳米压痕实验研究了固溶态和时效态7075铝合金的力学性能和压痕蠕变行为,获得了其力学本构方程、应力-应变曲线和蠕变应力指数。结果表明:两种状态铝合金的硬度和弹性模量均随着载荷的增大而减小,并在压痕深度小于1μm时表现出明显的尺寸效应。固溶态和时效态铝合金的屈服强度分别为446 MPa和497 MPa,抗拉强度分别为594 MPa和691 MPa。两种状态合金的最大蠕变深度和蠕变应力指数变化趋势相似,均随载荷和加载速率的增大而增大。
  • 固溶温度对TiZr基合金组织结构及性能的影响
    张晴, 景然, 张雄, 吴倩, 刘以柔, 李江华, 炊鹏飞
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 49-57. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0310
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    采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、硬度测试、拉伸实验以及电化学工作站等研究了不同状态TiZr基合金的显微组织、相组成、力学性能以及电化学性能。结果表明:锻造态TiZr基合金的组织由α'马氏体相和β相组成;经固溶处理后,合金发生了α'+β→α″+β的相变过程,随着固溶温度的升高β相的含量亦随之增加。锻造态TiZr基合金显微组织存在明显的β晶界,并且β晶粒内部的针状α'马氏体相呈现出相互交错的形貌;而当固溶温度为750℃和800℃时,合金发生了再结晶现象,晶粒明显细化,并且在拉伸过程中出现“双屈服”现象。电化学测试结果显示合金经750℃固溶处理后,在3.5 vol%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度icorr(8.341 nA·cm-2)和维钝电流密度ip(20.807 nA·cm-2)最小,表明在此状态下合金具有良好的耐腐蚀性能。
  • 电磁悬浮下不同凝固方式对Ti-48Al-2Cr合金显微组织的影响
    潘哲儒, 张桂芳, 严鹏, 刘宇, 张培培, 冯振华, 田楠
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 58-65. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0355
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    钛铝基合金凝固组织是控制其性能的关键因素,电磁悬浮技术作为一种非接触式熔炼技术,能够显著改善合金凝固组织的形貌,从而改善其性能。采用电磁悬浮技术和不同的凝固条件对Ti-48Al-2Cr(at%)合金进行了处理,并研究了其显微组织形态结构特征。结果表明:电磁悬浮后合金的凝固组织明显区别于原始合金的凝固组织;有容器凝固的显微组织呈现放射状细密结构,出现了粗大的枝状晶体形貌,无容器凝固的显微组织呈现出典型的片层结构,显著改善了凝固组织;电磁悬浮下无容器凝固方式的Ti-48Al-2Cr合金显微组织是不同方向分布的α2+γ片层状组织,片层组织晶粒尺寸随着He气流量上升而减小,晶粒显著细化,当电磁悬浮气氛He气流量从3.0 L/min增加至5.0 L/min时,合金的晶粒尺寸从282.5μm减小至206.6μm,晶粒尺寸细化了26.9%。
  • Ta/W比对一种粉末高温合金相组成和形貌的影响
    李晓鲲, 张义文, 贾建, 白佳铭, 张浩鹏, 李新宇
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 66-76. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0314
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    提高Ta、W元素的含量是新型镍基粉末高温合金设计和研究的趋势。为了研究Ta、W元素交互作用对粉末高温合金组织的影响,设计了一种高(W+Ta)的粉末高温合金,在保持(W+Ta)的总量(7.5%,质量分数)和其他元素含量相同的情况下,合金的Ta/W比从4.0/3.5逐步下降到3.0/4.5。结果表明:Ta/W比的变化对合金的晶粒组织基本没有影响,对碳化物、γ'相的分布和含量影响不大,但强烈影响二次γ'相的形貌和尺寸。随Ta/W比的下降,二次γ'相的尺寸逐渐增大,形貌由近方形转变为不规则形状,甚至产生分裂趋势;γ'相和γ基体的晶格常数均减小,但γ基体晶格常数减小更多,导致合金γ'相/γ基体间错配度增大。W元素随着Ta/W比的降低从倾向分配在γ基体转变为分布在γ'相;除W外,Ta/W比对其他合金元素在γ'相/γ基体间的分配系数影响不大。
  • Mg-xZn-0.3Ca-0.5Mn-0.3La合金的导热及力学性能
    郭旭, 卢贤文, 张钰雯茜, 范玲玲, 权高峰
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 77-86. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0333
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    以设计高导热镁合金为前提,研究了Zn元素含量及热挤压对Mg-xZn-0.3Ca-0.5Mn-0.3La(x=2、3、4和6 mass%)合金在室温下导热性能及力学性能的影响。结果表明:Zn含量的增加使得Mg-xZn-0.3Ca-0.5Mn-0.3La合金中Ca2Mg6Zn3和Mg-Zn-La相增多,铸态合金的强度、硬度逐渐增加,而相界面的增加导致热导率逐渐下降,其中低Zn含量的ZX21M合金的热导率最高,为145.9 W/(m·K)。经热挤压后合金的晶粒明显细化,Ca2Mg6Zn3相破碎为较为细小的颗粒,合金的力学性能均得到显著提升,而导热性能却出现了不同的变化,一方面晶界增多引起电子传热受阻增强进而使得合金的热导率降低,另一方面第二相的破碎化促进电子传导引起热导率升高。Zn含量为2 mass%的合金在挤压后表现出最优异的综合性能,其热导率为140.0 W/(m·K),屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为159.6 MPa、238.0 MPa和26.3%。
    • 黑色金属合金材料
  • Cr12Mo1V1模具钢碳化物分断细化热处理技术
    迟宏宵, 刘继浩, 殷军伟, 周健, 马党参
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 87-94. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0324
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    改善高耐磨型Cr12Mo1V1冷作模具钢中碳化物的形态和颗粒尺寸对提高其力学性能尤为重要。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、Image-proplus 6.0分析和激光共聚焦显微镜等研究了Cr12Mo1V1钢在高温加热过程中碳化物的溶解、尺寸及形貌特征变化行为。结果表明:在高温加热过程中,Cr12Mo1V1冷作模具钢的碳化物将发生溶解及形状的改变。随着加热温度升高,大颗粒碳化物含量比例逐渐减少,小颗粒碳化物比例逐渐增多,碳化物产生细化。当加热温度足够高时,大颗粒共晶碳化物的形貌会发生明显变化;在1200℃加热时,大颗粒共晶碳化物分断、碎化成尺寸相对较小的颗粒状,随保温时间增加效果更明显。热力学分析表明:碳化物的溶解和形貌特征变化是表面能降低驱动的自发过程;动力学分析表明:由于碳化物表面不同曲率半径处浓度差的存在,合金元素将由曲率半径较小处(如细颈、尖角处)向曲率半径较大处(如平直界面处)扩散,使碳化物发生断开和球化的自发过程。
  • 2507双相不锈钢在海水脱硫环境中的腐蚀行为
    余翠兰, 张钰柱, 宋斌杰
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 95-107. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0334
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    为了研究2507双相不锈钢在海水脱硫环境中的耐腐蚀性能,利用开路电位、电化学阻抗谱、动电位极化法、恒电位极化法、Mott-Schottky曲线和扫描电镜等研究了2507双相不锈钢在海水脱硫环境中的腐蚀行为。结果表明:2507双相不锈钢在海水脱硫环境中的腐蚀形式为点蚀。随着NaHSO3浓度的增大,2507双相不锈钢的开路电位、自腐蚀电位Ecorr和点蚀击穿电位Eb负移,钝化膜电阻Rct减小,腐蚀电流密度icorr增大,耐腐蚀性能下降。HSO-3与Cl-的竞争吸附对点蚀具有协同促进作用,HSO-3参与钝化膜的钝化过程并形成金属硫酸盐,钝化膜点缺陷密度增大,载流子密度增大,导电性提高,钝化膜屏蔽作用下降。
  • 热处理工艺对S31803双相不锈钢组织及性能的影响
    王良, 樊林, 胡议文, 周培山
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 108-116. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0298
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    采用光学显微镜、显微硬度计和电化学工作站等研究了不同的热处理工艺对S31803双相不锈钢微观组织和性能的影响。结果表明:S31803双相不锈钢的组织主要由铁素体(α)和奥氏体(γ)两相组成,其含量分别为41%和59%。随着热处理温度升高,α相含量增加,当热处理温度到达1000℃时,α相含量增加至49.26%,但α相的含量随保温时间的增加逐渐减少,γ相含量变化趋势与之相反。随热处理温度升高,由于α相含量的增加,S31803双相不锈钢的硬度随之增大,而随保温时间增加,α相含量减少,硬度降低。S31803双相不锈钢的耐蚀性主要受两相比例以及析出相的影响,随热处理温度升高,α/γ相比例增加,耐蚀性下降,但是保温时间的增加会同时改变α/γ相比例和析出相含量,其耐蚀性无明显变化规律。
  • 二次回火处理对中碳中铬合金钢组织及性能的影响
    刘金超, 王文焱, 谢敬佩, 刁晓刚, 魏伟, 程艳艳, 季齐宝, 常乐怡
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 117-125. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0284
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    采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等研究了多次回火处理对经正火+淬火处理的中碳中铬合金钢组织及性能的影响。结果表明:980℃淬火后合金钢的组织为淬火马氏体,经550℃一次回火及二次回火处理后,组织转变为回火索氏体;回火过程中析出的碳化物主要为M23C6及M3C型合金碳化物,分布于基体及界面处,起到了析出强化的作用;与一次回火处理相比,二次回火处理后合金钢的硬度与抗拉强度基本不变,但冲击吸收能量提高了15%,断后伸长率提高了12.5%,表现出较好的综合力学性能。
  • 耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响
    胡锋, 王帅, 成林, 梁灿棉, 张永康
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 126-136. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0345
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    研究了不同Ti含量(0.03 mass%和0.15 mass%)的耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响。结果表明:低Ti含量钢中的大尺寸析出相占比明显低于高Ti含量钢;亚微米级/微米级(Ti, Mo)N析出相在温度较高的液相或者液/固两相区析出,多呈尖锐棱角的不规则多边形或矩形;纳米级(Ti, Mo)(C,N)析出相在温度较低的固相区析出,多为细小的近球状。低Ti含量钢的冲击磨损性能优于高Ti含量钢,亚微米级/微米级(Ti, Mo)N析出相使材料断裂的临界应变能降低,基体和析出相分离所需的应力下降,容易产生微裂纹,导致在冲击磨损过程产生大量犁削;纳米级(Ti, Mo)(C,N)析出相使基体的应变能低于裂纹扩展所需要的界面能,能够阻止在冲击磨损过程中产生的切削,使得耐磨性增加。
  • 深度调峰机组TP347H高温过热器管的超温老化
    张健, 王波, 杨平, 王若民, 胡玉璋, 汤文明
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 137-145. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0343
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    在某630 MW超临界机组深度调峰运行中,TP347H高温过热器管发生局部超温,对机组运行产生严重影响。采用显微组织观察和室温拉伸性能测试,结合温度及应力分布的有限元数值模拟,开展了正常运行与超温运行下TP347H高温过热器管的老化评估。结果表明:深度调峰情况下的传热恶化可能造成过热器管超温,管壁最大热应力甚至可能超过TP347H钢管的屈服强度。TP347H高温过热器管频繁超温和高的热应力作用导致服役态TP347H钢管中析出更多的MX和M23C6第二相,尤其是M23C6相颗粒在奥氏体晶界的聚集长大,加剧组织老化。在拉伸过程中,裂纹首先在超温运行管样的奥氏体晶界萌生与扩展,再发生穿晶断裂,奥氏体晶界、晶内存在严重的不均匀变形,从而导致其室温拉伸性能,特别是塑性,显著降低。
  • 淬回火态07MnNiMoDR钢的组织及低温冲击性能
    石莉, 董浩, 崔建海, 周正
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 146-156. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0290
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    借助光学显微镜、扫描电镜和冲击试验等研究了淬回火态07MnNiMoDR钢在厚度方向上典型位置的显微组织及低温冲击性能。结果表明:淬回火态07MnNiMoDR钢在厚度方向上显微组织分布不均匀,表面主要由板条贝氏体组成,1/4位置主要以板条贝氏体和粒状贝氏体的混合组织为主,而1/2位置主要为等轴铁素体和粒状贝氏体组成的混合组织,同时还存在大尺寸的M/A岛。表面位置和1/4位置晶粒取向分布均匀,而1/2位置主要以<111>和<001>晶粒取向为主,<110>晶粒取向占比较少;板厚1/2位置存在较强的α纤维织构(<110>//RD),而其他类型的织构组分在厚度方向上分布均匀。板厚1/4位置的冲击吸收能量分布均匀,平均值为291 J,而板厚1/2位置的冲击吸收能量分布不均匀,平均值为198.7 J。板厚1/2位置处大尺寸尖锐的M/A岛和较强的α纤维织构(<110>//RD)是其低温冲击性能不稳定和显著降低的原因。
    • 材料表面改性
  • RV减速器摆线轮的渗碳热处理工艺设计与组织性能
    李建辉, 魏强, 高博, 安凯歌, 马杰
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 157-163. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0297
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    采用低压真空脉冲渗碳设备对机器人用RV减速器摆线轮用国产新材料ZK001进行不同工艺的渗碳处理,随后利用光学显微镜、洛氏硬度计、显微维氏硬度计、激光三坐标仪器及Geomagic Qualify软件等研究了ZK001钢渗碳后的微观组织、力学性能、渗层深度及变形量。结果表明:采用880℃加热、1∶5渗扩比、保压25 s、渗碳55 min、1500 Pa渗碳压力及780℃淬火的真空渗碳热处理后,摆线轮的晶粒度等级为1级,表面洛氏硬度为61.0 HRC,渗层深度为1.1 mm,变形量为0.05 mm,符合高精度摆线轮服役要求。
    • 其他
  • 焊锡接头冷热循环组织性能演化及失效机理
    王冬梅, 刘广通, 有移亮, 张诚, 张伟
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 164-171. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0254
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    焊锡接头是卫星舱外线缆与器件引脚的常见连接方式,卫星在服役过程中舱外温度存在较大的波动,焊锡接头是易发生失效的部位之一。为研究焊锡接头的组织性能演化规律和失效机理,对其开展了-160~160℃范围内的冷热循环试验,并利用光学显微镜、显微硬度计、扫描电镜和有限元分析等对样品进行了分析。结果表明:冷热循环过程中焊料组织发生了粗化,Pb元素从富Sn相中析出并在富Pb相中发生团聚,晶界和相界发生弱化。由于引脚与焊料之间的热膨胀系数相差较大,使得冷热循环过程中靠近引脚表面的焊料存在较大的热应力,从而促进了该位置处Pb的析出和焊料组织粗化,造成富Pb相与基体相脱离并形成微裂纹。微裂纹在热应力的作用下发生扩展并相互连接,最终引发焊锡接头的整体开裂。
  • 铝锂合金瞬间液相扩散连接接头的性能
    刘罗林, 黄本生, 李天宁, 何子涛, 郑建能
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 172-180. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0308
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    采用纯Zn箔作中间层,对2195铝锂合金进行瞬间液相扩散焊(TLP),采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计和万能试验机等研究了焊接温度对接头的显微组织、元素扩散、物相以及力学性能的影响。结果表明:随着焊接温度的升高,接头焊缝处元素扩散更充分,组织更均匀,但焊接温度过高时,焊缝处会出现母材过烧和晶粒粗大的现象;接头焊缝处物相主要由Al、Al0.71Zn0.29和CuZn2金属间化合物组成;随着焊接温度的升高,接头显微硬度总体呈下降趋势,剪切强度呈先上升后下降的趋势,当焊接温度为560℃时,接头剪切强度最大,为96.7 MPa。
  • 铆钉硬度对铝合金/钢电阻铆焊接头性能的影响
    王增强, 邱然锋, 张坤, 闫炳辰, 孟令燃, 赵培峰
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 181-190. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0341
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    采用电阻铆焊的方法对A5052铝合金和Q235低碳钢进行焊接,分析了自冲铆铆钉的硬度和焊接参数对电阻铆焊接头的宏观形貌和力学性能以及铆钉腿端部与下板间的接合状态的影响。结果表明:采用高硬度铆钉(HRC为42±1)的电阻铆焊接头中形成的孔洞缺陷较少,其宏观形貌优于采用中等硬度(HRC为36±1)和较低硬度(HRC为33±1)铆钉的焊接接头。采用高硬度铆钉焊接时,随着焊接电流的增大,残留于铆钉腿端部与下板间的铝合金变薄。当焊接电流为10 kA,焊接时间为400 ms时,高硬度铆钉的焊接接头的最大抗剪力为7.67 kN。
  • 铌中间层对钛与Q235低碳钢电阻点焊接头组织和性能的影响
    张坤, 王楠楠, 王增强, 闫炳辰, 邱然锋
    材料热处理学报. 2023, 44(1): 191-198. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0344
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    以100μm厚的铌箔为中间层,改变中间层的层数对钛与Q235低碳钢进行电阻点焊,利用扫描电镜对接头熔核区域的微观组织进行观察,研究了焊接电流和焊接时间对接头熔核直径和抗剪力的影响。结果表明:随着铌中间层层数的增加,可采用的焊接参数范围逐渐增大。但随着铌中间层层数的增加,焊接接头的抗剪力呈先增加后降低的变化趋势,在铌中间层层数为3层时,焊接电流为14 kA时达到最大,为6.29 kN。当中间层未熔断时,熔核区域组织主要由α-Fe和Fe2Nb相组成;当中间层熔断时,熔核区域组织主要由TiFe、TiFe2和残余Nb中间层处的FeNb金属间化合物组成。
材料热处理学报
Transactions of Materials and Heat Treatment
ISSN 1009-6264
CN 11-4545/TG

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