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低温高应变量衬板控轧高固溶Al-Mg合金高强塑性与高热稳定性机制

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金属学报 2024年第4期60卷 473-484页

作者：田滕查敏殷皓亮花珍铭贾海龙王慧远吉林大学材料科学与工程学院汽车材料教育部重点实验室长春130025 吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012 吉林大学未来科学国际合作联合实验室长春130012

通过大变形技术制备的高强Al-Mg合金具有广阔应用前景,但其塑性低和高温稳定性差的缺点严重限制其进一步发展。本工作采用低温高应变量衬板控轧(cryogenic high-reduction hard-plate rolling,CHR-HPR)制备了兼具高强塑性(抗拉强度约597... 详细信息

通过大变形技术制备的高强Al-Mg合金具有广阔应用前景,但其塑性低和高温稳定性差的缺点严重限制其进一步发展。本工作采用低温高应变量衬板控轧(cryogenic high-reduction hard-plate rolling,CHR-HPR)制备了兼具高强塑性(抗拉强度约597 MPa、延伸率约7.7%)和高热稳定性的高固溶Mg含量Al-9Mg合金。利用EBSD、TEM、硬度测量和拉伸实验等方法系统研究了Mg含量对CHR-HPR Al-Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:CHR-HPR Al-9Mg合金中高含量固溶Mg原子与低温变形促进合金中形成了高密度位错及小角晶界,显著提高合金的屈服强度;高含量固溶Mg原子与可动位错交互作用引起的动态应变时效导致合金加工硬化能力提高,进一步提高了合金的抗拉强度和塑性。此外,在再结晶退火过程中,高含量固溶Mg原子有效地抑制位错滑移、钉扎晶界,延缓回复与再结晶的发生。因此,CHR-HPR Al-Mg合金热稳定性随固溶Mg含量增加而显著提高,其中CHR-HPR Al-9Mg合金再结晶温度达到400℃。

关键词： Al-Mg合金低温衬板控轧加工硬化力学性能微观组织再结晶

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低价锆氧化物Zr_(3)O的结构、热力学和弹性性质第一性原理研究

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 952-965页

作者：周虹伶陈莉君杨晓玲刘许旸孙超栾佰峰重庆大学材料科学与工程学院轻合金材料国际合作联合实验室沈阳材料科学国家研究中心重庆400044 重庆大学航空航天学院重庆400044 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

采用第一性原理系统地研究3种Zr_(3)O晶形(空间群分别为R3c(斜方六面体)、R32(斜方六面体)和P6322(六面体))的晶格动力学及其与温度相关的热力学和力学性质。计算得到的3种Zr_(3)O晶形的晶体结构参数与实验结果一致。此外,证明3种Zr_(3)... 详细信息

采用第一性原理系统地研究3种Zr_(3)O晶形(空间群分别为R3c(斜方六面体)、R32(斜方六面体)和P6322(六面体))的晶格动力学及其与温度相关的热力学和力学性质。计算得到的3种Zr_(3)O晶形的晶体结构参数与实验结果一致。此外,证明3种Zr_(3)O结构在动力学和热力学上均具有稳定性。获得了3种Zr_(3)O晶形在0~1500 K温度范围内的熵、焓、吉布斯自由能、比热容、热膨胀系数和弹性模量等性质。发现3种Zr_(3)O晶形在0K时的相对稳定性顺序为Zr_(3)O(R3c)>Zr_(3)O(R32)>Zr_(3)O(P6_(3)22);然而,在50 K时Zr_(3)O(R3c)转变成Zr_(3)O(R32),在540K时转变为Zr_(3)O(P6_(3)22)。相较于其他2种Zr_(3)O相,Zr_(3)O(R32)表现出更优越的力学性能。

关键词：第一性原理 Zr_(3)O 晶格动力学热力学性质弹性模量

相分离Cu-Zr-Al-Nb非晶合金的塑性变形行为及增韧机理

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中国有色金属学报 2024年

作者：陈双双崔家乐邢栋边博凯洪泽源程万林苑和锋安徽工业大学材料科学与工程学院安徽工业大学教育部先进金属材料绿色制造与表面技术重点实验室南京航空航天大学材料科学与技术学院宁波兴业盛泰集团有限公司

本文采用铜模喷铸法制备Cu48-xZr46.2Al5.8Nbx(x=0， 1.5， 3)系列非晶合金，研究了Nb元素的添加对其微观结构和力学性能的影响。随着Nb含量的增加，合金成分向两个非晶相的亚稳混溶间隙移动。当Nb含量为3at.%时，在快速凝固的过程中发... 详细信息

本文采用铜模喷铸法制备Cu48-xZr46.2Al5.8Nbx(x=0， 1.5， 3)系列非晶合金，研究了Nb元素的添加对其微观结构和力学性能的影响。随着Nb含量的增加，合金成分向两个非晶相的亚稳混溶间隙移动。当Nb含量为3at.%时，在快速凝固的过程中发生相分离，形成富Cu和富Zr非晶相。相分离非晶合金表现出良好的力学性能，其抗压强度和塑性应变分别达到2193±14MPa和(11.98±2.25)%。研究表明：相分离非晶合金的塑性变形能力与两个非晶相之间的剪切模量差异(△G)大小有关；当△G较小时，那么“剪切转变区”的形成动力学会很相似，它们就会往相邻的非晶相扩展，最终使剪切带分布在整个材料表面。

关键词：非晶合金相分离塑性剪切带剪切模量

相分离Cu-Zr-Al-Nb非晶合金的塑性变形行为及增韧机理

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中国有色金属学报 2024年第7期34卷 2273-2282页

作者：陈双双崔家乐邢栋边博凯洪泽源程万林苑和锋安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243032 安徽工业大学教育部先进金属材料绿色制造与表面技术重点实验室马鞍山243002 宁波兴业盛泰集团有限公司宁波315336 南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

本文采用铜模喷铸法制备Cu_(48-x)Zr_(46.2)Al_(5.8)Nb_(x)(x=0,1.5,3)系列非晶合金,研究了Nb元素的添加对其微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着Nb含量的增加,合金成分向两个非晶相的亚稳混溶间隙移动。当Nb含量为3%(摩尔分数)时... 详细信息

本文采用铜模喷铸法制备Cu_(48-x)Zr_(46.2)Al_(5.8)Nb_(x)(x=0,1.5,3)系列非晶合金,研究了Nb元素的添加对其微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着Nb含量的增加,合金成分向两个非晶相的亚稳混溶间隙移动。当Nb含量为3%(摩尔分数)时,在快速凝固的过程中发生相分离,形成富Cu和富Zr非晶相。相分离非晶合金表现出良好的力学性能,其抗压强度和塑性应变分别达到(2193±14)MPa和(11.98±2.25)%。相分离非晶合金的塑性变形能力与两个非晶相之间的剪切模量差异(ΔG)大小有关;当ΔG较小时,“剪切转变区”的形成动力学很相似,它们就会往相邻的非晶相扩展,最终使剪切带分布在整个材料表面。

关键词：非晶合金相分离塑性剪切带剪切模量

GH4169合金塑性加工成形与组织调控方法综述

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塑性工程学报 2024年第4期31卷 74-91页

作者：张士宏刘家旭张海燕甘洪岩叶能永宋鸿武程明中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心辽宁沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110016 宁波工程学院机械与汽车工程学院浙江宁波315336 沈阳职业技术学院机械工程学院辽宁沈阳110045 台州学院材料科学与工程学院浙江台州318000

针对高温合金零部件的精密成形制造由于工艺复杂、成形效率和精度低,其微观组织、力学性能及成形精度难以协同控制的问题,采用组织调控和成形工艺优化作为实现高温合金零部件成形成性一体化制造的有效手段。作为一种高温稳定相,δ相常... 详细信息

针对高温合金零部件的精密成形制造由于工艺复杂、成形效率和精度低,其微观组织、力学性能及成形精度难以协同控制的问题,采用组织调控和成形工艺优化作为实现高温合金零部件成形成性一体化制造的有效手段。作为一种高温稳定相,δ相常出现于塑性变形及热处理过程中,其析出量与形貌影响合金的微观组织及力学性能。因为零件结构及服役条件的差异,所要求的组织、性能和采取的制备工艺也不尽相同。介绍了环类、盘类及叶片类3类典型的GH4169合金零件的塑性加工技术,同时引出δ相在其中起到的作用,继而对δ相的析出、球化和溶解等演化行为及其对合金变形行为和力学性能的影响进行了阐述与总结。

关键词： GH4169合金塑性成形工艺组织演化 δ相力学性能

热轧制备Cu/Mo/Cu复合板的组织演变、力学性能与热膨胀系数的调控

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第7期32卷 2290-2308页

作者：刘江江陈泽军周湛淞莫太骞王鹏举何维均重庆大学材料科学与工程学院教育部轻合金材料国际合作联合实验室重庆400044

系统研究热轧制备Cu/Mo/Cu复合板的组织演变规律和力学性能,成功建立Cu/Mo/Cu复合板热膨胀系数(CTE)的理论预测模型。结果表明,随着轧制压下量和轧制温度的上升,Cu和Mo层的变形逐渐趋于一致,在较大的轧制压下量下实现良好的界面结合。Cu... 详细信息

系统研究热轧制备Cu/Mo/Cu复合板的组织演变规律和力学性能,成功建立Cu/Mo/Cu复合板热膨胀系数(CTE)的理论预测模型。结果表明,随着轧制压下量和轧制温度的上升,Cu和Mo层的变形逐渐趋于一致,在较大的轧制压下量下实现良好的界面结合。Cu和Mo层沿厚度方向的显微组织和织构是不均匀的,这种现象可归因于轧辊与板材表面的摩擦以及Cu和Mo之间的不协调变形。复合板的抗拉强度随着轧制率的增加而增加,伸长率逐渐降低。Cu/Mo/Cu复合板的CTE与Mo的体积分数密切相关。有限元方法可以模拟热膨胀过程中的变形和应力分布,模拟结果表明复合板的端面向内凹陷。

关键词： Cu/Mo/Cu复合板轧制复合协同变形力学性能热膨胀系数预测模型

ECAP变形对高强塑Mg-Sn-Zn-Zr合金组织与腐蚀性能的影响

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热加工工艺 2024年

作者：郭菲菲张全发周田水刘德学兰州理工大学材料科学与工程学院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

镁合金作为可生物降解金属材料在治疗骨科和心血管疾病等方面具有无限潜力，但其降解速率过快和力学性能不足等缺点限制了镁产品的实际应用。等通道转角挤压（ECAP）技术可显著提升镁合金的力学性能。为研究ECAP对镁合金腐蚀行为的影响... 详细信息

镁合金作为可生物降解金属材料在治疗骨科和心血管疾病等方面具有无限潜力，但其降解速率过快和力学性能不足等缺点限制了镁产品的实际应用。等通道转角挤压（ECAP）技术可显著提升镁合金的力学性能。为研究ECAP对镁合金腐蚀行为的影响，通过OM、SEM、浸泡失重法和电化学工作站等方法表征不同ECAP变形道次（1～4）下高强塑Mg-Sn-Zn-Zr(TZK)合金在Hank’s溶液中的腐蚀行为。结果表明，随挤压道次的增加，TZK合金的腐蚀速率先降低后增大，腐蚀产物由细针尖状变为致密的球状。经3道次变形后TZK合金的平均晶粒尺寸最小（2.13μm），且具有最小的析氢速率、腐蚀速率和腐蚀电流密度，其耐蚀性能最优异。

关键词： Mg-Sn-Zn-Zr合金等通道转角挤压(ECAP) 显微组织腐蚀性能

生物可降解挤压态Mg-Sn-Zn-Zr合金组织与腐蚀性能的研究

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热加工工艺 2024年第15期53卷 94-99页

作者：刘德学张全发郭菲菲周田水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

采用气体保护法制备了高强塑性Mg-Sn-Zn-Zr(TZK)合金,然后在不同温度(300、350、400℃)对其进行挤压变形,并对合金的微观组织、物相组成和体外降解行为进行研究。结果表明:300℃挤压后合金的组织为均匀细小的等轴晶,晶粒尺寸最小,为6.57... 详细信息

采用气体保护法制备了高强塑性Mg-Sn-Zn-Zr(TZK)合金,然后在不同温度(300、350、400℃)对其进行挤压变形,并对合金的微观组织、物相组成和体外降解行为进行研究。结果表明:300℃挤压后合金的组织为均匀细小的等轴晶,晶粒尺寸最小,为6.57μm;析氢量和腐蚀速率最低,耐腐蚀性能最好。随挤压温度升高,合金的晶粒长大,组织中出现孪晶,导致其耐腐蚀性能变差。

关键词： Mg-Sn-Zn-Zr合金挤压变形微观组织腐蚀性能

铝/钢铆接辅助搅拌摩擦焊搭接接头组织与力学性能分析

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精密成形工程 2024年第8期16卷 68-76页

作者：翟畅王俭辛田雄文陈书锦金一鸣李沫琦江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212100 南京电子技术研究所南京210000

目的利用搅拌摩擦焊技术对4mm以上厚度的铝/钢板材进行搭接焊接时,容易出现沿厚度方向温度梯度变化大、工艺窗口急剧变窄等问题,难以获得高质量的焊接接头。针对以上问题,采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法,以提高4mm以上厚度铝/钢板材搭接... 详细信息

目的利用搅拌摩擦焊技术对4mm以上厚度的铝/钢板材进行搭接焊接时,容易出现沿厚度方向温度梯度变化大、工艺窗口急剧变窄等问题,难以获得高质量的焊接接头。针对以上问题,采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法,以提高4mm以上厚度铝/钢板材搭接接头的力学性能。方法采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法实现了7mm厚6061铝合金板和8mm厚Q345钢板的搭接;研究了下压量对接头焊核晶粒尺寸、抗剪切力和显微硬度的影响,并分析了接头界面显微组织。结果随着下压量的增大,各接头焊核晶粒尺寸均呈现先减小后增大的趋势,其中矩形槽焊核晶粒尺寸由11.1μm减小至9.6μm后又增大至12.7μm,不开槽焊核晶粒尺寸由11.7μm减小至10.2μm后又增大至12.4μm。金属间化合物(IMC)层厚度随下压量的增大而增大,接头抗剪切力呈先增大后减小的趋势,当下压量为0.3mm时,矩形槽接头和不开槽接头抗剪切力均达到最大值,分别为17600N和15700N,并且在下压量为0.3mm时矩形槽接头和不开槽接头焊核区平均显微硬度均达到最大值,分别为81.1HV和76.8HV。结论在焊接速度为100mm/min、搅拌头转速为600r/min、轴肩下压量为0.3 mm时,利用铆接辅助搅拌摩擦焊可以提高搭接接头的力学性能,能够有效解决以往4mm以上厚度板材搭接接头力学性能较差的难题。

关键词：铝/钢搭接铆接辅助搅拌摩擦焊下压量显微组织力学性能