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基于交流电磁场的高铁钢轨表面裂纹无损检测研究及展望

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中国铁道科学 2024年第2期45卷 15-29页

作者：申嘉龙侯艳萍张晨王飞刘萌孟征兵尹武良桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心广西桂林541004 曼彻斯特大学电子电气工程学院英国曼彻斯特M139PL

针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳(RCF)裂纹导致对钢轨带来危害的问题,本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律,系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测(ACFM)技术,重点研究了ACFM技术发展及... 详细信息

针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳(RCF)裂纹导致对钢轨带来危害的问题,本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律,系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测(ACFM)技术,重点研究了ACFM技术发展及研究现状、理论研究成果以及存在的问题,综述了ACFM技术的特点及应用,通过与其他无损检测方法进行分析比较,阐述了ACFM测量法对钢轨表面裂纹的精准量化表征的优势。结果表明:ACFM探针传感器沿45°方向扫描,通过结合ACFM信号补偿量算法可将非均匀裂纹口袋深度误差降到5.5%,垂直深度误差降到7.1%,裂纹簇误差减小到7.1%;经过人工神经网络训练对钢轨RCF裂纹尺寸进行精准表征,最终计算的误差在10%以内。进一步讨论了融合人工智能技术的钢轨表面裂纹无损检测技术的发展趋势,为后续ACFM技术对钢轨表面RCF裂纹的检测和表征研究提出相关建议和展望。

关键词：高铁钢轨滚动接触疲劳交流电磁场表面裂纹尺寸表征无损检测

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离子注渗复合表面改性技术研究进展

表面技术 2024年第5期53卷 18-30页

作者：赵燕春何瑞芳张斌王欣许春玲高凯雄兰州理工大学省部共建有色金属加工与再利用国家重点实验室兰州730050 中国科学院兰州化学物理研究所材料磨损与防护重点实验室兰州730070 中国航发北京航空材料研究院北京100084

综合国内外研究现状,目前针对离子注渗复合表面改性技术已开展了大量的研究工作,然而还缺少对其进行系统介绍的研究报道。首先,对离子渗技术(离子渗氮、离子渗碳和离子渗硫)、离子注入技术(氮离子注入、碳离子注入和金属离子注入)和离... 详细信息

综合国内外研究现状,目前针对离子注渗复合表面改性技术已开展了大量的研究工作,然而还缺少对其进行系统介绍的研究报道。首先,对离子渗技术(离子渗氮、离子渗碳和离子渗硫)、离子注入技术(氮离子注入、碳离子注入和金属离子注入)和离子注渗复合技术的原理进行了介绍。其次,对上述表面改性技术的研究进展进行了综述和总结。最后,针对目前离子注渗复合技术的不足之处,从改善硬件设备、强化作用机理、系统研究复合处理工艺和促进其工业化应用等方面进行解决,提出要充分利用注渗和镀膜技术复合的优势来实现材料结构功能一体化,推动多相复合强化技术的研究与开发,为工业化应用奠定理论基础。

关键词：材料失效离子渗技术离子注入技术离子注渗复合技术

激光熔覆FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层摩擦学性能的试验研究和分子动力学模拟

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摩擦学学报（中英文） 2024年第7期44卷 960-972页

作者：王志文刘秀波杨超敏周海滨张世宏中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

采用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiMn_(x)(x=0,0.25,0.50)的高熵合金涂层,系统地研究了添加不同摩尔比的Mn对涂层的显微组织、硬度以及摩擦学性能的影响.采用分子动力学模拟的方法研究了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的原子尺度变形和磨损行为.F... 详细信息

采用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiMn_(x)(x=0,0.25,0.50)的高熵合金涂层,系统地研究了添加不同摩尔比的Mn对涂层的显微组织、硬度以及摩擦学性能的影响.采用分子动力学模拟的方法研究了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的原子尺度变形和磨损行为.FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层由单一的面心立方晶格(FCC)型固溶体组成.结果表明,Mn的掺杂提高了涂层的减摩性和耐磨性,摩擦系数为0.66的Mn_(0.5)涂层在各涂层中具有最优的减摩擦性能.与基材Q235钢[磨损率为12.2×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]和FeCoCrNi涂层[磨损率为4.99×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]相比,Mn_(0.5)涂层[磨损率为4.03×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]的耐磨性分别提高了66.96%和19.23%.分子动力学模拟结果表明,Mn掺杂通过摩擦诱导的FCC变到HCP(密排六方),掺杂Mn可增强应变硬化.根据位错演化模式确定,Mn_(0.5)涂层的变形机理是相变诱发塑性(TRIP),从而同时提高了涂层的塑性、强度和加工硬化率.

关键词：摩擦学特性高熵合金激光熔覆 Mn元素分子动力学模拟

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碳纤维-FeCoCrNiAl高熵合金颗粒混杂增强7075铝基复合材料的力学性能及断裂行为

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 643-650页

作者：高昌琦马勤魏玉鹏田江霞魏明宇王乔博孙良玉兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 泉州信息工程学院机械与电气工程学院福建泉州362000

为探究双相增强体对铝基复合材料拉伸性能和断裂行为的影响,采用真空热压烧结工艺在580℃,30MPa条件下保温10min制备了FeCoCrNiAl高熵合金颗粒增强7075铝基复合材料(HEA_(p)/Al),Ni-Co-P镀层修饰碳纤维增强7075铝基复合材料(CF/Al)和FeC... 详细信息

为探究双相增强体对铝基复合材料拉伸性能和断裂行为的影响,采用真空热压烧结工艺在580℃,30MPa条件下保温10min制备了FeCoCrNiAl高熵合金颗粒增强7075铝基复合材料(HEA_(p)/Al),Ni-Co-P镀层修饰碳纤维增强7075铝基复合材料(CF/Al)和FeCoCrNiAl高熵合金颗粒及Ni-Co-P镀层修饰碳纤维混杂增强铝基复合材料(CF-HEA_(p)/Al)。并对不同复合材料微观结构及拉伸性能进行分析表征及比较。结果表明:CF-HEA_(p)/Al复合材料的屈服强度(YS)与极限拉伸强度(UTS)随纤维含量的升高(体积分数由0至40%)呈现先增大后降低的变化,延伸率则逐渐降低。鉴于Ni-Co-P镀层修饰碳纤维与FeCoNiCrAl高熵合金颗粒的混杂强化效应,CFHEA_(p)/Al复合材料的YS和UTS较HEA_(p)/Al与CF/Al复合材料明显提高,且其断口表现出基体韧性断裂及纤维拔出与断裂的多种失效特征。

关键词：碳纤维 FeCoCrNiAl高熵合金颗粒混杂增强效应力学性能断裂行为

基于小冲杆试验的纯钨韧脆转变温度测定及其变形特性

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机械工程材料 2024年第7期48卷 11-16页

作者：黄俊袁国虎左彤魏松吴玉程合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009 有色金属与加工技术国家地方联合工程研究中心合肥230009 安徽省先进功能材料与器件重点实验室安徽省先进能源材料国际合作基地合肥230009

在不同温度(25,200,300,400,500℃)下对纯钨进行小冲杆试验,获得断裂能与温度之间的关系,拟合得到纯钨的韧脆转变温度;对不同温度小冲杆试验后的纯钨断口形貌进行观察,探究纯钨在小冲杆试验中的变形特性。结果表明:在25,200℃下纯钨处... 详细信息

在不同温度(25,200,300,400,500℃)下对纯钨进行小冲杆试验,获得断裂能与温度之间的关系,拟合得到纯钨的韧脆转变温度;对不同温度小冲杆试验后的纯钨断口形貌进行观察,探究纯钨在小冲杆试验中的变形特性。结果表明:在25,200℃下纯钨处于完全脆性状态,在300℃下处于半脆性状态,而当温度达到400℃后,纯钨表现出良好的塑性;在250~400℃范围内纯钨的断裂能急剧升高,拟合得到的韧脆转变温度为(342±8)℃。当温度低于韧脆转变温度,纯钨断口存在沿轧制方向的长直裂纹,断裂特征随温度升高由沿晶断裂向穿晶断裂转变;当温度高于韧脆转变温度,断口出现帽形挤出形貌以及环形裂纹和短缺口裂纹,并且环形裂纹处存在大量韧窝,断裂特征为韧性断裂,且短缺口裂纹处出现钨分层现象。

关键词：面向等离子体材料韧脆转变温度小冲杆试验变形特性

异质双丝超音速电弧喷涂涂层的高温氧化行为和机理研究

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表面技术 2024年第4期53卷 77-88页

作者：任当精唐旭李雷张一凡江旭东许征兵曾建民省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室南宁530004 广西高校高性能结构材料及热表加工重点实验室南宁530004 广西生态型铝协同创新中心南宁530004

目的采用异质双丝和同质双丝制备3种超音速电弧喷涂铁基涂层,对比研究3种防护涂层在700℃下的抗高温氧化性能。方法采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对在700℃高温氧化前后涂层的微观结构、表面形貌... 详细信息

目的采用异质双丝和同质双丝制备3种超音速电弧喷涂铁基涂层,对比研究3种防护涂层在700℃下的抗高温氧化性能。方法采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对在700℃高温氧化前后涂层的微观结构、表面形貌和化学成分以及物相组成进行表征和分析。采用Matlab软件对涂层的孔隙率进行测定,采用显微硬度计测量涂层的显微硬度。结果制备得到的3种涂层的孔隙率均低于10%,满足电弧喷涂的要求。3种涂层的显微硬度均达到了400HV以上,其中FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的孔隙率最低、显微硬度最高,分别为5.00%和456.91HV。在700℃循环氧化下,FeAlCrMoVC、FeAlNiMoCrC和FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的单位面积氧化增重分别为10.67、3.32和2.02mg/cm^(2)。它们的氧化动力学符合经典的抛物线规律,抛物线速率常数(kp)分别为3.08×10^(-10)、2.20×10^(-11)和5.60×10^(-12)g^(2)·cm^(-4)·s^(-1)。从高温氧化后涂层的扫描电镜图观察到,异质双丝法制备的涂层表面氧化膜主要由3种致密形貌组成,结合EDS和XRD分析,推断它们主要由Fe_(3)O_(4)、Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)以及尖晶石结构的NiCr_(2)O_(4)组成。截面分析发现,异质双丝制备的FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的内氧化和表面氧化膜厚度最小,分别约为5.3、24.7和118.2μm。结论涂层的内氧化从孔隙和氧化夹杂物等缺陷开始,而生成的致密氧化物能够提高涂层的抗氧化性。超音速电弧喷涂制备的3种涂层都具有良好的抗高温氧化性能,而异质双丝法制备的FeAlMoCrC/FeAlNiMoCrVC涂层的抗高温氧化性能更好。

关键词：异质双丝超音速电弧喷涂铁基涂层动力学分析抗高温氧化性能

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti_(3)SiC_(2)涂层高温摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2024年第5期53卷 60-68页

作者：何陶刘侠张世宏常诚杨阳薛召露杨康安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

目的提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)... 详细信息

目的提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果粉末物相主要由Ti_(3)SiC_(2)、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti_(3)SiC_(2)物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti_(3)SiC_(2)物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44×10^(-15)m^(3)/(N·m)。结论煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO_(2)、TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。

关键词： FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合涂层超音速火焰喷涂煤油油量显微组织高温磨损氧化层

Cr_(3)C_(2)对激光选区熔化316L合金组织及力学性能的影响

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表面技术 2024年第3期53卷 191-199页

作者：斯松华郑孟勤徐震霖雷进严敏容安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

目的研究添加Cr_(3)C_(2)颗粒对激光选区熔化316L合金的硬度、强度及耐磨性能的影响。方法采用激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备316L合金及10%(质量分数)Cr_(3)C_(2)颗粒增强316L合金(Cr_(3)C_(2)/316L),通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、维氏显微硬度计、双立柱电子万能试验机和摩擦磨损试验机分别对2组合金试样的组织结构、硬度、拉伸性能以及耐磨性能进行测试与分析。结果316L合金主要由γ-Fe相组成,Cr_(3)C_(2)/316L合金中除γ-Fe相外,还存在Cr_(23)C_(6)和Cr_(3)C_(2)相。316L和Cr_(3)C_(2)/316L合金的显微组织均由柱状晶和等轴晶组成,Cr_(3)C_(2)/316L的组织中等轴晶比例增多,且组织产生了细化。Cr_(3)C_(2)/316L合金的显微硬度为327HV0.1,相比316L合金(265HV0.1)增加了23%。Cr_(3)C_(2)/316L合金的屈服强度和抗拉强度分别为687 MPa和1029 MPa,较316L合金均提高了约50%。Cr_(3)C_(2)/316L合金的磨损率相比316L合金减小了50%。结论在SLM过程中,由于添加的Cr_(3)C_(2)颗粒在激光选区熔化316L合金过程中所产生的非自发形核和提高过冷度的作用,促使了316L合金组织发生明显细化和等轴化。添加的Cr_(3)C_(2)颗粒所产生的细晶强化、沉淀强化和固溶强化作用,使316L合金的硬度、强度和耐磨性都得到有效提升。

关键词：激光选区熔化 316L Cr_(3)C_(2) 显微组织拉伸性能耐磨性能

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变形量对(CoNiV)Al中熵合金组织和力学性能的影响

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有色金属材料与工程 2024年

作者：程军西北有色金属研究院陕西省医用金属材料重点实验室

高强度和高塑性的中熵合金，相较于传统合金能够满足更多的实际应用。通过在CoNiV合金中掺入微量Al，经过退火处理来提高其力学性能。制备了不同Al含量的铸态(CoNiV)100-xAlx(x为1、2、3、4、5，原子分数/%)合金。采用万能试验机、维氏... 详细信息

高强度和高塑性的中熵合金，相较于传统合金能够满足更多的实际应用。通过在CoNiV合金中掺入微量Al，经过退火处理来提高其力学性能。制备了不同Al含量的铸态(CoNiV)100-xAlx(x为1、2、3、4、5，原子分数/%)合金。采用万能试验机、维氏硬度计、X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜，研究了退火温度、Al含量及拉伸变形量对合金力学性能、显微组织的影响。实验结果表明，随着Al含量的增加，合金的伸长率提升到30%以上，维氏硬度从755.8降低到375.6。经过1 000℃退火处理后的合金达到更高的强度-塑性平衡，伸长率可达到35%以上，拉伸屈服强度较高(超过950 MPa)。实验选择(CoNiV)97Al3(Al3)中熵合金作为研究对象，将系统分析拉伸变形量(50%、100%)对Al3合金微观组织及力学性能的影响。Al3合金在拉伸变形过程中，位错滑移主导变形，孪晶增加位错存储量，促进位错滑移堆积，该合金变形-断裂过程的主要为位错与孪晶的协同作用。

关键词：中熵合金热处理变形量微观组织力学性能