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Microstructural evolution and mechanical properties of Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr alloy by heat treatment with continuous temperature gradient

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2018年第2期28卷 273-281页

作者：徐圣航刘咏刘彬王鑫陈智星中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

A new high throughput heat-treatment method with a continuous temperature gradient between 600 and 700 ？C was utilized on the Ti-5553 alloy（Ti-5 Al-5 Mo-5 V-3 Cr, mass fraction, %）. The temperature gradient was induced by the variation of the axial section of sample, which was heated by the direct current. The variation of continuous cooling rates on the treated sample was realized by using the end quenching method. The microstructural evolution and mechanical properties under different heat treatment conditions were evaluated. The results show that the pseudo-spinodal decomposition of the alloy occurs at（617±1）？C, and the size of the precipitated α phase is around 300 nm. Moreover, the highest microhardness is obtained after the heat treatment at the pseudo-spinodal decomposition temperature for 4 h. These indicate that the high throughput method is efficient and fast to determine the phase transformation temperature and corresponding microstructural evolution of alloys.

关键词： Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr alloy high throughput method pseudo-spinodal decomposition temperature gradient microstructure mechanical properties

粉末冶金工模具钢的生产技术及应用研究进展(上)

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粉末冶金工业 2024年第2期34卷 1-10,16页

作者：于洋徐圣航廖俊天工工具新材料股份有限公司江苏镇江212312 浙大城市学院先进材料增材制造创新研究中心浙江杭州410015

工模具钢是一种具有高强度、硬度、耐磨性和耐热性的特殊钢材,广泛应用于金属加工、注塑及压铸模具、汽车制造等行业。传统熔铸方法制备的工模具钢易出现成分偏析及粗大碳化物,且难以通过锻造等加工方法消除,导致材料性能变差。粉末冶... 详细信息

工模具钢是一种具有高强度、硬度、耐磨性和耐热性的特殊钢材,广泛应用于金属加工、注塑及压铸模具、汽车制造等行业。传统熔铸方法制备的工模具钢易出现成分偏析及粗大碳化物,且难以通过锻造等加工方法消除,导致材料性能变差。粉末冶金工模具钢的组织均匀、碳化物弥散细小、合金成分含量高,可实现复杂形状和结构的制造,其工模具产品具有高性能、高精度、长寿命等优势,在高端制造业领域有重要的应用前景。因此,对粉末冶金工模具钢的发展历史,生产技术及其应用进行了综述,介绍了工模具钢粉末工业化制备的技术革新,分析了粉末冶金工模具钢的制备方法及组织性能特点,最后归纳了粉末冶金工模具钢的分类及应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。

关键词：工模具钢粉末冶金成形工艺显微组织应用场景

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基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金研究进展

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1091-1112页

作者：龚弟亮卞华康潘登徐圣航杨鑫汤慧萍上海大学材料基因组工程研究院上海200444 浙大城市学院先进材料增材制造创新研究中心杭州310015

基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金,因其快速制造、设计灵活性高、成本低等优势,在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而,由工艺参数不当引起的孔隙和裂纹等缺陷,以及与熔池相关的独特微观结构,仍然影响打印部件的性能,这... 详细信息

基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金,因其快速制造、设计灵活性高、成本低等优势,在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而,由工艺参数不当引起的孔隙和裂纹等缺陷,以及与熔池相关的独特微观结构,仍然影响打印部件的性能,这是激光选区熔化(SLM)面临的主要问题之一。而在电子束选区熔化(EBM)制造AlSi10Mg合金中,元素蒸发导致的强度下降是其主要问题,且技术应用较少。本文对SLM和EBM两类技术在AlSi10Mg合金中的应用现状和难点问题进行了总结与对比,两类技术所制造的打印部件在组织和性能上呈现出明显的差异。求解工艺−组织−性能之间的关系,以及开发增材制造技术(AM)专用合金粉末体系,是SLM和EBM技术打印AlSi10Mg合金共同面临的挑战,因此有必要进行综合考虑。同时,针对这些问题,本文讨论了未来的研究方向与发展趋势。

关键词：激光选区熔化电子束熔化 AlSi10Mg 工艺参数

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铜闪速熔炼炉渣中铁橄榄石相固砷机制研究

稀有金属 2024年第2期48卷 214-224页

作者：张惠斌胡彬徐圣航曹华珍吴旻郑国渠浙江工业大学材料科学与工程学院浙江杭州310014

铜冶炼炉渣含有大量的铁橄榄石相,在闪速熔炼过程中具有较高的固砷潜力。为了厘清铁橄榄石在闪速炉中的固砷条件,以Fe,Fe_(2)O_(3),SiO_(2)和CaHAsO_(4)为原料通过高温烧结过程研究铁橄榄石的形成过程,探讨了气氛和温度对铁橄榄石固砷... 详细信息

铜冶炼炉渣含有大量的铁橄榄石相,在闪速熔炼过程中具有较高的固砷潜力。为了厘清铁橄榄石在闪速炉中的固砷条件,以Fe,Fe_(2)O_(3),SiO_(2)和CaHAsO_(4)为原料通过高温烧结过程研究铁橄榄石的形成过程,探讨了气氛和温度对铁橄榄石固砷行为的影响。采用X射线荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等手段对炉渣和烧结试样的成分、物相、形貌和元素化学状态进行表征,同时采用毒性浸出试验(TCLP)和第一性原理分析铁橄榄石固砷的稳定性。结果表明,Ar下烧结产物为铁橄榄石相,且当烧结温度从1000℃升高至1300℃时,铁橄榄石的砷浸出浓度从131.4 mg·L^(-1)降低到3.563 mg·L^(-1),砷浸出率从35.04%降低到0.19%,展现出比氧化烧结后的Fe_(3)-xSixO_(4)相更高的固砷稳定性。XPS结果表明,空气和Ar下形成的Si-O-As键有利于提高固化渣的稳定性,且Ar气氛和烧结温度的提高可以促进Si-O-As键的形成。第一性原理计算表明,烧结产物中AsO_(4)和SiO_(4)四面体所形成的Si-O-As键以及Fe原子对AsO_(4)结构中O原子的强相互作用是铁橄榄石固化/稳定化砷的主要机制。

关键词：铜闪速熔炼铁橄榄石砷固化/稳定化毒性浸出

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钛及钛合金表面自纳米化行为研究进展

中国有色金属学报 2021年第11期31卷 3141-3160页

作者：徐圣航沈凯杰张惠斌曹华珍郑国渠浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

表面自纳米化因可赋予钛及钛合金优异的综合性能而广受关注,该工艺可显著提高材料表面的强度、硬度与耐磨性,同时还可优化材料的耐蚀性、疲劳性能。介绍了几种表面自纳米化工艺,如表面机械研磨、喷丸强化、激光冲击、超声冲击等,阐明在... 详细信息

表面自纳米化因可赋予钛及钛合金优异的综合性能而广受关注,该工艺可显著提高材料表面的强度、硬度与耐磨性,同时还可优化材料的耐蚀性、疲劳性能。介绍了几种表面自纳米化工艺,如表面机械研磨、喷丸强化、激光冲击、超声冲击等,阐明在这些工艺下钛与钛合金表面自纳米化的显微组织演变及其变形机理,如位错、层错、孪晶、第二相等,其滑移与攀移、孪生、形核与长大等行为及其相互作用规律。同时,梳理了表面纳米化组织对材料硬度、强塑性、耐磨性、疲劳性以及耐蚀性等影响规律,阐述各表面自纳米化工艺适用的钛合金类型及其应用背景。本文综述了钛与钛合金表面自纳米化工艺以及显微组织的演变规律,并对纳米化后钛与钛合金的特征力学性能以及关键变形机制开展了深入的探讨。

关键词：钛表面纳米化显微组织变形机制力学性能

仿生结构Ti-Ta金属-金属复合材料的动态力学行为

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中国有色金属学报 2020年第8期30卷 1818-1827页

作者：李谋刘咏刘彬汪冰峰李年丰徐圣航陈曼可中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学湘雅医院肝胆胰外科长沙410008 浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

仿贝壳结构或层状结构材料同时具有高的强度和韧性,是当前材料结构优化的重要设计模型之一。通过粉末冶金与热加工方法制备具有仿生结构特征的Ti-Ta金属-金属复合材料,并研究其动态力学行为。结果表明:仿生界面结构对Ti-Ta复合材料的变... 详细信息

仿贝壳结构或层状结构材料同时具有高的强度和韧性,是当前材料结构优化的重要设计模型之一。通过粉末冶金与热加工方法制备具有仿生结构特征的Ti-Ta金属-金属复合材料,并研究其动态力学行为。结果表明:仿生界面结构对Ti-Ta复合材料的变形行为具有重要影响,使材料的破坏行为表现为裂纹桥联和局部层裂,在力学变形上也表现出明显的应变速率强化、应变强化以及绝热软化特征。材料的屈服强度随着应变速率的提高而提高;在高应变速率下,随着变形量的增加,流变应力变化得较为平缓。采用改进的Johnson-Cook (J-C)本构模型能很好地描述Ti-Ta复合材料的动态行为,同时发现,Ti-Ta复合材料的应变速率强化指数C远低于纯Ta的,而略低于纯Ti的。

关键词： Ti-Ta金属-金属复合材料应变速率强化绝热软化 Johnson-Cook本构模型

Ti5553合金伪调幅分解的高通量表征及相变动力学分析

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粉末冶金材料科学与工程 2017年第1期22卷 9-14页

作者：王鑫刘彬刘咏徐圣航陈智星王京师中南大学粉末冶金研究院长沙410083

高通量实验方法作为现代材料学研究的一种重要手段,在相图计算、金属材料的成分—结构—性能相关性等研究方向均扮演越来越重要的角色。本研究利用一种新型的连续温度梯度热处理方法制备了具有梯度显微组织的Ti5553合金,并利用SEM和TEM... 详细信息

高通量实验方法作为现代材料学研究的一种重要手段,在相图计算、金属材料的成分—结构—性能相关性等研究方向均扮演越来越重要的角色。本研究利用一种新型的连续温度梯度热处理方法制备了具有梯度显微组织的Ti5553合金,并利用SEM和TEM等检测手段对其微观组织进行表征,确定该合金的伪调幅分解的最佳温度为(617±2)℃。基于JMA方程,推导了Ti5553合金在最佳温度的动力学方程为:f=1-exp(-1.35×t^(0.91))。

关键词： Ti5553合金高通量方法连续温度梯度热处理伪调幅分解相变动力学

层状Ti-Ta二元金属-金属复合材料的疲劳性能研究

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Journal of Central South University 2023年第9期30卷 2878-2889页

作者：徐圣航韩梦沈凯杰曹远奎付遨丁超汤慧萍 Advanced Materials Additive Manufacturing Innovation Research Center Hangzhou City UniversityHangzhou 310015China College of Materials Science and Engineering Zhejiang University of TechnologyHangzhou 310014China State Key Laboratory of Powder Metallurgy Central South UniversityChangsha 410083China

二元金属复合材料在航空航天、高端装备等领域具有广阔的应用前景。金属-金属之间的界面通常会对疲劳裂纹的萌生和传播产生影响,但目前关于层状金属-金属复合材料的疲劳性能的研究较为有限。本文通过粉末冶金方法制备一种Ti-Ta金属-金... 详细信息

二元金属复合材料在航空航天、高端装备等领域具有广阔的应用前景。金属-金属之间的界面通常会对疲劳裂纹的萌生和传播产生影响,但目前关于层状金属-金属复合材料的疲劳性能的研究较为有限。本文通过粉末冶金方法制备一种Ti-Ta金属-金属层状结构复合材料,并进行热变形处理,系统研究了在不同交变应力下的疲劳寿命和断口形貌。结果表明:Ti-Ta金属-金属层状复合材料的疲劳强度为450 MPa,显著高于纯Ti的。在疲劳断口中,Ta区域呈现出明显的疲劳条纹特征,而Ti区域则在疲劳稳定传播区内呈现解理断裂。此外,Ti和Ta区域之间的界面可以抑制裂纹的扩展,并改变裂纹扩展的方向。由于裂纹传播的方向不断变化,疲劳断口表面呈现出一种“阶梯状”的微观结构。本研究为层状金属-金属复合材料的疲劳裂纹扩展提供了一种新的模型。

关键词：金属-金属复合材料 Ti-Ta合金粉末冶金疲劳性能寿命预测显微组织

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铜电解精炼过程中银夹杂物的迁移规律及控制

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第9期33卷 2853-2865页

作者：冯闻宇曹华珍沈宇坤徐圣航张惠斌郑国渠浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

通过热力学计算分析游离Ag^(+)的还原行为,并通过电解实验研究Ag夹杂的控制工艺。结果表明,游离Ag^(+)的放电还原无法避免。As、Sb和Bi所形成的漂浮阳极泥的夹带作用是造成AgCl和Ag胶粒在阴极铜中形成夹杂的关键因素。采用Sb_(2)O_(3)... 详细信息

通过热力学计算分析游离Ag^(+)的还原行为,并通过电解实验研究Ag夹杂的控制工艺。结果表明,游离Ag^(+)的放电还原无法避免。As、Sb和Bi所形成的漂浮阳极泥的夹带作用是造成AgCl和Ag胶粒在阴极铜中形成夹杂的关键因素。采用Sb_(2)O_(3)净化铜电解液,减少漂浮阳极泥,从而有效抑制了AgCl和Ag胶粒在阴极铜中的夹杂。在优化条件下,阴极铜中银含量降至7.5 mg/kg以下。

关键词：阴极铜银夹杂 AgCl Ag胶粒工艺优化