2020年, 第40卷, 第7期　
刊出日期：2020-07-30

  

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试验研究
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  A356铝合金挤压铸造过程数值模拟与试验验证

  姜巨福, 王迎, 肖冠菲, 邓腾, 刘英泽, 张颖

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 697-703. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.001

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  借助ProCAST软件,对A356铝合金构件挤压铸造过程进行了数值模拟研究。结果表明,凝固从铝熔体与模具的接触面开始,拐角区中心处最后凝固。随浇注温度和模具温度升高,凝固时间增加,但比压的增加导致凝固时间缩短。拐角区等效应力最大,中心区等效应力最小。随浇注温度和模具温度升高,最大等效应力下降。最优工艺参数:浇注温度为680~720℃,模具温度为200~300℃,比压大于200 MPa。成形试验表明,在优化工艺参数下,成形件充型完整,表面品质高,组织致密,无铸造缺陷。
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  稀土La变质Al-12.35Si合金的组织及性能

  史攀, 冯增建, 崔岩寿, 李艳军, 刘志伟

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 704-709. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.002

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  通过添加Al-La中间合金的方式对含多种合金元素的Al-12.35Si合金进行稀土La变质处理,研究La含量(0.1%~0.8%)对其微观组织及力学性能的影响。结果表明,适量La可以减小长针状共晶Si尺寸,细化第二相组织,减小初生α-Al二次枝晶臂间距。过量La可引起过变质,致使合金组织粗化。当La含量为0.2% 时,Al-Si合金凝固组织变质效果最为理想且其力学性能最佳,抗拉强度从168 MPa提高至188 MPa,伸长率从0.44% 提高到0.53%;随着La含量继续增加,合金强度及塑性下降。
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  固溶及时效对挤压态Mg-10Li-3Al-1Zn-0.3Mn合金组织及性能的影响

  刘旭贺, 刘希东, 邵凤翔, 孙盟盟

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 710-713. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.003

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  对挤压态Mg-10Li-3AL-1Zn-0.3Mn合金进行了不同温度的固溶和时效处理,通过OM、XRD以及硬度测试,分析了合金的显微组织及力学性能的变化。结果表明,挤压态合金组织由α-Mg相、β-Li相以及MgLiAl₂相组成,α-Mg相呈大小不等的块状分布在合金中,硬度较低(46.8 HV)。在不同温度下分别固溶30 min后,均发生α相固溶。随着固溶温度升高,α相的固溶程度增大,合金的硬度逐渐提高,在460℃固溶后合金硬度(HV)最高为110,与挤压态合金相比提高了135%;在460℃分别固溶30、60和90 min,发现随着固溶时间增加,硬度下降。时效后合金硬度降低,在70℃时效1 h和人工时效20天后,硬度(HV)最终均稳定在75左右,较挤压态提高约60%。
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  Cu-Ni-Sn固溶体溶质原子与位错交互作用的第一性原理计算

  彭广威, 魏祥, 尹华东

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 714-717. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.004

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  通过第一性原理计算了Cu-Ni-Sn固溶体中刃型位错对溶质原子的交互作用能。结果表明,位错对Sn原子的作用力很强,且随着基体中Ni含量升高而增大。纯铜基体中位错对单个不同位置Sn原子的最大作用能量差约为89.83 kJ/mol,Ni含量为20% 的Cu-Ni合金基体中位错对单个不同位置Sn原子的最大作用能量差约为128.25 kJ/mol。Sn原子择优分布在正刃型位错下方G位置,离位错较远的Sn原子在能量差作用下向位错正下方G位置周围偏聚。固溶体中的位错对Ni原子的作用较弱(最大作用能量差约为18.87 kJ/mol),且Ni原子在位错作用下的择优分布不明显。
实用研究
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  不同固溶温度下16-5马氏体不锈钢组织及力学性能

  林少阳, 向红亮, 郑开魁

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 718-722. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.005

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  对16-5马氏体不锈钢在1 020~1 170℃下固溶处理2 h,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、Thermo-Calc、X射线多晶衍射仪(XRD)、洛氏硬度计、万能材料拉伸试验机、摆锤冲击试验机研究了不同温度固溶处理对其组织及力学性能的影响。结果表明,16-5马氏体不锈钢固溶组织为马氏体+铁素体;随固溶温度升高,铁素体增多,其抗拉强度和伸长率呈先增大后减小的趋势,其冲击功呈先减小后增大的趋势;抗拉强度、伸长率和冲击功分别在1 050、1 100、1 170℃时达到最大值。铁素体在马氏体不锈钢中可起协调变形与吸收冲击载荷的作用,但铁素体增多会割裂基体。
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  6061铝合金/镀锌钢DeltaSpot电阻点焊性能分析

  李绍伟, 王付鑫, 吴恺威, 雍学超, 张琪, 张培磊, 于治水

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 723-726. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.006

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  采用DeltaSpot带极点焊机对6061铝合金和镀锌钢薄板进行点焊,研究了焊接电流对接头组织和力学性能的影响,分析了焊接接头的断裂机理。结果表明,点焊接头的熔核直径及压痕率随电流增大先上升后趋于稳定。随着电流增大,焊接接头中金属间化合物厚度先增后减,接头的抗拉剪强度先增后降。当焊接电流为15.5 kA时,接头断口形式以脆性断裂为主,塑性断裂为辅。
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  固溶时效过程中高导热Al-9Si合金组织性能演变

  陈小村, 翁文凭, 长海博文, 周鹏飞, 范卫忠, 陈琦, 戴文萱

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 727-731. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.007

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  采用水冷铜模制备高导热Al-9Si-Mg-Cu合金铸态试样,经固溶、时效处理后,分析了合金在不同状态下的显微组织、析出相形貌和分布、合金的硬度及导热性能,研究了固溶时效过程中合金的组织演变。结果表明,铸态下合金主要由初生α-Al、共晶Si相、Mg₂Si相以及富Fe相组成;经过固溶和时效处理后,合金物相组成与铸态保持一致,但析出相显微组织形貌和分布明显发生变化;在固溶过程中,共晶Si相明显细化,时效处理后分布更为均匀,而Mg₂Si和AlSiMgFe及AlSiMgCu相在时效处理后尺寸细小、分布均匀;固溶时效处理对析出相形貌、尺寸和分布均产生影响,将减少自由电子传输过程中的散射中心数量,降低散射几率,构建更有利于自由电子传输的通道,从而实现合金力学性能和导热性能的同时优化;最终,制备合金的显微硬度(HV)达到122.92,热导率达到162.73 W/(m·K)。
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  固溶处理对2A14铝合金冷轧板组织与性能的影响

  王华春, 黄淑萍, 何克准, 张航, 黄飞

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 731-734. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.008

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  采用DSC差热分析、拉伸试验、硬度测试及金相观察等方法,分析了固溶处理对2A14铝合金冷轧板材显微组织与力学性能的影响。结果表明,2A14铝合金冷轧薄板的过烧温度为508℃。随固溶温度升高和保温时间延长,合金的固溶程度增大,经自然时效后,合金强度逐渐提高,在505℃下固溶30 min时合金强度最高。而随着固溶温度进一步升高,合金发生再结晶且晶粒长大,沉淀强化减弱,因而强度降低。综合得到2A14铝合金冷轧板的最佳固溶处理制度为505℃下保温30 min。
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  热处理对Ti-48Al-6Nb-xSi合金组织与力学性能的影响

  徐琴, 毕晓勤, 吴超, 曹文超, 周澍, 陈瑞润

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 735-739. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.009

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  制备了不同Si含量的Ti-48Al-6Nb-xSi(x=0.5、1、2,摩尔分数,%)钛铝合金铸锭,并对其进行不同温度下的热处理,研究了热处理温度对铸锭组织和显微硬度的影响。结果表明,与铸态组织相比,热处理后铸件的组织均得到细化。随着热处理温度升高,合金的等轴晶区域逐渐变大,柱状晶的宽度变小,片层间距减小。热处理后合金的显微组织由初始的柱状晶逐渐转变为等轴晶,Ti₅Si₃相的含量减少,但分布更加均匀。Ti-48Al-6Nb-xSi合金的显微硬度随着Si含量的增加而提高,随着热处理温度的升高而降低。
计算机应用技术
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  一种基于STL文件的铸件表面三角网格生成算法

  罗国平, 殷亚军, 沈旭, 计效园, 周建新

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 740-746. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.010

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  提出了一种基于STL模型的铸件表面三角网格生成算法。将STL模型划分为多个子区域,并将子区域的边界映射到二维平面生成网格,再将二维网格反映射回三维曲面,最后拼接各个子区域网格生成一个完整的曲面网格。利用基于k-d树的最近邻查找算法对反映射过程进行改进,降低了反映射的时间复杂度,整体提高了网格生成效率。铸件算例表明,算法生成的网格质量良好。
生产技术
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  铸造起重机Z形臂的开裂失效分析

  曹新民

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 746-748. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.011

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  利用直读光谱仪、拉伸试验机、布氏硬度计和扫描电镜对开裂的Z形臂进行了检测。结果表明,Z形臂的成分、组织、性能均满足技术要求。断口的微观组织由胞状晶和树枝晶、气孔以及等轴形韧窝组成,分析发现,Z形臂在铸造过程中形成的冷隔缺陷,是导致开裂的主要原因。通过采取控制浇注时间和浇注温度以及增加冒口的措施,取得了良好的效果。
综述
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  SiO₂基陶瓷型芯高温性能强化的研究现状

  占红星, 芦刚, 严青松, 晏玉平, 陈邦浪

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 749-753. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.012

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  介绍了涡轮发动机空心叶片用SiO₂基陶瓷型芯的应用背景,及其对硅基陶瓷型芯进行高温强化的重要意义。主要概述了矿化剂强化、水解液强化和纤维增强对SiO₂基陶瓷型芯高温性能强化效果的研究现状,并对硅基陶瓷型芯的发展作出了展望。
压力铸造
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  薄壁轮辐铝合金轮毂低压铸造工艺仿真及试验

  张殿杰, 刘建芳, 聂奎胜, 骆俊廷

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 753-758. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.013

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  为实现轮毂轻量化,同时避免铸造缺陷和降低生产成本,对最小厚度仅为6 mm的低压铸造薄壁轮辐铝合金轮毂的工艺进行有限元仿真。以仿真结果为参考,确定了低压铸造过程的升液压力和速度,模具的预热温度,金属液的浇注温度及其充型压力,保压凝固时的压力与时间等主要铸造参数,并进行试生产。结果发现,生产的薄壁轮辐试验样轮具有理想的综合力学性能,弯曲疲劳测试、经向疲劳测试和冲击试验等测试指标均符合标准要求。
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  手摇发电机机壳的压铸与机加工

  成立

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 759-762. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.014

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  机壳是手摇发电机的重要结构零件,适合生产率较高的压铸生产,采用中心浇口进料方式所成形的铸件致密度高。针对二处轴承室和止口留有加工余量且外形不规则的机壳铸件,可经车削加工方法满足左机壳与右机座内外止口、轴承与轴承室的精度配合要求。
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  低压铸造铝合金轮毂的数值模拟及工艺优化

  孙冬恩, 程和法, 周宏伟, 刘军, 莫海

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 763-767. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.015

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  针对低压铸造铝合金轮毂中的缺陷,分析了凝固缺陷产生的原因和分布特征。采用ProCAST软件对低压铸造铝合金轮毂的充型和凝固过程进行数值模拟,得出了充型与凝固过程的温度场分布规律,分析了凝固缺陷产生的原因及机理。根据模拟结果,对轮毂低压铸造的冷却工艺进行改进和优化。结果表明,通过在轮毂模具上对应热节部位增设水冷管道,确定在浇注后60 s开启冷却水冷却,以增强热节部位的冷却速度,使轮毂符合顺序凝固,能够有效地消除轮毂热节处的缩松缺陷,改善了轮毂的力学性能。
精密铸造
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  熔模铸件的缩孔及表面毛刺缺陷防治方法

  吕宇阳, 吕存昌, 赵凯, 吕景华, 李伟隆

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 767-769. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.016

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  熔模铸件经常会遇到孤立热节,在热节部位很容易出现缩孔。一般可通过改变组树工艺,也可以通过改变浇注温度和焙烧温度来解决,有时还需要改变铸件的结构。对于铸件表面毛刺,在试验过程中发现,优化影响铸件表面毛刺的部分工艺参数,取得了很好的效果。
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  离心泵壳体精密铸造数值模拟研究

  谭诗薪, 郝新, 胡兵, 雷四雄, 汪东红, 姜淼, 祝国梁, 疏达

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 770-773. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.017

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  离心泵壳体铸件外部有9条加强筋、内部有7个叶片,结构复杂。采用分体式蜡模组装工艺实现了蜡模成形,并对离心泵壳体分体式蜡模注射成形工艺进行了数值模拟。通过ProCAST软件对离心泵壳体的流场、温度场、孤立液相区与缩松分布进行了模拟,优化了浇注系统与铸造工艺,提高了离心泵壳体的合格率。
消失模与 V 法铸造
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  基于灰色关联法的消失模铸造工艺参数优化

  侯艳斐

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 774-776. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.018

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  消失模铸造工艺参数的选取对铸件的力学性能有着十分重要的影响。采用L₉(3³)的正交试验设计方案,进行不同铸造工艺参数组合下的ZL102合金消失模铸造,以ZL102合金铸件的抗拉强度与伸长率为评价指标。通过灰色关联分析法来进行多目标工艺参数优化,得到最优的ZL102合金消失模铸造工艺参数以及各工艺参数对铸件力学性能的影响。结果表明,当变质剂用量为3.5%,铸件壁厚为5 mm,浇注温度为760℃时,铸件的力学性能较优。工艺参数对铸件力学性能的影响顺序为:铸件壁厚>浇注温度>变质剂用量。
轻有色合金
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  Nd和Ce对Al-20Si合金组织和性能的影响

  刘蒙恩, 白莉

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 777-779. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.019

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  采用Nd和Ce对Al-20Si合金进行变质处理,利用扫描电镜、显微硬度计和万能拉伸试验机对合金的组织和力学性能进行了分析。结果表明,随着Nd含量增加,初生Si的尺寸先减小后增大,抗拉强度先增加后降低。随着Ce含量增加,初生Si尺寸先缓慢减小后快速减小,抗拉强度持续增加。复合添加0.4% 的Nd和0.7% 的Ce并未细化初生Si,可能原因是Nd能阻碍Ce对初生Si的细化效果。因此,Nd含量需控制在一定范围内,而Ce含量需超过临界添加量,才能较好地细化初生Si。
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  考虑摩擦效应的Ti60合金流变曲线修正

  王天祥, 鲁世强, 王克鲁, 欧阳德来, 姚泉

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 780-783. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.020

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  采用Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机对变形温度为850~950℃,应变速率为0.001~10 s^-1和真应变为0.51条件下的Ti60合金试样进行热压缩试验,获得该合金在不同条件下的流变曲线。分别采用传统摩擦修正模型和改进摩擦修正模型对实测流变曲线进行摩擦修正。结果表明,摩擦效应对Ti60合金流变应力具有显著影响,通过使材料发生不均匀变形,导致流变应力的实测值高于真实值。与传统摩擦修正模型相比,经改进摩擦模型修正后的流变曲线能更准确地反映Ti60合金的流变应力对真应变的动态响应。随着应变的增加,摩擦效应对流变应力的影响提高。
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  175 ℃热暴露对7A99铝合金微观组织与力学性能的影响

  高文林, 李成龙, 孙进宝, 刘惠, 虞朝智, 马正斌, 陆政

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 784-787. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.021

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  通过XRD、TEM与室温拉伸等测试分析手段,研究了在175℃下50、100 h热暴露处理对T6态7A99铝合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,经过175℃下50、100 h热暴露处理后,7A99铝合金晶内析出相种类未发生变化,析出相仍然以η'相和η相为主。175℃热暴露处理后,7A99铝合金晶内析出相由η'相向η相发生转变,η相尺寸长大、密度降低、晶界无析出带显著增宽。T6态7A99铝合金的抗拉强度为505 MPa、屈服强度为406 MPa、伸长率为12%;经175℃×50 h热暴露处理后其抗拉强度为330 MPa、屈服强度为250 MPa,分别较T6态降低了34.7% 和38.4%,而伸长率升至16.8%,较T6态提高40%;经175℃×100 h热暴露处理后合金的抗拉强度为305 MPa、屈服强度为225 MPa,分别较T6态降低了39.6% 和44.6%,而伸长率升高到20%,较T6态提高了66.7%。175℃热暴露处理后7A99铝合金强度降低主要是热暴露过程中大量半共格的η'相转变成为非共格的η相,导致铝基体晶格畸变程度显著降低。
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  变形及热处理工艺对GH4169合金超塑性的影响

  蒋玮, 黄丽华, 张丹莉, 王勇, 潘光永

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 787-791. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.022

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  针对GH4169合金进行了不同变形工艺的超塑性拉伸和热处理试验,研究变形及热处理对合金塑性的影响。结果表明,锻态合金分别经过890℃×10 h+950℃×1 h和890℃×10 h+950℃×3 h的退火热处理后,发现延长第二次退火时间可有效细化晶粒;利用最大应变速率敏感指数法(最大m值法)进行不同温度的超塑性拉伸试验,在950℃时合金的伸长率最佳;延长第二次退火时间可显著提高试样的伸长率;采用基于最大m值法的应变诱发超塑性法对合金进行超塑性拉伸试验,可知预变形拉伸后,保温20 min后其伸长率最佳;在890℃×10 h+950℃×3 h热处理后合金伸长率达566%,较单纯m值法拉伸后合金的伸长率显著提高。
特种合金
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  WC对电子束熔覆CoCrCuFeNi高熵合金涂层组织的影响

  潘昌桂, 范晓飞, 陈情, 张诗奇, 肖晟

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 792-797. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.023

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  利用电子束熔覆技术在304不锈钢表面制备了WC_x/CoCrCuFeNi_1-x(x=0,0.1,0.2,0.3)高熵合金复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对不同WC含量的复合涂层的相组成和显微组织进行了分析。采用显微维氏硬度测试计测量复合涂层的表面硬度。结果表明,不同WC含量的高熵合金涂层均由简单面心立方结构(FCC)相组成,且随着WC含量增加,FCC相的衍射峰强度逐渐减弱,衍射峰的位置也逐渐往低角度方向偏移。当涂层中不含WC时,涂层组织主要由等轴晶组成,含有WC时,涂层中下部出现少量柱状晶。相较于激光熔覆和电弧熔炼,高能电子束极大的冷却速率有利于抑制成分偏析,因此,涂层中偏析程度较小。随着WC含量增加,涂层中裂纹越来越少,同时硬度先增大后减小。
复合材料
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  石墨烯/Al-Li基复合材料的制备及其热变形行为

  洪起虎, 燕绍九, 陈翔, 李秀辉, 彭思侃

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 797-800. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.024

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  采用湿法球磨+热等静压烧结的方法制备了石墨烯含量为0.5% 的Al-Li基复合材料,并对其在热压缩过程中的流变应力和变形组织进行了研究。结果表明,应力-应变曲线呈"应变软化"型,应变速率越高、变形温度越低,流动应力越大。基于Arrhenius方程计算获得了石墨烯/Al-Li基复合材料热变形激活能为222.15 kJ/mol,建立了复合材料的热变形本构方程。
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  C_f/Al复合材料横向拉伸微观损伤与力学性能的有限元分析

  王忠远, 江善元, 王振军, 杨思远, 张奥迪, 周金秋, 蔡长春

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 801-807. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.025

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  根据石墨纤维增强铝基复合材料(C_f/Al基复合材料)显微组织特征构建了其代表性体积单元(RVE),通过基体合金的延性损伤模型和纤维的最大应力失效模型,建立了基于内聚力界面模型的细观力学有限元模型并结合试验结果验证了其可靠性,在此基础上分析了纤维含量对复合材料横向拉伸损伤演化与力学行为的影响。结果表明,基于正六边形纤维排布RVE建立的细观力学模型能够准确预测复合材料横向拉伸力学性能。横向拉伸过程中首先发生界面损伤,随应变增加界面损伤累积,引起局部界面失效并诱发附近基体合金的损伤与失效,最终导致复合材料横向开裂,拉伸断口呈现界面脱粘和基体合金撕裂共存的微观形貌。提高纤维含量增加了界面数量和面积,从而降低了复合材料横向拉伸弹性模量和极限强度。
重有色合金
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  高速铁路接触网用铜合金的制备与性能

  肖矜, 张万营, 张新云

  特种铸造及有色合金. 2020, 40(7): 808-812. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2020.07.026

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  研究了室温冷轧、低温轧制、低温轧制+中间时效3种不同冷轧方式对时效态Cu-1Cr-0.15Zr合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,低温轧制有助于时效态改善Cu-1Cr-0.15Zr合金的硬度,且经过中间时效处理后,时效态Cu-1Cr-0.15Zr合金的硬度和电导率会进一步提高;无论是冷轧态还是时效态,低温轧制+中间时效试样的抗拉强度都高于室温轧制和低温轧制试样,且峰时效态低温轧制+中间时效试样的电导率最高。室温轧制、低温轧制和低温轧制+中间时效试样的磨损体积分别为0.682、0.191和0.054 mm³,时效处理后的低温轧制+中间时效试样的耐磨性最好;其抗拉强度和耐磨性都高于室温轧制和低温轧制试样,这主要与合金中孪晶/基体片层间距较小以及弥散析出的细小壳状富Cr相有关。