2020年, 第40卷, 第4期　
刊出日期：2020-04-20

  

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试验研究
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  SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟及组织性能分析

  于宝义, 何亮, 郑黎, 于博宁, 肖云龙

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 349-355. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.001

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  通过有限元模拟与试验测试，研究了打印参数对选区激光熔化（SLM）工艺成形AlSi10Mg合金残余应力的影响。结果表明，打印过程存在3个峰值温度；随着基板温度、激光功率、扫描速度和扫描间距的增加，成形件残余应力先减小后增大。当激光功率为450 W、扫描速度为1 100 mm/s、扫描间距为70 μm、基板温度为200℃时，打印件具有最小的残余应力，成形件抗拉强度为480 MPa、屈服强度为310 MPa、伸长率为6%。成形件组织中存在粗晶区、细晶区和热影响区3种区域，Si相呈网状结构分布。
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  La和Er对Al-13Si-5Cu-2Ni-1Mg合金组织和性能的影响

  徐莎, 孟令刚, 王宇钊, 张兴国

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 355-359. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.002

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  研究了La和Er对铸造Al-13Si-5Cu-2Ni-1Mg合金组织和力学性能的影响。结果表明，La对共晶Si有较强的变质作用，在合金中生成块状、长针状富La相；Er可以明显减小二次枝晶间距，在合金中可生成块状、短棒状富Er相。合金中复合添加0.2%的La和0.2%的Er时，二次枝晶间距、初生Si、共晶Si和金属间化合物的尺寸同时减小，La、Er相互作用可以抑制富稀土相的生长，使合金中引入尺寸细小且弥散分布的富稀土相，此时合金力学性能最佳，25和350℃时抗拉强度分别为274 MPa和91 MPa。
实用研究
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  Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的高温蠕变机制

  王武孝, 王娜, 秦子禾, 刘健, 秦少勇

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 360-364. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.003

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  采用高温蠕变装置，研究了Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金在150、175、200℃以及50、70、90 MPa条件下的高温压缩蠕变行为，分析合金在高温蠕变过程中的蠕变机制。结果表明，Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的平均应力指数及蠕变激活能分别为4.64和73.87 kJ/mol，其主要蠕变机制是由位错攀移和晶界扩散共同作用，合金的蠕变本构方程为：έ=1.877×10^-8σ^4.641exp[-73 865/（RT）]；合金在高温蠕变过程中，微观组织中的位错密度逐渐增大，出现位错缠结及位错堆积，合金蠕变后的晶粒变得粗大，金属间化合物Al₃Nd和Al₃Gd在晶界上出现偏聚。
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  钛合金外科植入物表面缺陷分析

  张战英, 李莎, 徐广胜, 刘振华

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 364-367. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.004

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  通过扫描电镜分别对髋臼杯和髓内钉两种TC4钛合金加工的医用植入物表面亮点缺陷进行组织分析，并对两种植入物亮点缺陷进行能谱成分分析。结果表明，髋臼杯各亮点区域呈现凹坑状，具有明显的方向性，亮点处成分和基体基本一致，组织都是等轴α+β相，为机械划蹭所致。髓内钉区域1~3组织为细小的柱状组织；区域4组织为单一α相。分析可知，区域1~3是由于熔融态的钛屑附着在基体表面形成的，区域4为"组织α化层"。
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  Al-12Si-6Cu-1.5Ni-0.3Cr-0.2La-0.8Ce合金双级固溶处理工艺研究

  王丽萍, 赵刚, 冯义成, 康福伟, 郭二军

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 368-372. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.005

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  以Al-12Si-6Cu-1.5Ni-0.3Cr-0.8Ce-0.2La铸造耐热铝合金为研究对象，对其进行双级固溶处理，以及人工时效。通过OM、SEM观察以及拉伸性能测试等手段，研究不同二级固溶温度和时间对合金显微组织和力学性能的影响。结果发现，随二级固溶温度升高和固溶时间延长，合金初生Si相钝化，共晶Si和网状相溶断成颗粒状或块状，室温和高温抗拉强度呈先增加后降低的趋势，当二级固溶温度达到530℃，时间为2 h时综合性能最好。对试样进行200℃×6 h的时效处理，并进行室温和高温（300℃）拉伸试验，结果表明，当合金经过490℃×2 h+530℃×2 h+200℃×6 h热处理后，室温抗拉强度达342.0 MPa，高温抗拉强度达到159.9 MPa。
综述
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  钢中非金属夹杂物控制技术发展现状及展望

  郄亚娜, 王岩, 李丽丽, 李秋京

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 373-378. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.006

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  钢中夹杂物的数量、尺寸、分布规律对钢产品质量有较大影响，因此，控制钢中非金属夹杂物是冶炼高品质洁净钢、提升产品品质的关键。通过对钢中非金属夹杂物性质、来源入手，分析了夹杂物碰撞、聚合长大、上浮及去除机理，同时对气泡吸附、电磁净化、过滤分离等夹杂物控制技术进行了对比分析，并对氧化物冶金技术发展现状进行了介绍。研究表明，气泡法与过滤法是以气泡和过滤器为媒介对钢水中夹杂进行吸附、捕捉并促进其进入渣相；电磁净化法借助电磁场离心力增加夹杂物碰撞、聚集长大的几率，但设备较为复杂，其应用受电力资源供给限制；夹杂物改性技术是将高熔点夹杂变性生成低熔点夹杂，促进夹杂物上浮，其操作简单，但容易造成钢水的二次污染。氧化物冶金技术通过改变夹杂物大小、形状和分布来钉扎和抑制高温下奥氏体晶粒的长大，避免粗大晶粒的形成，从而实现细化组织、提高钢的强度和韧性的目的。氧化物冶金技术为夹杂物的控制提供了新思路，具有重要的应用前景。
计算机应用技术
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  基于Taguchi方法的滑动轴承二道次旋压工艺参数优化

  贾岩峰, 樊文欣, 邵晓宙, 李志伟, 李岳桥, 曹志娟

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 379-382. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.007

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  以QSn7-0.2锡青铜为试验材料，以减薄率、道次分配比、一道次进给比和二道次进给比为试验参数，设计正交试验，以成形件内外轴线直线度误差为评价指标，利用Simufact软件对二道次错距旋压进行数值模拟，利用Taguchi方法分析仿真结果的信噪比，优化试验参数，得到各参数对滑动轴承内外轴线直线度误差的影响程度顺序与最优工艺参数组合，并进行试验验证。结果表明，Taguchi方法可有效降低工件内外轴线直线度误差，提高产品性能。
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  基于BP_GA算法的铸造有效应力预测与优化

  王朝涛, 邓攀科, 杨智勇, 张雄飞, 赵海芹

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 383-386. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.008

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  为控制铸件凝固过程中的有效应力大小，避免热裂发生，利用有限元分析软件ProCAST对ZL205A铝合金牵引结构件低压铸造过程进行温度场模拟与有效应力预测，选择浇注温度、模具预热温度、传热系数和模具壁厚等影响铸造应力的因素作为设计参数。结合有效应力预测结果，构建4-7-1-1型神经网络和遗传算法以优化铸造工艺。结果表明，神经网络预测平均相对误差为1.45%，预测精度较高。通过遗传寻优方法，发现了最佳工艺参数组合：浇注温度为688℃，模具预热温度为291℃，模具壁厚为150 mm，传热系数为1 284 W/（m²·K），并进行试验验证，获得品质较好的铸件。
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  基于PAGM模型的浇注系统对螺旋桨铸件夹渣率的影响

  柏雪, 饶磊, 苗田雨, 游凯

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 387-391. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.009

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  基于分散相粒子运动模型，考虑夹渣在随流运动过程中动态聚合长大现象，构建了夹渣聚合长大模型（PAGM，Particles Aggregation Growth Model）。采用PAGM对铝合金螺旋桨铸件浇注过程中夹渣的运动轨迹、聚合长大行为及最终位置进行了模拟计算和试验验证。在此基础上研究了浇注系统对铸件夹渣分布及夹渣率的影响。结果表明，浇注系统设计对夹渣运动行为及分布有较大影响，PAGM可有效提升对铸件夹渣分布预测的准确性，为铸件优化设计及失效分析提供参考。
增材铸造
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  高端汽车冲压模铸钢件的3DP打印砂型铸造技术

  林少凯, 董选普, 郭艇, 于海春

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 392-395. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.010

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  研究了三维喷墨打印（3DP）工艺在中大型冲压模铸钢件制造生产中的应用。测试了打印砂型的抗拉强度、透气性、发气量等性能，并基于3DP工艺设计了砂型。结果表明，3DP打印砂型的抗拉强度可达1.70 MPa，透气性大于400，最大发气量为14.6 mL/g，均可满足合金钢铸造的使用要求。3DP打印砂型（芯）具有无需模具、可以采用砂型和砂芯整体化工艺等特点，提高了铸件的精度。通过对3DP砂型设计，并通过特殊工艺方法，解决了打印砂型的铸字清晰度的问题。
压力铸造
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  压铸件包紧力的动态分析

  唐和雍, 李永杰, 罗久林

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 396-398. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.011

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  铝合金压铸件包紧力从模具内的冷却开始到顶出铸件的过程中，始终是动态变化的。模具与合金随温度变化对应有不同的热膨胀系数，模具设计时应根据不同压铸合金选择不同的收缩率。压铸生产中因为温度变化造成的顶出铸件故障可以通过调整温度来解决。
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  铝合金薄壁壳体低压铸造工艺研究

  李栋, 曾建民, 马原, 梁继亚

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 398-400. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.012

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  主体壁厚为3 mm的铝合金壳体铸件，成形比较困难。因此，设计两种方案，利用3D打印砂型进行低压铸造浇注验证。结果表明，选择合适的浇注位置并设计合理的浇注系统，有利于薄壁铸件的成形，并利用CAE软件模拟优选出合理的铸造工艺方案。
精密铸造
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  脱氧对精密铸造K403镍基合金铸件的影响

  崔晓淼, 孙琨, 周明雪, 李洪军

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 401-403. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.013

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  通过在K403镍基高温合金真空熔炼过程中添加0.02%的Ca及0.002%的C并于1 650℃保温5 min实现充分脱氧。发现未经过脱氧处理的铸件表面易出现裂纹而导致铸件报废。而经脱氧后成形的镍基高温合金精密铸件外部未观察到裂纹且内部夹杂物明显减少。通过扫描电镜及电子探针表征铸件的微观形貌，发现未经脱氧处理的铸件内部氧化物夹杂较多且易偏聚于裂纹周围，而经脱氧处理后的铸件内部夹杂物密度明显降低。
离心铸造
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  基于PTV的钛合金离心铸造物理模拟流速表征

  肖艮, 沈旭, 殷亚军, 李振涛, 计效园, 周建新

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 404-408. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.014

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  针对钛合金立式离心铸造过程，结合粒子追踪测速技术（PTV），对相似钛合金流体充型速度进行定量表征。首先，基于物理模拟相似性原理，设计了试验模具，配置了常温相似流体；其次，进行了不同转速和浇注速度参数的物理模拟试验，并采用PTV方法获得粒子随流体运动的瞬态速度；最后分析了流体运动特征：示踪粒子会沿着与旋转速度相对的型腔壁面运动；低转速条件下适当提高离心转速和减小浇注速度有利于流体平稳充型。
复合材料
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  织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩性能的影响

  帅亮, 余欢, 徐志锋, 胡银生, 蔡长春

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 409-414. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.015

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  选用ZL301合金为基体材料，采用2.5D浅交直联、三维正交和三维五向等3种结构编织了M40J碳纤维预制体，采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为50%的3D-C_f/Al复合材料。主要研究了织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩强度的影响。结果表明，织物结构对C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和压缩性能影响较大。其中三维正交结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最大，分别为99.2%和417 MPa；而2.5D浅交直联结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最小，分别为95.3%和99.8 MPa。
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  AZ91D熔体中原位合成TiC颗粒及冲刷腐蚀性能

  周立玉, 李秀兰, 王宣, 张旭东, 易军

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 415-419. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.016

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  利用原位合成反应法，在不同温度（740、760和780℃）下对AZ91D镁合金熔体保温40 min，制备了TiC/AZ91D镁基复合材料。借助光学显微镜和X射线衍射仪，对TiC/AZ91D镁基复合材料的组织形貌和物相进行观察和分析，并对制备的复合材料在质量分数为3.5%的NaCl溶液+石英砂条件下进行冲刷腐蚀磨损试验。结果表明，在740℃保温40 min制备的复合材料主要由α-Mg、β-Mg₁₇Al₁₂和Al₃Ti组成。保温温度分别为760℃和780℃时，AZ91D镁合金中均出现了原位合成的TiC颗粒，并且随温度升高，TiC的数量增加。此外，TiC/AZ91D镁基复合材料在3.5%的NaCl溶液+石英砂中的冲刷腐蚀磨损性能随保温温度的升高而增加。经780℃保温40 min后的复合材料呈出最好的耐冲刷腐蚀磨损性能，相比于AZ91D镁合金提高了60.5%。
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  球磨与烧结对Al₂Ti₃V₂ZrB/2024Al复合材料组织与硬度的影响

  张亚洲, 杨俊瑞, 杨瑞宾, 刘洋, 刘忠侠

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 420-426. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.017

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  利用粉末冶金方法制备了Al₂Ti₃V₂ZrB/2024Al复合材料，研究了球磨工艺和烧结温度对复合材料微观组织和硬度的影响。结果表明，球磨时过高的球磨速度或过长的球磨时间均会造成Al₂Ti₃V₂ZrB颗粒的团聚，影响复合材料的组织均匀性。在球磨速度为150 r/min下球磨5 h，Al₂Ti₃V₂ZrB颗粒在2024Al基体中的分布最均匀，复合材料的硬度最高。当烧结温度低于510℃时，Al₂Ti₃V₂ZrB颗粒在2024Al基体中分布比较均匀，复合材料密度和硬度随烧结温度升高逐渐增加；超过510℃后Al₂Ti₃V₂ZrB颗粒开始团聚，复合材料密度和硬度下降，在510℃制备的复合材料具有最高的硬度。
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  铝/钢异种金属的沉头铆钉电阻单元焊工艺研究

  王义金, 王超, 董仕节, 罗平

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 426-430. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.018

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  采用沉头铆钉与沉头孔配合的电阻单元焊工艺连接了钢和铝合金，在Q235/5052Al界面形成了FeAl₃金属间化合物。在DP780/Al界面形成了Fe₂Al₅和FeAl₃金属间化合物。焊接电流对熔核直径、拉剪力、铝热影响区平均硬度以及铝板的承载面积有显著影响。确定了3种主要的失效模式：界面失效断裂模型、熔核拔出失效断裂模型和铝热影响区失效断裂模型。在焊接电流为18 kA时，获得了最佳的接头力学性能，拉剪力达到5 712 N，且失效模式为熔核拔出失效。
轻有色合金
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  Zr和脉冲磁场对Mg-Y-Zn-Ca合金组织及压缩性能的影响

  李鹏, 周全, 陈舸, 陈乐平, 谢东原

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 431-435. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.019

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  对比研究了未处理、Zr处理、脉冲磁场处理及脉冲磁场-Zr复合处理对长周期结构增强Mg-5Y-2.5Zn-1.2Ca合金凝固组织及压缩性能的影响，同时考察了复合处理条件下脉冲电压和频率对合金的影响。结果表明，Zr处理、脉冲磁场处理、复合处理后，合金的凝固组织和压缩性能均有所改善，其中复合处理的效果最好；与未处理合金相比，复合处理后合金的抗压强度和压缩率分别提高43.9%和15.4%。在0~300 V内，随着脉冲电压增大，合金的平均晶粒尺寸逐渐减小；在1~10 Hz内，随着脉冲频率增大，合金的平均晶粒尺寸先减小后增大，转折点为5 Hz。晶粒尺寸越小，合金的第二相分布越均匀。合金的压缩性能与其晶粒尺寸基本对应。
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  超声及电磁场对铝合金熔体影响的数值模拟及试验研究

  费卓铭, 林冲, 李浩, 朱文波, 吴和保

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 435-440. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.020

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  针对铝合金熔体的超声及电磁搅拌处理过程，创建了超声场、电磁场、流场和温度场的数学模型，并采用COMSOL Multiphysics软件求解模型，得到了超声场、电磁场和超声/电磁复合场对铝合金熔体内流场和温度场的分布规律，并通过试验对模拟结果进行了验证。结果表明，增加超声功率使得声压幅值和流场的流动速率均随之增加，同时会使熔体的温度梯度逐渐减小；施加电磁场后产生的电磁搅拌改变了熔体的流动方向且使熔体的流动速率显著增大，这对熔体的温度分布产生了较大影响；在超声和电磁复合场下，电磁场比超声场对熔体流场和温度场的影响更大，且占主导地位。数值模拟结果和试验结果符合较好。
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  等离子冷床炉单次熔炼制备Ti-2Al-1.5Mn合金

  许正芳, 石磊, 徐锋

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 441-445. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.021

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  主要介绍了等离子冷床炉单次熔炼制备Ti-2Al-1.5Mn钛合金铸锭在化学成分、组织、内部品质等方面的情况。结果表明，首次使用PAM炉单次熔炼法制备出航空领域工业级厚330 mm、宽750 mm、长1 000~2 500 mm的钛合金扁锭，其化学成分可控且均匀性较好，纵横向组织均匀细小。此外，获得PAM炉单次熔炼法制备的钛合金扁锭全截面低倍组织图谱特征。铸锭经加工变形后获得的板材产品理化性能满足技术要求。
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  氩气处理对AZ91镁合金高温力学性能的影响

  赵正任, 贾征, 王彤, 高源, 郭锦鹏, 胡天润, 柳鑫

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 445-448. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.022

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  研究了氩气处理对AZ91镁合金高温力学性能的影响。结果表明，经过氩气处理后，每100 g熔体中的氢含量从未处理的14.8 cm³降低至7.3 cm³，除气率高达50.7%；在20、100、175、250、325和400℃对合金分别进行拉伸试验，发现除气对合金抗拉强度和屈服强度的影响随温度升高而逐渐减小，但对伸长率的影响正好相反。在温度低于250℃时除气，合金强度显著提高，伸长率变化不明显，除气对在高温（250~325℃）拉伸时强度影响不大，但明显提高了镁合金的伸长率，另外，应变硬化指数（n）值相差不大（分别为0.04和0.03）。
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  固溶时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金组织性能的影响

  谢文芳, 郭雷明, 张淼斐, 刘亚洲

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 449-452. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.023

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  分析了不同固溶时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金抗拉强度、伸长率及显微组织的影响。结果表明，固溶处理后Ti-6Al-4V-0.5Si合金中存在较多的六方α'和斜方α″两种马氏体相和亚稳定相。时效处理后，马氏体相和亚稳定相分解再结晶得到分散的α+β相。综合分析表明，固溶时效工艺为950℃×30 min（水冷，WQ）+480℃×4 h（空冷，AQ），合金的综合性能最好，此时合金的抗拉强度和伸长率分别为745.6 MPa和8.3%，比铸态合金分别提高了24.8%和36.0%。
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  熔体混合处理对A356铝合金组织的影响

  孙虎, 钟鲁宁, 傅小明, 张月, 纪伟进

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 453-455. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.024

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  采用熔体混合技术处理A356铝合金，并通过再次重熔加热研究熔体混合处理细化效果的稳定性。利用光学显微镜观察合金组织，用Image Pro金相分析软件测定了初生α-Al相的平均直径。结果表明，熔体混合技术能较好地细化A356铝合金中的初生α-Al相，且A356铝合金的熔体混合处理在650℃下具有较好的一次重熔稳定性。
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  Al-Si-Mg系铝合金熔体吸氢热力学研究

  秦颐鸣, 庄林忠, 冯恩浪, 赵解扬, 王春霞

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 455-457. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.025

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  通过建立铝合金熔体吸氢的热力学过程模型，分析了影响Al-Si-Mg系铝合金熔体吸氢的热力学因素。结果表明，降低空气湿度、熔炼温度、压力有利于降低铝液吸氢速率；Si、Mg含量与空气/铝液界面处的氢含量成线性关系，提高Si含量、降低Mg含量有利于降低空气/铝液界面处的氢含量，从而降低铝液的吸氢速率。
特种合金
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  结构参数对钛蜂窝基体力学性能的影响

  曹磊, 杨倩倩, 刘源, 葛月鑫, 马明星, 邵星海

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 458-462. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.026

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  通过使用厚度分别为0.10 mm的TC4钛合金和0.05、0.10、0.15 mm的TA1工业纯钛箔制备钛蜂窝结构件，并对其进行平压试验，分析了箔厚和蜂窝孔边长对钛蜂窝结构承载性能的影响以及蜂窝结构件的失效形式。结果表明，钛蜂窝箔厚增加和蜂窝孔边长减小可提升钛蜂窝结构的承载性能，TC4钛合金蜂窝结构件的承载能力明显高于TA1工业纯钛蜂窝结构件。所有结构件的坍塌区域均出现在中部未焊接连接处，失效形式是局部塑性变形且伴有裂纹。
重有色合金
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  超声处理对铸态二元铝青铜组织与性能的影响

  吕海波, 杜阳, 索忠源, 姜峰, 王鑫, 刘祥玲

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(4): 462-464. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.04.027

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  研究了超声外场对铸态二元铝青铜组织与性能的影响。结果表明，超声处理能够显著细化合金组织，处理后的铝青铜合金能够获得均匀细小的组织。施加超声处理后的合金抗拉强度为620 MPa、硬度（HB）为257、伸长率为2.8%，与未处理态相比，分别提高了17%、51.2%和47.4%。分析其拉伸断口发现，未超声处理的合金断裂方式为脆性断裂，超声处理的合金断口有大量韧窝存在，塑性显著提高。