2020年, 第40卷, 第3期　
刊出日期：2020-03-20

  

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试验研究
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  2024A铝合金高温流变行为及本构关系研究

  吴道祥, 梁强, 王敬

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 233-238. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.001

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  采用Gleeble-3500热模拟试验机对2024A铝合金进行等温热轧，对其高温流变行为进行了研究。通过试验获得2024A铝合金在温度为300~450℃、应变速率为0.01~10 s^-1时的真应力-真应变曲线。结果表明，2024A铝合金的流变应力与温度、应变速率和变形量之间呈非线性关系，流变应力随着应变速率增大而升高，随着变形温度的升高而降低。基于试验数据，分别建立考虑应变补偿的Arrhenius和修正的Johnson-Cook（M-JC）本构模型，引入统计学方法对模型精度进行量化评估：Arrhenius模型的平均相对误差和均方根误差分别为5.02%和5.88 MPa，M-JC模型的平均相对误差和均方根误差分别为3.72%和5.27 MPa，可见M-JC模型预测精度优于Arrhenius模型，说明M-JC模型能更为准确地描述2024A铝合金的高温轧制过程中的流变行为。
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  Fe含量对热挤压再生铝合金组织和性能的影响

  陈立, 陈胜迁, 陈涛, 赵学清, 宋新华

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 239-243. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.002

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  采用光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸机、显微硬度计等手段研究了不同Fe含量对热挤压再生铝合金组织和性能的影响，并探讨富Fe相形态演变机制。结果表明，Fe含量的增加有利于抑制再生铝晶粒尺寸的长大。随着Fe含量增加，晶粒尺寸逐渐减小，减小幅度达25%。热挤压后再生铝中富Fe相发生了折断和破碎，并沿着挤压方向呈带状分布。随着Fe含量增加，富Fe相的面积分数和平均长度均逐渐提高，当Fe含量分别为0.10%~1.24%时，面积分数和平均长度增长最快；而富Fe相的圆整度则随Fe含量的增加稍有降低。同时，再生铝的抗拉强度、屈服强度和伸长率均随着Fe含量的增加呈现逐渐降低的趋势，最大降低幅度分别为10.4%、23.2%和46.0%，而显微硬度则逐渐提高，最大提高幅度为21.7%。断口形貌也由纯韧性断裂转变为混合型断裂模式。
实用研究
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  脱合金反应制备原位富Ta相增强Zr-Cu基复合材料

  邵雨曼, 秦振华, 郭威, 吕书林, 赵觅, 吴树森

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 244-248. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.003

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  利用金属熔体中的脱合金反应制备了原位自生富Ta相增强Zr-Cu非晶基复合材料，研究了传统电弧熔炼法和新型脱合金法制备复合材料的第二相差异，并比较了不同脱合金反应温度对第二相的影响。与传统电弧熔炼方法相比，脱合金化法制备的复合材料第二相尺寸更细小，数密度更高，单位界面面积更大，更有利于材料强度和塑性的提高。同时，随着脱合金反应温度提高，第二相的尺寸和体积分数逐渐降低，非晶基体和第二相的硬度随之提高。
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  超声波对铸造水玻璃砂性能的影响

  刘海, 周洪

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 249-252. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.004

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  水玻璃砂在混制后会出现老化现象，从而降低其强度、溃散性、抗吸湿性等。把模数为2.6左右的水玻璃放在频率为20 kHz、功率为480 W的超声波处理器中进行改性处理后测试其相关性能。结果发现，水玻璃的粘度随超声处理时间的延长不断降低，在30 min时水玻璃粘度降低11%，水玻璃的润湿性较改性前提高13%~37%；水玻璃砂的干强度增幅达到48%；同时，水玻璃砂的高温残留强度下降41%；水玻璃在超声改性前后混制得到的水玻璃砂的抗吸湿性提高8%。结果表明，超声波处理可以提高水玻璃砂的强度和抗吸湿能力，同时能够提高型砂的溃散性。
综述
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  块体非晶合金超塑性成形的研究进展

  王飞龙, 杨玉婧, 吕敬旺, 马明臻

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 253-258. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.005

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  简述了块体非晶合金的研究现状及其超塑性成形技术，重点介绍了温度及应变速率对非晶合金超塑性的影响、块体非晶合金过冷液相区本构模型研究概况以及超塑性成形的应用，提出了块体非晶合金超塑性研究中仍需解决的问题。
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  石墨烯增强铜基复合材料的制备技术及发展

  韦德满, 黄朴, 周治文, 陈孝阳, 许征兵, 聂煌辉, 尹华强, 曾建民

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 259-265. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.006

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  石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物化性能，在改善复合材料的力学性能、电学性能和热学性能等方面具有很大的潜力，已成为金属基复合材料较理想的增强体。铜合金具有优异的导电导热性能和良好的延展性，但是其强度较低、不耐磨及高温下易变形的特点阻碍了其应用和发展。因此，结合石墨烯和铜的性能特点，将石墨烯作为增强体添加到铜中，制备性能优异的石墨烯增强铜基复合材料成为目前研究的热点之一。综述了目前石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，并对各方法的特点进行了分析比较，提出未来可采用的制备工艺的方向以及在制备过程中面临的问题和挑战，并对其未来的研究方向进行了展望。
计算机应用技术
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  单晶Al₃Ti拉伸与剪切变形的分子动力学模拟

  熊震, 刘晓波

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 266-270. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.007

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  采用分子动力学方法研究单晶Al₃Ti模型的拉伸和剪切力学性能。模拟Al₃Ti在常温、恒定应变速率下的拉伸和剪切变形过程，讨论了温度和应变速率对体系拉伸和剪切性能的影响。结果表明，Al₃Ti室温下很脆，弹性变形阶段结束后在短时间内体系产生的孔洞和位错迅速发展导致材料破坏。温度升高会导致Al₃Ti的抗拉强度、杨氏模量、剪切强度和切变模量降低；应变速率增大能提高材料的拉伸和剪切强度，但不影响杨氏模量和切变模量大小。
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  电磁制动下钢液射流及钢-渣界面波动行为的数值模拟

  李壮, 李尚斌, 金禹翰, 李河秀, 姜博文, 张澳

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 271-275. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.008

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  建立了描述全幅一段电磁制动作用下结晶器内钢液射流及钢-渣界面波动行为的数学模型，采用数值模拟方法研究了不同电磁参数对结晶器内钢液射流及其引起的钢-渣界面波动行为的影响，分析了磁感应强度及水平磁极与浸入式水口之间距离变化对结晶器内钢液射流行为和钢-渣界面波动行为的影响。结果表明，当全幅一段电磁制动稳恒磁场同时覆盖射流冲击区域、上返流和下返流区域时（D=20 mm），电磁制动的施加可以有效控制钢液射流结构，降低上返流和下返流钢液流速，稳定钢-渣界面波动；当电磁制动水平磁极与浸入式水口垂直距离较远时（D=220 mm），增大磁感应强度不能对结晶器内上返流区域钢液流速进行抑制，不利于钢-渣界面波动的稳定，增大卷渣发生几率。
压力铸造
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  树脂砂型低压铸造紫铜结晶器工艺研究

  夏翔, 周燕辉, 金曼曼, 谢世坤

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 275-277. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.009

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  研究了紫铜结晶器砂型低压铸造工艺，重点从砂芯设计、紫铜熔炼等方面进行了探讨。采用酚醛树脂为粘结剂的型砂，砂芯含水量为8%，湿态透气性>70 Pa，湿压强度为0.02~0.03 MPa，干拉强度为0.1~0.2 MPa，型芯烘干，最高炉温为180~200℃；采用中频感应电炉熔炼，Cu温在1 200~1 220℃，可脱氧浇注。磷铜脱氧加入量<0.05%，并采用真空除气。
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  压铸ADC12铝合金基座的开裂机制分析

  肖将楚, 冉红锋, 朱毅

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 278-282. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.010

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  利用扫描电镜、金相显微镜、电感耦合等离子发射光谱仪等手段，对压铸ADC12铝合金云台基座开裂失效进行组织及成分分析，并借助弹塑性有限元法分析了云台基座在使用过程中采取急停等操作后的应力分布情况。结果表明，ADC12铝合金在铸造过程中产生大量的缩孔、偏析等缺陷，特别是在弯角部位，存在偏析瘤。这些缺陷，导致合金的力学性能严重下降。此外，在基座底部前后端与高台的交界处存在应力集中。因此，导致压铸ADC12铝合金云台基座的开裂失效。
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  热处理对挤压铸造Mg₉₃YZn₆合金组织和性能的影响

  王冰, 赵宇宏, 靳玉春, 田晋忠, 侯华

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 282-285. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.011

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  采用挤压铸造法制备了Mg₉₃YZn₆合金，并对其进行高温热处理，分析了铸态和热处理态的Mg₉₃YZn₆合金的微观组织、显微硬度和力学性能。结果表明，该合金的挤压铸造和热处理后的组织中均只有α-Mg基体相和准晶I相生成。经500℃×4 h热处理后，合金中的准晶相含量与铸态合金中变化不大。经550℃×2 h热处理后，合金中的准晶相有所减少。与铸态合金相比，热处理后合金的硬度、抗拉强度和伸长率均提高。
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  真空压铸铝合金减震塔在铝车身上的应用

  聂小勇, 杨海, 李慎国, 王付才, 郭强

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 286-290. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.012

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  针对全铝弧焊平台车型用真空高压铝合金减震塔，对其工艺改善过程进行了分析，并对力学性能进行了评价。结果表明，提高铝液密度，适当降低Mg含量，优化热处理工艺参数等措施能提升减震塔的力学性能，改进后减震塔T7态屈服强度为128.92 MPa，抗拉强度为216.18 MPa，抗拉强度相比改进前提高了12.14%，伸长率达到11.5%，相比改进前提高了56.89%，密度为2.682 1 g/cm³，满足设计使用要求。另外，采用ER4043焊丝和ER5356焊丝对减震塔焊接性能进行了评价，发现采用ER5356焊丝焊接接头强度高于160 MPa，接头效率达到76%，优于ER4043焊丝，满足设计使用要求。
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  低压铸造铝合金副车架的数值模拟及试验验证

  代后山, 董迎晖, 袁鹤中

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 290-293. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.013

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  基于CATIA软件进行副车架结构及浇道设计，并利用HyperWorks软件平台建立副车架有限元模型，分析其刚度、强度和模态，运用ProCAST软件对副车架低压铸造过程进行数值模拟，并对低压铸造生产的整体空心式铝合金副车架进行可靠耐久性验证，结果满足性能要求。
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  基于变形控制的薄壁板状压铸件加工精度保证

  黄志伟, 李珊

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 294-296. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.014

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  以中间板为例，介绍了薄壁板状压铸件机加工时的主要难点，以及如何在开发时对加工方案进行分析，找出保证加工精度的控制要点，以提高过程开发的品质。在试生产时，通过数据分析，发现数控加工中心的热变形导致机加工孔位工程能力不足，通过采取误差补偿的方式解决了该问题，杜绝了位置度超差不良品的产生。
连续铸造
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  柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金低温压缩性能研究

  王果, 肖小亭, 邓俊, 黎沃光, 余业球

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 297-301. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.015

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  利用竖直下拉式热型连铸技术制备柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金，其马氏体相变结束温度（M_f）在-50℃以下，柱状晶生长方向为轴向。在温度低于M_f时，对普通多晶、平行于柱状晶方向和垂直于柱状晶方向的试样分别进行单向压缩试验，并进行金相组织观察与断口形貌分析。结果发现，柱状晶Cu-Al-Be合金杆件组织结构为类似于贝壳的仿生结构且断裂形式相似，垂直于柱状晶方向的试样塑性最好，断裂前吸收能量最高，综合性能最好。
增材制造
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  选区激光熔化TC4试样的力学性能及微观组织分析

  张成, 刘玉德, 张萌, 马英怡, 黄志刚

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 302-306. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.016

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  采用选区激光熔化技术成形TC4试样，研究了线扫描功率、曝光时间和退火处理对TC4成形试样微观组织和性能的影响。结果表明，试样的缺陷随线扫描功率的升高而减少。线扫描功率在400 W，曝光时间为30 μs，经过退火处理后，试样抗拉强度达到1 153 MPa，高出普通TC4钛合金锻件近300 MPa，同时，试样的拉伸断面总体呈脆性断裂。
复合材料
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  载荷对PTFE/AlSi10Mg复合材料摩擦磨损行为的影响

  曾进, 黎晓华

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 307-312. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.017

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  采用选区激光熔化（SLM）、浸渗和真空烧结工艺制备了以AlSi10Mg为基体的多孔骨架填充聚四氟乙烯（PTFE）的自润滑复合材料。采用往复式Bruker UMT-3摩擦试验机研究了速度为5 mm/s、不同载荷下复合材料的摩擦磨损性能，并采用SEM、EDS等对其成分、结构以及摩擦学行为进行了研究。结果表明，复合材料的平均摩擦因数和磨损率随着载荷的增加呈现先增大后减小的趋势；复合材料的摩擦稳定性主要由存储在骨架中的PTFE决定。其摩擦机制主要是在载荷的作用下，当磨擦表面发生磨损时，骨架中的PTFE将磨屑捕获，形成完整的PTFE润滑层，并且发生膜的转移，从而增加了复合材料的摩擦学稳定性。
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  电磁搅拌制备B₄C_p/AlSi9Mg复合材料磨损性能研究

  王子一, 谭建波

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 313-317. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.018

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  采用电磁搅拌技术制备了B₄C_p/Al复合材料，并对B₄C颗粒进行了预处理，利用MMW-1A型磨损试验机对复合材料进行磨损试验，研究材料的磨损性能及机制。结果表明，B₄C颗粒预处理可有效去除颗粒中混杂的杂质金属；当电磁搅拌强度为60%，搅拌频率为20 Hz，搅拌时间为15 min，陶瓷颗粒含量为3.5%时，具有良好的磨损性能。在磨损过程中，随着磨损时间延长，其磨损机理随之变化，由单一的剥层磨损最后变为氧化磨损、粘着磨损以及磨粒磨损等多种制机共同作用。
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  颗粒含量对TiB_2（p）/Fe复合材料显微组织和力学性能的影响

  姚鑫, 郭远博, 吕超, 黄兴民

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 318-323. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.019

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  基于室温单轴拉伸、显微硬度、纳米压痕和扫描电镜观察等试验，表征和分析了TiB₂颗粒增强铁基复合材料的宏观、微观力学行为。结果表明，随着高模量TiB₂颗粒体积分数从15%增至25%，抗拉强度和弹性模量分别从531.0 MPa和215.5 GPa提高到659.0 MPa和247.0 GPa，比刚度从28.8 GPa·cm^-3·g^-1逐步增加至34.7 GPa·cm^-3·g^-1，伸长率从22.0%降至7.9%；断裂机制由微孔聚集型韧性断裂转变为穿晶解理型脆性断裂，强化机制可能以细晶强化和位错增殖为主。
轻有色合金
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  大规格钛合金真空自耗铸锭热封顶技术探讨

  李莹莹

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 324-326. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.020

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  针对真空自耗熔炼大规格（ϕ ≥ 760 mm）钛合金铸锭易出现头部缩孔较深、切头量大的问题，分析了缩孔产生的原因，论述了热封顶工艺制定的原则和方法，并据此制定了适合实际生产的热封顶工艺制度。试生产发现，该工艺可显著减小缩孔深度，提高铸锭的成品率。
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  Si含量对Al-Si电子封装材料组织和性能的影响

  孔昭阳, 黄海滨, 于宝义, 郑黎, 李润霞

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 327-331. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.021

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  采用热压成形工艺制备了Al-50Si、Al-60Si、Al-70Si合金电子封装材料，研究Si含量对材料组织和性能的影响。结果表明，Si含量对Al-xSi高Si铝合金有很大影响，Si含量为50%时，Al基体形成连续网络结构，但存在大量细小的孔隙。当Si含量增加到60%，Al基体呈连续网络状分布，内部孔洞减少。当Si含量达到70%，Si颗粒相互依存长大的几率更大，Si相尺寸明显长大。Al-60Si合金性能最佳，热导率为128.0 W/（m·K），室温到150℃合金的热膨胀系数为9.92×10^-6℃^-1，密度为2.462 g/cm³。
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  高锌Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性研究

  彭英浩, 刘崇宇, 徐峥峥, 侯远飞, 陈勇, 何克准

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 331-335. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.022

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  主要研究不同热处理状态下高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的淬火敏感性。结果表明，末端淬火处理后的高锌Al-Zn-Mg-Cu合金棒状试样经人工时效和自然时效后，其120 mm处的硬度保留值分别为91.26%和96.25%。人工时效后的试样随着离淬火端距离的增加，沉淀强化相的尺寸增大、密度减小，无沉淀析出带变宽，这些均降低其硬度。GP区为自然时效态合金的主要强化相，而自然时效1 680 h后试样的淬火端和淬火末端的GP区密度差比较小。因此，该状态的高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的淬火敏感性较低。
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  挤压温度对γ-TiAl基合金组织与性能均匀性的影响

  曹如心, 叶喜葱, 刘亮亮, 刘仁慈, 刘冬, 崔玉友, 杨锐

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 336-340. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.023

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  研究了挤压温度对TiAl合金变形组织与性能均匀性的影响。结果表明，TiAl合金挤压件芯部与边缘组织差异明显，芯部为粗大的近片层组织，边缘为细小的等轴近γ组织，这与变形温度和变形量分布不均匀有关。随着挤压温度升高，芯部残余片层晶粒减少，而再结晶片层晶粒增多。变形组织中等轴γ晶粒体积分数越多，片层晶粒尺寸越小，最终热处理态合金晶粒尺寸越小，室温伸长率越高。1 280℃挤压棒材热处理组织较均匀，芯部与边缘室温伸长率差别较小。
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  La对Sr变质Al-9Si-Cu合金组织及冷却曲线特征的影响

  孙钰, 何建刚, 姜淑馨, 曾大新

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 341-345. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.024

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  研究了La添加量对Sr变质Al-9Si-Cu合金组织及冷却曲线特征的影响。结果表明，随La含量的增加（0~0.8%时），初生α-Al相尺寸减小，冷却曲线上的初生α-Al相生长最低温度T_min-α和最高温度T_G-α升高；La含量较低时（0.1%~0.2%），明显增强共晶Si的变质效果，冷却曲线上的共晶最低温度T_min-si和最高温度T_G-si降低，共晶再辉温度（ΔT_R-Si）值增加；La含量较高时（0.4%~0.8%），共晶Si的变质效果变差，T_min-si、T_G-si和ΔT_R-Si减小；ΔT_R-Si与共晶Si变质效果有良好的对应关系，ΔT_R-Si值越大，变质效果越好。
重有色合金
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  拉拔变形量对硬铜轧制杆和拉拔杆组织及性能的影响

  于婷, 李学斌, 李鸿娟, 丁志敏

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(3): 345-348. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.03.025

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  采用光学显微镜、万能试验机、电阻仪等设备，研究了变形量对抗拉强度相近的硬铜轧制杆和拉拔杆组织、力学性能及电学性能的影响。结果表明，随着拉拔变形量增加，硬铜轧制杆的抗拉强度呈稍降低而后增加的趋势，电导率持续降低；拉拔杆的抗拉强度持续增加，电导率先变化不大而后略有降低。当拉拔变形量≥ 70%时，硬铜拉拔杆拉制单线的抗拉强度及导电性能优于轧制杆。采用硬铜拉拔杆拉制硬铜单线的导电性能及力学性能较稳定且满足TB/T3111-2017标准要求。