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材料工程
中国航发北京航空材料研究院
材料工程

中国航发北京航空材料研究院

曹春晓

月刊

1001-4381

matereng@biam.ac.cn

010-62496276

100095

北京81信箱44分箱

材料工程/Journal Journal of Materials EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊创刊于1956年，现由北京航空材料研究院主办，国内外公开发行。该刊主要刊登有关材料科学与工程方面的学术论文及研究报告，同时刊登综合性评述，报道新材料、新工艺、新产品信息，及时准确反映我国材料领域最新成就和最新进展。《材料工程》涉及航空航天及各种军民用材料领域，专业包括：金属材料（含金属间化合物），非金属材料，复合材料（聚合物基，金属基，陶瓷基），陶瓷材料，功能材料，工艺（铸造，热变形，焊接，粉末冶金，热处理，表面处理，非金属成型等），理化测试，性能表征，无损检测，失交分析，材料标准化等。该刊是美国工程索引（EI）和金属文摘（MA）收录期刊，据1998年统计，本刊在EI收录的中国科学技术论文数较多的100种期刊中排名第四（167篇）。是中国科技论文统计分析用刊，同时入选《中文核心期刊要目总览》、中国科学引文数据库、中国学术期刊综合平价数据库、中国学术期刊（光盘版）及万方数据“数字化期刊群”和中国期刊网。在国内外材料科技期刊有一定的地位和影响。
正式出版
收录年代

    高强铝合金电弧增材制造的研究进展

    王树文陈树君赵骐跃袁涛...
    1-14页
    查看更多>>摘要：高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性,成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一.电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力,非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造.本文综合分析了高强铝合金电弧增材制造工艺和设备研发现状、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及主要的性能优化手段,讨论了组织和性能的固有特征和复合增材制造技术对组织和性能的影响.针对电弧增材制造高强铝合金不可忽略的本质冶金缺陷、特征性能需求和多种优化工艺的优劣等问题,提出了电弧增材制造高强铝合金综合评价体系、成分设计和丝材开发、专用热处理制度和复合增材制造技术的协同性等发展方向,以期为电弧增材制造高强铝合金的性能提升和应用推广提供重要参考.

    电弧增材制造高强铝合金冶金缺陷优化工艺复合增材制造

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    激光增材制造中残余应力形成机理、表征及调控方法的研究进展

    王瑞鑫陈超越徐松哲帅三三...
    15-32页
    查看更多>>摘要：激光增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形,但该过程中存在的非均匀温度梯度分布、微熔池的近快速凝固、原位热处理效应以及非平衡固态相变、微观结构的不均匀性等会产生复杂的残余应力,严重影响成形构件质量和综合性能.因此,本文围绕激光增材制造残余应力,首先介绍了残余应力的基本定义、分类及产生原因;然后针对激光增材制造过程中残余应力的特殊性、形成机理、表征方法及调控方法的研究现状进行了系统的综述,介绍了残余应力的表征方法及其特点,并说明了各方法的适用性及优缺点,总结了调控残余应力的方法可分为后处理调控和原位处理调控;最后,展望了研究激光增材制造残余应力的产生原因和演化机制应考虑几类应力的叠加效应.残余应力的表征应采用多种方法结合,相互辅助验证.为避免成形过程中应力集中影响成形质量以及避免后处理对构件精度产生影响,应重点研究原位调控残余应力的方法.

    激光增材制造残余应力残余应力表征有限元仿真残余应力调控

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    激光增材制造AlMoxNbTayTiZr难熔高熵合金的高温抗氧化性能

    张智博李卓苏冰申春杰...
    33-43页
    查看更多>>摘要：难熔高熵合金具有优异的高温力学性能,但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一.利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo0.5NbTa0.5TiZr四种难熔高熵合金,测试其在900℃和1000℃两种温度下的氧化增重情况并研究不同试样的氧化层结构,对比分析Mo,Ta两种元素对AlNbTiZr基难熔高熵合金高温抗氧化性能的影响.结果表明:激光增材制造制备的四种高熵合金沉积态均为BCC+HCP双相结构,枝晶干以高熔点BCC相为主,少量富含Al,Zr元素的HCP相分布在枝晶间;四种高熵合金在 900℃与 1000℃长时间氧化时AlNbTaTiZr表现出最佳的抗氧化性,以Ta替代Mo在一定程度上提升了难熔高熵合金的抗氧化性能.

    难熔高熵合金激光增材制造微观组织高温氧化

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    基于激光模式调控的高强铝合金定向能量沉积成形工艺优化

    史东来贾车旺孙刘铄赵宇凡...
    44-56页
    查看更多>>摘要：由于7075铝合金主要组成元素的沸点较低、熔体的表面张力梯度较大,加之定向能量沉积(DED)工艺中常用的圆形高斯分布(CG)激光束斑能量分布的不均匀性,导致7075铝合金DED试样的成形质量普遍不佳,这极大限制了7075铝合金DED的进一步应用.通过激光光场模式调控,可以有效改变熔池的温度场、流场及其相应的凝固条件,从而提升激光增材制造试件的成形质量和微观组织的主动控制能力.采用离轴抛物积分镜将CG光场模式匀化为圆形平顶分布(CF)光场模式,并进一步将CF光场模式倾斜以获得横向椭圆平顶分布(TE)光场模式.利用这三种不同的光场模式激光分别制备了7075铝合金DED的单道熔覆、单壁墙及块体试样.结合数值模拟,揭示光场模式对成形质量及凝固组织的影响规律及其内在机理.模拟结果显示,将激光束斑从传统的CG光场模式调制为CF与TE光场模式后,激光在熔覆层表面的热通量均匀性得到显著改善,进而减小了熔体温度梯度,提高了凝固速率.与CG光场模式相比,成形质量方面,CF与TE光场模式下单壁墙和块体试样的表面成形质量得到显著提升,其中单壁墙的宽度变化大幅降低,块体试样水平方向的尺寸精度提高,此外块体试样的致密度分别从95.8%提升至97.2%与97.7%;凝固组织方面,织构得到显著弱化,并且晶粒尺寸减小约50%,同时晶粒内纳米析出相η相的数量也有所增加.

    定向能量沉积高强铝合金光场模式调控成形质量微观组织

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    镁合金倾斜薄壁电弧熔丝增材制造工艺与力学性能研究

    郑元翾韩启飞陈斌凌郭跃岭...
    57-70页
    查看更多>>摘要：电弧增材制造是一种以金属丝材为填充材料,以电弧作为热源的新型制造技术,易于制造大型复杂零件.通过往复单向路径实验,发现单向路径制造的斜壁有更好的形貌,飞溅少且表面光滑,并在有限元软件中建立了往复、单向制造路径仿真模型并求解,仿真得到单向路径沉积温度267.4℃,沉积热应力357.4 MPa,往复路径沉积温度307.0℃,沉积热应力 420.4 MPa,发现单向路径的热积累和热应力更低;以单向制造路径,采用电弧增材制造技术制备AM11,AM12,AM21三种不同斜率的斜壁样件,研究其组织和力学性能.结果表明:AM11,AM12,AM21的晶粒尺寸分别为35,39,42 μm;AM21薄壁晶粒中析出相β-Mg17Al12比另外两种样品多且分布均匀、拉伸断口的韧窝更大且更多;AM21与AM11显微硬度在 81.5HV左右,均高于AM12的 73.1HV;且AM21的斜壁样件的水平、竖直方向抗拉强度为 255.7,224.4 MPa,屈服强度为103.8,96.0 MPa,伸长率达到13.1%,8.2%,抗拉强度与伸长率均大于AM11和AM12,但屈服强度接近.AM21斜率薄壁具有更好的强度和塑性,验证了镁合金电弧增材制造的斜壁越接近垂直,其强度、塑性等力学性能越好.

    电弧增材制造AZ91D镁合金薄壁件微观组织力学性能断口组织

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    SiO2含量对光固化3D打印SiC浆料及素坯性能的影响

    梁馨之王晴李乔磊梁静静...
    71-82页
    查看更多>>摘要：光固化3D打印技术的出现为制备复杂结构SiC陶瓷零部件提供了新的技术方案,但SiC高吸光、高折射率的特性导致其出现打印难固化的共性问题.通过在SiC陶瓷基体粉末中加入低吸光度、低折射率的SiO2作为填料以改善SiC陶瓷浆料的固化性能和打印精度.研究了不同SiO2添加量对浆料流变性、稳定性和固化性的影响及其作用机理,利用光固化3D打印技术制备出了高精度、表面质量好的素坯,对素坯的微观结构和性能进行了测试分析.结果表明:在SiC浆料中添加SiO2能降低浆料的黏度、改善浆料的稳定性、提高浆料的固化性能;SiO2的添加显著改善了SiC素坯的表面粗糙度,使素坯的抗弯强度先增大后减小.

    光固化增材制造碳化硅陶瓷浆料

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    GX4CrNi13-4马氏体不锈钢激光熔覆工艺参数优化和仿真模拟

    张华炜何凌欢侯娟李家民...
    83-93页
    查看更多>>摘要：为提升激光熔覆质量,建立以激光功率、扫描速度及送粉量为主要工艺参数的有限元分析过程,减少熔覆工艺参数优化的研发周期和经济成本.通过温度场和应力场模拟GX4CrNi13-4马氏体不锈钢激光熔覆数据对照实验结果的方法,验证不同参数下的成形质量,优化激光熔覆工艺参数.结果表明:为避免基体熔穿和高质量致密度,激光功率的调整范围应控制在1800～2000 W之间;增加送粉量可以有效降低温度和残余应力.3个工艺参数中激光功率是主要调控参数,对熔覆质量影响最大.综合致密度分析和显微硬度测试评估不同参数下样品的熔覆质量和残余应力分布,发现最佳工艺参数组合为激光功率1800 W、扫描速度10 mm/s以及送粉量10 g/min.实验结果与应力场模拟的趋势一致,进一步验证模拟数据的准确性.

    GX4CrNi13-4马氏体不锈钢工艺参数优化有限元模拟温度场应力场

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    原位技术在聚合物固态电解质中的应用进展

    李昕昊许俊兴王晨南文争...
    94-108页
    查看更多>>摘要：聚合物固态电解质因安全性高、柔性大、种类丰富、价格低等优势,为高能量密度锂金属电池产业化奠定基础.但受界面等问题的限制,目前聚合物固态电解质的电化学性能仍然较差.近几年,原位技术在电解质的研发领域受到越来越高的关注.以原位聚合和原位表征为代表的原位技术极大促进了聚合物固态电解质的发展.原位聚合通过优化电极、电解质界面提升电池电化学性能,原位表征可在无破坏的前提下探究电池内部的电化学机制.本文综述了聚合物固态电解质与原位技术的发展背景,重点讨论了近几年原位聚合在不同种类聚合物固态电解质中的应用进展以及原位表征在原位制备聚合物电解质中的应用,并指出原位技术在聚合物固态电解质的制备和表征方面极具应用前景,同时针对原位聚合存在聚合程度难以控制、基质结构缺乏设计等问题提出了专注于机理研究、开发新的引发条件及反应体系等解决建议.

    原位聚合原位表征聚合物固态电解质锂金属电池

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    硬质合金中Co相强化的研究现状与展望

    廖宇张钱伟胡启明
    109-119页
    查看更多>>摘要：WC-Co硬质合金因其优异的性能而应用在各个领域.但因硬质合金中的Co黏结相的相缺陷限制了其使用,例如低硬度、低耐磨性、高温稳定性差等.由此对于Co相强化的研究从未间断,本文旨在系统地整合各种Co相强化研究工作,总结Co相通过传统的物理冶金强化(第二相强化、相界强化和固溶强化)和颗粒增强后的微观组织特征及力学性能,对比Co相采用不同增强方式后的硬质合金硬度和断裂韧度所能达到的范围,建立成分-微观组织-性能之间的联系,归纳各种强化方式所带来的优势和缺陷.为强化Co相的研究和工业生产提供参考依据,选择合适成分配比和后处理工艺,设计性能指标和使用寿命符合工况需要的硬质合金.

    硬质合金黏结相Co相强化强化机制

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    同步辐射X射线衍射技术在残余应力分析中的应用

    罗军李楠王曦刘昌奎...
    120-129页
    查看更多>>摘要：残余应力贯穿于材料及构件的设计、生产、加工、制造、服役和失效的全生命周期,是影响材料及构件加工精度、尺寸稳定性及疲劳强度的关键因素,如何准确无损表征残余应力具有重要意义.与传统实验室X射线衍射方法相比,同步辐射X射线衍射技术在亮度、准直、时间分辨率、空间分辨率、穿透深度等方面具有显著优势,是一种无损原位精确表征工程材料和关键构件残余应力有效的方法之一.本文围绕同步辐射X射线衍射技术在材料残余应力中的研究进展,重点阐述增材制造过程中高温合金的残余应力分析、激光喷丸技术对钛合金残余应力的影响、焊接铝合金残余应力评价、热处理参数对结构钢残余应力的影响以及陶瓷涂层的残余应力研究.最后,分析同步辐射X射线衍射技术在工业应用方面的不足,并展望未来的研究及发展方向,包括发展原位测试环境及装置、同步辐射X射线衍射技术与其他无损检测方法相结合等.

    同步辐射X射线衍射残余应力工程材料关键构件

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