特种铸造及有色合金

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李金国, 孟祥斌, 刘纪德, 张朝威, 梁静静, 李力刚

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1321-1327. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.001

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近年来，随着单晶涡轮叶片气冷结构的复杂化和尺寸的大型化，单晶叶片制备过程中容易出现选晶失败、取向偏离、条纹晶、大角晶界、缘板杂晶、再结晶、雀斑等多种凝固缺陷，导致单晶高温合金性能降低，造成叶片报废。为了减少这些凝固缺陷，提高单晶品质，获得结构完整的单晶组织，熟悉单晶叶片生长过程中的各种常见缺陷，掌握凝固缺陷的形成规律及其控制技术就显得尤为重要。针对这一现状，系统地介绍了单晶叶片生长过程中常见的凝固缺陷，以及凝固缺陷形成规律和控制方法，为减少单晶叶片缺陷，提高叶片品质和合格率奠定了坚实的理论基础，提供了有力的技术保障。

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镍基单晶高温合金竞争生长机制的研究及其发展

孟祥斌, 李金国, 王欢, 郭宁, 张朝威, 刘纪德, 梁静静, 李力刚, 肖斌, 仝议森, 唐炳涛

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1328-1333. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.002

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回顾了近几十年来镍基单晶高温合金定向凝固过程中晶粒竞争生长机制的研究历程，并介绍了近年来在定向凝固晶粒竞争生长研究方面的工作进展，最后展望了其未来的发展方向。

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镍基单晶高温合金定向凝固微观组织模拟及试验验证

夏鹄翔, 杨聪, 许庆彦

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1334-1338. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.003

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针对定向凝固过程，建立了镍基单晶高温合金宏观温度场计算模型和微观组织相场计算模型。模拟了定向凝固过程中高温合金单晶试棒的温度场变化，并基于温度场结果进一步模拟了微观组织生长情况。将模拟结果与试验结果进行对比，二者较为一致，验证了计算模型的准确性。结果表明，定向凝固单晶试棒不同区域的枝晶形貌有较显著差异，冷却速度较快的区域一次枝晶臂间距较小;冷却速度较慢的区域枝晶粗大，具有发达的一次枝晶臂和二次枝晶臂，且一次枝晶臂间距较大。

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光固化3D打印制备空心叶片陶瓷型芯研究进展

李乔磊, 李金国, 梁静静, 安晓龙, 周亦胄, 孙晓峰

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1339-1344. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.004

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总结了目前国内外光固化3D打印增材制造涡轮发动机空心叶片用的陶瓷型芯的研究进展，归纳了空心叶片陶瓷型芯的性能要求及制备难点。针对光固化3D打印增材制造技术制备陶瓷型芯过程中的收缩、变形和开裂问题，从浆料配制、固化机理研究和脱脂、烧结工艺控制等方面的研究现状进行了综述，并对解决方案进行了探讨。综合目前的研究现状，结合涡轮发动机空心叶片的发展趋势，对光固化增材制造陶瓷型芯领域的发展进行了展望，认为光固化3D打印制备涡轮发动机空心叶片的陶瓷型芯是未来发展的重要方向。

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单晶高温合金异形铸件中的雀斑研究

马德新, 赵运兴, 徐维台, 李重行, 刘斯飞

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1345-1349. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.005

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对复杂形状的异形单晶高温合金铸件中产生的雀斑现象进行了研究。结果表明，由于环状排列的铸件内外两侧凝固条件的差别，造成了雀斑缺陷的不对称分布。从整体上来看，所有的表面雀斑都出现在传热条件较差的铸件内侧，而温度梯度和冷却速率较高的铸件外侧则没有雀斑。从局部来看，所有雀斑都产生在铸件外凸的棱角或弧面，而不是内凹处，其原因在于糊状区液体流动的附壁效应会在外凸部位产生叠加，促进雀斑形成。另外，在铸件内部也发现了雀斑，说明雀斑也会成为单晶高温合金铸件的内部缺陷。

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激光增材制造镍基高温合金拉伸性能研究

薛庆增, 赵成磊, 刘纪德, 孟祥斌, 李金国

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1350-1354. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.006

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采用激光增材和传统铸造法制备了一种镍基高温合金，并通过扫描电镜观察了热处理后两种状态合金的微观组织结构，测试了从室温到1 000 ℃时试样的拉伸性能，观察了试样断口特征。结果表明，激光增材制造的合金组织较不均匀，枝晶干区域内沉淀相较规则，而枝晶间区域沉淀相形貌粗大且不规则，且抗拉强度和塑性略低于普通铸造法制备的合金。室温条件下，激光增材和普通铸造试样均以解理断裂为主;中温拉伸断裂时，二者均以剪切断裂为主;高温拉伸断裂时，二者均以微孔聚集型断裂为主。应优化激光增材制造热处理工艺，提高合金内部组织均匀性，改善其强度和塑性。

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激光修复在高温合金叶片及构件用装备中的应用及发展

陈少峰, 李金国, 梁静静, 徐伟

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1354-1360. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.007

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高温合金由于其优异的高温力学性能和抗腐蚀性能，广泛应用于航空发动机、燃气轮机的叶片等关键热端部件。在高温、高压及腐蚀环境下的长期服役过程中，容易出现裂纹、磨损等损伤，导致零件失效。激光增材制造为高温合金叶片等损伤部件的修复再利用提供了新的可行途径。综述了激光修复技术在高温合金叶片等部件中的应用现状，重点从杂晶及裂纹两个方面分析了目前激光修复高温合金所面临的主要问题及研究现状。总结了激光修复高温合金的新手段新方法，并对激光修复高温合金的未来发展趋势进行了展望。

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单晶高温合金叶片定向凝固过程数值模拟

周玉辉, 黄清民, 林荣川

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1361-1365. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.008

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基于有限元建立了单晶高温合金叶片定向凝固过程的数理模型，对3.6、4.5、7.2 mm/min等3种抽拉速度下的温度场、温度梯度、冷却速率进行了数值模拟。模拟计算结果显示，抽拉速度为7.2 mm/min时，叶片糊状区较宽，等温线倾斜程度比3.6 mm/min和4.5 mm/min时更大。随抽拉速度提高，固-液界面的温度梯度降低，选晶器内螺旋内、外侧温度梯度相差较大。起晶器和选晶器起始段中的冷却速率不受抽拉速度的影响;螺旋后段与叶身随抽拉速度增加，冷却速率增大。将温度场计算结果与CAFÉ模块耦合，对形核生长情况进行模拟，研究了抽拉速度对杂晶缺陷形成的影响。结果显示，抽拉速度为7.2 mm/min时，在缘板边缘处易形成杂晶;抽拉速度为3.6 mm/min和4.8 mm/min时，形成了完整的单晶。

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燃机透平叶片热裂缺陷的形成机理研究

郭雄, 陶飞, 史卫杰, 张琼元, 杨照宏

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1365-1369. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.009

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以燃机导向叶片为研究对象，采用精铸工艺成形叶片。对叶片热裂纹位置取样分析，研究了热裂纹缺陷的宏、微观形貌。采用DSC及THERMO-CALC分析了Mar-M247合金的凝固区间特性，同时，采用ProCAST软件模拟了叶片凝固过程的温度场、应力场，阐述了热裂纹形成的物理场特点及形成原理。结果表明，合金凝固区间特性是形成热裂纹的先决条件，而枝晶边界周围的约束条件及拉应力是形成热裂纹的必要条件。其中，凝固速率较慢而温度梯度较大的叶片拐角部位(R)为热裂敏感区域，凝固速率较快、拉应力较大的叶盆部位为热裂非敏感区域。

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基于DLP-3D打印的闭式叶轮熔模快速铸造技术研究

朱雪明, 童幸生, 王凤华

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1370-1374. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.010

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针对复杂铸件蜡模制作难度大、加工周期长等问题，将数字光处理(DLP)3D打印技术与传统熔模铸造相结合，以内部结构复杂的闭式叶轮作为试验对象。使用DLP技术一次打印完成了叶轮铸型及浇注系统蜡模，制作成本仅为传统工艺的几十分之一。并通过型壳制作、焙烧脱蜡及浇注等工序获得了叶轮铸件。经检测，使用DLP技术制成的叶轮铸件无铸造缺陷，表面品质符合要求。

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含Dy铸造镁合金显微组织和力学性能的研究现状

安如爽, 曹建华, 苏鑫, 冯志军, 李宇飞, 李泽华, 熊俊杰

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1374-1380. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.011

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归纳了典型含Dy铸造镁合金的研究现状，主要分为两个方面，一方面是Dy对现有铸造镁合金晶粒尺寸、显微组织和力学性能的影响，另一方面是关于Mg-Dy-RE基和Mg-RE-Dy基铸造镁合金力学性能和微观组织的最新研究进展，并对含Dy铸造镁合金的发展进行了展望。

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电弧熔丝增材制造技术研究进展

韩智, 陈瑞, 王宇, 张海军, 孙瑞敏, 何青松

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1381-1386. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.012

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电弧熔丝增材制造技术是一种适用于复杂大型金属构件快速成形的技术，具有设备成本低、材料利用率高和沉积效率高等特点。基于电弧熔丝增材制造的优势，结合金属构件的成形精度、微观组织特征和力学性能等，着重介绍了电弧熔丝增材制造设备、材料和工艺的研究现状。最后，对电弧熔丝增材制造亟需解决的关键技术进行总结，并对其发展方向进行展望。

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H13钢喷雾冷却过程中的喷雾压力对界面传热的影响

王子超, 赵海东, 王果, 雷月琴

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1387-1393. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.013

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为了准确计算压铸喷雾过程中模具温度场，模具与喷雾介质之间的界面传热系数(IHTC)是极其重要的热物性参数。进行了不同喷雾压力下的喷雾试验，记录了H13钢板整个喷雾冷却过程的温度变化。基于非线性估算法求解了不同喷雾参数下的IHTC。研究了喷雾冷却过程中的界面形貌及传热特性，并讨论了喷雾压力对IHTC的影响。结果表明，界面可分为湿区和干区，其中前者会显著影响界面传热行为。研究发现，高喷雾压力对提高IHTC的峰值有积极作用，但阻碍了湿区的扩展并延长了IHTC达到峰值的时间。

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电磁搅拌下电流突变对磁场及半固态A356铝合金组织的影响

洪鑫, 刘政, 张课微, 唐景洪

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1393-1399. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.014

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基于ANSYS 17.0软件研究了搅拌电流突变行为以及不同的电磁频率下电流突变对磁感应强度、洛伦兹力和半固态铝合金熔体初生相的影响。结果表明，相同的突变电流下，洛伦兹力和磁感应强度随着电磁频率的增大先增大后减小，在25 Hz时达到最大值;相同的电磁频率下，洛伦兹力和磁感应强度随着搅拌电流突变幅值的增大而增大，在2 A突变至6 A时达到最大值。当电磁频率为25 Hz和突变电流从2 A到6 A的情况下，初生相的形状因子和平均等积圆直径分别为0.71、118 μm，达到最佳。

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冷压固相烧结制备Al-5Fe合金的显微组织

周振平, 曲迎东, 周启文

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1400-1406. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.015

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采用冷压法制备了Fe含量为5 % (质量分数，下同)的Al粉和Fe粉压坯，确定了制坯压力对压坯密度的影响;采用固相烧结法制备了Al-5Fe合金;采用SEM、EDS和显微硬度等手段研究了压坯在烧结过程中的组织演变与显微硬度的变化趋势。结果表明，压坯密度随制坯压力快速提升，当制坯压力达到500 MPa后，密度增加变缓;500 ℃下保温30 min不能使压坯烧结，未出现Al₃Fe金属间化合物;保温45 min或更长，粉末压坯被烧结，合金中形成平均尺寸为10~15 μm的颗粒状Al₃Fe金属间化合物，组织较铸态明显细化，但基体中存在显微孔隙;烧结合金的密度和维氏硬度随烧结时间延长而提高;当烧结时间为90 min时，合金密度为2.764 g/cm³，维氏硬度(HV_0.3)为38.0;复压复烧可以进一步提升烧结Al-5Fe合金的密度到2.80 g/cm³，显微硬度(HV)达到40.0，两者均低于铸态，其原因是复压复烧无法完全消除孔隙。

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Ca对Mg-Zn-Y合金组织和力学性能的影响

李青林, 范佳鹏, 刘杨, 李龙, 张磊

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1407-1410. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.016

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在准晶增强Mg₉₃Zn₆Y₁合金中添加Ca，研究了Ca含量对合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明，添加Ca能够显著改善合金的凝固组织。随着Ca含量增加，合金中初生α-Mg相的晶粒尺寸逐渐降低，第二相形貌由粗大的骨骼状转变为不连续网状，其体积分数也逐渐减小。另外，随着Ca含量增加，合金的室温力学性能逐渐提高。当添加0.4 % 的Ca时，合金的抗拉强度和伸长率分别达到221 MPa和4.2 % ，和未添加Ca的合金相比分别提高了66.2 % 和90.9 % 。

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Ti对Al-Bi-Sn难混溶合金凝固组织的影响

杨永辉, 张林, 张道琦, 郭晓, 王恩刚

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1410-1415. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.017

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为解决Al-Bi-Sn难混溶合金易产生宏观偏析的问题，研究了添加Ti元素和提高冷速改善Al₇₀Bi₁₅Sn₁₅合金凝固组织的作用，分析了富Bi-Sn弥散相的形态、尺寸与宏观偏析。结果表明，随着凝固冷却速率提高，合金中的富Bi-Sn弥散相尺寸细化，宏观偏析减轻;添加Ti元素后，Al-Bi-Sn合金原位生成了棒状的硬质化合物Al₃Ti，在基体中交错分布，阻碍了Bi-Sn弥散相液滴的碰撞凝并，抑制其长大，液滴尺寸细化，且液滴形状由椭圆形转变为圆形。此外，Ti元素添加还降低了共晶组织凝固温度，同时弥散分布的硬质Al₃Ti金属化合物大幅提高了合金的硬度。

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Al-Ti-C-B细化剂对A356铝合金组织和性能的影响

张将, 彭银江, 朱鸿磊, 洪晓露, 徐英, 刘永强, 陈大辉, 侯林冲

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1416-1419. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.018

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通过添加Al-Ti-C-B细化剂，研究了Ti、C、B元素对A356合金中α-Al相及力学性能的影响。结果表明，A356合金中加入Al-Ti-C-B能显著细化α-Al枝晶尺寸至150 μm以下，微观组织更加均匀，且细化剂最佳添加量为1.0 % (质量分数，下同)，合金的抗拉强度为320.8 MPa，伸长率为10.0 % 。进一步研究表明，Al-Ti-C-B中间合金中含有TCB粒子，能够作为初生α-Al的有效形核质点，从而对A356合金具有高效、长效、稳定的细化效果。

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电梯安全钳用Cu-1.9Be-0.25Co合金高温拉伸行为研究

周延军, 高芳, 张文敏, 王磊, 康军伟, 张宏宇, 马晓萍, 姚望

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1419-1423. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.019

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对780 ℃×4 h 固溶+320 ℃×8 h时效处理后的电梯安全钳用Cu-1.9Be-0.25Co合金进行高温拉伸试验,获得了不同试验条件下合金的应力-应变曲线和力学性能，并通过光学显微镜、扫描电镜观察其微观组织和拉伸断口形貌。结果表明，温度对时效态Cu-1.9Be-0.25Co合金高温条件下的抗拉强度和伸长率影响显著。随着拉伸温度升高，合金的抗拉强度从262 MPa逐渐下降到24.5 MPa，伸长率和断面收缩率先升高后降低，在730 ℃时均达到最大值，分别为129.5 % 和99 % ，断面收缩率最大值持续到780 ℃发生下降;合金的断裂机制为:500 ℃的沿晶脆性断裂+局部韧性断裂的混合断裂机制向600、730、780、830 ℃条件下韧性断裂转变。

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铸造方式对A356铝合金组织、热导率和力学性能的影响

曹杨婧, 李元东, 罗晓梅, 毕广利, 宋赵熙, 李想, 樊博阳

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1424-1430. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.020

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以商用A356铝合金为对象，研究铸造方式(金属型铸造、液态挤压铸造、半固态挤压铸造)对其组织、热导率和力学性能的影响。结果表明，液态和半固态挤压铸造显著减少铸造缺陷，提高合金的致密性。其中，液态挤压铸造制件相较于金属型铸造晶粒明显细化，共晶Si相从粗大的板条状转变为长杆状，合金抗拉强度由179.930 MPa提高到209.446 MPa，伸长率从3.19 % 提高到6.93 % ，硬度(HB)由55提高到64，热导率由150.064 W/(m·K)升高到153.072 W/(m·K);经半固态挤压铸造后，初生α-Al晶粒分布均匀，形状圆整。共晶Si相尺寸减小，边界圆钝，偏析消除。合金抗拉强度为223.514 MPa，伸长率达到13.68 % ，硬度(HB)为71，热导率提高到160.220 W/(m·K)。

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双金属热压缩复合行为及界面组织演变

李宇焕, 秦芳诚, 刘崇宇, 亓海全, 王鑫, 翁凯航

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1430-1435. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.021

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采用ABAQUS有限元软件对40Cr/Q345B双金属在不同变形温度、应变速率和变形量下进行热压缩模拟研究，分析热压缩过程中双金属界面等效应变、残余应力和温度场的变化，探讨变形参数对界面复合效果的影响。结果表明，热压缩温度较高时，双金属界面的回复和再结晶程度增大，有利于界面结合;增大变形量可以增加界面结合程度;减小应变速率使热压缩复合时间增加，界面反应更充分，进而提高界面结合效果;通过正交试验法确定了最佳试验参数，变形温度为1 150 ℃、应变速率为0.1 s^-1和变形量为65 % 。结果发现，双金属结合界面元素扩散充分，结合层厚度约为22 μm，界面冶金结合良好。

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二次铝灰合成铝酸钙及其物相变化研究

何超, 贺永东, 赵亿坤, 陈长科, 李颜凌

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1436-1440. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.022

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采用XRD、SEM、EDS研究了二次铝灰与氧化钙在不同比例、不同温度下焙烧生成的铝酸钙的物相转变。结果表明，在1 200 ℃下，主要物相为Ca₁₂Al₁₄O₃₃(C₁₂A₇)，且有少量Ca₁₂Al₄O₇(CA₂)生成;在1 400 ℃下，主要物相为C₁₂A₇，且CA₂消失，并出现了少量Ca₁₂Al₂O₄(CA);在1 600 ℃下，主要物相为CA;在1 200 ℃和1 400 ℃生成的A₁₂CA₇都是立方晶系，属于稳定性A₁₂CA₇，随着温度升高，熟料中C₁₂A₇的晶胞体积增大。氧化钙与二次铝灰质量比分别为0.9、1.0、1.1、1.2时，在1 350 ℃下，二次铝灰与CaO的质量比在0.9~1.2时，主要物相均为C₁₂A₇，并有少量的CA生成，生成的C₁₂A₇都是立方晶系，属于稳定性C₁₂A₇。随着CaO与二次铝灰的质量比的升高，C₁₂A₇含量增加，熟料中C₁₂A₇的晶胞体积先增大后减小，二次铝灰与CaO的质量比为0.9时，CA含量最多，质量比为1.0~1.2时，CA含量少于质量比为0.9时，且在这个阶段内CA含量很少，通过XRD并不能发现其明显的变化。

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冷却速率对Cu-30Cr₂Nb合金组织与抗电弧烧蚀行为影响

韩建军, 钱文晓, 郭金刚, 党乐, 张俊双, 袁竭, 刘源

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1440-1445. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.023

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通过铜模快速凝固制备了Cu-30Cr₂Nb合金，在空气中分别开展了该合金及纯铜的烧蚀试验，研究了其烧蚀行为。研究表明，冷却速率是影响Cu-30Cr₂Nb合金中Cr₂Nb尺寸和形貌的主要因素，随冷却速率升高，Cr₂Nb平均尺寸降低，同时其形貌由长条状转变为短棒状再变为细颗粒状;相对于纯铜，Cu-30Cr₂Nb合金弧斑面积增大、电流密度降低、弧斑更平整，Cu-30Cr₂Nb合金抗烧蚀性能的提升与电流密度的降低和Cr₂Nb相的热发射电子相关。

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浇注温度对压铸Al-10Si-0.3Mg铝合金组织演变及性能影响

闫俊, 石帅, 范卫忠, 高伟全

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1446-1449. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.024

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研究了Al-10Si-0.3Mg铝合金压铸过程中不同浇注温度对其组织演变及性能的影响。结果表明，当浇注温度为650 ℃时，合金的力学性能与热导率最优。随着浇注温度升高，合金冷却速率减小，一次枝晶和二次枝晶间距增加，初晶Si及α-Al的尺寸增大，强度下降;气孔数量增加，有效导热面积减小，热导率下降，合金断口中韧窝数量和尺寸减少，从而使合金的塑性降低。

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基于试验设计的压铸汽车横梁结构件热处理工艺

陆淳佳, 汪学阳, 朱宇, 闫锋, 安肇勇

特种铸造及有色合金. 2021, 41(11): 1449-1452. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.11.025

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介绍了AlSi10MnMg合金试棒进行固溶和时效T7热处理，通过Minitab试验设计和响应优化工具得出热处理工艺参数与铸件力学性能的影响关系模型以及最优热处理工艺参数，并通过高真空压铸汽车横梁结构件的本体切片验证，确认最优参数组合的有效性。

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2021年, 第41卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-20

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