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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

    Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响

    王旭成黄元春
    130-139页
    查看更多>>摘要：传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注.本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析.通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化.板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致.针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导.

    Al-Mg-Si合金双辊铸轧微观表征晶界强化热力学计算

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    超温及应力条件下IC10合金的组织演化及机理

    刘明坤王威吴云胜佟文伟...
    140-151页
    查看更多>>摘要：针对燃气涡轮叶片超温运行可能引发的合金劣化问题,对燃气涡轮叶片用IC10合金超温(1070～1250℃)、拉/压应力(30～90 MPa)条件下的微观组演化进行系统分析.结果表明:无应力超温热暴露过程中IC10合金中二次γ'相的退化方式主要包括球化、粗化和回溶,随着热暴露温度的升高及热暴露时间的延长,在γ/γ'相界面能降低的驱动下,二次γ'相形状由花状向圆方状及球状演变.二次γ'相的面积分数随温度的升高及时间的延长逐渐降低.在高于1225℃下热暴露时间超过50 h后,二次γ'相完全回溶.随着温度的升高和时间的延长,二次γ'相尺寸逐渐增加,γ'相粗化符合由元素扩散控制的Lifshitz-Slozov-Wagner理论.在超温有应力热暴露过程中,随着温度的增加,γ'相筏化现象逐渐加剧.拉应力促进γ'相沿垂直于应力轴的方向出现N型筏化,压应力则促进γ'相沿平行于应力轴的方向出现P型筏化.相对于压应力,拉应力状态下γ'相筏化进程更加迅速.根据超温及应力条件下IC10合金的组织演化图谱可对服役后叶片的服役工况进行反向判定.

    IC10合金超温热暴露组织演化筏化高温合金

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    喷丸对DD412单晶高温合金表面完整性和疲劳性能的影响

    王琨罗学昆宋尽霞周春根...
    152-161页
    查看更多>>摘要：为提高涡轮叶片榫头的疲劳性能,研究了喷丸对DD412单晶合金表面完整性和高温疲劳性能的影响规律.采用白光干涉仪、粗糙度仪、显微硬度计、扫描电镜、透射电镜等分别对喷丸前后的表面形貌、粗糙度、硬度梯度、微观组织进行表征,并采用旋弯疲劳试验机测试高温疲劳寿命和极限.结果表明:喷丸后,表面磨削刀痕被消除,显著降低表面微观应力集中系数;试样表层组织发生剧烈塑性变形,并形成深度约0.10～0.32 mm的硬化层.相比未喷丸试样,优化工艺喷丸试样在600℃/500 MPa条件下的旋弯中值疲劳寿命提高21.7倍以上,在600℃下的中值疲劳极限提高了17.3%.经分析认为,喷丸对表面完整性的优化是DD412合金高温疲劳性能提升的主要原因.

    喷丸单晶合金表面完整性疲劳寿命微观组织硬度

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    热障涂层热力耦合条件下的应力仿真计算

    刘德林薛齐齐杨文慧牟仁德...
    162-172页
    查看更多>>摘要：有限元模拟是研究热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)界面处热生长氧化层(thermally grown oxides,TGO)应力演变的有效手段之一,可为探索TBCs失效机制提供理论支撑.采用先进的热障涂层多因素耦合设备对热障涂层圆管试样模拟发动机工况进行热力耦合循环实验和热循环实验.利用有限元软件ABAQUS对包含真实初始TGO形貌的热障涂层进行有限元建模,分析实验过程中TGO的应力和变形规律.结果表明:在不考虑TGO及界面开裂的情况下,无论是热力耦合模型还是热循环模型,随着循环次数的增加,Mises应力均增加;加热过程中TGO受拉,冷却过程中TGO受压;加热过程的应力均远小于冷却至室温时的应力.经过相同的循环次数,热力耦合模型中的应力值均高于热循环模型中的应力值.经过20,45,70次热循环后,冷却至室温时,TGO应力分别达到2.85,3.65,3.55 GPa,而经过相同次数的热力耦合循环后,冷却至室温时,相同位置的TGO应力分别达到4.01,5.0,4.81 GPa.与热循环相比,在热力耦合条件下,经过相同循环次数冷却至室温时的TGO应力显著增加.

    数值模拟热障涂层热力耦合有限元应力

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    孔隙特性对铝基非晶合金涂层腐蚀行为的影响

    邱实吕威闫王琦王晓明...
    173-181页
    查看更多>>摘要：采用超音速火焰喷涂(HVAF)技术制备1.36%高孔隙率(high porosity,HP)和0.86%低孔隙率(low porosity,LP)两种铝基非晶合金涂层,研究孔隙率对铝基非晶合金涂层腐蚀行为的影响.通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)并结合3D高分辨X射线衍射形貌(3D XRT)分析涂层孔隙率以及微观组织结构,利用电化学测试系统和接触角测量仪研究涂层的腐蚀行为,采用X射线光电子谱(XPS)分析两种涂层钝化膜成分.结果表明:LP涂层的自腐蚀电流密度(Icorr)为3.0×10-6 A/cm2,点蚀电位(Epit)为-0.40 V,而HP涂层的Icorr为6.0×10-6 A/cm2,Epit为-0.47 V,LP涂层具有更好的耐局部点蚀能力;LP涂层的电荷转移电阻(Rct)约为HP涂层的2倍;LP涂层具有更大的接触角,疏水性更好;LP涂层形成的钝化膜中RE2O3的含量大于HP涂层,进一步说明LP涂层具有更优异的耐蚀性.

    非晶涂层阻抗谱腐蚀润湿疏水性

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    熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

    许久健张焘付金禹许光明...
    182-193页
    查看更多>>摘要：除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素.本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板.通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试.结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性.当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝.在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分.因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm.

    铸轧复合钛/铝复合板熔体压力界面结合强度

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    机械振动对真空差压铸造ZL114A铝硅共晶组织及力学性能的影响

    廖青春芦刚周泽远胡国友...
    194-203页
    查看更多>>摘要：为进一步提升复杂薄壁ZL114A铸件性能,对真空差压铸造过程施加机械振动,系统研究振幅和频率对Al-Si共晶组织及铸件拉伸性能的影响.结果表明,机械振动可以强化熔体局域对流,折断先凝固枝晶,并造成硅相碎断形成短棒状、颗粒状组织.同时,可以促进凝固前沿溶质均匀分布,抑制硅相过度生长,诱发初生相周围Al-Si共晶网状转变.振幅和频率对合金强度和塑性的影响呈对立关系,高频低幅下近振源侧样品获得最高抗拉强度达335.6 MPa,但合金伸长率下降至1.54%.然而,由于振动能在熔体传播存在能量耗散,远振源侧样品强度仅327.06 MPa,伸长率为1.67%.此外,性能衰减拟合分析显示,增加频率有利于抑制振动能的损失,改善远侧熔体机械振动处理效果.

    真空差压铸造机械振动Al-Si共晶力学性能

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    WC/Co硬质合金界面特征分布

    余顺仕陈松李广慧李辉...
    204-213页
    查看更多>>摘要：利用电子背散射衍射、五参数分析、重叠极图迹线分析和近重位点阵分析等方法研究不同热处理状态WC/Co硬质合金中的WC/WC晶界与WC/Co相界等界面特征分布.结果表明:经高温烧结后油淬的样品,生成了比例为4.5%的WC/WC Σ2晶界,具有{10-10}/{10-10}界面匹配特征的Σ2晶界的比例约为2.6%;该样品中的Co主要为面心立方结构,具有{10-10}WC/{001}Co,{10-10}WC/{110}Co和{11-20}WC/{110}Co等界面匹配特征的界面是WC/Co相界的主要部分.经800℃回火后气氛保护随炉缓冷的样品,其WC/WC Σ2晶界比例及特征与油淬样品十分接近;该样品中的Co主要为六方结构,具有{10-10}WC/{10-10}Co和{11-20}WC/{11-20}Co等界面匹配特征的界面是WC/Co相界的主要部分.

    WC/Co硬质合金电子背散射衍射界面特征分布晶界界面匹配

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    稀土Y元素对CuAlMn形状记忆合金晶粒细化及其力学性能的影响

    千佳祥杨院霞张江郝刚领...
    214-224页
    查看更多>>摘要：CuAlMn形状记忆合金具有优良的耐热稳定性和高阻尼特性,在多种领域有着明确的目标需求,然而,晶粒粗大易导致沿晶断裂,严重弱化了合金的力学性能.为改善合金力学性能,引入了稀土Y元素,采用电弧熔炼吸铸炉制备了Cu-11.36Al-5Mn-x Y(x=0～3,质量分数/%,下同)系列铸态合金,又经固溶时效对合金微观组织进行了调控和均质化.采用DSC、XRD、金相和SEM对合金的相变、物相、微观组织结构进行了表征.通过显微硬度计和万能材料试验机测试了合金的硬度和力学性能.结果表明,Y元素添加可有效细化CuAlMn合金晶粒,晶粒尺寸从数百微米下降至10 μm左右,同时伴随着大量网格状含Y析出相沿晶析出,冷却过程中晶粒形核区的增多和生长受到抑制是晶粒细化的主要因素.合金硬度随Y元素添加量的增大而升高,这与合金中大量含Y硬脆相的析出有关,Y含量越高,析出相体积分数越高,此外,固溶时效态样品硬度高于铸态样品,源于固溶时效态样品析出相在整个基体内的分布和更高的析出相体积分数.合金的压缩强度和拉伸断裂强度在Y元素含量为0.1%～0.4%时得到明显提升,其强化机制可通过细晶强化、沉淀强化和固溶强化来理解.合金压缩断裂应变在Y元素含量为0.4%时达到最大,断后伸长率在Y元素含量为0.1%时达到最大,其变化趋势与晶粒细化和沉淀析出相的耦合效应有关.

    CuAlMn形状记忆合金稀土Y元素添加晶粒细化力学性能

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    高性能镍钴磷化物的制备及其在超级电容器中的应用

    钟存贵于俊丽谢留雨蔡冰寒...
    225-233页
    查看更多>>摘要：过渡金属磷化物作为新兴的超级电容器材料受到越来越多的关注.以碳布(carbon cloth,CC)为基底,先以氯化镍、硝酸钴为原料通过水热法获得镍钴硫化物,再以次亚磷酸钠为原料,通过低温磷化法最终获得镍钴磷化物(Ni1/2Co1/2P/CC).电化学测试结果表明:在电流密度2 mA/cm2下,Ni1/2Co1/2P/CC的比电容高达0.87 F/cm2,在30 A/cm2下充放电2000次后,电容保持率为80.22%.此外,以Ni1/2Co1/2P/CC为正极,活性炭(activated carbon,AC)为负极组装的非对称超级电容器(Ni1/2Co1/2P/CC∥AC/NF)在104.99 mW/cm3的功率密度下,能量密度高达0.25 mWh/cm3.

    超级电容器碳布赝电容磷化物非对称电容器

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