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2023年, 第47卷,
第11期 刊出日期:2023-11-20
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    试验研究
  • 在高压扭转大塑性变形及时效过程中6201铝合金组织和硬度的变化规律
    豆朋, 张瀚, 邱灿树, 彭向阳, 王锐, 张永甲
    2023, 47(11): 1-5,11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311001
    摘要 ( 99 ) PDF全文 ( 328 )   可视化   收藏
    在室温下对挤压态6201铝合金进行不同转数(1,2,5,10,20 r)的高压扭转变形以及175℃保温不同时间(10,60 min)的时效处理,研究了变形及时效过程中组织和硬度的变化规律。结果表明:随着高压扭转转数的增加,晶粒尺寸由微米级细化至亚微米级,晶粒趋向于变为等轴晶,合金硬度升高;当高压扭转转数大于10 r后,合金组织稳定,晶粒尺寸约为183 nm,硬度基本保持不变。随着时效时间的延长,高压扭转10 r合金的晶粒逐渐长大和粗化,时效60 min后,次中心位置平均晶粒尺寸约为523 nm;合金发生明显的时效软化,随着时效时间的延长,合金硬度降低。
  • 超声冲击对厚板异种钢T型焊接接头组织与硬度的影响
    汪子钊, 张俊, 孙高辉, 全顺红, 刘华兵, 甘进, 吴卫国, 汪舟
    2023, 47(11): 6-11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311002
    摘要 ( 75 ) PDF全文 ( 325 )   可视化   收藏
    在18,27 μm冲击振幅下对Q420qD/20MnMoNb厚板异种钢T型焊接接头焊趾区进行超声冲击处理,分析了不同冲击振幅下焊趾处的显微组织、残余应力以及显微硬度,并与超声冲击前的进行了对比。结果表明:超声冲击处理后焊趾表层出现塑性变形层、大量位错及较高残余压应力,晶粒细化,硬度提高。当超声冲击振幅由18 μm增至27 μm,塑性变形层深度由约120 μm增大至144 μm,亚晶尺寸进一步细化至约25 nm,位错密度进一步增大至约2.48×1014 m-2;表面残余压应力增大至约433 MPa,其影响深度增大至约1 410 μm;表面硬度增大至约400 HV,硬化层深度增加至约900 μm。
  • 液压支架用中厚Q960钢板机器人焊接工艺的确定
    兰志宇, 陈尹泽, 李争
    2023, 47(11): 12-17,24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311003
    摘要 ( 55 ) PDF全文 ( 230 )   可视化   收藏
    对液压支架用中厚Q960钢板进行焊接热模拟试验,分析了不同冷却速率(0.5~100℃·s-1)下热影响区粗晶区的显微组织和硬度;通过铁研试验和焊接接头力学性能试验,对机器人焊接工艺进行了确定。结果表明:在焊前预热100℃条件下,当冷却速率低于80℃·s-1,即焊接热输入大于6.5 kJ·cm-1时,模拟得到热影响区粗晶区硬度可稳定在420 HV以下;在焊前100℃预热,焊接热输入为13.95 kJ·cm-1条件下,机器人焊接Q960钢板接头具有良好的抗冷裂纹敏感性;匹配ER96-G焊丝,13.02~15.18 kJ·cm-1焊接热输入下机器人焊接中厚Q960钢板接头的性能均能满足标准要求。适宜的机器人焊接参数为焊前预热100℃、焊接电流460 A、电压33 V、焊接速度60 cm·min-1、送丝速度8.5 m·min-1,此时焊接熔敷率可达到8 kg·h-1。
  • 掺杂Y2O3钨基复合材料在近韧脆转变温区的静载拉伸特性
    黄俊, 李阳阳, 袁国虎, 左彤, 罗来马, 徐光青, 吕珺, 谭晓月, 洪雨, 朱晓勇, 吴玉程
    2023, 47(11): 18-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311004
    摘要 ( 63 ) PDF全文 ( 165 )   可视化   收藏
    制备了掺杂质量分数分别为0.5%,2.0% Y2O3的钨基复合材料,研究了其显微组织,通过不同温度(25~800℃)下的拉伸试验分析了其近韧脆转变温区的变形特性。结果表明:2种复合材料均存在由轧制变形导致的大量位错,Y2O3颗粒对位错运动起到钉扎作用;Y2O3掺杂质量分数为2.0%的复合材料的晶粒更细小,发生韧脆转变的温度更低,在300~400℃拉伸时发生半脆性行为,断口区域位错密度在3.8×1015~3.9×1015 m-2,在600~800℃下发生明显塑性变形,位错密度增加至6.2×1015~6.8×1015 m-2。
  • 闪速烧结法制备SiOC陶瓷及其热稳定性能
    王力霞
    2023, 47(11): 25-29,34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311005
    摘要 ( 97 ) PDF全文 ( 184 )   可视化   收藏
    以交联后的聚硅氧烷为前驱体,在不同温度(730~780℃)、外加电场强度(20~60 V·mm-1)和限流电流(0.5~2.0 A)下采用闪速烧结技术制备SiOC陶瓷,获得合适的工艺参数,并研究了陶瓷的微观结构、物理性能和热稳定性能。结果表明:成功制备SiOC陶瓷的温度范围为740~780℃,限流电流范围为1.0~2.0 A,外加电场强度范围为30~60 V·mm-1,试验温度比1 400℃传统热解温度低660~620℃,热解时间大大缩短。随着外加电场强度、试验温度或限流电流的增加,陶瓷中SiC含量增加,SiO2含量减少,陶瓷产率和体积密度降低,线变化率和显气孔率增大;与1 400℃传统热解SiOC陶瓷相比,闪速烧结SiOC陶瓷的热稳定性温度提高了约112℃,且随着外加电场强度、试验温度或限流电流的增加,热稳定性提高。
  • 材料性能及应用
  • 烧结温度对高含量聚晶立方氮化硼组织与性能的影响
    程少慧, 彭晓玲, 罗涛
    2023, 47(11): 30-34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311006
    摘要 ( 109 ) PDF全文 ( 335 )   可视化   收藏
    以立方氮化硼粉、钛粉、铝粉为原料,在高温(1 400~1 600℃)和超高压(6.5 GPa)条件下采用原位合成方法制备高含量聚晶立方氮化硼(PcBN),研究了烧结温度对PcBN力学性能、微观结构和切削性能的影响。结果表明:制备得到的PcBN均主要由BN、TiN、TiB2、AlN等物相组成;随着烧结温度的升高,PcBN内部孔隙数量减少,密度增大,显微硬度和抗弯强度先升高后降低,PcBN刀具在切削行程长度达10 km后的后刀面磨损量先减小后增大。当烧结温度为1 550℃时,PcBN的综合性能最佳,其抗弯强度和显微硬度最大,分别为969 MPa,40.7 GPa,后刀面磨损量最小,为0.26 μm。
  • 不同含量Ti3AlC2/Cu复合材料在不同条件下的摩擦学性能
    侯曌, 贾均红, 何乃如
    2023, 47(11): 35-42,50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311007
    摘要 ( 71 ) PDF全文 ( 81 )   可视化   收藏
    以不同温度(1 300,1 350,1 400℃)下无压烧结Ti3AlC2粉末以及铜粉末为原料,采用粉末冶金法制备Ti3AlC2/Cu复合材料,研究了不同Ti3AlC2含量(质量分数5%,10%,15%,20%)下复合材料在干摩擦条件以及蒸馏水和海水环境下的摩擦学性能。结果表明:无压烧结Ti3AlC2粉末的适宜温度为1 350℃,此时Ti3AlC2质量分数为96%;随着Ti3AlC2含量的增加,复合材料的相对密度降低,硬度先升后降,当Ti3AlC2的质量分数为15%时,硬度最高,约为120 HV;在干摩擦条件下,随着Ti3AlC2含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均显著降低;复合材料在蒸馏水和海水环境中的磨损率均低于干摩擦条件下,在蒸馏水环境中的摩擦因数高于干摩擦条件,而在海水环境中的摩擦因数低于在蒸馏水环境且略高于干摩擦条件下。
  • 316LN奥氏体不锈钢在含Cl-溶液中的腐蚀行为
    饶思贤, 赵新生, 郭祥钦, 石亚飞, 张鹏
    2023, 47(11): 43-50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311008
    摘要 ( 67 ) PDF全文 ( 476 )   可视化   收藏
    采用慢应变速率拉伸法以及电化学方法,通过与316L奥氏体不锈钢进行对比,研究了316LN奥氏体不锈钢在不同温度(25,50℃)和不同腐蚀介质(质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为6%的FeCl3溶液)中的应力腐蚀开裂和电化学腐蚀行为。结果表明:316LN钢在含Cl-溶液中的应力腐蚀敏感性低于316L钢;316LN钢在NaCl溶液中发生钝化-击穿行为,而在FeCl3溶液中则呈现活性溶解特征,阻抗谱均为单一容抗弧特征,且温度越高,316LN钢的自腐蚀电流越大,容抗弧半径和电荷转移电阻越小。316LN钢的耐腐蚀性能优于316L钢。
  • AlxCoCrFeNi高熵合金黏结剂对Ti (C,N)基金属陶瓷微观结构和高温抗氧化性能的影响
    方丁, 余泽, 苟绍轩
    2023, 47(11): 51-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311009
    摘要 ( 84 ) PDF全文 ( 203 )   可视化   收藏
    以AlxCoCrFeNi高熵合金(x=0,0.5,1,物质的量比)作为黏结剂,采用低压烧结法制备Ti (C,N)基金属陶瓷,研究了AlxCoCrFeNi高熵合金黏结剂对金属陶瓷微观结构和高温抗氧化性能的影响。结果表明:所制备的金属陶瓷均主要由面心立方(FCC)结构的Ti (C,N)相和FCC结构的高熵合金黏结相组成,在高温烧结时Al0.5CoCrFeNi和AlCoCrFeNi高熵合金发生了体心立方(BCC)结构相到FCC结构相的转变;金属陶瓷中均形成了典型的芯-环结构,以AlCoCrFeNi高熵合金为黏结剂制备的金属陶瓷中含有较多孔隙;在1 000℃氧化6 h后,以CoCrFeNi、Al0.5CoCrFeNi和AlCoCrFeNi高熵合金为黏结剂制备的金属陶瓷的单位面积质量增加量分别为3.58,2.95,2.81 mg·cm-2,以AlCoCrFeNi高熵合金为黏结剂制备的金属陶瓷具有最优的高温抗氧化性能。
  • 激光能量对激光冲击强化45钢摩擦磨损性能的影响
    王琼林
    2023, 47(11): 57-61. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311010
    摘要 ( 47 ) PDF全文 ( 272 )   可视化   收藏
    在不同激光能量(4,6,8 J)下对45钢试样表面进行激光冲击强化,研究了激光能量对试样显微硬度、残余应力、微观结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着激光能量的增加,45钢的晶格畸变程度、残余压应力、显微硬度和耐磨性能不断提升。在8 J激光能量下,45钢的表面(211)晶面半高宽、残余压应力和显微硬度分别增加到3.50°,500 MPa,345 HV,摩擦因数和磨损质量损失分别减小到0.61和157 mg,同时磨损表面剥落物最少,犁沟的深度和宽度最小。45钢摩擦磨损性能的提升与激光冲击强化诱导的高密度位错结构和高幅值残余压应力有关。
  • 物理模拟与数值模拟
  • 重型燃气轮机透平叶片热障涂层的高温氧化寿命预测
    南晴, 肖俊峰, 高斯峰, 唐文书, 李永君, 张炯, 刘全明
    2023, 47(11): 62-66,73. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311011
    摘要 ( 126 ) PDF全文 ( 208 )   可视化   收藏
    采用大气等离子喷涂技术在DZ411合金基体上制备ZrO2-8Y2O3(质量分数/%)热障涂层,研究了热障涂层的高温氧化性能和氧化后的截面微观形貌,建立了高温氧化寿命预测模型并进行了试验验证。结果表明:在940,1 030℃下氧化时,热障涂层的氧化质量增加Δm和热生长氧化物层厚度均呈抛物线增长规律;热障涂层在1 030℃下的Δm增大速率较940℃下高;建立的热障涂层高温氧化寿命预测模型预测的热生长氧化物层厚度值与试验结果相比在±2倍的分散带内,说明建立的寿命模型及分析方法能较好地预测热障涂层的高温氧化寿命。
  • CO2气体保护焊的焊缝形貌建模及虚拟化仿真系统开发
    肖罡, 欧敏, 李时春, 万可谦, 周妃四, 杨钦文
    2023, 47(11): 67-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311012
    摘要 ( 56 ) PDF全文 ( 189 )   可视化   收藏
    建立了CO2气体保护焊工艺参数与焊缝几何尺寸(熔宽、熔深)之间的多层感知机神经网络预测模型,并基于焊接试验数据训练模型,确定了模型的数学解析式;通过分析焊缝截面和表面形貌特征,建立焊缝形貌的虚拟化仿真模型;通过python编程开发了焊缝形貌预测与虚拟化仿真系统。结果表明:所建立的多层感知机神经网络预测模型对熔宽预测的最大偏差为0.097 mm,模型拟合优度为0.999 269,对熔深预测的最大偏差为0.051 mm,模型拟合优度为0.999 567;建立了以焊缝熔深和熔宽为输入变量的焊缝截面形貌数学模型和以焊缝熔宽为输入变量的表面形貌数学模型。
  • 车用双相高强钢的动态力学性能及本构模型的对比
    徐莉, 郑崇嵩, 侯聚英, 吴昊, 张赛, 孟宪明, 高猛, 程从前
    2023, 47(11): 74-80. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311013
    摘要 ( 71 ) PDF全文 ( 274 )   可视化   收藏
    通过不同应变速率(0.001~500 s-1)下的室温拉伸试验,研究了车用HC340/590DP、HC700/980DP双相高强钢的动态力学性能;分别采用Johnson-Cook模型、Swift-Hockett/Sherby模型,以及将Swift-Hockett/Sherby模型引入到Ludwik模型中的修正模型对2种钢的流动应力-应变曲线进行拟合,对比分析3种本构模型的拟合结果。结果表明:随着应变速率的增加,2种钢均表现出增强增塑现象;Johnson-Cook模型、Swift-Hockett/Sherby模型和修正Ludwik模型的拟合度平均值分别为0.950,0.999,0.997;修正Ludwik模型既具有各应变速率间应力耦合的特点,又保持了高拟合精度,可以准确描述车用双相高强钢的动态流变行为。
  • 专题报道(增材制造)
  • 相场法模拟增材制造及焊接过程中显微组织的研究进展
    王丽芳, 谢光耀, 朱刚贤
    2023, 47(11): 81-86,95. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311014
    摘要 ( 82 ) PDF全文 ( 369 )   可视化   收藏
    增材制造以及焊接过程都是多物理场耦合的复杂过程,难以采用试验方法直接观测熔池显微组织的演变过程。随着计算材料学和数值模型的快速发展,从数值模拟出发研究凝固过程中的显微组织演变成为可能。对比分析了几类常用的显微组织模拟方法,其中相场法在晶粒形貌模拟准确性上具有独特的优势。综述了相场法在增材制造及焊接领域模拟显微组织的应用现状,并对未来的研究方向进行了展望。
  • 气雾化法制备3D打印金属粉末的工艺研究进展
    汤鹏君, 任哲峥, 杨克勇, 马骞, 张静, 杨晓艳, 庄玉茹, 霍文生
    2023, 47(11): 87-95. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311015
    摘要 ( 142 ) PDF全文 ( 518 )   可视化   收藏
    气雾化法制备的金属粉末粒径小,成分均匀,球形度高,流动性好,该方法已成为3D打印球形金属粉末的主要制备方法。然而,气雾化是一个多相流相互耦合作用的复杂过程,细微因素的改变可能导致粉末特性的改变,而粉末特性对3D打印件性能具有决定性的影响。综述了气雾化过程中金属液过热度、气液流量、雾化介质种类、雾化气体压力和温度、雾化器喷嘴构型和导液管几何结构等对粉末特性的影响规律,并对3D打印金属粉末材料及制备技术的发展方向进行了展望。
  • 选区激光熔化成形工艺对多孔TC4钛合金显微组织的影响
    陈健, 傅高升, 陈鸿玲, 张晨, 朱陈成
    2023, 47(11): 96-103,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311016
    摘要 ( 90 ) PDF全文 ( 224 )   可视化   收藏
    采用Rhino软件构建了泰森多边形不规则多孔结构,利用选区激光熔化(SLM)技术成形多孔TC4钛合金,研究了激光功率(180,200,220 W)、扫描速度(1 200,1 600,2 000 mm·s-1)、扫描间距(80,100,120 μm)对其显微组织的影响。结果表明:随着激光功率的增大、扫描速度的减小或扫描间距的增大,SLM成形多孔TC4钛合金实体部分的微观孔洞缺陷数量和尺寸减小,相对密度提高,扫描速度是影响缺陷生成的主要原因;在激光功率220 W、扫描速度1 200 mm·s-1、扫描间距120 μm条件下钛合金具有最少的微观孔洞缺陷,其相对密度可达99.2%。靠近多孔结构孔隙部分的截面存在等轴晶和平行于基板表面的柱状晶,而远离孔隙部分的组织主要由β柱状晶组成,柱状晶内部为与其长轴成±45°且平行排列的初生针状马氏体;随着激光功率的减小、扫描速度的增大或扫描间距的减小,柱状晶的宽度和初生马氏体的长度均减小,扫描间距对显微组织的影响更大。
  • 大层厚下选区激光熔化成形316L不锈钢工艺的优化
    夏涛, 胡海霞
    2023, 47(11): 104-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202311017
    摘要 ( 50 ) PDF全文 ( 223 )   可视化   收藏
    在铺粉厚度为0.15 mm的大层厚条件下采用选区激光熔化技术制备316L不锈钢试样,研究了激光功率(750~850 W)、扫描速度(800~1 000 mm·s-1)、扫描间距(0.06~0.10 mm)对其相对密度、显微组织与性能的影响,对选区激光熔化工艺进行了优化。结果表明:随着激光功率、扫描速度或扫描间距的增大,大层厚下成形试样的相对密度都呈先增大再减小的变化趋势。当激光功率为800 W、扫描速度为900 mm·s-1、扫描间距为0.08 mm时,成形试样的拉伸性能最优,其抗拉强度和断后伸长率分别为682.7 MPa和33.4%,与小层厚成形试样相近,此时的显微硬度为224.77 HV,显微组织由尺寸为0.4~1.0 μm的等轴晶组成,在质量分数3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电位达到-0.69 V,表现出最优的耐腐蚀性能。
机械工程材料
Materials For Mechanical Engineering
ISSN 1000-3738
CN 31-1366/TB
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