2020年, 第40卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-20

  

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试验研究
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  应力三轴度对7050铝合金热塑性成形损伤和晶粒尺寸的影响

  刘德政, 李炎, 罗静, 王友

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 581-586. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.001

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  在应变速率为0.01~10 s^-1、温度为423~623 K下，采用Gleeble1500热物理模拟机并结合有限元法对7050铝合金进行单轴拉伸试验与模拟，分别确定了该材料流变应力、动态再结晶及热塑性损伤的模型参数。然后，基于布里奇曼（Bridgman）法建立了不同缺口半径的7050铝合金圆棒拉伸有限元分析模型，研究了不同温度条件下应力三轴度对7050铝合金热塑性成形损伤的影响。最后，利用DEFORM-3D软件模拟了该合金在不同应力三轴度下的晶粒长大规律。结果表明，在相同温度下，塑性损伤值随应力三轴度的增大而增加，当应力三轴度高于0.7后，塑性损伤值基本保持稳定；在相同应力三轴度下，塑性损伤值随温度的升高而降低，当温度高于523 K以后，塑性损伤值基本保持稳定；随应力三轴度的增加晶粒尺寸先减小后增加。
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  大型镁合金铸件的充型模拟及缺陷分析

  宋和谦, 王玉凤, 王悦博, 张高龙, 孙剑飞, 曹福洋, 宁志良

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 587-590. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.002

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  采用FLOW-3D软件模拟了某大型镂空薄壁Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金铸件的充型过程，采用自由液面模拟追踪方法，研究截面突变和液流前沿汇接对合金液液面上升平稳度的影响，阐述了表面膜缺陷的形成机制，并对浇注系统提出改进措施。
实用研究
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  高强耐蚀Ti-Al-Nb-Zr-Mo合金的成分优化及组织和力学性能研究

  李志平, 苏宝献, 陈才敏, 骆良顺, 王亮, 苏彦庆, 郭景杰

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 591-595. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.003

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  以Ti80合金为基础，制备了Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo合金，研究了其组织与性能。结果发现，Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo合金的热处理组织呈均匀网篮状，力学性能与电化学腐蚀性能均表现优异。添加0.3%的Ni后合金组织得到细化，强度及电化学腐蚀性能得到进一步提升，塑韧性有所降低。
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  基于双层Kriging模型的低压铸造工艺稳健设计

  高晓灵, 唐红涛, 黄攀, 秦红斌

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 595-600. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.004

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  在基于近似模型的仅考虑参数不确定性的铸造工艺稳健设计方法中，由于近似模型并不能完全准确地替代真实铸造工艺过程，导致优化结果必然存在较大误差。为了提高优化结果的有效性，提出了一种新的基于双层Kriging迭代策略的低压铸造工艺稳健优化设计方法。在分析不确定性时引入了近似模型不确定性的影响，建立低压铸造工艺稳健优化模型，之后再利用粒子群算法得到最优稳健解。最后通过实例分析，证明提出的稳健优化方法能得出稳健性能良好的铸造工艺解。
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  熔制琉璃用铂金坩埚的失效问题

  袁军平, 陈绍兴, 黄宇亨, 卢焕洵

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 601-604. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.005

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  铂金坩埚广泛用于琉璃的熔制，以保证其成分和熔融品质。对在箱式电阻炉内熔制琉璃的失效铂金坩埚进行检测分析，发现坩埚底部出现脆裂是由Pt与Si、C发生反应形成低熔点脆性相所致，Si、C来自SiC质炉底板，其内含的游离Si及表面粘附的琉璃料将促进SiC的氧化，增加坩埚底部脆裂的风险。因此，采用铂金坩埚熔制琉璃时，要避免使用SiC材质炉底板。
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  表面化学处理对铸造多晶硅棒表面形貌及切割性能的影响

  李飞龙, 李煜燚, 顾永军, 李丽华, 黄金亮, 熊震

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 604-606. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.006

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  使用KOH溶液对铸造多晶硅硅棒表面进行腐蚀，并用H₂O₂溶液进行氧化处理，研究了温度和KOH溶液浓度对硅棒的腐蚀程度以及不同温度的30%的H₂O₂溶液对腐蚀后的硅棒的氧化效果，并对其切割性能进行了研究。结果表明，硅棒在65℃、质量浓度为20%的KOH溶液中腐蚀2 min后效果最好；腐蚀后的硅棒在55℃的30%的H₂O₂溶液中浸泡8 min后的表面氧化程度最高。使用腐蚀和氧化效果最好的溶液配比处理硅棒，在使用金刚线切片机切割后硅棒崩边比例下降了87%。
综述
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  镁合金晶粒细化技术研究进展之一——物理细化技术

  贾征, 李又佳, 席玖瑞, 王睿康, 付丽, 王彤, 乐启炽, 崔建忠

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 607-613. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.007

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  由于镁合金的强度及塑性较低而限制了其进一步使用，因此晶粒细化成为提高其力学性能的手段之一。从凝固过程中物理细化及形变处理细化两个方面，详细总结了镁合金晶粒物理细化手段，最后对镁合金晶粒物理细化的发展前景进行了展望。
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  镁合金晶粒细化技术研究进展之二——化学细化技术

  贾征, 李又佳, 席玖瑞, 王睿康, 付丽, 王彤, 乐启炽, 崔建忠

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 614-618. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.008

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  由于镁合金的强度及塑性较低而限制了其进一步使用，因此镁合金的晶粒细化成为提高其力学性能手段之一。总结了镁合金晶粒化学细化方法及复合细化方法，并对其晶粒细化的发展前景进行了展望。
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  高性能A356铝合金轮毂开发技术研究进展之二——轮毂成形强化技术

  楼华山, 王大红, 楼江燕, 李宏军, 莫文锋, 刘仲武

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 619-622. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.009

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  针对高性能大尺寸A356合金轮毂开发所涉及的轮毂成形工艺和热处理强化环节的研究进行了总结。介绍了铝合金轮毂的各种成形强化工艺，并进行了对比。最后，阐述了铝合金轮毂新强韧化的一些关键性技术，如共晶相脆性特征改善、沉淀相调控等，并给出了相应的理论解释。
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  石墨在铜基粉末冶金摩擦材料中的发展和应用

  刘建秀, 程晓阳, 樊江磊, 吴深

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 623-628. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.010

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  针对石墨本身的特性做了简单的介绍，简述了石墨的理化性质对摩擦材料性能的影响，包括石墨的类型、粒度、含量以及表面改性对摩擦材料性能的影响，并讨论了制备工艺对摩擦材料性能的影响。最后探讨了精准控制石墨空间分布以及石墨与基体间界面结合的最新研究进展。
计算机应用技术
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  转子支架铸造工艺设计与数值模拟

  顾涛, 张帅鑫, 刘化峰, 武立, 李中会, 赵宇宏, 侯华

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 629-632. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.011

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  基于ProCAST软件模拟了转子低碳合金钢支架铸件的充型过程，分析了铸件可能出现夹渣原因，并提出浇注系统加过滤网、冒口与冷铁配合使用的工艺方案，并对改进方案进行了数值模拟分析。结果发现，浇注系统加过滤网可以吸附夹杂、平稳液流。冒口与冷铁配合使用可消除铸件缩孔、缩松缺陷。试生产表明，该工艺可获得品质良好，能满足使用要求的转子支架铸件。
压力铸造
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  利用热应力场模拟估算压铸模具局部区域寿命

  孙永明, 陈振宇, 陈国恩, 汪学阳, 李四娣

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 632-635. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.012

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  利用Magma软件对某大型动力总成部件模具热应力场进行数值模拟分析，通过热疲劳寿命计算可以估算出模具距离进浇口距离的部位实际使用寿命，并针对使用寿命较低区域提出设计优化措施，从而提高整套模具的使用寿命。
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  基于数值模拟的镁合金普通压铸和真空压铸件性能分析

  陈思涛

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 636-638. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.013

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  通过Flow-3D软件，对镁合金散热器普通压铸及真空压铸进行模拟仿真，对比充型过程的缺陷和卷气结果，并进行产品试制。通过分析普通压铸和真空压铸件的微观组织和力学性能，发现真空压铸能够获得充型完整、外观优良的镁合金压铸件，并且其抗拉强度和伸长率较普通压铸件分别提高14.1%和42.1%。
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  基于大数据分析的镁合金压铸模快速设计系统开发

  张艳琴, 张占领, 郭怀宫

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 639-641. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.014

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  以镁合金笔记本电脑后盖压铸模为例，介绍了基于大数据分析的压铸模CAD集成系统快速设计镁合金压铸模的一般过程。该系统不仅可以快速、合理地设计压铸模的侧抽芯和复杂的型腔结构，而且可以查询压铸模设计的相关数据。实践证明，该系统能快速完成型腔压铸模的设计，对复杂镁合金压铸模的快速设计具有参考价值。
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  低压铸造宽轮辋轮毂轮辐背部缩松缺陷的消除

  李家虎, 侯萌, 许向东, 李茂才, 聂兆军

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 642-646. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.015

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  低压铸造大尺寸宽轮辋轮毂时轮辐背部挖槽厚大，不能顺序凝固，易出现明显的缩松缺陷，影响产品品质和性能，且在常规模具结构下工艺改进困难。因此，设计了一种内冷却式模具方案，经实际验证，该方案在不使用冷铁及砂芯等情况下，通过更改上、下模镶嵌式结构，优化下模冷却及保温方式，可明显改善轮辐背部挖槽厚大部位的冷却及补缩的工艺问题，进而消除缩松缺陷。
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  H13钢表面硼铬复合渗层的冷热循环裂纹扩展特性

  赵小雨, 王华君, 高野, 汪学阳, 李科举

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 647-649. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.016

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  通过TRD盐浴处理方法在H13钢表面分别制备出硼铬复合渗覆层和单渗硼覆层。在试样上切出预制裂纹并在20~650℃下分别进行热疲劳循环试验，采用电子探针显微分析仪观察预制裂纹尖端的裂纹扩展情况，并通过点扫描分析表面氧化团形成原因。结果表明，硼铬复合渗层表面氧化现象更轻微，扩展的裂纹更少，说明硼铬复合渗层比单渗硼层拥有更好的抗疲劳性能。渗硼试样的裂纹扩展是氧化撕裂和应力撕裂的共同作用导致的；硼铬复合渗试样的裂纹扩展主要原因是应力撕裂。
精密铸造
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  固定壳体熔模铸造工艺设计

  王荣, 刘俊英, 李建彬

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 650-652. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.017

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  根据中介机匣结构特点及企业现有的生产条件，设计了中介机匣熔模铸造工艺及生产流程。结果表明，快速成形技术的应用，减少了模具投入成本，同时缩短了制造周期。应用分体制作型壳、组合浇注等措施，能降低设备限制影响且能降低工人劳动强度。采用捆绑铁丝、增加冷铁、型壳埋砂等措施，成功制备品质良好的铸件。
复合材料
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  Z向穿刺结构参数对C_f/Al复合材料显微组织与剪切性能的影响

  冯景鹏, 余欢, 徐志锋, 蔡长春, 王振军, 帅亮, 单嘉立

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 653-657. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.018

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  采用真空压力浸渗法制备了4种叠层穿刺结构C_f/Al复合材料，研究了Z向穿刺结构参数对C_f/Al复合材料致密度、显微组织与剪切性能的影响。结果表明，Z向穿刺结构参数对C_f/Al复合材料的致密度、显微组织以及剪切性能影响较大，Z向穿刺纤维束为单股，针距分别为3 mm和4 mm时的C_f/Al复合材料致密度、剪切强度、模量分别为95.0%、69.9 MPa、7.47 GPa和95.5%、65.3 MPa、8.38 GPa；Z向穿刺纤维束为双股，针距分别为3 mm和4 mm时的C_f/Al复合材料致密度、剪切强度、模量分别为96.3%、78.6 MPa、8.26 GPa和96.0%、63.7 MPa、8.12 GPa。其中，Z向穿刺纤维束为双股，针距为3 mm时的C_f/Al复合材料的显微组织较其余3种复合材料的显微组织而言，其纤维丝分布均匀，未发现明显的微孔缺陷。复合材料剪切破坏首先出现在V型口基体与界面损伤处，裂纹与剪切力方向呈45°扩展，经纱纤维束的屈曲变形、纬纱纤维束的挤压变形以及Z向穿刺纤维束的偏折导致复合材料最终失效。
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  叶轮表面激光熔覆TiC/Co涂层摩擦-磨损性能研究

  孙明珠, 沈辉, 张猛, 殷超, 凌曦, 韦梦圆

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 658-663. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.019

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  在洗扫车专用风机不锈钢叶轮表面上采用激光熔覆技术制备了TiC含量分别为15%、20%、25%的TiC/Co涂层，利用SEM、EDS、XRD、显微硬度计等手段，分析了涂层的表面-截面形貌、化学成分、物相和硬度，研究了TiC与Co配比对涂层摩擦-磨损性能的影响，并讨论了其磨损机理。结果表明，3组涂层的平均摩擦因数分别为0.46、0.31和0.28；TiC含量为15%和20%的涂层均以粘着磨损和氧化磨损为主，TiC含量为25%的涂层以粘着磨损和氧化磨损为主，并伴有磨料磨损；TiC含量为20%的涂层磨损较轻微，耐磨性能最佳，适用于叶轮表面。
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  铸造法制备金属陶瓷/钢基覆层材料的组织及性能

  汪毅聪, 张浪, 肖虎, 魏成实, 潘应君

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 664-667. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.020

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  以FeB、Mo等粉末为主要原材料，采用先烧结陶瓷后铸造复合的方式制备金属陶瓷/钢基覆层材料，并对覆层材料的界面组织、覆层硬度、覆层耐磨性进行了研究。结果表明，金属陶瓷/钢基覆层材料由表及里分别为金属陶瓷表层、过渡区及钢基体，过渡区由3层过渡层构成梯度组织结构。金属陶瓷与钢基体形成冶金结合，界面组织致密无缺陷。金属陶瓷覆层的硬度（HV）为1 098，远高于45钢，其耐磨性与硬质合金YG8相当。
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  中低体积分数SiC_p增强铝基复合材料的性能研究

  温冬宝, 朱德智, 詹泉泉, 陈龙

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 667-672. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.021

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  采用压力浸渗法制备了SiC的体积分数分别为25%、30%、35%、40%、45%、50%的SiC_p/2024和SiC_p/6061铝基复合材料，并研究了SiC_p体积分数对复合材料的组织和性能的影响，以及复合材料在热处理状态的力学性能。结果表明，随着SiC_p体积分数增加，SiC_p/2024和SiC_p/6061复合材料的硬度、抗拉强度和抗压强度均明显增加，伸长率明显降低，材料断裂方式为脆性断裂。其中当SiC_p体积分数为50%时，SiC_p/2024和SiC_p/6061复合材料的硬度（HB）分别达到243.34和154.97，抗压强度分别达到840.63和519.83 MPa，抗拉强度分别达到340.2和300.5 MPa。经过固溶时效处理后，复合材料的强度、硬度均提高，伸长率均降低，其中SiC_p体积分数较高的复合材料经热处理后性能提升更明显，SiC_p/6061复合材料的性能提升比SiC_p/2024更明显。
轻有色合金
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  喷射沉积制备7055合金冷却过程对第二相析出的影响

  盛晓菲, 饶晓晓

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 673-676. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.022

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  通过分级保温工艺，对喷射沉积制备7055合金冷却过程进行了研究。采用XRD、SEM、TEM等手段，研究了7055合金中第二相的析出情况。结果表明，经NaOH萃取，发现存在η-MgZn₂、S-Al₂CuMg、T-Al₂Mg₃Zn₃相。7055铝合金经325℃×30 min的保温最接近喷射沉积的冷却过程，析出了细小的η-MgZn₂相，细长的S-Al₂CuMg相以及片状T-Al₂Mg₃Zn₃平衡相。通过模拟冷却研究逆推，合金在凝固过程中析出了第二相，这些第二相在冷却过程中长大成为微米级的第二相（η-MgZn₂相），而细小η-MgZn₂相，细长S-Al₂CuMg相，片状T-Al₂Mg₃Zn₃相等纳米级的第二相，主要是在冷却过程中析出。
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  铝合金铸造浇勺涂层涂覆新工艺研究

  毛奇

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 677-679. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.023

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  铝合金活塞在铸造过程中需要使用表面涂覆有涂料的浇勺承载铝液，涂料起到隔热保温并防止粘铝的作用。在清理修整浇勺后，使用半开放式电烘箱对浇勺进行涂刷前预热，以及涂刷后涂料的烘烤，使浇勺内外侧涂层同时充分受热，提高加热效率，改善作业环境，同时延长涂层寿命，手工铁质浇勺的寿命提高了233%，机械陶瓷浇勺的寿命提高了178%。
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  BT25钛合金热变形过程临界损伤模型

  冯瑞, 王克鲁, 鲁世强, 李鑫, 程军, 钟明君, 周璇

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 680-684. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.024

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  采用Gleeble-3500型热模拟试验机对BT25钛合金在变形温度为950~1 010℃、应变速率为0.01~1 s^-1、高度压下率为60%的条件下进行热压缩试验，结合标准Cockcroft-Latham理论，计算其临界损伤值。同时考虑变形温度和应变速率对最大损伤值的影响，引入Zener-Hollomon参数，建立了临界损伤模型。通过分析损伤敏感率曲线，以损伤敏感率为0.03作为裂纹产生的时机，并将该时刻的损伤值作为临界损伤因子。结果发现，BT25钛合金的临界损伤因子随变形温度和应变速率的改变而改变，变化范围为0.18~0.27。同时临界损伤因子对应变速率更为敏感，在恒定变形温度下，应变速率升高，其损伤因子减小。
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  La变质对Al-8.5Si-3.5Cu-1.2Fe合金组织和性能的影响

  李浩, 林冲, 费卓铭, 朱文波, 吴和保

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 684-689. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.025

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  研究了不同La含量对Al-8.5Si-3.5Cu-1.2Fe合金显微组织和力学性能的影响。结果表明，La的加入能变质α-Al、共晶Si相和针状β-Al₅FeSi相，且会生成AlSiFeLa相。当La含量为0.6%时，变质效果最佳，T6态La含量为0.6%的合金的最大抗拉强度为233 MPa。α-Al相一次枝晶臂平均长度由181.3 μm减至55.2 μm，共晶Si相尺寸由13.0 μm缩短至6.9 μm，β-Al₅FeSi相尺寸由24.2 μm减至14.7 μm。当La含量超过0.6%时，β-Al₅FeSi相有变粗大的趋势，合金强度下降。T6热处理后，合金成分没有变化，但β-Al₅FeSi相出现溶断现象，且端部钝化，共晶Si转变为颗粒状。
重有色合金
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  添加微量Cr、Al、Sn和Ni对铜合金性能的影响

  杨倩倩, 徐宇, 赵墨林, 王彪, 王耀, 邵星海, 李一凡

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 690-693. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.026

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  采用真空电弧熔炼法，以Cu为基体，添加0.3%的Cr元素制备二元铜合金，并分别添加0.3%的Al、Sn和Ni元素制备三元铜合金铸锭。经固溶、70%冷变形和时效处理后，进行了电导率、硬度及电化学性能测试及分析。结果表明，Cr元素能够显著提高铜的硬度和耐蚀性，降低腐蚀速度，对电导率影响较小；在Cu-0.3Cr合金基础上添加微量Al、Sn或Ni元素，电导率进一步下降，影响效果Sn > Al > Ni；硬度值略有降低，影响效果Sn > Al > Ni；钝化现象明显增强，其中添加Al元素后最明显。
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  GH4169G合金锻件条带缺陷微观检测及改进

  孙凯, 蔺虹宾, 何跃斌, 苗景国

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(6): 694-696. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.06.027

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  GH4169G合金锻件在低倍组织检验时出现明暗相间的条带缺陷，对其进行微观检验。结果表明，条带暗处的δ-Ni₃Nb相较正常部位明显富集，晶粒度偏大，条带组织的出现与碳化物、碳氮化物的偏聚无关。借助JMatPro对GH4169G合金凝固过程的相转变规律进行模拟计算，发现合金中Nb元素的平衡分配系数最小，为0.19，容易形成成分偏析，这是形成明暗条带缺陷的主要原因。将合金锭均匀化热处理由原来2段改为3段后，即1 120℃×15 h+1 160℃×30 h+1 190℃×60 h，合金条带缺陷消失。