热加工工艺杂志

热加工工艺杂志2025年第24期

• 磁巴克豪森噪声技术在铁磁性材料应力无损检测中的应用现状及展望

  张富臣, 关新奇, 王旭,

  磁巴克豪森噪声(MBN)技术是一种传统的无损检测技术。对目前MBN技术在铁磁材料应力无损检测技术中的研究成果进行了归纳总结。论述了MBN在拉压应力检测、减材制造检测、增材制造检测中的应用，以及与其他技术方法结合的应用。在未来发展中，MBN应力检测技术应与其他检测技术以及人工智能等技术深度融合，向着精度以及智能化程度更高的方向发展。

• 钎焊蜂窝板制备工艺研究现状与发展趋势

  余震, 刘艳霞, 孙延蓝, 刘海宁,

  钎焊蜂窝板因其具有密度小、刚性好以及减震性能和隔音隔热性能优良等优势，已被广泛应用于轨道交通、航空航天、建筑业和能源等领域。阐明了钎焊蜂窝板的应用情况，概述了钎焊蜂窝板的制备工艺现状，并从钎焊蜂窝板的制备工艺流程出发，指出了钎焊蜂窝板在钎料选择与预置、表面氧化与钎剂使用、工装以及钎焊工艺参数确定4个方面存在的问题，在此基础上对钎焊蜂窝板的发展趋势进行了分析和展望。

• 锌铝镁合金镀层的组织及腐蚀性能研究综述

  李俞良, 王永刚, 牛振华, 王宏伟, 鲁兴武, 杨斌,

  锌铝镁合金镀层因优异的腐蚀性能、切口自修复性能和易加工性能，被广泛应用于电器、建筑、汽车和光伏等领域，有望成为新一代环保、低碳的战略性耐蚀性材料。综述了Al、Mg添加元素和组织对锌铝镁合金镀层性能的影响，包括富铝枝晶相、共晶组织和锌枝晶相对镀层裂纹扩展影响的研究，同时归纳了腐蚀产物的形成机理及其对合金镀层的保护机制。研究发现，阳极溶解的镁离子能缓冲腐蚀介质的酸碱性，诱导致密的锌盐沉淀物(Zn5（OH）8Cl2·H2O和Zn6Al2（OH）16（CO3）3·4H2O)形成，可进一步提升锌铝镁镀层的腐蚀性能。目前，关于锌铝镁合金镀层的腐蚀性能研究主要集中在低铝和中铝锌铝镁镀层，且腐蚀环境大多为C1～C4等级的大气腐蚀环境，而对于高铝锌铝镁合金镀层在更复杂的应用环境下的研究尚有不足，例如应力腐蚀环境或者C5以上等级的腐蚀环境。最后提出了锌铝镁合金镀层所面临的问题及发展展望。

• 热轧工艺对不锈钢复合板焊缝组织及残余应力的影响

  陈璇, 乔建英, 李海斌, 智俊杰, 帅美荣, 王建梅,

  通过轧制真空复合板，分析热轧工艺对304不锈钢焊缝微观组织及残余应力的影响，压下率分别为：0%、10%、20%、30%、30%/20%。结果表明：随着轧制压下率的增加，晶粒分布逐渐均匀，平均晶粒直径由150.3μm减小至77.9μm；部分大角度晶界转变为小角度晶界（LAGB）,LAGB占比由62.0%增加至89.6%;LAGB阻碍位错运动，使得位错在LAGB处聚集，几何必需位错密度由1.32×1013m-2增加至3.61×1013m-2；位错密度的增加导致材料内部晶格畸变程度增加，材料内部应力状态发生改变，残余应力由23.7 MPa的残余拉应力转变为114.3 MPa的残余压应力。

• 热输入对Q550钢厚板CO2气体保护焊接头组织和力学性能的影响

  张星硕, 王磊, 刘杨,

  在3种热输入（13.0、15.0和18.0 kJ/cm）下分别对Q550钢厚板进行CO2保护药芯焊和CO2保护实心焊焊接，研究热输入对两种焊法焊接接头显微组织及力学性能的影响。结果表明，随着热输入增加，焊缝针状铁素体增多、针状伸长，块状铁素体减少。相比于实心焊，药芯焊焊丝内元素的冶金反应产物增多了针状铁素体形核点，使相同热输入下药芯焊焊缝针状铁素体较多且细密。两种焊接接头伸长率和强塑积随着热输入的增加而增加，且性能均在热输入18k J/cm下最优。相同热输入的药芯焊焊接接头力学性能略优于实心焊焊接接头的。Q550钢焊接接头具有更优力学性能的机理是增加热输入使焊缝细密针状铁素体增加且减少块状铁素体形成，其对药芯焊焊接接头力学性能提高更显著。

• 挤压铸造ZA8锌合金Johnson-Cook动态本构模型研究

  姚碧波, 刘阳杰, 黎振华, 叶荣瑜,

  为明确挤压铸造ZA8锌合金在高温、高应变率下的流动应力-应变关系，对其进行了准静态压缩、霍普金森压杆以及高温压缩试验，通过试验数据拟合得到了材料的Johnson-Cook动态本构参数，并且通过有限元模拟验证了参数的有效性。结果表明：压铸ZA8锌合金具有较为显著的应变率强化效应和热软化效应，相同应变下，流动应力会随着应变率的增加而增加，随温度的增加而减小。试验数据与压缩模拟结果具有较高的吻合度，证明拟合获取的本构参数具有较好的参考价值。

• SOFC金属连接体MnLa0.02Co1.58Cu0.4O4尖晶石涂层的制备与性能研究

  李凯, 程海涛, 梁彦, 赵宸煊,

  在固体氧化物燃料电池（SOFC）电堆长期高温运行过程中，SUS430（铁素体不锈钢）金属连接体高温氧化以及Cr挥发导致阴极毒化，使得电堆性能衰减。针对此问题，采用溶胶-凝胶法制备了Cu和La共掺杂的MnCo2O4尖晶石粉末。通过浸渍-提拉镀膜工艺在SUS430合金表面制备了MnLa0.02Co1.58Cu0.4O4（MLCCu）尖晶石涂层，系统研究了Cu和La共掺杂对MnCo2O4尖晶涂层的抗氧化性和导电性能的影响。MLCCu呈现单一尖晶石相结构，Cu和La掺杂提高了MLCCu粉末的结晶度以及涂层的热稳定性。界面微观形貌和截面线扫描元素分布发现，MLCCu涂层合金样品中Cr2O3氧化层的厚度仅为1μm，表明MLCCu涂层有效抑制Cr元素的扩散和氧化层的生长。相比MC涂层合金样品，MLCCu涂层合金样品具有较低的氧化速率、面比电阻和阻抗活化能，La、Cu掺杂形成的协同效应显著提升了Mn-Co尖晶石涂层的致密度，改善了合金基体的高温抗氧化性能和导电性能。

• 添加Ti对AlCrFe2NiCu高熵合金组织和耐磨性的影响

  齐开庆, 苏允海, 薛海龙, 周雨霏,

  为了研究Ti元素的添加对AlCrFe2NiCu高熵合金组织和性能的影响，采用等离子堆焊技术在Q235低碳钢板表面制备AlCrFe2NiCu和AlCrFe2NiCuTi高熵堆焊合金，利用XRD、SEM、EDS以及EBSD分析合金的物相结构及微观组织，并采用维氏硬度计和磨料磨损试验机测试合金的显微硬度和耐磨性。结果表明：两种合金均主要由FCC、BCC1及BCC2三相组成，其中BCC1固溶体结构为Fe-Cr相、BCC2固溶体结构为NiAl相、FCC固溶体结构为富Cu相。同时在AlCrFe2NiCuTi合金中生成了Laves相，为TiFe2相。添加Ti元素后，合金的组织形貌由典型的树枝晶向花瓣状等轴晶转变。Ti元素的添加使得合金的硬度由410.0 HV提升到522.6 HV，磨损失重由1.36 g减少到0.42 g，晶粒尺寸细化了43.6%，耐磨性也显著提升，磨损机制为磨粒磨损。AlCrFe2NiCuTi合金的显微硬度及耐磨性的提升主要是由于Ti元素的添加所引起的细晶强化、固溶强化以及第二相强化共同作用的结果。硬度较高的Laves相在ID区析出，形成耐磨骨架，在磨损过程中大大阻碍磨粒在合金表面的运动，进而使得合金的耐磨性显著提高。

• 金属圆盘摆辗成形后热处理数值模拟研究

  余中全, 翁焕琦, 潘业荣, 钱应平, 胡胜强, 朱春东,

  为了探究摆辗后金属圆盘在热处理过程中温度与组织的演变规律，采用DEFORM软件建立了热处理有限元分析模型，并通过实验验证了有限元模型的可靠性。基于可靠的有限元模型，对金属圆盘在奥氏体化和淬火过程中的温度与组织的分布与演变进行分析。结果表明：金属圆盘在奥氏体化过程中，加热时间为80 s时，内外最高温差为214℃；淬火时间为2.7 s时，内外最高温差为613℃，圆盘外侧的温度显著高于内侧，易产生热应力不均匀缺陷。淬火后金属圆盘的内侧和中侧均为铁素体、马氏体和贝氏体，但组织含量不同，内侧分别为58.81%、18.64%、22.40%，中侧分别为56.46%、22.92%、20.45%，金属圆盘外侧的马氏体组织含量(96.07%)最多，贝氏体与奥氏体仅占2.87%和0.6%。淬火后金属圆盘的外侧和表面的硬度最高，内侧和中部的心部硬度较低。

• 电脉冲对ZL205A合金凝固行为及性能影响机理的研究

  郭廷彪, 辛婵, 丁唯桐, 王欢, 郑双双, 张国庆,

  由于成分复杂，凝固间隔较大（凝固间隔约100 K），倾向糊状凝固，ZL205A合金易产生粗大的凝固组织，因此改善合金凝固组织及力学性能具有重要意义。通过在ZL205A合金的凝固过程中施加电脉冲，系统研究了电脉冲对合金凝固组织及性能的影响。结果表明：通过施加电脉冲，Ti、Mn等溶质元素均匀分布，合金凝固组织细化效果及长效性得到显著增强，晶粒尺寸最小可细化至95.6μm；优先析出相Al3Ti含量减少甚至消失，析出相Al6Mn与Al2Cu形成新的组合物存在于晶界上；合金内缩孔等缺陷消失，抗拉强度、伸长率、硬度经过电脉冲处理后最高达到292.2 MPa、14.3%、102.8 HV。

• 预回复退火工艺对薄规格无取向硅钢组织与织构的影响

  黄绍鉴, 梅明明, 谢信祥, 焦海涛,

  对铸轧薄规格无取向硅钢分别进行直接再结晶退火和包含预回复退火的两阶段退火工艺，利用光学显微镜、EBSD和X射线衍射研究了退火工艺对无取向硅钢再结晶组织和织构的影响。结果表明：直接再结晶退火时，再结晶织构为强的γ和α'织构，再结晶组织的平均晶粒尺寸仅为65.1μm。引入预回复退火后，随着预回复退火温度升高，再结晶组织的平均晶粒尺寸逐渐增大至87.3μm。此外，γ再结晶织构逐渐减弱，λ再结晶织构逐渐增强。经550℃预退火的再结晶组织中100织构体积分数达42.3%，比直接再结晶退火提高31.7%。

• 后处理工艺对铜箔微观组织及电化学性能的影响

  张博, 孙万昌, 李凤, 刘二勇, 周梦然, 许一凡, 蔡辉, 张菁丽, 贾天泽,

  随着5G通讯技术及新能源汽车的更新换代，对电路板用铜箔提出了更高要求。电解原箔表面经过预处理、粗化、固化、镀锌及镀铬等一系列后处理工艺，才能提高铜箔的组织及性能，满足5G通讯高端电路板的应用。通过优化铜箔光面镀锌和镀铬工艺条件，分析了镀锌和镀铬工艺参数（电流密度、沉积时间、镀液温度）对铜箔光面锌阻挡层和铬钝化层微观组织及电化学性能的影响。结果表明，当镀锌电流密度为2 A/dm2、沉积时间为16 s、锌镀液温度为40℃时，镀锌层的微观形貌致密，耐腐蚀性能最佳；当镀铬电流密度为1 A/dm2、沉积时间为15 s、铬镀液温度为30℃时，铬钝化层性能优异。

• 基于摩擦与温度修正的GH4033高温变形本构模型的建立

  黄升, 王安东, 高佩, 林伟,

  为准确预测不同应变量下GH4033镍基高温合金的热加工性能，利用Gleeble-3500热模拟试验机对GH4033合金进行应变量为1.2、变形温度为950～1200℃、应变速率为0.01～10 s-1的热压缩变形试验；采用摩擦修正模型来消除热压缩过程中摩擦阻力的影响；利用外推法去除高应变速率(10 s-1)下绝热温升带来的应力减小情况；结合Arrhenius双曲正弦方程，并考虑应变量对GH4033合金流动应力的影响，构建耦合应变量的改进型本构模型；采用相关系数R和绝对平均误差δ量化模型的准确性和可靠性。结果表明：改进型本构模型的材料常数与应变量之间的最佳多项式拟合阶数为9阶，经摩擦与温度修正后的模型和GH4033合金流变应力的相关系数R为0.9958，绝对平均误差δ为7.7218%。这表明基于摩擦与温度修正后的改进型本构模型在给定变形条件下对GH4033合金的流变应力具有良好的预测能力。

• 面向锅炉水冷壁管的高频感应熔覆研究

  刘福广, 乔燕雄, 许有海, 周岩, 刘志伟, 刘国刚, 贺明辽, 杨小金, 张鹏涛, 成小乐, 邢宇,

  针对火电机组深度调峰、混煤掺烧等工况下锅炉水冷壁管高温腐蚀磨损严重的问题，研究了高频感应熔覆Ni60合金涂层在锅炉水冷壁管上的防护效果，并通过仿真分析优化熔覆工艺参数。采用ANSYS有限元模型，结合瞬态热分析和静态结构分析，研究了不同热源移动速度、加热功率和熔覆层厚度对熔覆层温度场、应力场及变形的影响。结果表明：随着热源移动速度的加快，模型整体温度逐步减小，残余应力与最大变形也随之减小；熔覆温度随加热功率的增加呈线性增长关系；熔覆层厚度增加时，最大变形略有下降，应力整体也呈下降趋势。通过正交实验设计，确定了高频感应熔覆Ni60合金涂层的较优工艺参数组合为功率8500 W，速度120 mm/min，熔覆层厚度为600μm，等效应力减少23.4%，最大变形降低4.7%，为锅炉水冷壁管防护提供了理论依据和参考。

• 激光熔覆下正交实验中Ni201涂层工艺参数优化和多响应预测研究

  刘成, 李云峰, 唐术锋, 姜广君,

  采用正交优化实验，在预热后的Q235基材表面采用激光熔覆Ni201合金粉末制备镍基复合涂层。对熔覆层的表面形貌、工艺参数的影响因素P值和贡献率η分析发现，工艺参数中的扫描速度对熔深、熔高、熔宽的影响具有最大的贡献率；通过对各响应R2值和置信度分析，发现模型与响应数据之间拟合度高，具有较高的置信度；在方差分析的基础上，根据预设的目标值进行优化设计，得到Ni201合金粉末的最佳工艺参数，激光功率为2700 W、扫描速度为300 mm/min、送粉量为4.58 g/min。

• 等离子弧微铸锻增材制造15-5PH钢性能研究

  徐亚芳, 冯剑飞, 印陈曦, 丛昊,

  结合等离子弧微铸锻增材制造工艺，对面向传统制造的结构进行了优化设计，提取力学特性和几何特性，促使热量均匀传递，尽可能降低残余应力，保证支撑稳定。试验以15-5PH钢为原材料，通过打印件化学成分、微观组织、材料级拉伸试验、缩比结构件缺陷检测和静力试验研究，探索了缩比结构件设计对工艺适应性优化调整的有效性。结果表明：室温以及高温下打印件的抗拉和屈服强度性能与锻制棒材水平相当，且方向差异不明显。进一步，分别通过荧光渗透和数字射线的方法对缩比结构件的表面和内部缺陷进行了表征和分析，对缩比结构件设计复杂和薄弱部位施加一定的静载荷进行考核，本文为实现更复杂几何形状的优化，以及扩展到其他类型的零件上有一定的借鉴作用。

• 新型热作模具钢热动力学分析及合金优化设计研究

  薛小龙, 张昊轩, 王建, 王一龙, 胡志强, 王开坤,

  为进一步提升5CrNiMoVNb钢的高温热稳定性、热疲劳性能等高温服役性能，应用透射电镜分析了其微观组织形貌，应用热力学计算软件分析其平衡析出相。研究了Cr、Mo、V等合金元素变化对主要析出强化相的含量、热稳定温度和粗化速率的影响规律。结果表明：700℃以下，5CrNiMoVNb钢中稳定存在的析出强化相主要为M23C6和MC＿ETA，大部分碳化物颗粒呈弥散状分布在马氏体基体上。其中作为重要晶界强化相的M23C6碳化物，其含量、热稳温度及粗化速率受Cr和V含量影响较大。综合分析合金元素对主要析出强化相含量、热稳温度和粗化速率系数的影响规律，主要合金成分（wt%）被优化为：1.2～1.5Cr、2.2～2.4Mo、0.6～1.0V。

• 耐蚀合金NS334及堆焊试样在氯离子环境中的腐蚀行为研究

  嵇爽, 戚振南, 刘燕霞, 赵英利, 韩彦光, 张志旺, 李瑞杰,

  对耐蚀合金NS334母材及堆焊试样在浓度6wt%～24wt%FeCl3溶液中进行电化学腐蚀试验、浸泡腐蚀试验，通过SEM、LSCM等手段，对腐蚀形貌、腐蚀失重率、腐蚀机理等进行研究。结果表明：NS334合金母材及堆焊试样的电化学腐蚀速率与溶液浓度呈正相关。当FeCl3浓度大于18wt%后，耐蚀性迅速降低，母材腐蚀减重率从0.02 g/（m2·h）增加至0.05 g/（m2·h），堆焊试样腐蚀失重率从0.025 g/（m2·h）增加至0.11 g/（m2·h）。母材的孪晶小角度晶界耐蚀性强化效果与细化晶粒的耐蚀性弱化效果共同作用，导致母材耐蚀性优于堆焊试样。氯离子腐蚀主要沿晶界及二次枝晶发生并向内部延伸扩展。

• C含量对GH4079合金组织和性能的影响

  韦康, 何佳讯, 尹健伟, 王涛, 李钊, 万志鹏,

  采用双联冶炼、均匀化处理、锻造变形和热处理制备了C含量分别为0.018wt%、0.038wt%和0.051wt%的3种GH4079合金，通过热力学计算研究了不同C含量GH4079合金的平衡相析出行为，并结合EDS成分分析、显微组织观察、室温拉伸和650℃/863 MPa下持久性能测试，研究了C含量对GH4079合金显微组织及力学性能的影响。结果表明：C含量的增加会促进GH4079合金中MC等类型碳化物的析出，富Nb、Mo、Ti的碳化物含量随C含量的增加呈线性趋势增加，但对γ'相的析出无显著影响。随C含量的增加，经相同锻造变形、热处理后的棒材晶粒尺寸明显减小；室温抗拉强度和屈服强度升高，断后伸长率降低；持久寿命明显增长，持久塑性相当。碳化物及其发挥的阻碍位错运动、抑制晶界滑移是促使合金力学性能提升的主要原因。

• Inconel718高温合金表面激光熔覆Ti6Al4V钛合金粉末数值模拟

  杨洪刚, 张志凌, 陈云霞,

  在Inconel718高温合金表面激光熔覆Ti6Al4V钛合金粉末，采用有限元方法对激光熔覆过程中的内部传热、速度场和元素分布进行数值模拟，并研究了不同激光功率对熔覆层元素分布的影响。结果表明：在激光熔覆初期，热传导在熔池传热中占主导地位，在中后期则是对流占主导地位。由于液体表面张力梯度的逐渐减弱以及熔池底部糊状区域对流体动量的吸收作用，熔池底部液体流动的剧烈程度小于熔池顶部区域。3000 W激光功率下熔覆层的钛元素分布相对2500 W较为均匀，2000 W激光功率下进入基材的钛元素较少，未能形成有效的冶金结合。研究成果可为激光熔覆涂层的工艺参数优化提供参考依据。

• 基于二次回归旋转组合试验的多电弧增材工艺参数优化

  李华玮, 何天英, 潘利波, 余圣甫, 杨俊杰,

  为了实现大型金属构件高质量、高效率增材制造，设计并制造了多电弧增材制造机头装置与控制系统，将多电弧增材单元、三维测量单元、减材加工单元与总控单元集成出了多电弧增材制造装备。随后分析了多电弧增材制造时弧焊枪协同运动方式，得出弧焊枪前进速度VY、轮廓弧焊枪1、2间距L与摆动速度VX满足VY/VX=7/L关系时，可获得熔合良好的堆积层。最后以多电弧堆积层平整度为指标，设计了二次回归通用旋转组合试验，分析了单一工艺参数对堆积层平整度的影响规律。结果表明：对多电弧堆积层平整度的影响顺序为轮廓电弧电流、填充电弧电流、堆积层宽度、填充弧焊枪摆动速度。同时优化得到多电弧增材最优工艺窗口：轮廓电弧电流为70～90 A、填充电弧电流为580～620A、堆积层宽度为80～130 mm、填充弧焊枪摆动速度为12～14 mm/s。

• 稀土Y对GCr15轴承钢相变规律的影响

  徐文文, 杨庆, 刘璐华, 周伟, 赖朝彬,

  由于轴承钢服役环境恶劣，需要具有较高的硬度、韧性、耐磨性和强度。采用Gleeble-3500热模拟试验机，研究了稀土Y对GCr15轴承钢试样不同冷速下的相变规律及硬度的影响。通过OM、SEM、EDS、硬度计等设备，结合Origin和Image J等软件对数据处理分析。结果表明：稀土Y提高了GCr15轴承钢的Ac1温度45.3℃、Accm温度14.8℃。在低冷速下，稀土Y偏聚于晶界处，阻碍了网状碳化物的形成，使网状碳化物变成断网状，且厚度减小，体积分数减少。在高冷速下，晶界处未出现裂纹，因为稀土硫化物的形成，使S杂质元素的分布发生了变化，减少了S元素在晶界处的偏聚，晶界得到净化，晶界强度提高。加入稀土Y能有效提高GCr15轴承钢的硬度。

• GH188合金大型异形机匣锻件成形工艺研究

  叶宁, 王建国, 赖雅琪, 王龙祥, 代旭, 刘男,

  介绍了一种大锥度、厚法兰、高度高的GH188合金异形机匣环形锻件精确成形工艺。采用异形轧制分料+胎模预成形+精密辗轧的成形方案，并结合数值模拟技术，确定了详细工艺参数，制备了组织均匀的大型复杂截面GH188合金异形机匣锻件。结果表明：所制备的异形机匣锻件材料利用率较高，截面填充效果较好，锻件截面晶粒度均为3.5级，组织均匀，性能满足技术要求。

• 基于响应面-遗传算法的核电安全端焊接工艺参数优化及疲劳寿命预测

  彭宪伟, 陈文杰, 胥杨, 纪冬梅,

  接管安全端广泛存在于核电站一回路系统中，其安全性和可靠性对核电站的运行至关重要。为降低反应堆压力容器接管安全端的焊后残余应力，以焊接电流、焊接速度、层间冷却时间为因素，结合响应面和遗传算法优化接管安全端焊接工艺，并基于服役过程模拟开展其疲劳寿命评估。结果表明：接管安全端最佳焊接工艺参数为焊接电流610 A，焊接速度23 mm·s-1，层间冷却时间427 s；优化后焊接残余应力峰值为373 MPa，相比优化前应力下降44 MPa；安全端构件最薄弱的位置位于安全端内壁上首道焊缝焊至90°时的中心点处，疲劳寿命值为4.06×103个循环。

• TC4厚板大型壳体构件精密热压成形工艺研究

  刘云海, 胡志田,

  厚板大型壳体作为船舶等装备的关键承压部件，其精密成形是制造领域的难点。以TC4钛合金厚板大型壳体的典型分段构件——瓜瓣为研究对象，针对其热压成形过程中的回弹控制难题，采用热压成形工艺开展高精度技术研究。基于厚板厚向非均匀性特征及高温应力松弛行为，建立分层应变补偿与应力松弛本构模型，采用Abaqus软件对瓜瓣热成形-应力松弛-回弹全过程进行有限元模拟。模拟结果表明，成形温度为850℃、应变速率为0.01 s-1、应力松弛保压时间为900 s时，瓜瓣的形状公差控制在±2 mm，有效解决了TC4厚板大型壳体件精密成形的问题。并对瓜瓣进行了试制，发现有限元模拟结果总体趋势与试验结果一致，验证了该有限元模拟的可行性和准确性。

• Sr含量对新能源汽车用Al-10.5Si合金组织及性能的影响

  刘莹, 马渝钊, 邵阳, 黄雪洋, 莫灼强,

  为满足新能源汽车进一步的发展，以Al-10.5Si合金为研究对象，借助纳米压痕仪、扫描电镜、光学显微镜、导电率仪和万能材料试验机等设备，研究了Sr含量对新能源汽车用Al-10.5Si合金组织及性能的影响。结果表明，变质前后Al-10.5Si合金组织、导电率、拉伸性能、纳米压痕硬度和杨氏模量发生明显变化。未变质时，Al-10.5Si合金中的α-Al枝晶、初晶Si和共晶Si的尺寸较大。当Sr含量为0.045wt%时，Al-10.5Si合金中的α-Al枝晶显著减少，共晶Si由粗大全部变成细小纤维状，变质完全，Si颗粒细小、弥散，尺寸约1～4μm。Al-10.5Si合金的导电率随Sr含量的增加先增大后减小，当Sr含量为0.045wt%时，合金的导电率最大，其值为39.28%IACS。Al-10.5Si合金的力学性能随Sr添加量的增加先增加后减小。当Sr含量为0.045wt%时，合金的抗拉强度为176 MPa、屈服强度为154 MPa、伸长率为14.5%、纳米压痕硬度为1.222 GPa和杨氏模量为75.726 GPa，分别提高了46.7%、49.5%、163.6%、54.88%和56.73%。因此，当Sr添加量为0.045wt%时，Al-10.5Si合金的综合性能最优。

• CFRP与铝合金粘接-自冲铆接数值模拟及损伤机理研究

  杨大勇, 邓开标, 展新, 谢正超, 苏海亮,

  针对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与金属粘接-自冲铆混合连接工艺的损伤问题，基于理论模型建立了粘接-自冲铆接成形过程数值仿真模型并开展研究。为了深入探索铆钉硬度对CFRP和6061-T6铝合金粘接-自冲铆复合连接接头损伤机理的影响，采用硬度值为H4和H2的半空心铆钉进行试验分析。对比分析不同硬度铆钉接头的硬化效果、内部应力分布情况与层间单元刚度退化状态。结果表明，不同铆钉的塑性变形导致不同的硬度分布，H4铆钉接头比H2铆钉接头具有更好的硬化效果，且接头的强度损失相对较低。混合连接接头的损伤集中在铆钉正下方区域；H4铆钉接头外部区域的层内和层间损坏范围较H2铆钉接头小，具有更好的成型质量。层合板的铺层设计影响混合连接接头层间损伤的分布；特别是对于0°/45°/90°/-45°s铺层设计的层合板，层间损伤扩展的方向与下层纤维铺设方向的相关性更高。

• X80管道自动焊环焊接头韧性离散性影响机理研究

  赵龙一, 汪凤, 路兴才, 周聪, 高雅楠, 谌康, 苏冠侨,

  基于国内某工程X80钢管道自动焊环焊接头夏比冲击韧性数据，进行了系统的统计分析，并对现场检测冲击试样开展组织形态和裂纹扩展路径分析，明确X80钢管道自动焊环焊接头冲击数据离散程度，探究其韧性离散机理。结果表明，X80钢管道全自动焊环焊接头焊缝区韧性数据标准差为51.14，熔合线韧性数据标准差为87.99；组合自动焊焊缝区韧性数据标准差为49.59，熔合线韧性数据标准差为62.48。两种工艺下，熔合线韧性数据相较于焊缝区韧性数据离散性更大。微观组织和裂纹扩展路径分析表明，焊缝区韧性离散与层道间组织中AF和PF体积占比密切相关。AF占比增大时，裂纹扩展阻力提升，冲击值随之增大；熔合线两侧显著的组织不均匀性致使裂纹易沿粗晶热影响区粗大的GB组织发生穿晶扩展，进而造成韧性低值，并且缺口加工精度也对裂纹扩展路径产生影响，使裂纹扩展路径偏离熔合线，偏向母材或焊缝组织，产生韧性“假值”。这两种因素最终导致熔合线处韧性离散现象的出现。

• 高温下含缺陷Q345钢蠕变裂纹扩展行为分析

  郭华泾, 唐文杰, 童小龙,

  Q345钢被广泛运用于高温钢结构，含缺陷Q345钢蠕变裂纹扩展行为引起的蠕变断裂失效是高温钢结构的主要失效形式。为了解决高温钢结构蠕变断裂问题，模拟了含缺陷Q345钢在环境温度为400℃时，3组不同荷载水平作用下的蠕变裂纹扩展过程，分析了裂纹长度和荷载水平对稳态蠕变过渡时间、时变积分蠕变因子和蠕变因子的影响，利用C*-A2双参数法研究了其裂纹尖端约束效应，并分析了不同工况下蠕变裂纹扩展规律。结果表明：在含缺陷Q345钢蠕变裂纹扩展过程中，蠕变过渡时间和蠕变因子受荷载水平的影响较大；裂纹尖端约束水平在裂纹扩展过程中会逐渐提高，而荷载水平的影响较小；蠕变裂纹扩展速率在裂纹扩展过程中会逐渐增长，而荷载水平对裂纹扩展影响较大。

• 热处理对铸态Ti-18Al-10Nb合金组织和性能的影响

  李伟, 秦春, 杨易,

  研究了热处理温度以及冷却方法对Ti-18Al-10Nb合金铸态组织和力学性能的影响规律。结果表明：铸态Ti-18Al-10Nb合金的显微组织是由α2相和β相组成。随着固溶温度的升高，α2相的含量和厚度随之减少，合金的压缩性能呈下降趋势。铸态下Ti-18Al-10Nb合金的压缩强度为1454 MPa，但在985℃保温1 h+空冷处理后，合金压缩强度为1355 MPa，压应变为0.047，相比铸态，应变降低了68.5%。相同热处理温度下，水冷后合金的压缩强度增加；在785℃保温1 h+水冷处理后，压缩强度为1210 MPa，而空冷后的压缩强度为1178 MPa。

• 热处理对Cr5/45钢复合材料组织及性能的影响

  严佳奇, 曹玉龙, 李光强, 马崇圣, 张赛康,

  采用电渣重熔复合法制备了Cr5/45钢复合铸坯，研究了其解剖后的纵剖试样，通过Thermo-Calc计算了两种材料的平衡相图，采用了900℃淬火+530℃回火的热处理工艺，并对铸态及热处理后试样界面处元素过渡、组织、拉伸和剪切性能进行测试。结果表明：热处理会促进Cr元素在Cr5/45钢双金属复合铸坯结合界面处的扩散，使Cr元素过渡区的厚度从70.1μm增加到91.0μm。热处理试样Cr5钢侧为回火索氏体；45钢侧为回火马氏体，并在晶界处有二次渗碳体析出。此外，热处理后试样的界面抗拉强度和剪切强度分别为870 MPa和1588 MPa，且拉伸断口出现在45钢侧，充分表明双金属界面结合情况良好。

• 润滑油介质下热处理改性钛合金Ni-P镀层的摩擦性能研究

  张韵波, 左寒阳, 肖吉源, 吴桐, 严红林, 卢建红,

  在TC6钛合金表面通过化学镀法制备了Ni-P镀层，并分别进行了温度为200、300、400、500℃的热处理改性。分析了Ni-P镀层热改性前后在4109合成润滑油和空气两种介质下的摩擦学特性。结果表明：化学镀Ni-P热处理改性后其硬度随热处理温度先升后降，在400℃达到最高984.5 HV；热处理使Ni-P镀层由非晶态向晶态转变，400℃下镀层基本完成了晶化过程，500℃处理时以牺牲Ni3P来生长Ni，部分Ni3P转化为Ni2P;4109油在镀层表面浸润性随热处理温度升高先增大后减小，400℃时接触角最低至9.86°；摩擦系数及磨损率随着硬度的提升逐渐变好，400℃热处理镀层的摩擦系数在润滑油介质中最低为0.15，仅为空气介质中TC6基体摩擦系数的20%；磨损率在润滑油中最低为2.8×10-10mm3·N-1·mm-1，仅为初始TC6钛合金空气中磨损率的0.031%；在空气介质中TC6基体的磨损机制和基材镀镍后主要表现为粘着磨损，而镀镍层经热处理后其磨损机制转变为犁削磨损和粘着磨损共存，润滑油介质下，各试样均表现为以犁削磨损为主的规律。

• 基于SYSWELD线圈盒热丝填充激光焊焊接变形数值模拟

  张书权, 王守武, 王立跃, 胥锴, 戈军委, 张伟, 符书豪,

  采用固有应变法，基于有限元软件SYSWELD对SCC校正场线圈盒的热丝填充激光焊进行了局部数值模拟和整体数值模拟。在局部数值模拟时，设计了仅改变焊层顺序的3种焊接方案进行了模拟；在整体模拟时，设计了正反面两条焊缝采用不同的分段焊接顺序的3种焊接方案进行了模拟。结果表明：采用固有应变的计算值与测量值吻合良好，局部模拟中各方案最大变形量依次为1.06、1.35及1.47 mm，而整体模拟中各方案最大变形量依次为3.06、5.60及5.39 mm。综合考虑从减少焊接变形和提高效率即减少翻转次数方面来看，线圈盒最为合理的焊接方案为：线圈盒除了第一层和最后一层外每焊完两层翻身1次，在分段焊接时先焊4个拐角，后交替斜对称焊接中间段。