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微米级选区激光熔化316L不锈钢的拉伸力学性能

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金属学报 2024年第2期60卷 211-219页

作者：张楠张海武王淼辉中机新材料研究院(郑州)有限公司郑州450001 中国机械科学研究总院集团有限公司北京100044

为辅助理解金属材料高精密增材制造成形机理,本工作利用微米级选区激光熔化(micro-selective laser melting,M-SLM)技术制备了316L不锈钢,对其拉伸性能及断裂行为进行了研究,并对断后横向和纵向拉伸试样显微组织和断口形貌进行了表征与... 详细信息

为辅助理解金属材料高精密增材制造成形机理,本工作利用微米级选区激光熔化(micro-selective laser melting,M-SLM)技术制备了316L不锈钢,对其拉伸性能及断裂行为进行了研究,并对断后横向和纵向拉伸试样显微组织和断口形貌进行了表征与分析,对近断面塑性变形区的晶粒取向、晶界特征分布等进行了电子背散射衍射(EBSD)分析。结果表明:M-SLM制备316L不锈钢晶粒内部存在尺寸为100~300 nm的胞状组织结构,拉伸断口呈韧窝状,窝口直径80~500 nm,这使得316L不锈钢的横向平均抗拉强度达692.1 MPa,纵向平均断后延伸率达54.6%,明显优于传统SLM技术制备的316L不锈钢。M-SLM制备316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体Σ3孪晶界的出现与晶粒取向有关,其在取向接近的晶粒中较易出现。进一步分析指出,Σ3晶界的出现阻断了特殊晶界网络的连通性。通过基于EBSD的矩形截面法对共格Σ3(Σ3_(c))和非共格Σ3(Σ3_(ic))晶界进行了统计分析,显示316L横向拉伸试样近断口区的Σ3_(c)和Σ3_(ic)晶界数量百分比分别约为43%和57%,而纵向拉伸试样近断口区的Σ3_(c)晶界数量百分比提高至约70%。Σ3_(c)孪晶界的增加使得总晶界能降低,是导致M-SLM制备316L不锈钢纵向拉伸强度普遍低于横向拉伸强度的原因。

关键词：微米级选区激光熔化 316L不锈钢拉伸性能 Σ3晶界孪晶

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激光增材镍基合金内部疲劳失效行为研究

工程科学学报 2024年第12期46卷 2207-2216页

作者：孙传文李伟孙锐北京理工大学机械与车辆学院西北有色金属研究院难熔金属材料研究所

内部失效是激光增材制造镍基高温合金在高温下的典型疲劳失效模式，目前对这种失效模式的认知尚不充分。在650 °C下进行了不同应力比的轴向疲劳试验，随后采用扫描电镜、电子背散射衍射、聚焦离子束和透射电子显微镜等测试技术，研究... 详细信息

内部失效是激光增材制造镍基高温合金在高温下的典型疲劳失效模式，目前对这种失效模式的认知尚不充分。在650 °C下进行了不同应力比的轴向疲劳试验，随后采用扫描电镜、电子背散射衍射、聚焦离子束和透射电子显微镜等测试技术，研究了增材制造镍基高温合金的多尺度内部失效行为。结果表明，不论是否受缺陷影响，微裂纹主要从晶粒取向较软的大晶粒处萌生，然后沿最大剪切应力方向滑移和扩展，形成晶体学小平面，因此与晶粒特征相关的小平面开裂是一种典型的内部失效模式。对小平面裂纹附近的位错结构进行分析，在650 °C时，局部塑性变形是由反相边界剪切、沉淀物旁通以及堆积层错剪切机制的共同作用所引起的。结合裂纹尖端应力强度因子的定义，提出了与小平面裂纹特征相关的裂纹成核寿命预测方法，预测结果与实验结果具有较好的一致性。

关键词：增材制造镍基高温合金超高周疲劳内部失效位错结构

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基于应变失配原理驱动的4D打印研究进展

复合材料学报 2024年第2期41卷 533-547页

作者：刘小艳张亚玲耿呈祯廖恩泽刘禹芦艾江南大学机械工程学院无锡214122 中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳621900

4D打印是一种新兴技术,旨在赋予增材制造所得的物体随时间变化形状或功能的能力,由于其可以将平面前驱图案转换为具有复杂几何形状的3D结构,4D打印为制造领域提供了一种灵活高效的制造方式。4D打印中前驱结构的设计是影响形状转换效果... 详细信息

4D打印是一种新兴技术,旨在赋予增材制造所得的物体随时间变化形状或功能的能力,由于其可以将平面前驱图案转换为具有复杂几何形状的3D结构,4D打印为制造领域提供了一种灵活高效的制造方式。4D打印中前驱结构的设计是影响形状转换效果的关键因素之一,本文从前驱结构设计的角度,对基于应变失配原理驱动变形下4D打印的发展进行综述。首先对4D打印的研究现状作了简要概述,再从不同维度下的前驱结构展开,对结构设计相关的研究进行分类,全面梳理了不同维度前驱结构驱动下的4D打印。同时,对于前驱结构的设计,讨论了几种辅助设计方法,有预测变形的理论计算模型和仿真分析及可用来相对精确设计前驱结构的逆向设计工具。最后,对4D打印的应用前景及面临的挑战进行了总结和展望。

关键词： 4D打印应变失配前驱结构外界刺激形状变化

高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

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中国机械工程 2024年第1期35卷 160-180页

作者：孙海涛詹梅樊晓光郭靖韩超张君西北工业大学材料学院西安710072 中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳621900 中国重型机械研究院股份公司金属挤压与锻造装备技术国家重点实验室西安710032

压装型高聚物黏结炸药(PBX)因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部。未来作战环境和战略需求的不断变化,促使压装型PBX朝着高质量、高安全、高效率成型制造的方向发展。综述了压装型PBX在成型质量与性能... 详细信息

压装型高聚物黏结炸药(PBX)因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部。未来作战环境和战略需求的不断变化,促使压装型PBX朝着高质量、高安全、高效率成型制造的方向发展。综述了压装型PBX在成型质量与性能调控、压制安全性、自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题。首先探讨了PBX在成型质量与性能调控方面的研究进展,包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性、损伤演化机制与界面性能调控、残余应力检测与调控;进而分析讨论了PBX的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状;最后基于对研究现状的分析,展望了PBX压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战。

关键词：高聚物黏结炸药压制成型成型质量安全性数字化

17-4PH不锈钢表面仿生梯度硬度高强层组织与性能

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1480-1486页

作者：姚建洮高成李俊强刘晓刚西安石油大学材料科学与工程学院西安710065 陕西省机械研究院咸阳712000

本文拟在17-4PH不锈钢表面制备高硬度耐磨层,为缓解高硬度堆焊层与基体间的开裂问题,提出制备仿生梯度硬度表面堆焊结构。采用手工电弧焊在17-4PH不锈钢表面制备仿生梯度硬度高强层,选用D322焊条和D707焊条分别做过渡层和高强层在17-4P... 详细信息

本文拟在17-4PH不锈钢表面制备高硬度耐磨层,为缓解高硬度堆焊层与基体间的开裂问题,提出制备仿生梯度硬度表面堆焊结构。采用手工电弧焊在17-4PH不锈钢表面制备仿生梯度硬度高强层,选用D322焊条和D707焊条分别做过渡层和高强层在17-4PH不锈钢表面进行仿生梯度硬度高强层的制备,采用光学显微镜、维氏硬度计、X射线衍射仪、冲击试验机对高强层的微观组织、显微硬度等性能进行了表征。结果表明:在17-4PH不锈钢表面所制备的仿生梯度硬度高强层组织均匀,界面冶金结合良好;仿生梯度硬度高强层组织主要为马氏体、奥氏体、WC及碳化物;仿生梯度硬度高强层相结构主要由Fe-Cr、WC、γ-Fe组成,平均硬度为HV_(0.5)726.5,较基板有明显的提高;17-4PH不锈钢表面仿生梯度硬度高强层平均冲击吸收功为12.90 J,其冲击吸收功降低的主要原因是由于各层之间的性能不同所导致。

关键词： 17-4PH不锈钢仿生结构梯度硬度高强层过渡层显微组织

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HMX基高聚物粘结炸药界面增强的粒径效应

含能材料 2024年

作者：刘佳辉曾诚成郑胜军庞海燕杨志剑聂福德中国工程物理研究院化工材料研究所中国工程物理研究院研究生院

为研究炸药晶体粒径对高聚物粘结炸药（PBX）力学性能及界面增强效果的影响规律，以4种不同粒径HMX(160μm,60μm,25μm和150 nm)为主体炸药，氟树脂为粘结剂，中性聚合物键合剂为界面增强剂，制备了8种HMX基PBX。采用压缩应力应变试验... 详细信息

为研究炸药晶体粒径对高聚物粘结炸药（PBX）力学性能及界面增强效果的影响规律，以4种不同粒径HMX(160μm,60μm,25μm和150 nm)为主体炸药，氟树脂为粘结剂，中性聚合物键合剂为界面增强剂，制备了8种HMX基PBX。采用压缩应力应变试验、巴西试验分别获得8种PBX在常温（20℃）和高温下（60℃）的压缩和拉伸力学性能，采用动态热机械分析仪的三点弯曲模式获得储能模量和力学损耗因子，采用扫描电镜对PBX断面进行表征。结果表明，PBX的压缩强度和拉伸强度随HMX粒径的减小而增大，纳米HMX在力学增强方面具有很好的效果。20℃以纳米HMX为基的PBX-nano压缩强度和拉伸强度可分别达到61.3 MPa和5.7 MPa，较以160μm HMX为基的PBX-L可分别提高73.1%和63.5%。添加中性聚合物键合剂后，不同粒径的HMX基PBX压缩力学强度和拉伸力学强度均得到提高，纳米HMX的增强效应尤其显著，PBX-nano-M在20℃和60℃下的拉伸强度分别可达10.4 MPa和5.8 MPa，较PBX-nano可分别提高82.6%和101.4%。当HMX平均粒径从百微米减小至百纳米，炸药件发生界面脱粘/损伤乃至断裂所需的断裂功越大，拉伸力学强度提升幅度越大。

关键词：高聚物粘结炸药(PBX) 界面粒径力学性能

基于单向测量超声背散射系数的晶粒尺寸评价高效方法

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物理学报 2024年第7期73卷 209-217页

作者：刘雨田强王新艳关雪飞三峡大学水利与环境学院宜昌443002 中国工程物理研究院研究生院北京100193 钢铁研究总院高温材料研究所北京100081

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考... 详细信息

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考虑测量系统等无关因素的影响.基于独立散射模型,推导了只与材料相关的背散射系数;利用空间相关函数描述了晶粒尺寸与背散射系数的关系;采用参考信号剔除干扰因素的影响,实现实验背散射系数的快速提取.制备三组不同晶粒尺寸的GH4742试块进行相控阵超声实验和平均晶粒尺寸评价,并与金相法结果进行对比.结果表明本文方法得到的晶粒度与金相法结果最大相对误差为–22.7%,最小相对误差为–3.7%.

关键词：超声检测背散射系数法 GH4742 晶粒尺寸

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陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

航空材料学报 2024年第3期44卷 82-94页

作者：袁世峰郭婧郭孟秋赵春玲崔永静焦健中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航发北京航空材料研究院北京100095

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙... 详细信息

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。

关键词：可磨耗环境障涂层等离子喷涂碳化硅陶瓷基复合材料 BSAS 高温性能

GH4720Li合金混晶组织对高温拉伸性能的影响规律

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2351-2360页

作者：王轶博赵张龙王涛冯凯凯万志鹏韦康田云西北工业大学材料学院中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室中国航发湖南动力机械研究所发动机研发部

通过锻造变形制备了GH4720Li高温合金不同粗细晶比例的混晶组织，测试了不同组织的650℃高温拉伸性能，建立了高温拉伸强度与混晶组织的量化关系，揭示了混晶对高温拉伸性能的影响规律与机制。结果表明：粗晶态GH4720Li合金在高温锻造... 详细信息

通过锻造变形制备了GH4720Li高温合金不同粗细晶比例的混晶组织，测试了不同组织的650℃高温拉伸性能，建立了高温拉伸强度与混晶组织的量化关系，揭示了混晶对高温拉伸性能的影响规律与机制。结果表明：粗晶态GH4720Li合金在高温锻造变形过程中，一次γ′相分布直接影响着混晶组织演化，一次γ'相分布越不均匀，粗晶组织变形后越容易形成混晶组织；合金650℃高温拉伸过程中，混晶组织内粗细晶粒尺寸和体积分数会显著影响拉伸性能变化，随着粗晶粒尺寸和体积分数增加，合金高温拉伸强度先缓慢下降、再快速降低，而塑性则下降较快，抗拉强度与粗细晶等效晶粒尺寸呈现出Hall-Petch量化关系，但粗晶尺寸对等效晶粒尺寸的影响高于细晶；混晶组织高温拉伸变形中会形成较多的RD//取向晶粒，粗细晶比例相差越小，形成的RD//取向晶粒数量越少，位错滑移阻碍越大，高温拉伸性能越差。

关键词： GH4720Li 高温拉伸性能混晶组织微观组织