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冷却速率对δ-TRIP钢包晶相变的影响

工程科学学报 2023年第5期45卷 747-754页

作者：江亮廖铭煜王振东朱鸿鑫崔衡北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

在钢的凝固过程中冷却速率对钢的相变具有不可忽视的影响.本研究采用Thermo-calc热力学软件,模拟计算了含Al 3.52%(质量分数)的δ铁素体相变诱导塑性(δ-TRIP)钢的相转变过程,并分别使用差示扫描量热法(DSC)和Ohnaka微观偏析模型,分析... 详细信息

在钢的凝固过程中冷却速率对钢的相变具有不可忽视的影响.本研究采用Thermo-calc热力学软件,模拟计算了含Al 3.52%(质量分数)的δ铁素体相变诱导塑性(δ-TRIP)钢的相转变过程,并分别使用差示扫描量热法(DSC)和Ohnaka微观偏析模型,分析了不同冷却速率对3.52%Alδ-TRIP钢凝固过程中的包晶相变温度,以及溶质元素偏析的影响.结果表明,冷却速率越小,DSC试验所得的相变温度越接近Thermo-calc计算的热力学平衡值.随着冷却速率从10、30增加到50℃·min–1,L→L+δ的转变温度降低,L+δ→L+δ+γ和L+δ+γ→δ+γ的转变温度先降低后升高,前者主要受过冷度的影响,后者主要受元素偏析的影响.冷却速率对C、Mn、S的偏析影响很小,对Si、P、Al的偏析影响较大,并且随着冷却速率的增加,Si、P、Al偏析程度增加.Si和P的偏析会小幅度延缓包晶反应的进程;Al对改变包晶反应进程作用明显,随着冷却速率的增加,包晶反应区域逐渐下移,且下移趋势渐缓.

关键词： TRIP钢冷却速率相变微观偏析 DSC

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黏结剂喷射3D打印关键技术

材料工程 2023年第5期51卷 14-26页

作者：赵琛蔡嘉伟张百成曲选辉北京科技大学新材料技术研究院、北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

黏结剂喷射成型技术是一种新型低成本高速增材制造技术,本文首先对黏结剂喷射成型技术的工艺原理以及打印步骤进行了介绍,并对国内外部分黏结剂喷射金属3D打印机的参数、优点、应用等进行了总结。列举了打印过程中使用的黏结剂类别,分... 详细信息

黏结剂喷射成型技术是一种新型低成本高速增材制造技术,本文首先对黏结剂喷射成型技术的工艺原理以及打印步骤进行了介绍,并对国内外部分黏结剂喷射金属3D打印机的参数、优点、应用等进行了总结。列举了打印过程中使用的黏结剂类别,分析了黏结剂和粉末床之间相互作用的方式及影响(溅射、扩散、渗透等),讨论了不同变量对最终零件性能和精度的影响,包括粉末性能(粉末流动性、粒度分布和平均尺寸)、打印参数(层厚、黏结剂饱和度、打印速度、液滴间距和线间距、干燥时间)、后处理工艺(固化脱脂、烧结、渗透)。喷射粘接技术是未来关键材料增材制造的重要发展方向,在对应材料开发、黏结剂设计与后处理工艺方面将有广阔的研究与应用前景。

关键词：增材制造黏结剂喷射粉末黏结剂打印参数后处理

时效路径对Al-0.7Mg-0.5Si-0.2Cu-0.5Zn合金沉淀析出行为的影响

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金属学报 2020年第7期56卷 997-1006页

作者：朱亮郭明星袁波庄林忠张济山北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 北京科技大学现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

利用DSC、TEM、拉伸实验以及硬度测试等方法系统研究了时效路径对高Mg/Si比Al-Mg-Si-Cu-Zn合金沉淀析出行为的影响。结果表明,固溶淬火态和预时效态合金在非等温时效过程中β″相的析出激活能分别为80.1和64.5 kJ/mol;在等温时效过程中... 详细信息

利用DSC、TEM、拉伸实验以及硬度测试等方法系统研究了时效路径对高Mg/Si比Al-Mg-Si-Cu-Zn合金沉淀析出行为的影响。结果表明,固溶淬火态和预时效态合金在非等温时效过程中β″相的析出激活能分别为80.1和64.5 kJ/mol;在等温时效过程中表现出不同的时效硬化和组织演化行为,其中固溶淬火态合金时效硬化速率较快,但最终2种路径处理的合金峰值硬度和强度基本相同;但经预时效处理的合金,峰时效态延伸率和应变硬化速率以及过时效阶段硬度降低速率均较高。与此同时,预时效态合金还可析出大量复合溶质原子团簇,虽然在高温等温时效时会进一步长大,但使得欠时效、峰时效和过时效态合金的沉淀相尺寸呈多尺度特征,而固溶淬火后直接等温时效的不同状态合金却无此特征。时效路径并未改变合金沉淀析出序列,但对沉淀相形核、长大速率影响显著,据此提出了时效路径对沉淀相形核和长大过程影响的模型示意图。

关键词： Al-Mg-Si-Cu-Zn合金时效路径预时效非等温时效等温时效

金属增材制造的微观组织特征对其抗腐蚀行为影响的研究进展

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工程科学学报 2022年第4期44卷 573-589页

作者：李莹张百成曲选辉北京材料基因工程高精尖创新中心北京科技大学新材料技术研究院北京100083 现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

金属增材制造是增材制造技术中最重要的分支,其成形零件复杂度高,力学性能高于一般铸件,已经被广泛应用于航天航空、医疗、能源等领域.在目前主流金属增材制造过程中,主要使用高能束熔化金属粉体,从而造成极高的材料过冷度,虽然过冷细... 详细信息

金属增材制造是增材制造技术中最重要的分支,其成形零件复杂度高,力学性能高于一般铸件,已经被广泛应用于航天航空、医疗、能源等领域.在目前主流金属增材制造过程中,主要使用高能束熔化金属粉体,从而造成极高的材料过冷度,虽然过冷细化晶粒与特殊析出相会提高材料的力学性能,但是学术界与工业界对金属增材制造制件在服役过程中的腐蚀性能仍然存在疑问,亟需关于高能束金属增材制造制件的抗腐蚀性能系统性研究综述.因此,本文就三种常用的金属增材制造技术,对目前金属增材制造工件的腐蚀性能相关研究进展进行总结和归纳,深入研究了打印产品中的残余应力、晶粒尺寸、析出相和各向异性等影响抗腐蚀性能的行为,分析了参数优化及热处理工艺提高材料抗腐蚀性能的机理.最后对金属增材制造的抗腐蚀性能的改善手段进行了展望.

关键词：增材制造抗腐蚀性能微观结构析出相残余应力各向异性改善手段

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基于高通量制备的增材制造材料成分设计

金属学报 2023年第1期59卷 75-86页

作者：张百成张文龙曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

增材制造作为一种新型制造技术,为航空航天、交通运输和生物医学等领域带来了革命性变化。但目前增材制造用金属材料仍基于传统合金,部分材料并不适用于高能束加工,性能仍有提高空间。目前的增材制造专用材料开发未脱离传统试错法,效率... 详细信息

增材制造作为一种新型制造技术,为航空航天、交通运输和生物医学等领域带来了革命性变化。但目前增材制造用金属材料仍基于传统合金,部分材料并不适用于高能束加工,性能仍有提高空间。目前的增材制造专用材料开发未脱离传统试错法,效率低下,是制约增材制造材料性能提高的瓶颈问题。本文就增材制造钢、钛合金、铝合金材料现状和问题进行了讨论,并列举增材制造高通量制备和表征技术在材料开发和设计上的应用,结合增材制造高通量制备的原理和特点,最后阐述了增材制造高通量制备和表征技术在材料开发上的机遇和挑战,并对增材制造关键材料开发与成分优化未来的发展方向做出展望。

关键词：增材制造高通量材料制备与表征材料开发力学性能

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TC4钛合金高温氧化行为

稀有金属材料与工程 2015年第11期44卷 2812-2816页

作者：曾尚武江海涛赵爱民北京科技大学北京100083 现代交通先进金属材料与加工技术北京实验室北京100083

研究了TC4钛合金在650、750、850℃的循环氧化和251000℃范围内的连续变温氧化的氧化行为。采用电子天平或综合热分析仪、XRD、SEM和EDS分析了合金的氧化动力学、氧化膜的物相、表面形貌、截面结构及元素分析。结果表明：650℃循环氧化... 详细信息

研究了TC4钛合金在650、750、850℃的循环氧化和251000℃范围内的连续变温氧化的氧化行为。采用电子天平或综合热分析仪、XRD、SEM和EDS分析了合金的氧化动力学、氧化膜的物相、表面形貌、截面结构及元素分析。结果表明：650℃循环氧化和连续变温氧化动力学曲线符合抛物线规律、750℃循环氧化符合抛物线-直线混合规律、850℃循环氧化符合直线规律。氧化膜由薄而致密的Al2O3外层和厚而疏松的TiO2内层组成。随氧化温度升高,氧化膜厚度增加,但出现裂纹或剥落。

关键词： TC4钛合金循环氧化连续变温氧化氧化膜

冷轧变形对高性能Cu-Ni-Si合金组织性能与析出行为的影响

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金属学报 2023年第5期59卷 585-598页

作者：王长胜付华栋张洪涛谢建新北京科技大学、北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083 北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室北京100083

采用DSC、TEM、导电率和力学性能等测试方法,研究了不同冷轧变形量对Cu-3.0Ni-0.60Si-0.16Zn-0.15Cr-0.03P(质量分数,%)合金组织性能与析出行为的影响,旨在通过工艺调控提升该合金的综合性能。通过对比不同冷轧变形后合金的开始析出温... 详细信息

采用DSC、TEM、导电率和力学性能等测试方法,研究了不同冷轧变形量对Cu-3.0Ni-0.60Si-0.16Zn-0.15Cr-0.03P(质量分数,%)合金组织性能与析出行为的影响,旨在通过工艺调控提升该合金的综合性能。通过对比不同冷轧变形后合金的开始析出温度和再结晶温度以及时效后合金的组织性能,确定了高性能Cu-NiSi系合金的形变-时效工艺参数,明确了冷轧变形量对合金时效析出动力学的影响规律和强化相析出的调控机制;合金经过95%冷轧+450℃、60 min形变热处理后获得了显著优于现有Cu-Ni-Si合金(如C70250)的性能,其抗拉强度为(841±10)MPa,导电率为(52.2±0.3)%IACS。

关键词：冷轧变形时效析出微观组织析出动力学

Cr含量对时效态Cu−Cr−P合金显微组织和性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2021年第1期31卷 232-242页

作者：王健张洪涛付华栋谢建新北京科技大学现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083 北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室北京100083

研究Cr含量对时效态Cu−Cr−P合金析出相和性能的影响。结果发现,时效处理后Cu−Cr−P合金中存在3种尺寸的Cr相,其中,纳米级Cr相是Cu−Cr−P合金的主要强化相;≤5 nm的Cr相为面心立方结构,与基体完全共格,强化机制为位错切过机制,强化效果约为... 详细信息

研究Cr含量对时效态Cu−Cr−P合金析出相和性能的影响。结果发现,时效处理后Cu−Cr−P合金中存在3种尺寸的Cr相,其中,纳米级Cr相是Cu−Cr−P合金的主要强化相;≤5 nm的Cr相为面心立方结构,与基体完全共格,强化机制为位错切过机制,强化效果约为200 MPa;10~20 nm的Cr相为与基体非共格的体心立方结构,其强化机制为Orowan位错绕过机制,强化效果约为100 MPa。Cr元素含量的改变使得两种纳米级Cr析出相的数量与尺寸发生变化,进而导致Cu−Cr−P合金的力学性能呈现出先增加后减小的趋势。Cu−0.36Cr−0.01P合金经980°C保温2 h固溶处理→95%冷轧→450°C保温1 h时效处理后,具有较好的综合性能:抗拉强度572 MPa和导电率80.0%IACS。

关键词： Cu−Cr−P合金 Cr元素含量多尺度析出相

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增材制造金属点阵结构性能研究进展

航空制造技术 2023年第11期66卷 90-101页

作者：黄安坤温耀杰张百成曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

点阵结构是一种三维规则排列的多孔结构,具有高比强度、高比刚度及优异的散热性能,是结构功能一体化设计的主要载体。由于点阵结构零件的结构复杂,传统加工方法无法直接制备。增材制造技术是一种通过分层制造方式构建三维实体零件的新... 详细信息

点阵结构是一种三维规则排列的多孔结构,具有高比强度、高比刚度及优异的散热性能,是结构功能一体化设计的主要载体。由于点阵结构零件的结构复杂,传统加工方法无法直接制备。增材制造技术是一种通过分层制造方式构建三维实体零件的新型制造技术,在复杂结构制造方面具有独特优势。通过增材制造点阵结构零件可以极大地降低制件重量,提高综合力学性能,在航空航天、能源、车辆工程等领域展现出巨大的技术优势。本文对增材制造金属点阵结构、极小曲面结构、拓扑优化结构等复杂零件结构相关研究进行了总结与归纳,从力学性能、轻量化、能量吸收、散热吸声等应用方向进行了综述,最后总结并展望了金属增材制造点阵结构的优势与发展方向。

关键词：增材制造(AM) 金属点阵结构轻量化能量吸收散热吸声