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单晶高温合金DD419籽晶引晶过程中杂晶形成机制

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 2042-2048页

作者：邓阳丕马德新赵运兴徐维台徐福泽李侣深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045 中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083

采用不同程度加工处理过的籽晶进行了高温合金DD419单晶铸件的制备实验,对宏观腐蚀后的铸件籽晶进行表面观察,并检测了相应部位的金相组织和晶体取向,对杂晶的起源进行了研究分析。结果发现,轻度加工的籽晶表面仅出现轻微再结晶,未对引... 详细信息

采用不同程度加工处理过的籽晶进行了高温合金DD419单晶铸件的制备实验,对宏观腐蚀后的铸件籽晶进行表面观察,并检测了相应部位的金相组织和晶体取向,对杂晶的起源进行了研究分析。结果发现,轻度加工的籽晶表面仅出现轻微再结晶,未对引晶造成影响,而中度和重度加工的籽晶有不同程度的再结晶。这些籽晶表面的再结晶产生于浇注前的预热和保温阶段,与铸件经标准固溶热处理后产生的再结晶形貌非常相似。在预热与浇注过程中,这些再结晶得到部分熔化,在随后的凝固过程中,回熔界面附近未熔的残余再结晶晶粒外延生长,从而形成杂晶缺陷。本工作证明了籽晶回熔区内杂晶的起源是籽晶表面的再结晶,而不是通常认为的液相中新晶粒形核。

关键词：单晶高温合金籽晶再结晶杂晶

纤维细观结构对SiC/SiC复合材料综合力学性能影响规律研究

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复合材料科学与工程 2024年

作者：梅文斌许慎微付泽宇陈欢湖南博翔新材料有限公司中南大学粉末冶金学院

SiC/SiC复合材料的综合力学性能及失效模式与纤维预制体内部细观结构形式密切相关。本文基于复合材料多尺度分析方法，开展多尺度单胞建模，结合渐进损伤分析，分析预测了微观尺度纤维束和细观尺度编织复材的综合力学性能，并与弯曲测... 详细信息

SiC/SiC复合材料的综合力学性能及失效模式与纤维预制体内部细观结构形式密切相关。本文基于复合材料多尺度分析方法，开展多尺度单胞建模，结合渐进损伤分析，分析预测了微观尺度纤维束和细观尺度编织复材的综合力学性能，并与弯曲测试结果进行对比，验证了多尺度分析方法及组分本构模型的正确性。进一步分析研究了二维铺层SiC/SiC复合材料中纤维编织结构和铺层角度等细观结构参数对材料宏观综合力学性能的影响。计算结果表明在相同纤维体分含量条件下，不同纤维细观结构对复合材料的弹性模量影响很小，但对破坏强度有显著影响，其中纤维编织结构主要影响面内主方向拉伸强度，斜纹结构比平纹结构高约30%；织物铺层角度对面内主方向拉伸和剪切强度影响较大，0°铺层结构面内拉伸强度比45°铺层高约85%，但面内剪切强度要低约30%；此外，编织结构和铺层角度对层间剪切强度几乎没有影响，该性能主要由层间加强纤维和层间基体孔隙率决定。本文的结果可为SiC/SiC复合材料构件研制时的纤维预制体结构设计提供支撑。

关键词： SiC/SiC复合材料二维铺层纤维细观结构综合力学性能仿真分析

复合亚固溶热处理对一种新型镍基粉末高温合金涡轮盘锻态显微组织的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 768-777页

作者：刘朝峰程俊义马向东肖磊郭建政冯干江中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518035

研究了复合亚固溶热处理工艺对一种新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)γ’相组织的影响。结果表明,大尺寸锻造态涡轮盘件锻后冷速较低,γ’相的尺寸在100~4500 nm之间分布。在盘件上取小试样进行热处理试验,试样升温至1000和1050℃时... 详细信息

研究了复合亚固溶热处理工艺对一种新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)γ’相组织的影响。结果表明,大尺寸锻造态涡轮盘件锻后冷速较低,γ’相的尺寸在100~4500 nm之间分布。在盘件上取小试样进行热处理试验,试样升温至1000和1050℃时,γ’相总占比下降,Oswald熟化机制及PAM机制同时存在。试样升温至1100℃时,晶内γ’相完全回溶。使用复合亚固溶热处理工艺,先将试样升温至1120℃保温2 h,快速冷却后再分别升温至1000、1050和1100℃时,γ’相总占比均下降,晶内γ’相演变以Oswald熟化机制为主导,其形貌及尺寸在升温过程中相对稳定。在盘件上取性能试棒分别进行锻造态+1000℃(不保温)+时效热处理和锻造态+1120℃/2h,80℃/min+1000℃+815℃/8h进行550℃拉伸测试,后者的屈服强度和抗拉强度显著高于前者,可为大尺寸涡轮盘件的双性能热处理工艺的制定提供参考。

关键词：镍基粉末高温合金热处理显微组织 γ’相

FGH4113A合金的双性能热处理组织与力学性能研究

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1042-1050页

作者：龙安平熊江英张高翔肖磊冯干江郭建政刘如铁中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518000

利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、光学显微镜(optical microscope,OM)、拉伸、蠕变、疲劳试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)在2种热处理状态下的显微组织和力学性能,为双性能热处理研究提... 详细信息

利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、光学显微镜(optical microscope,OM)、拉伸、蠕变、疲劳试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)在2种热处理状态下的显微组织和力学性能,为双性能热处理研究提供组织与力学性能依据。结果表明:FGH4113A合金在双性能热处理中,过固溶与亚固溶态组织与力学性能具有明显的双模特性;室温下,亚固溶态相比过固溶态屈服强度高10.6%,800℃下,过固溶态相比亚固溶态屈服强度高11.7%;与同样是亚固溶或过固溶的其它合金相比,FGH4113A的拉伸强度优于ME3合金,与LSHR合金相当;FGH4113A合金在750℃/450 MPa的蠕变变形以位错滑移机制主导,弥散分布的小尺寸硼化物有助于抗蠕变性能的提高,其抗蠕变性能全面超过ME3合金,与LSHR合金相当;过固溶态的粗晶组织在裂纹扩展中具有更长的滑移带,在循环载荷中具有较低的累积损伤,抗裂纹扩展能力优于亚固溶态;过固溶态的裂纹扩展断口呈现穿晶断裂特征,亚固溶态由于细晶粒边界的一次γ′的存在降低了晶界的抗裂纹扩展能力,断口较粗糙,呈现沿晶-穿晶混合断裂特征。

关键词： FGH4113A 镍基粉末高温合金双性能组织力学性能

烧结氧分压对25(20Ni-Cu)/(10NiO-NiFe_(2)O_(4))金属陶瓷微观结构及其力学与电学性能的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第8期55卷 2887-2899页

作者：刘晨旭何勇熊慧文周科朝涂有旺张雷中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

为提高金属陶瓷的相对密度,优化物相组成,采用可控氧分压烧结制备名义成分为25(20Ni-Cu)/(10NiO-NiFe_(2)O_(4))的金属陶瓷,并基于Fe-Ni-O三元相平衡热力学,探究烧结氧分压对材料微观组织、力学与电学性能的影响,揭示不同烧结氧分压下,... 详细信息

为提高金属陶瓷的相对密度,优化物相组成,采用可控氧分压烧结制备名义成分为25(20Ni-Cu)/(10NiO-NiFe_(2)O_(4))的金属陶瓷,并基于Fe-Ni-O三元相平衡热力学,探究烧结氧分压对材料微观组织、力学与电学性能的影响,揭示不同烧结氧分压下,金属陶瓷的失氧反应与组织演变机制。研究结果表明,烧结氧分压影响了尖晶石相的分解和金属相的氧化过程,进而决定金属陶瓷的平衡相组成;当氧分压为2.1~12.1 Pa时,NiFe_(2)O_(4)相有一定程度的分解,且金属相含量高于标准含量,经1250℃烧结后,金属陶瓷的平衡相组成为CuNiFe-NiO-NiαFe_(3−α)O_(4)。金属陶瓷的力学性能和电导率均随氧分压的升高而降低,当氧分压为2.1 Pa时,样品相对密度最高,达99.7%,抗弯强度达176.86 MPa,室温电导率为14 S·cm^(-1)。

关键词：金属陶瓷铝电解力学性能电学性能烧结气氛

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高压辊磨机用硬质合金柱钉的磨损和断裂行为

中国有色金属学报 2024年第10期 3394-3405页

作者：瞿铁李詠侠伏坤邹丹成会朝王亚强周建华中信重工机械股份有限公司矿山重型装备国家重点实验室湖南博云东方粉末冶金有限公司中南大学粉末冶金国家重点实验室

硬质合金柱钉性能的好坏直接影响高压辊磨机的使用寿命和生产效率，但关于柱钉的力学性能和使用性能的相互对应关系缺乏研究，导致在使用过程中缺乏硬质合金设计标准。本文通过研究柱钉硬度、抗弯强度和断裂韧性等性能特性对柱钉的耐磨... 详细信息

硬质合金柱钉性能的好坏直接影响高压辊磨机的使用寿命和生产效率，但关于柱钉的力学性能和使用性能的相互对应关系缺乏研究，导致在使用过程中缺乏硬质合金设计标准。本文通过研究柱钉硬度、抗弯强度和断裂韧性等性能特性对柱钉的耐磨性和抗断裂性能的影响规律，获得了破碎高硬石英岩的理想柱钉。结果表明：影响柱钉断裂数量的主要因素是断裂韧性，而非抗弯强度；随着断裂韧性从16.21 MPa·m1/2增大至21.57 MPa·m1/2，抗疲劳断裂能力提升，断裂数量百分比从3.77%降低至0。柱钉的磨损主要为磨粒磨损，随着硬度从HRA 86.2增大至HRA 88.3，抗磨损性能提升，磨损速率从7.92μm/h降低至2.33μm/h。对于石英含量高达64.23%、单轴压缩抗压强度达159 MPa的矿石破碎，当柱钉的硬度达到HRA 87.8、断裂韧性达到19.55 MPa·m1/2时，能有效抑制柱钉的磨损和断裂。

关键词：高压辊磨机硬质合金柱钉磨粒磨损疲劳断裂

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电子束选区熔化TaNbTiZr难熔高熵合金的微观组织与力学性能

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1179-1189页

作者：谢仲豪付遨汪健王新锋曹远奎刘彬刘咏中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 西安赛隆增材技术股份有限公司西安710000

难熔高熵合金(RHEAs)表现出优异的高温性能,在航空航天、核能等领域具有广泛应用前景。然而,由于难熔高熵合金(RHEAs)组成元素熔点高,因此常规加工制造方法制备难度大。本研究以等离子旋转电极雾化法(PREP)制备的高质量TaNbTiZr难熔高... 详细信息

难熔高熵合金(RHEAs)表现出优异的高温性能,在航空航天、核能等领域具有广泛应用前景。然而,由于难熔高熵合金(RHEAs)组成元素熔点高,因此常规加工制造方法制备难度大。本研究以等离子旋转电极雾化法(PREP)制备的高质量TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末为原料,通过电子束选区熔化(EBM)制备TaNbTiZr难熔高熵合金,利用正交实验研究了工艺参数对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:EBM样品的致密度随着线能量密度的增大呈先上升后下降的趋势,线能量密度为37.5 J/m的样品致密度最高,相对致密度达到98%。TaNbTiZr难熔高熵合金在XOY和XOZ面均呈细小的等轴晶结构,平均晶粒尺寸分别为6.32μm和6.93μm。晶粒内部由富含Nb、Ta的BCC1基体相和富Zr的BCC2网状边界组成。TaNbTiZr难熔高熵合金具有优异的力学性能,其屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率分别为988 MPa、1173 MPa和3.99%。理论计算表明,该合金的高屈服强度主要源于高晶格畸变强化和高细晶强化效应。

关键词：难熔高熵合金电子束选区熔化微观组织力学性能

ZrB_(2)超细粉体改性C/C-SiC-ZrC复合材料的微观结构和烧蚀性能

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第8期55卷 3093-3104页

作者：汤磊尹健熊翔张红波汪帅左劲旅中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 湖南博云新材料有限公司湖南长沙410205

为进一步提升C/C-SiC-ZrC复合材料的抗烧蚀性能,采用反应熔渗法(reactive melt infiltration,RMI)制备ZrB_(2)超细粉体改性C/C-SiC-ZrC复合材料,考察ZrB_(2)超细粉体含量对改性复合材料的微观结构和烧蚀性能的影响。研究结果表明:相较... 详细信息

为进一步提升C/C-SiC-ZrC复合材料的抗烧蚀性能,采用反应熔渗法(reactive melt infiltration,RMI)制备ZrB_(2)超细粉体改性C/C-SiC-ZrC复合材料,考察ZrB_(2)超细粉体含量对改性复合材料的微观结构和烧蚀性能的影响。研究结果表明:相较于未改性的C/C-SiC-ZrC复合材料,ZrB_(2)超细粉体的引入使C/C-SiC-ZrC复合材料的密度由2.25 g/cm^(3)增至2.40~2.48 g/cm^(3);ZrB_(2)主要分布在ZrC基体中,且分布均匀;ZrB_(2)超细粉体的添加显著提升了复合材料的抗烧蚀性能;电火花等离子体烧蚀120 s后,当ZrB_(2)超细粉体摩尔分数为2%时,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率最低,分别为6.90 mg/s和2.26μm/s;在烧蚀过程中,氧化生成的ZrO_(2)黏附在材料表面,与具有一定流动性的SiO_(2)形成龟壳状的ZrO_(2)-SiO_(2)氧化层,该氧化层减少了烧蚀过程中等离子体向基体的扩散和热传递,有效提升了改性复合材料的抗烧蚀性能。

关键词： ZrB_(2) C/C-SiC-ZrC 反应熔渗微观结构抗烧蚀性能

激光定向能量沉积Al-Mg-Sc-Zr修复5083-H112铝合金的组织和性能

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材料工程 2024年第2期52卷 40-49页

作者：徐荣王文军祝弘滨李瑞迪折洁袁铁锤中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 浙江力博实业股份有限公司浙江绍兴312000 中车工业研究院有限公司北京100070

激光定向能量沉积增材修复技术具有时间短、效率高、成本低、力学性能好等优点,具有很大的发展潜力。采用Al-7.5Mg-0.3Sc-0.28Zr作为修复材料对轨道交通用5083-H112铝合金进行激光修复实验,得到了致密、无缺陷的修复试样,并对其组织和... 详细信息

激光定向能量沉积增材修复技术具有时间短、效率高、成本低、力学性能好等优点,具有很大的发展潜力。采用Al-7.5Mg-0.3Sc-0.28Zr作为修复材料对轨道交通用5083-H112铝合金进行激光修复实验,得到了致密、无缺陷的修复试样,并对其组织和性能进行研究,探讨了激光修复铝合金的可行性。结果表明,熔合线附近过渡区可划分为修复区、部分熔化区、热影响区和母材。修复区为完全等轴晶,由平均晶粒尺寸为4.95μm的细晶带和18.34μm的粗晶区组成。从修复区到部分熔化区再到热影响区的过渡区域,Al元素含量逐渐升高,Mg元素含量逐渐下降,硬度逐渐下降,修复后母材未被软化。由于激光增材制造技术的快速凝固,在熔合线附近的细晶带有较大的应力集中,由于较小的热输入在部分熔化区、热影响区的残余应力较小。修复试样的屈服强度为(152±2)MPa,为母材的89.4%;抗拉强度为(305±5)MPa,为母材抗拉强度的100%;伸长率为(15.5±0.5)%,为母材的85.2%;断裂发生在强度较弱的母材。高性能的激光修复铝合金是可实现的,具有广泛的应用前景。

关键词： 5083-H112 激光定向能量沉积激光修复铝合金过渡区显微组织拉伸性能