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2020年 25卷 1期
出版日期：2020-02-15
工艺技术
理论研究
理论研究
1
L1
2
型Al
3
(Yb, Zr)相结构的第一性原理计算和实验研究
陈卓, 方华婵, 祝昌军, 朱佳敏
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势从头算量子力学方法,对L1
2
结构的Al
3
Zr,Al
3
Sc,Al
3
Yb,以及Zr替代部分Sc或Yb的Al
3
(Sc
0.5
,Zr
0.5
) 和Al
3
(Yb
0.5
,Zr
0.5
)化合物的晶格常数和形成焓进行计算。计算结果表明,L1
2
结构Al
3
(Yb
0.5
,Zr
0.5
)化合物是热力学稳定的,在铝中易以共格态形式析出。通过透射电镜观察发现,Al- Zr-Yb合金经热处理后析出大量尺寸为20~80 nm的L1
2
结构Al
3
(Yb,Zr)弥散相,芯部富Zr的Al
3
(Yb,Zr)和芯部富Yb的Al
3
(Yb,Zr)相均为明显的壳核结构。L1
2
结构Al
3
(Yb,Zr)相的高温析出硬化作用及稳定性和抑制再结晶效果均优于L1
2
结构Al
3
Zr相。
2020 Vol. 25 (1): 1-10 [
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工艺技术
11
Ti(C
0.7
N
0.3
)对(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷组织与性能的影响
蔺绍江, 陈肖, 熊惟皓
以(Ti,W,Ta)C和Ti(C
0.7
N
0.3
)固溶体颗粒共同作为硬质相原料,采用粉末冶金工艺制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料,研究Ti(C
0.7
N
0.3
)添加量对(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷组织与性能的影响。结果表明,(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷由黑芯-灰环结构和白芯-灰环结构的2种硬质相和粘结相构成,黑芯相为Ti(C
0.7
N
0.3
)颗粒,白芯相为 (Ti,W,Ta)C颗粒。随Ti(C
0.7
N
0.3
)添加量增加,黑芯-灰环结构增多,环形相变薄。Ti(C
0.7
N
0.3
)固溶体的加入对(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷硬度的影响很小,而抗弯强度随Ti(C
0.7
N
0.3
)增加呈先升高后降低趋势。当Ti(C
0.7
N
0.3
)添加量(质量分数)为40%时,金属陶瓷的力学性能最优,硬度(HRA)为90.3,抗弯强度为1 748 MPa。
2020 Vol. 25 (1): 11-15 [
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16
低温轧制及时效热处理对Al-Zn-Mg铝合金显微组织与性能的影响
陈送义, 刘强, 陈康华, 黄兰萍
对固溶淬火态的Al-Zn-Mg合金板材分别采用CR(cryogenic rolling,低温轧制)+480 h自然时效,CR+ 100 ℃/12 h时效,CR+100 ℃/80 h时效,以及未经CR直接100 ℃/107 h时效等4种工艺进行处理,测定合金的硬度和室温拉伸性能,并进行剥落腐蚀和电化学腐蚀实验,采用金相显微镜、扫描电镜以及透射电镜等观察合金的形貌与组织,研究低温轧制和时效热处理工艺(自然时效和不同人工时效时间)对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响。结果表明：与直接进行100 ℃/107 h时效处理的合金相比,CR+480 h自然时效和CR+100 ℃/12 h人工时效态合金的抗剥落腐蚀性能和电化学腐蚀性能较差,其主要原因是低温轧制后形成了亚微米级、呈纤维状且高位错密度的超细晶粒。而CR+100 ℃/80 h时效处理合金具有更好的抗剥落腐蚀性能和电化学腐蚀性能,其主要原因是低温轧制形成高密度位错,并在100 ℃/80 h时效处理过程中形成更加粗大且不连续分布的晶界析出相。另外,低温轧制处理后形成的高密度位错的超细晶组织,可显著加速时效硬化响应。
2020 Vol. 25 (1): 16-26 [
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27
固溶时效处理对SLM成形CoCrWMo合金组织与性能的影响
班乐, 黄嘉豪, 毛卫东, 吴苑标, 肖志瑜
采用激光选区熔化成形工艺制备CoCrWMo合金,将合金在1 200 ℃固溶1 h后再分别在600,700,750,800和900 ℃下时效10 h,研究固溶-时效处理对合金组织与性能的影响。结果表明,SLM成形态CoCrWMo合金由FCC的γ相和HCP的ε相马氏体组成。在固溶时效过程中,发生γ相(FCC相)向ε相(HCP相)的转变,随时效温度升高,ε相马氏体含量增加,同时析出沉淀物M
23
C
6
(M=Cr,Mo,W)。在750 ℃时效的合金中,ε相比例为77%,表明时效处理可促进FCC→HCP马氏体的相变,所有时效态合金的显微硬度均明显高于固溶态合金的硬度。在750 ℃时效的合金,在兼顾伸长率的同时,强度提高,抗拉强度和屈服强度分别为1 076 MPa和820.8 MPa,伸长率达10.5%。
2020 Vol. 25 (1): 27-34 [
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35
TiN添加量对WC-TiC-TaC-8.0Co硬质合金组织与性能的影响
王雁洁, 刘咏, 杨新宇
以TiN作为N源,采用传统粉末冶金法,一步烧结制备脱β层梯度WC-TiC-TaC-8.0Co硬质合金,利用扫描电镜等手段对合金的微观组织进行观察与分析,研究TiN添加量对合金物理与力学性能、微观组织及脱β层厚度的影响,并进行切削试验。结果表明：TiN添加量(质量分数,下同)在0~2.0%范围内,随TiN添加量增加,合金的密度、矫顽磁力以及硬度等无明显差异,但脱β层厚度明显增大。随TiN含量从0上升到2.0%,脱β层厚度从0增加到32.7 μm。切削试验表明:TiN含量为1.0%时,涂层后硬质合金刀片具有最佳的车削寿命和抗冲击综合性能。
2020 Vol. 25 (1): 35-39 [
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40
煅烧温度对共沉淀法制备热障涂层用LaMgAl
11
O
19
前驱粉末性能的影响
刘冬梅, 李超
采用共沉淀法制备热障涂层用LaMgAl
11
O
19
前驱粉末(沉淀温度80 ℃,沉淀pH值10.5),测试分析煅烧温度对粉末组织形貌和物相组成的影响。研究结果表明：经过1 100 ℃煅烧,粉体由MgAl
2
O
4
,LaAlO
3
和La
2
O
3
相组成,随煅烧温度上升至1 500 ℃,形成了具有单一LaMgAl
11
O
19
物相结构。所制备的LaMgAl
11
O
19
粉体粒径介于3~5 μm,厚度为0.5~1.0 μm。伴随煅烧温度上升,Mg1s,O1s,La3d和Al2p的电子结合能出现波动,向高能端发生明显位移。当到达1 500 ℃时,Mg,La和Al的电子结合能均增大。在XPS谱图上形成O1s,La3d,Mg2p和Al2p主电子峰,Mg,La和Al被氧化。在LaMgAl
11
O
19
晶体内形成了互相交错结构的层状组织,表现为明显的各向异性特征。当煅烧温度上升到1 300 ℃时,La
2
O
3
键数量逐渐减小。
2020 Vol. 25 (1): 40-44 [
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45
Ti含量对Ti-MoSi
2
复合材料组织与性能的影响
郝亚楠, 范景莲, 陆琼, 王圆圆
以MoSi
2
粉末与Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结法制备Ti含量(质量分数,下同)分别为40%,50%,60%,70%的4组Ti-MoSi
2
复合材料,对材料的组织形貌以及密度、显微硬度和断裂韧性等性能进行表征和测试。结果表明：4组Ti-MoSi
2
复合材料组织中均出现核-壳结构,主要由Ti
5
Si
3
和Mo
3
Si组成,当Ti含量达到70%时,出现了单质Ti。随Ti含量增加,Ti-MoSi
2
复合材料的密度和显微硬度降低,断裂韧性增大。4组Ti-MoSi
2
复合材料的密度分别为5.54,5.34,5.24和5.16 g/cm
3
,显微硬度分别为8.54,8.22,8.13和8.02 GPa,断裂韧性分别为7.02,10.36,11.62 和24.52 MPa∙m
1/2
。
2020 Vol. 25 (1): 45-50 [
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51
粉磨方式对钢渣微粉特性的影响
段思宇, 李溪, 马卓慧, 廖洪强, 程芳琴
采用机械粉磨法将钢渣磨成微粉并运用于建材生产是钢渣资源化再利用的一种有效途径。分别采用球磨机和超音速蒸汽粉碎机对钢渣进行机械粉磨,对比分析这2种粉磨方式下获取的钢渣微粉的粒度分布、化学组成、矿物组成和活性指数等特性,同时对这2种粉磨方式的粉磨效率和能耗进行计算。结果表明：与球磨法相比,采用超音速蒸汽粉碎机粉磨获得的钢渣微粉粒径更小(
D
50
=2.06 μm),粒度分布范围更窄,粒度更均匀。采用超音速蒸汽粉碎机获得的钢渣颗粒出现明显的化学组分偏析现象,粒度较小的钢渣颗粒中富集更多的Ca、Si元素,这有利于提高其胶凝活性。与球磨机相比,超音速蒸汽粉碎机的粉磨效率更高,能耗更低,更适合钢渣的粉磨。
2020 Vol. 25 (1): 51-57 [
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58
原料中C/N原子比对TiCN基金属陶瓷组织结构和性能的影响
崔焱茗, 张立, 黄龙, 刘涛, 梁艳, 吴厚平, 熊湘君
分别以Ti(C
0.4
,N
0.6
),Ti(C
0.5
,N
0.5
)和Ti(C
0.7
,N
0.3
)等3种TiCN粉末为原料,制备TiCN-25WC-10TaC-2Mo
2
C- 7Ni-7Co金属陶瓷,研究TiCN原料中C/N原子比对TiCN基金属陶瓷组织结构、硬度、抗弯强度、韧性、磁学性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明,以Ti(C
0.4
,N
0.6
)为原料制备的TiCN基金属陶瓷中出现M
6
C型脱碳相(η相),导致材料的抗弯强度和韧性显著降低。以Ti(C
0.7
,N
0.3
)为原料制备的金属陶瓷为典型的弱芯环结构,具有最佳的力学性能,硬度(HV30)、抗弯强度和Palmqvist韧性分别为15.61 GPa,2 294 MPa和11.29 MN•m
-3/2
。随TiCN原料中C/N原子比降低,金属陶瓷的矫顽磁力和相对磁饱和均大幅降低。在pH=1的H
2
SO
4
溶液中的电化学腐蚀实验结果表明,采用Ti(C
0.4
,N
0.6
)和Ti(C
0.5
,N
0.5
)原料制备的金属陶瓷的耐腐蚀性能相近,采用Ti(C
0.7
,N
0.3
) 原料制备的金属陶瓷的耐腐蚀性能显著降低。
2020 Vol. 25 (1): 58-64 [
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65
激光熔覆Fe-Mo-V-C合金涂层组织及摩擦磨损性能
张磊, 陈小明, 苏建灏, 张凯, 谌宽, 赵坚
采用同轴送粉激光熔覆技术在45
#
钢基材表面制备Fe-Mo-V-C合金涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试分析手段表征涂层的物相组成、组织形貌和元素分布。采用维氏硬度计和干滑动摩擦磨损试验机测试涂层显微硬度和摩擦磨损性能,并分析其摩擦磨损机理。结果表明：激光熔覆Fe-Mo-V-C合金涂层的主要物相成分为α-Fe相与(α-Fe,Ni)、Fe
4
V、Fe
9.7
Mo
0.3
等铁基合金相,VC、V
8
C
7
、VB、Fe
3
C等金属间化合物相,以及铁基金属相与渗碳体组成的共晶组织;涂层致密均匀,细小的硬质颗粒在金属基体中呈均匀、弥散、密集分布。当熔覆功率为1 600 W时,涂层平均显微硬度达1 020 HV
0.2
,其耐磨性是基材的14倍。VC等硬质颗粒的“弥散强化”赋予涂层高硬度,在磨损过程中起到“扎钉”和“抗磨骨架”作用,大幅提高了铁基涂层的耐磨性。
2020 Vol. 25 (1): 65-71 [
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72
SPS制备ODS铁基合金的显微组织与力学性能
段清龙, 刘祖铭, 黄立清, 郭旸, 苏鹏飞, 陈仕奇
对空气气氛下球磨制备的含氧预合金铁基粉末,在900~1 100 ℃进行放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)制备氧化物弥散强化(oxide dispersion strengthened, ODS)铁基合金,并进行变形量为50%的热轧和1 000 ℃/1 h退火热处理。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜以及拉伸试验等对ODS铁基合金显微组织与力学性能进行表征。结果表明：烧结温度、热轧及热处理对ODS铁基合金的显微组织和性能具有重要影响。随烧结温度升高,原始颗粒界面逐步消除,合金孔隙减小,致密度提高,抗拉强度和显微硬度提高,在900,1 000和1 100℃烧结的合金抗拉强度分别为191,392和814 MPa;900 ℃烧结的合金经轧制与热处理后,抗拉强度和塑性提高;1 100 ℃烧结的合金经过轧制后,抗拉强度提高到1 003 MPa,伸长率为6.48%,进一步热处理后,抗拉强度及伸长率分别为915 MPa和9.77%。
2020 Vol. 25 (1): 72-78 [
摘要
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389
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79
保温时间对黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响
李大川, 同帜, 黄开佩, 王佳悦, 周广瑞
以洛川黄土为骨料,SDBS为烧结助剂,采用滚压成形法和固态粒子烧结法制备无机陶瓷膜支撑体。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、压汞法、三点弯曲法、质量损失法、自制纯水通量测定装置等对支撑体的物相变化、微观形貌、孔隙率、抗弯强度、酸碱腐蚀率、纯水通量进行分析表征,研究保温时间对支撑体性能的影响。结果表明：随保温时间增加,支撑体纯水通量先增大后减小,抗弯强度提高,耐腐蚀性增强,晶粒趋于成熟完整;经1 050 ℃烧结保温20 h后,支撑体的纯水通量为2 570.47 L/(m
2
·h·MPa)、抗弯强度为38.91 MPa、平均孔喉半径为2.39 μm,酸、碱腐蚀率分别为0.18%和0.17%,适宜用作水处理领域的无机陶瓷膜载体。
2020 Vol. 25 (1): 79-85 [
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86
基于黏结理论的球磨机梯形衬板的设计
褚亮, 董为民, 龚梦
对磨矿用的球磨机,设计等高形的提升条(编号为20-20)和3种不同的高低交替形提升条(编号分别为20-18,20-16和20-14),通过三维建模软件Solid Edge对这几种不同形式的球磨机提升条进行建模,然后将模型导入EDEM中,计算矿石的BPM模型中黏结键的断裂数目以及提升条和筒体受到的累积能量,研究衬板设计对球磨机磨矿效率和磨损程度的影响。结果表明,与装有等高形提升条的模型(20-20)相比,装有高低交替形提升条的模型(20-18, 20-16, 20-14)中矿石的BPM黏结键断裂数目更多,即磨矿效率更高。其中,模型20-14内矿石BPM黏结键断裂数目增加11.3%,破碎效果最好。与模型20-20相比,模型20-18和模型20-14的提升条与筒体受到的累积能量分别降低18.6%和28.1%,提升条与筒体的磨损程度减小,但20-16的累积能量增加,球磨机的磨损 增大。
2020 Vol. 25 (1): 86-90 [
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309
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