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2018年 23卷 6期
出版日期：2018-12-20
工艺技术
547
镁含量对粉末冶金Al-3.9Cu-Mg合金组织与力学性能的影响
谢娇雅, 刘如铁, 陈洁, 熊翔, 栾怀壮
以高纯铝粉、铜粉、镁粉为原料,通过粉末冶金法制备镁含量(质量分数,下同)分别为0.5%,0.8%,1%,1.2%和1.6%的Al-3.9Cu-Mg合金材料,对合金的显微组织与力学性能进行观察与测试,研究镁含量对显微组织和力学性能的影响。结果表明：在镁含量低于2%时,合金的优化烧结温度为620 ℃。在铝合金中加入镁元素后,合金组织更加均匀。合金的致密度、硬度以及抗拉强度均随镁含量增加先升高后下降。当镁含量为1%时材料性能最佳,致密度为98.1%,硬度(HBW)为93.1,抗拉强度达到242 MPa。
2018 Vol. 23 (6): 547-552 [
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553
含(PyC/SiC)
n
多层界面SiC
f
/SiC Mini复合材料的制备与拉伸行为
杨平, 张瑞谦, 李月, 陈招科, 何宗倍, 刘桂良, 付道贵, 孙威, 王雅雷, 熊翔
利用CVI法,在两种不同类型的国产SiC纤维束中引入(PyC/SiC)
4
或(PyC/SiC)
8
多层界面,并进一步致密化,制备含不同纤维种类和界面类型的SiC
f
/SiC Mini复合材料。研究纤维种类和界面类型对SiC
f
/SiC Mini复合材料力学性能和断裂机制的影响。结果表明：致密化的SiC
f
/SiCMini复合材料已形成一个整体,在纤维和基体连接处可观察到明显的界面层,且界面厚度均匀;A/(PyC/SiC)
4
/SiC、B/(PyC/SiC)
4
/SiC、A/(PyC/SiC)
8
/SiC三种SiC
f
/SiC Mini复合材料的最大拉伸强度分别达到466,350和330 MPa,最终拉伸应变分别达到0.519%,0.219%和0.330%;拉伸断口均有纤维拔出,且随纤维种类或界面类型不同,纤维拔出长度和断口形貌有所差异。其中A/(PyC/SiC)
4
/SiC以ModelⅡ断裂机制发生断裂,B/(PyC/SiC)
4
/SiC和A/(PyC/SiC)
8
/SiC以ModelⅠ断裂机制发生断裂。
2018 Vol. 23 (6): 553-561 [
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562
Ni颗粒增强AZ61复合材料的微观组织和力学性能
冯艳, 陈超, 王日初, 王小峰
采用密闭半固态搅拌铸造工艺结合热挤压制备Ni颗粒增强AZ61复合材料板材,Ni颗粒含量(质量分数,下同)分别为3%,6%和9%,研究Ni
p
/AZ61复合材料的微观组织、力学性能以及强化机制。结果表明：Ni
p
/AZ61复合材料的增强相主要为细小的Mg
2
Ni相和大块AlNi相,尺寸分别为2~4 μm和10~20 μm。Mg
2
Ni和AlNi能有效细化晶粒、促进再结晶,与镁基体结合良好。颗粒周围存在位错塞积,基体存在孪晶。Mg
2
Ni和AlNi相都能有效提高材料的硬度、弹性模量和抗拉强度,但伸长率降低。9%Ni
p
/AZ61复合材料的抗拉强度达到286.5±1.2 MPa,伸长率为4.3%±0.9%。Ni
p
/AZ61复合材料的强化机制为细晶强化、Orowan强化以及载荷传递效应。
2018 Vol. 23 (6): 562-568 [
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569
碳添加量对TiC基金属陶瓷组织与性能的影响
姚松松, 成会朝, 范景莲, 刘涛
以TiC粉、Mo粉、WC粉和Ni粉为原料,分别添加0,1%,2%和3%(质量分数)的C粉,制备TiC-WC-Ni-Mo金属陶瓷,研究碳添加量对TiC基金属陶瓷组织与性能的影响。结果表明,TiC基金属陶瓷为典型的由金属粘结相和陶瓷相组成的黑芯灰壳结构,芯部的主要成分为TiC,壳相由Ti、W、Mo等元素组成。随碳添加量增加,金属陶瓷的晶粒度变小,但孔隙率增加,壳相变薄,材料硬度下降,抗弯强度先增加后降低。碳添加量为2%时,材料的抗弯强度达到最大值,为1 061 MPa,维氏硬度为14.29 GPa。
2018 Vol. 23 (6): 569-574 [
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575
纯镍室温轧制与液氮冷轧的微观结构演变
李艳, 倪颂, 陈刚, 宋旼
对商业纯镍板分别进行室温轧制和液氮冷轧变形处理,变形量为20%,40%和60%,通过透射电镜、光学显微镜与显微硬度测试等方法表征材料的组织结构及硬度,研究轧制镍的微观结构演化及硬度变化。结果表明,在室温下轧制变形,变形量较小时,位错滑移为主要变形机制;随应变量增加,产生位错滑移与孪生共同协调变形。液氮冷轧变形时,在变形量较小时就出现大量位错和孪生,二者共同协调变形。由于位错与孪晶、位错与微观条带之间的交互作用能促进晶粒细化,冷轧样品相比于室温轧制样品结构细化过程更快。2种轧制镍板的硬度均随变形量增加呈上升趋势,在变形量较小时,硬度上升较快,随变形量增加,硬度变化趋于平缓,液氮冷轧镍的硬度比室温轧制的硬度更高。
2018 Vol. 23 (6): 575-581 [
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582
选区激光熔化工艺参数对Co-25Cr-5Mo-5W合金结构与性能的影响
黄宗炼, 王博, 刘飞, 马清, 刘绍军
以气雾化Co-25Cr-5Mo-5W合金粉末为原料,采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)法制备Co-25Cr-5Mo-5W合金,结合X射线衍射,扫描电镜和透射电镜以及拉伸试验,系统地研究激光功率、扫描速度、扫描间距及激光能量密度对SLM成形Co-25Cr-5Mo-5W合金相组成、微观组织和力学性能的影响。结果表明激光功率与样品相对密度呈正相关,而扫描速度(不包括300 mm/s)和扫描间距与样品相对密度呈负相关。SLM成形的Co-25Cr-5Mo-5W合金由γ(
fcc
)相和ε(
hcp
)相组成,且存在的SN(Shoji-Nishiyama)取向关系。细小均匀的柱状晶、胞状晶以及纳米级沉淀物使合金的综合力学性能提高。当激光功率为160 W、扫描速度为400 mm/s、扫描间距为0.07 mm、激光能量密度为190.4 J/mm
3
时,SLM成形Co-25Cr-5Mo-5W合金具有优异的性能,其相对密度、拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为98.6%、1 284 MPa、934 MPa和16%。
2018 Vol. 23 (6): 582-590 [
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591
预氧化处理时间对C/C复合材料及其SiC抗氧化涂层的影响
王宇杰, 张明瑜, 苏哲安, 童恺, 黄启忠
采用基体预氧化处理结合化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备具有嵌入式界面的SiC涂层,研究预氧化处理时间对C/C复合材料及其SiC涂层微观结构的影响,并对涂层试样进行1 500 ℃高温抗氧化性能测试。结果表明,C/C复合材料预氧化后表面呈多孔结构,基体炭的氧化速率大于炭纤维;随预氧化时间延长,C/C复合材料表面粗糙度增大,SiC涂层对基体材料的嵌入深度增加,涂层表面裂纹变窄。1 500 ℃高温氧化实验中,氧化21 h后,预氧化处理6 min和预氧化处理9 min制备的涂层试样的质量损失率分别为2.34%和1.89%;氧化26 h后,预氧化6 min的涂层表现出更好的抗氧化性能,质量损失率为4.11%。这2种试样在高温氧化21 h前涂层对基体均能产生较好的“钉扎效应”,然而26 h后,预氧化9 min的涂层试样中层片状热解炭受热应力破坏,导致界面结合强度降低,涂层迅速失效。
2018 Vol. 23 (6): 591-599 [
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600
VVT正时链轮的模具优化设计
申小平, 黄永强
VVT正时链轮是汽车发动机中的关键零件,作为汽车传动机构具有较高的配合精度要求。本文基于粉末连续体,运用有限元deform软件对VVT正时链轮的三种不同设计方案下的压坯密度进行模拟分析。通过数值模拟仿真数据对模具进行改进及尺寸优化,提高压坯密度分布的均匀性,以实现VVT正时链轮采用粉末冶金近净成形的先进方法制造,并满足其对精度、密度、性能的要求。结果表明：设计上一下一的模具结构,在锁孔对应位置处上模冲设计漏粉穴,使得锁孔处处于过饱和的粉末实现移动,防止产生过压现象。当漏粉穴尺寸较小时,其过压现象得不到缓解,当漏粉穴尺寸较大时,锁孔周边粉末流失,形成低密度区,导致整体密度分布不均,将漏粉穴的体积设计为锁孔体积的2/3时,可获得密度分布最均匀的压坯。
2018 Vol. 23 (6): 600-606 [
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607
还原剂浓度对化学还原法制备纳米锡银合金粉末颗粒生长的影响
王瑶, 马运柱, 刘文胜, 唐思危, 黄宇峰
采用化学共还原法制备纳米级Sn-3.5Ag(质量分数,%)合金粉末,分析粉末的微观形貌、物相组成和熔化行为,着重研究还原剂溶液的浓度对粉末粒径的影响,探究液相中颗粒形核长大机制。结果表明：还原剂浓度控制液相中颗粒形核和长大的速率,粉末平均粒径随还原剂浓度降低而增大,还原剂溶液的浓度为0.25 mol/L时粉末平均半径达到最小值约为13 nm;粉末由β-Sn和Ag
3
Sn两相组成,熔点约为206 ℃;还原剂浓度升高,溶液中大量金属离子用于瞬间形核从而抑制纳米颗粒的后续长大;液相中Ag
3
Sn优先形核生长,随着溶液中银原子的饱和度下降,粉末的物相组成转由β-Sn占主导,最终形成由Ag
3
Sn相和β-Sn相组成的纳米合金粉末。
2018 Vol. 23 (6): 607-613 [
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614
TiC粒度及分散性对Mo合金组织与抗拉强度的影响
陈季勇, 范景莲, 成会朝
在金属Mo粉中分别添加粒度为0.5 μm的超细TiC和粒度为0.05 μm的纳米TiC粉末,含量(质量分数)均为6%,采用粉末冶金法制备Mo-TiC合金,研究TiC的粒度及分散性对Mo-TiC合金组织与抗拉强度的影响。结果表明：与添加超细TiC相比,添加纳米TiC对合金的抗拉强度提升较大,组织晶粒得到细化,在1950℃烧结时,Mo-纳米TiC合金的抗拉强度达到515 MPa,比Mo-超细TiC合金的最高抗拉强度提高30%以上,但存在纳米TiC在基体中团聚的问题。添加有机物作为分散剂后,Mo基体内的TiC团聚体由类球形转变成长条形,并有部分纳米TiC得到充分分散,且合金的晶粒进一步细化,强度提高,在1 850 ℃烧结的材料的抗拉强度达到615 MPa。
2018 Vol. 23 (6): 614-618 [
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619
EPDM改性金属注射成形用油蜡基粘结剂体系
张晨铭, 卢仁伟, 杨忠臣, 李笃信
选用三元乙丙橡胶(EPDM)作为金属注射成形(MIM)用石蜡-油-聚丙烯粘结剂体系的改性剂,将改性前后四种配比粘结剂与17-4PH不锈钢粉末混合制备喂料,并注射成形。研究EPDM对喂料流变性能、生坯性能及脱脂性能的影响。结果表明：石蜡-油-聚丙烯粘结剂体系中加入EPDM改性后,喂料黏度增大,但不影响成形。随粘结剂中EPDM含量升高,注射坯冲击功提高,抗弯强度降低。EPDM含量为2%时喂料的综合力学性能较好,喂料注射七次后,生坯冲击功可达2.048 J,抗弯强度达6.3 MPa,仍保持较好的力学性能。加入EPDM后生坯溶剂脱脂速率加快,热脱脂后碳、氧含量均可控制在合理范围。
2018 Vol. 23 (6): 619-623 [
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624
碳热还原氮化法制备超细AlN粉体的过程及特性
魏鑫, 张浩, 孙登琼, 田晨光, 刘翔宇, 崔嵩, 汤文明
将超细Al
2
O
3
粉、纳米碳黑和有机粘结剂混合,通过挤压成形和排胶处理制成多孔前驱体,然后高温煅烧发生碳热还原氮化反应,最后脱除残余的碳,得到AlN粉体。对AlN粉体的形貌、结晶度、晶粒尺寸、平均粒度以及O、N、C含量进行观察与分析。结果表明,经360 ℃/2 h排胶后的前驱体为多孔结构,比表面积大,孔隙为球形。1 650 ℃以上温度下煅烧的产物中无Al
2
O
3
,AlN合成过程趋于完成,与热力学计算结果相吻合。脱碳温度对粉末C含量影响最大,其次是进料速率。多孔前驱体在1 700 ℃下煅烧12 h,然后在温度为700 ℃、纯氧气氛、进料速率为4 kg/h的条件下脱碳,得到的AlN粉体O,N,C含量分别为0.77%,33.42%和323×10
-6
,粉末颗粒圆整,粒径分布范围较窄,平均粒径
d
50
=1.36 µm。AlN粉体特性与国外同类产品接近。
2018 Vol. 23 (6): 624-631 [
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632
原位自生(Y
2
O
3
+TiB)/Ti-6Al-4V复合材料的组织与力学性能
胡均, 刘会群, 王斌, 易丹青, 田宇, 王南海
以Ti粉和Al-40V合金粉末为原料,添加微量稀土化合物YB
4
,采用常压烧结工艺,利用YB
4
的高温热分解反应原位自生(Y
2
O
3
+TiB)/Ti-6Al-4V复合材料,研究YB
4
添加量对材料组织与力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)等手段分析复合材料的显微组织、物相组成和增强体的微观形貌,用电子拉伸机测试材料的力学性能。结果表明,YB
4
在Ti-6Al-4V合金中发生原位反应,生成Y
2
O
3
颗粒和TiB晶须。随YB
4
添加量增加,Y
2
O
3
颗粒逐渐聚集成团,TiB晶须长大。添加微量YB
4
可略微提高合金的抗拉强度,并显著提高伸长率。YB
4
添加量(质量分数)为0.263%时,原位自生((Y
2
O
3
+TiB)/Ti-6Al-4V)复合材料获得高抗拉强度和高伸长率,分别为924.80 MPa和9.13%。
2018 Vol. 23 (6): 632-639 [
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640
铁酸钙氢还原制备球形纳米铁粉的工艺及机理
张宇奇, 高自立, 陈新贵, 吴爱华, 叶楠, 吴家景, 唐建成
以CaO和Fe
2
O
3
为原料,煅烧出单相CaFe
2
O
4
粉末、单相Ca
2
Fe
2
O
5
粉末和混合相Ca
2
Fe
2
O
5
/CaO粉末,以此为前驱体,利用氢还原制备纳米铁粉。分析前驱体种类对还原温度、铁粉形貌和粒径的影响,研究铁酸钙氢还原制备球形纳米铁粉的机理。结果表明：随着CaO比例的增加,铁酸钙前驱体的还原温度升高,铁粉的粒径减小,铁粉的形貌由不规则形状逐渐变为球形。Ca
2
Fe
2
O
5
/CaO前驱体经950 ℃氢还原,得到平均粒径为34 nm的球形铁粉,且粒度分布均匀,分散性较好。CaO在纳米Fe粉制备过程中起分散和促进Fe粉形核的作用。
2018 Vol. 23 (6): 640-646 [
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