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2022年全球釩工業發展報告

吳優, 陳東輝, 劉武漢, 張邦緒, 何睿

2023, 44(6): 1-8. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.001

摘要(1040) HTML (2582) PDF(284)

摘要:
從全球釩資源、產品、產能、產量、需求、進出口貿易和市場價格等方面闡述和分析了2022年釩產業的整體狀況，并基于目前國內外產業運行態勢對釩后市進行了展望，認為全球釩產業將進入轉型發展新周期，我國需科學高效有序開發利用關鍵戰略金屬礦產資源中的釩；提前規劃釩產業綠色低碳發展路徑；未來幾年中國依舊為全球最大的釩供需市場，全球釩市場價格在多因素調控機制下，在一定區間內呈盤整回歸態勢；釩電池儲能將成為支撐新能源安全穩定應用的重要載體之一。

攀枝花釩鈦產業發展思考及對策建議

羅金華

2023, 44(6): 9-16. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.002

摘要(366) HTML (418) PDF(50)

摘要:
綜合評述了攀枝花釩鈦資源價值鏈、釩鈦技術產業鏈以及產業聚集發展現狀，對釩鈦產業存在的問題及發展前景進行了分析，結合釩鈦產業集群打造，提出了相關建議。認為目前攀枝花的釩渣、鈦渣、鈦白粉等傳統低端產業產能過剩，而釩合金、高端鈦及鈦合金等新興產業產能明顯不足，生產規模較小。產業發展方式應從增量擴能轉向調整存量、增效提質并舉，加強技術創新，開發高端釩鈦功能材料，提高釩鈦產品附加值。釩鈦產業集群化發展必須重視頂層設計，強鏈、延鏈、補鏈，完善配套，將資源優勢徹底轉變為產業優勢。

釩酸鹽形態分析研究

蒲宇文, 劉羲, 唐康, 徐宗源, 鄭國燦, 陳燕, 劉作華, 杜軍, 彭毅, 陶長元

2023, 44(6): 17-23. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.003

摘要(443) HTML (88) PDF(32)

摘要:
在釩渣鈣化焙燒-酸浸工藝中，產生的浸出液含有較多的雜質，其含釩相的變化情況會直接影響釩的總體回收率。在不同條件下，測定釩相在浸出過程中的遷徙和轉變是一個巨大的挑戰，因此研究了不同條件對釩形態的影響和轉化規律。采用軟件Visual MINTEQ 3.1模擬計算多釩酸結構的變化情況，為不同pH下沉釩提供了理論基礎。使用基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀(MALDI-TOF-MS)檢測釩存在形態。測試結果表明，pH值較低時，V₁₀O₂₈^6?是主要物質，隨著pH值的增加，VO₃^?、V₄O₁₂^4?的含量增加，成為主要物質之一；濃度導致相對含量發生了變化，濃度越低，VO₃^?含量越少，V₁₀O₂₈^6?含量越多；不同陰陽離子對釩形態影響不顯著。此結果豐富了釩形態研究，為釩渣中釩元素的定向轉化提供了理論基礎，同時也為后續沉釩工藝提供了依據，提升轉爐釩渣提釩效率。

銨釩氧化物的可控水熱合成及其儲鋅性能

楊智, 湯云淇, 盧超, 龔銘

2023, 44(6): 24-31. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.004

摘要(384) HTML (101) PDF(18)

摘要:
銨釩氧化物作為水系鋅離子電池正極材料具有輕質、高容量等特點，但其可控合成仍面臨挑戰。采用乙二醇（EG）輔助調控的一步水熱法成功制備出一系列物相與形貌不同的銨釩氧化物。研究表明，當EG添加量由0 mL增加到1.6 mL，水熱產物由帶狀(NH₄)₂V₆O₁₆轉變為棒狀NH₄V₄O₁₀；當EG添加量為18 mL時，所得產物為片狀(NH₄)₂V₄O₉。對比發現，棒狀NH₄V₄O₁₀表現出最佳的電化學性能，其在0.1 A/g電流密度下展現出415.8 mAh/g的高比容量，經過12000次循環（10 A/g電流密度下）后的容量保持率高達94.1%。NH₄V₄O₁₀卓越的電化學性能得益于其單連接的氧原子與NH₄⁺之間相互作用形成的穩定層狀結構，有效增強了其循環穩定性，納米棒狀形貌以及明顯的電容效應提升了其倍率性能和動力學特性。

超聲強化釩鉻濾餅濕法浸出行為研究

龔倩, 王星星, 金貴炫, 黃金磊, 唐丹, 黃輝勝, 李兵, 石文兵, 林銀河, 彭浩

2023, 44(6): 32-37. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.005

摘要(368) HTML (144) PDF(14)

摘要:
釩鉻濾餅中釩主要以低價態的形式存在，在堿性條件下難以直接溶出，通過焙燒-浸出的方式進行回收會帶來較大能耗。引入超聲對釩鉻濾餅的堿性濕法浸出過程進行強化，實現低價釩向高價釩的氧化轉化，可提高釩的浸出率。試驗研究了氫氧化鈉用量、反應溫度、反應時間、反應液固比和攪拌轉速等參數對釩浸出率的影響，結果表明，引入超聲技術可以有效強化釩鉻濾餅的濕法浸出過程，提高釩的浸出率。與直接堿性浸出相比，超聲強化浸出過程可以使釩的浸出率提高34個百分點。在最佳反應條件下（氫氧化鈉用量為m(NaOH)/m(釩鉻濾餅)=0.5 g/g，反應溫度為90 ℃，攪拌轉速為500 r/min，反應時間為60 min，液固比為5 mL/g，超聲頻率為40 kHz），釩的浸出率可達96.9%。

沉釩過程合格液成分與五氧化二釩成分的多元相關影響分析

伍金樹, 饒玉忠, 伍珍秀, 蔣霖

2023, 44(6): 38-45. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.006

摘要(335) HTML (113) PDF(17)

摘要:
通過Pearson系數統計方法、概率密度分析方法和概率密度累積分布分析方法研究沉釩過程合格液中磷、鐵、錳、硅、釩等元素對五氧化二釩成分的多元相關影響。結果表明，合格液中P、Mn含量與五氧化二釩中P含量的Pearson系數分別為0.6847、0.6663，線性相關程度最高；合格液中Mn與五氧化二釩中Mn的Pearson系數為0.3612，合格液中Fe與五氧化二釩中Si的Pearson系數為0.3564，具有一定的線性相關；合格液中P與五氧化二釩中Si的Pearson系數為?0.3291，合格液中V與五氧化二釩中P的Pearson系數為?0.2259，具有一定的負線性相關。合格液中其余元素含量與五氧化二釩中元素含量的Pearson系數的絕對值均小于0.16，說明相關性不強。五氧化二釩和合格液中P、Mn、Fe、Si、V含量均不服從正態分布，反映出統一樣本過程不穩定，即生產過程不穩定，因此減少合格液成分異常波動，規避沉釩過程中對五氧化二釩質量產生較大影響的因素，可以提高五氧化二釩成分的穩定性。該研究為生產合格五氧化二釩提供了一定的理論技術支撐。

高強β鈦合金的研究現狀與展望

王安東, 相志磊, 周宗熠, 馬小昭, 韓竟俞, 陳子勇

2023, 44(6): 46-57. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.007

摘要(1960) HTML (404) PDF(207)

摘要:
對于鈦合金來說，合金元素的種類以及含量對合金性能有很大的影響。而對于β鈦合金，主要問題是如何選擇β穩定元素以及控制β穩定元素的添加量。綜述了不同合金元素對β鈦合金的影響，并總結了國內外高強β鈦合金的發展過程及現狀。重點介紹了美國的Ti-1023、β21-S和俄羅斯的BT22、Ti-5553以及中國的Ti-5523合金。此外，從添加小尺寸間隙元素來控制合金相的大小、形態及種類的角度，對提升β鈦合金強度進行了展望，以期使β鈦合金的強度進一步提高。最后總結了β鈦合金發展過程中遇到的困難及β鈦合金可能的發展方向。

真空電磁定向凝固制備高純TiSi₂和共晶Si-Ti合金的研究

張亞坤, 雷云, 馬文會

2023, 44(6): 58-63. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.008

摘要(395) HTML (100) PDF(17)

摘要:
為了制備高純TiSi₂和共晶Si-Ti合金，研究新采用真空電磁定向凝固技術對Ti-Si合金進行了相分離與提純。結果表明，真空電磁定向凝固技術可以有效地提純Ti-Si合金；Fe、Mn和Al雜質通過其在固-液界面上的分凝效應去除(富集在頂部)；Ca和Mg雜質由于蒸氣壓明顯高于Si和Ti，因此可以通過真空揮發去除。Ti-56%Si合金(純度96%)經真空電磁定向凝固后，在坩堝下部分離得到致密的TiSi₂合金，而上部則分離得到物相均勻的共晶Si-Ti合金。由此制備的TiSi₂純度達到99.4%，共晶Si-Ti合金純度達到99.1%(僅考慮主要雜質Fe、Mn、Ca、Mg和Al條件下)。

Ti-Al-Mo-V-Cr系新型高強耐磨β鈦合金熱變形與熱處理研究

岳顆, 孫迎軍, 彭力, 林崇智

2023, 44(6): 64-69. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.009

摘要(394) HTML (94) PDF(18)

摘要:
以Ti-Al-Mo-V-Cr系高強耐磨新型β鈦合金為試驗對象，研究了該新型β鈦合金在不同變形條件下的熱變形行為，分析了熱處理工藝對新型β鈦合金板材力學性能和顯微組織的影響。結果表明，熱壓縮試驗中變形速率越低，變形溫度越高，合金熱變形抗力就越?。辉俳Y晶晶粒數量隨變形速率的降低而明顯增加，再結晶晶粒尺寸隨變形溫度的降低而明顯減小。熱處理試驗中采用合適的熱處理工藝有效改善了冷軋板材的組織和力學性能，低溫時效與高溫退火工藝可以使板材的抗拉強度分別達到1686 MPa與1569 MPa，洛氏硬度（HRC）均保持在50以上。

鑄造燒結法制備TiC顆粒增強鐵基復合材料的磨損性能

孫雪莉, 王帥, 劉晨宇, 付志強, 鄭開宏, 王娟, 柯志敏

2023, 44(6): 70-75. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.010

摘要(428) HTML (123) PDF(21)

摘要:
通過鑄造燒結法制備TiC顆粒增強高鉻鑄鐵基復合材料，采用EDS、SEM等檢測手段研究增強顆粒對材料顯微組織和磨損行為的影響規律。結果表明，與高鉻鑄鐵相比，復合材料中由于TiC顆粒的存在使其洛氏硬度(HRC)從49提高到了60。在磨損過程中，高鉻鑄鐵表面的M₇C₃型碳化物在磨粒的反復作用下出現了明顯的裂紋，并逐漸向基體內擴展。破碎后的碳化物容易脫落，不能有效阻止磨粒在材料表面的犁削作用，加劇了材料的磨損。而在復合材料中，隨著較軟的基體相優先被磨料削除，會裸露出大量的TiC顆粒。這些表面凸起的TiC顆粒承擔磨粒的主要破壞作用，從而有效保護基體材料。對比發現，在相同的磨損條件下，復合材料的耐磨性與高鉻鑄鐵相比提高了1.95倍。

稀土對HA/Ti復合材料力學及生物活性影響的研究

范興平, 楊成

2023, 44(6): 76-80. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.011

摘要(308) HTML (94) PDF(6)

摘要:
為進一步改善HA/Ti復合材料的性能，以HA粉及商用Ti粉為原料，分別加入一定量的不同稀土化合物（CeO₂、LaF₃及SrO），利用粉末冶金方法制備了稀土增強型HA/Ti生物復合材料。借助X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）、金相顯微鏡及萬能力學試驗機，探究了三種稀土元素對HA/Ti復合材料組織結構、力學性能及生物活性的影響。結果表明，分別添加0.3%的CeO₂、LaF₃及SrO稀土化合物所得的三種復合材料的力學性能均得以改善，其抗壓強度分別為47、91 MPa和40 MPa，而未添加稀土的HA/Ti復合材料的抗壓強度僅為34 MPa；且LaF₃還能進一步改善復合材料的生物活性，但添加CeO₂和SrO未能改善其生物活性。

SPS燒結工藝對TiC/6061Al復合材料顯微結構及力學性能的影響

張洋, 劉燦森, 王娟, 田卓, 鄭開宏, 柯志敏

2023, 44(6): 81-87. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.012

摘要(297) HTML (79) PDF(14)

摘要:
采用低速臥式球磨法和放電等離子燒結法（SPS）制備了2％TiC/6061Al復合材料，利用光學顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度儀和拉伸試驗研究了不同燒結溫度和壓力對該復合材料致密度、顯微結構和力學性能的影響。結果表明，當燒結溫度為500 ℃時，燒結不充分，顆粒之間結合不緊密，導致復合材料致密度過低；當燒結溫度為550 ℃時，超過了Al基體的熔點，少部分熔融Al飛濺并溢出模具，導致模具內壓力不平衡，從而降低了復合材料致密度。復合材料致密度和力學性能隨著燒結壓力的增大而增大，故選取模具所能承受的最大壓力作為最佳燒結壓力。故當燒結溫度為525 ℃、燒結壓力為40 MPa時，該復合材料的致密度、硬度和強度均達到最大值。

攀西地區某選礦廠鈦精礦提質浮選試驗研究

蘇馨, 胡厚勤, 王洪彬

2023, 44(6): 88-92. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.013

摘要(373) HTML (166) PDF(25)

摘要:
攀西地區某選廠浮鈦精礦品位為46.84%，其中脈石礦物SiO₂、CaO不利于后續氯化法制鈦白粉。加入抑制劑（酸化水玻璃、硫酸、水玻璃、氟硅酸鈉以及木質素），均可有效抑制脈石礦物上浮，提高鈦精礦品位，其中硫酸和木質素效果較好，綜合成本確定硫酸為提質浮選抑制劑。采用一次浮選流程考察攪拌時間、硫酸用量、捕收劑用量對最終鈦精礦品位和回收率的影響，確定攪拌時間10 min、硫酸用量2000 g/t、MOH用量2000 g/t為最佳浮選條件。在最佳浮選條件下，經過一粗一精浮選流程，可將鈦精礦品位由46.84%提升至50.04%，鈦精礦回收率為41.93%，且CaO+SiO₂≤1.5%，滿足提質要求。

轉爐鋼渣鋁熱還原回收有價元素熱力學分析

曹磊, 石家豪, 高宇寧

2023, 44(6): 93-97. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.014

摘要(361) HTML (137) PDF(21)

摘要:
針對轉爐鋼渣中鐵、磷、錳及硅等有價元素的回收及鋼渣資源化利用的問題，通過Factsage8.2軟件熱力學計算系統分析了轉爐鋼渣鋁熱還原回收有價元素的熱力學條件和影響規律。結果表明，轉爐鋼渣的堿度對鋁熱還原回收FeO、P₂O₅、MnO的影響不大，提高轉爐鋼渣堿度有利于SiO₂的還原回收；溫度變化對FeO、P₂O₅、MnO回收的影響也不大，但是溫度升高不利于轉爐鋼渣中SiO₂的還原。當轉爐鋼渣堿度為3.18，溫度為1873 K、w(Al/Slag)=20%時，鋁熱還原轉爐鋼渣回收有價元素的效果相對最佳，轉爐鋼渣中的FeO、P₂O₅、MnO、SiO₂的還原率高達100%、100%、99.97%、98.12%。這為轉爐鋼渣鋁熱還原回收有價元素及鋼渣資源化利用提供重要的研究基礎。

釩鈦鐵尾礦基高強燒結透水磚的制備及性能

吳平川, 劉治兵, 劉婧, 平浩巖, 馬錦濤, 王長龍, 鄭永超, 荊牮霖, 齊洋, 翟玉新, 劉楓

2023, 44(6): 98-109. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.015

摘要(281) HTML (155) PDF(12)

摘要:
以釩鈦鐵尾礦為主要原料制備高強燒結透水磚，采用正交試驗法、X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）和能譜分析 (EDS)研究了釩鈦鐵尾礦高強燒結透水磚的基本性能、燒結機理。結果表明，當燒結透水磚中釩鈦鐵尾礦摻量為77%，燒結溫度為1070 ℃，保溫時間110 min時，燒制的產品抗壓強度和透水系數分別達到65.7 MPa和0.063 cm/s，符合《透水磚》 (JC/T 945-2005) 中Cc60級產品的要求；高強燒結透水磚燒結后的產物為透輝石（CaMgSi₂O₆）和普通輝石（Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆）。隨著燒結溫度和保溫時間的延長，低熔點元素P、Na、K溶出，燒結產物中Fe、Al元素的含量增多，透輝石中的多數Ca²⁺被Fe³⁺置換，使得普通輝石成為主晶相。燒結產物中的孔洞隨著燒結溫度的提高，發生了由大小不一的密閉孔→孔徑不規則的聯通孔→不規則塌陷孔→孔徑小且均勻圓形孔的變化，這種變化為高強燒結透水磚的透水性提供了保障。該研究提高了釩鈦鐵尾礦的利用率，為釩鈦鐵尾礦的大規模應用提供了新途徑。

工業鈦石膏的除鐵工藝技術研究

彭沐森, 何琳, 李海艷, 羅建洪

2023, 44(6): 110-116. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.016

摘要(356) HTML (147) PDF(27)

摘要:
針對硫酸酸浸鈦石膏進行除鐵工藝研究，去除鈦石膏中的鐵離子雜質，實現鈦石膏純度和白度的有效改善，為鈦石膏下游產品的開發利用提供充足的原料。試驗研究了固液比、反應溫度、反應時間、轉速、粒度和硫酸濃度等不同酸浸條件下的除鐵效果，獲得適宜的工藝條件，結合其物相、微觀相貌、粒度分布等屬性的變化情況，同時探討了鈦石膏除雜機理。結果表明，在鈦石膏硫酸酸浸除雜過程中，適宜的工藝條件為：固液比為 1：10 g/g、反應溫度為70 ℃、反應時間為60 min、SO₄^2?質量分數為7%、轉速為 400 r/min、粒度為150 μm，此時鈦石膏除鐵率可達到94%，白度有了明顯的改善。

燒結過程中鐵礦粉粒度組成對適宜黏結相量的影響

范欣生, 都昱, 郭興敏

2023, 44(6): 117-125. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.017

摘要(310) HTML (190) PDF(9)

摘要:
鐵酸鈣是高堿度燒結礦的主要黏結相，其生成量與燒結礦質量有著密切關系，而適宜的黏結相量也是燒結過程中節能降碳的一個重要因素。以鐵酸一鈣（CF）為初始黏結相，用赤鐵礦（Fe₂O₃）模擬鐵礦粉，研究鐵礦粉粒度組成對燒結中適宜的黏結相量的影響。結果表明，隨著鐵礦粉粒級的增加，獲得同一抗壓強度時燒結試樣所需的黏結相量增加。相同粒度范圍下，隨著CF含量增加，抗壓強度呈先增大后減小的變化趨勢，其最大值對應于該粒度下適宜的黏結相量。不同粒級范圍下，隨著Fe₂O₃粒級的增加，最大抗壓強度呈下降趨勢。同時，適宜黏結相量向增加方向偏移。試驗還發現，CF與Fe₂O₃反應有低熔點液相—高鐵鐵酸鈣（Ca_3.6Fe_14.4O_25.2）生成，增加了燒結中黏結相量。新相Ca_3.6Fe_14.4O_25.2的生成隨著CF含量增加和Fe₂O₃粒級減小而增加，揭示了初始黏結相與實際黏結相生成量的關系。

攀鋼細粒級高品位釩鈦磁鐵精礦燒結試驗研究

王禹鍵, 胡鵬

2023, 44(6): 126-132. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.018

摘要(288) HTML (90) PDF(14)

摘要:
針對高品位釩鈦磁鐵礦的理化性能，開展了單燒對比試驗、高品位礦不同替代配比試驗和最高替代配比條件下燒結燃料配比、混合料水份及料層厚度對燒結技術經濟指標的參數尋優正交試驗研究，試驗研究表明，高品位礦具有高鐵、低硅鈦、粒度更細的特點，且對混合料水分控制非常敏感。隨著燒結中高品位礦配比提高，燒結指標綜合評分呈降低趨勢，對該種燒結礦的技術經濟指標的影響從大到小依次是水分、燃料配比、料層厚度，實驗室得到的該種燒結礦最優燒結條件為混合料水6.5%，燃料比4.2%，料層厚度670 mm。工業試驗結果表明，在燒結中配加20%的該種礦物，燒結礦TFe品位提高0.8個百分點， TiO₂含量降低0.6個百分點，轉鼓指數基本不變，燒結煙氣中SiO₂濃度降低22%。

1800 MPa級超高強熱成形鋼組織性能演變及奧氏體化工藝制度研究

劉爽, 陳慧琴, 曹苗, 車鑫, 楊帆, 馮毅

2023, 44(6): 133-138. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.019

摘要(249) HTML (257) PDF(9)

摘要:
對不同奧氏體化溫度及保溫時間條件下的1800 MPa級超高強熱成形鋼組織性能演變進行了試驗研究，確定了最佳的熱成形奧氏體化工藝制度。結果表明，當奧氏體化溫度及保溫時間分別達到840 ℃、3 min時，1800 MPa級超高強熱成形鋼淬火后的組織均為馬氏體，且馬氏體組織隨著奧氏體化溫度的升高及保溫時間的增加逐漸粗大，抗拉強度逐漸下降。當奧氏體化溫度為840 ℃時，抗拉強度、伸長率及強塑積分別可以達到1861.3 MPa、6.88%、12.81 GPa·%；當保溫時間為3 min時，抗拉強度、伸長率及強塑積分別可以達到1851.28 MPa、6.84%、12.66 GPa·%。最佳奧氏體化工藝制度為：奧氏體化溫度840 ℃，保溫時間3 min。

CaF₂在不同酸堿性CaO-Al₂O₃基保護渣中的作用研究

施怡, 亓捷, 劉承軍, 姜茂發

2023, 44(6): 139-148. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.020

摘要(384) HTML (109) PDF(14)

摘要:
采用新型CaO-Al₂O₃基結晶器保護渣進行高鋁鋼澆鑄，可有效抑制鋼液中Al與渣中組元的界面反應。但是，澆鑄過程中仍存在著結晶性能強、傳熱不均等問題。助熔劑是調整熔渣理化性能的關鍵因素之一。基于此，系統研究了典型助熔劑CaF₂對不同酸堿性CaO-Al₂O₃基保護渣微觀結構、黏度及結晶物相的影響。結果表明，在近中性CaO-Al₂O₃基保護渣中加入CaF₂后，析晶物相由Ca₁₂Al₁₄O₃₃+Ca₃Al₂O₆轉變為Ca₁₂Al₁₄O₃₂F₂+LiAlO₂+CaF₂，LiAlO₂的析出可導致轉折點溫度上升，升幅約175 ℃，熔渣高溫段黏度基本保持不變。在偏堿性CaO-Al₂O₃基保護渣中加入CaF₂后，析晶物相由Ca₃Al₂O₆+CaO轉變為Ca₁₂Al₁₄O₃₂F₂+LiAlO₂+CaF₂，單一CaO的過早析出得到有效抑制，轉折點溫度降低約70 ℃，高溫段黏度明顯減小。

考慮應變、應變率和溫度耦合作用下航空不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb本構模型的建立

張繼林, 張又銘, 羅文翠, 易湘斌, 唐林虎, 姚家寶

2023, 44(6): 149-159. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.021

摘要(492) HTML (150) PDF(17)

摘要:
航空不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb具有優良的特性，廣泛應用在各個機械的重要零部件上，零件的加工過程伴隨著大應變、高溫和高應變率，基于此考慮耦合關系建立能夠真實反映切削力學性能的本構模型，為切削仿真提供可靠的數據。以航空不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb為研究對象，利用萬能試驗機（UTM5305）和高溫分離式霍普金森試驗裝置（Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB，ALT1000）分別進行準靜態壓縮試驗（溫度為25 ℃，應變率為0.1、0.01、0.001s^?1）和動態沖擊試驗（溫度為25、350、500、650 ℃，應變率為750、1500、2000、2600、3500、4500 s^?1），獲得該材料的應力應變關系，并分析其力學性能，結果表明該材料具有應變硬化效應、溫度軟化效應、應變率強化效應和增塑效應。綜合應變、應變率和溫度三者相互作用，建立耦合作用下的Johnson-Cook（JC）本構方程，統計分析了試驗數據與預測數據（原JC本構方程和修正JC本構方程數據），原JC本構方程的相關系數（R）和平均相對誤差（AARE）分別為0.96833和4.77%；修正JC本構方程的相關系數（R）和平均相對誤差（AARE）分別為0.987513和0.51%，表明修正JC本構方程更加準確、可靠預測高應變率下應力應變的關系。

時效溫度對Monel K500合金微觀結構與性能的影響

賈雪梅, 王杰, 劉庭耀, 鄭淮北, 王勤英, 西宇辰, 董立謹

2023, 44(6): 160-166. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.022

摘要(438) HTML (135) PDF(22)

摘要:
采用固溶+時效工藝對Monel K500合金進行了時效處理，通過顯微硬度和拉伸性能測試，以及OM、SEM、TEM、XRD等分析表征，研究了時效溫度對Monel K500合金組織結構以及性能的影響。結果表明，時效處理后形成的多邊形TiC顆粒強化相主要分布在晶界處，同時晶界處Al元素含量增多，過飽和固溶體發生脫溶分解，Al、Ti元素以Ni₃(Al, Ti)第二相形式析出，合金硬度與強度提高。經電化學腐蝕后，該合金生成腐蝕產物NiO和CuO。隨著時效溫度的升高，第二相含量逐漸增加，但過高的溫度導致第二相長大，故時效溫度為560～700 ℃時，強化效果隨著溫度升高呈先升高后降低趨勢。時效溫度為630 ℃時，合金的硬度（HV）為329.26，強度994.56 MPa，均達到最大值，但耐腐蝕性能在該溫度下反而有所降低。

低碳馬氏體不銹鋼顯微組織和碳化物演變對刀具使用性能的影響

李國慶, 盧廣義, 提唱, 林思圍, 劉文樂, 王學林, 尚成嘉, 關文杰, 郭福建

2023, 44(6): 167-171. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.023

摘要(469) HTML (134) PDF(10)

摘要:
為研究碳化物的分布、種類與刀具鋒利度之間的關系，分別對30Cr13材料刀具的淬火態和回火態進行了鋒利度測試和顯微組織表征。結果分析表明，經過300 ℃、30 min回火處理后的刀具，其初始鋒利度下降了34.6%，累計切割厚度下降了26.4%。但回火態的刀具單次切割下損失的鋒利度值更小，有更好的耐用性。其原因是回火后M23C6型碳化物大量析出，通過彌散強化增強了耐磨性，而淬火馬氏體中的碳減少，硬度下降，刀具鋒利度降低。

低碳微合金鋼熱軋帶狀組織演變行為的研究

王博, 李書恒, 莫超群, 張慶軍

2023, 44(6): 172-178. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.024

摘要(328) HTML (112) PDF(15)

摘要:
低碳微合金鋼在軋制過程中經常出現帶狀組織缺陷，對產品質量和使用性能都有著重要的影響。以某廠Q345熱軋板坯為研究對象，通過對元素偏析，軋件熱軋過程不同軋制道次、不同位置帶狀組織演變行為進行分析,結果表明，枝晶間溶質元素偏析是導致帶狀組織形成的本質原因。同時發現不同軋制道次和不同位置軋材，帶狀組織尺寸有著明顯差異。不同軋制道次，相同位置的帶狀組織，壓下率越大，帶狀組織越細小，壓下率為50%時，中心帶狀組織寬度約為175 μm；壓下率為67%時，中心帶狀組織寬度約為75 μm。相同軋制道次下，不同軋件位置的帶狀組織比較，可以發現厚度中心位置帶狀組織最為粗大，表面處最為細小。

CoCrFeNiMn高熵合金拉伸力學性能和塑性變形機理對尺寸的依賴研究

安敏榮, 姚俊凡, 陳軒, 王博, 呂江藝, 朱志浩, 權凱, 李藤

2023, 44(6): 179-185. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.025

摘要(489) HTML (116) PDF(23)

摘要:
采用分子動力學模擬方法研究了不同橫截面尺寸的CoCrFeNiMn高熵合金在拉伸載荷下的力學性能。模擬采用修正的嵌入原子勢函數描述Co、Cr、Fe、Ni和Mn原子之間的相互作用。研究表明，CoCrFeNiMn高熵合金的拉伸性能和變形機制依賴于橫截面的尺寸。峰值應力在橫截面尺寸為7.00 nm時，出現了臨界值，這與其中位錯成核點的數目相關。隨著橫截面尺寸增加，塑性變形機制從非晶化主導轉變為位錯滑移和FCC結構向HCP結構的相變主導。該研究結果對于設計和制備高性能的高熵合金具有一定的科學價值和指導意義。

DH＆DP鋼顯微組織、力學性能及形變機制差異研究

周莉, 薛仁杰, 曹曉恩, 文才君

2023, 44(6): 186-191. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.026

摘要(357) HTML (115) PDF(18)

摘要:
采用高速拉伸試驗、綜合成形試驗、場發射掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、電子背散射衍射（EBSD）等表征方法研究了DH780與DP780冷軋雙相鋼組織性能差異。研究表明，DH780與DP780顯微組織差異關鍵在于是否存在殘余奧氏體，前者存在約5.1%殘余奧氏體，呈塊狀、薄膜狀、鏈狀與細小粒狀位于相界面與鐵素體晶界處，在變形過程中具有顯著TRIP效應，同時殘余奧氏體具有更多滑移系可有效減緩位錯塞積、延緩應力集中與裂紋源的形成，使得DH780較DP780具有更優良的強塑積及擴孔性能。高速拉伸試驗表明，DH780較DP780具有更高的應變速率敏感性特征；隨著應變速率的提升，DH780強塑積增加至38.83 GPa·%，吸能性能顯著增強。

600 MPa級Ti、Nb析出強化車輪鋼接頭硬度及熱影響區軟化行為分析

董現春, 劉新垚, 蔡寧, 張大偉, 張俠洲, 李學濤

2023, 44(6): 192-197. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.027

摘要(229) HTML (70) PDF(7)

摘要:
采用連續閃光對焊技術，焊接600 MPa級Ti，Nb析出強化車輪鋼，制造22.5×9.0車輪的輪輞。采用氣體保護焊技術，焊接輪輞與輪輻的搭接接頭。輪輞閃光對焊接頭在擴口工序出現開裂、輥型工序出現減薄、擴張工序出現開裂，綜合報廢率37%。車輪徑向疲勞試驗80萬轉時，輪輞與輪輻搭接焊縫發生焊根部位的疲勞開裂。對車輪鋼接頭的斷口、組織、硬度、析出相進行分析。結果表明，對焊接頭硬度呈現“馬鞍形”局部軟化特征，搭接接頭硬度呈現“盆地形”局部軟化特征。熱影響區中，過熱區晶粒長大，20 nm以下第二相粒子大量溶解，正火區晶粒長大，20 nm以下第二相粒子消失伴隨20 nm以上第二相粒子熟化，造成熱影響區軟化。

高碳鉻軸承鋼中初生碳化物尺寸的預測研究

馮乾, 曾亞南, 李俊國, 王一同, 王亞軍, 唐國章

2023, 44(6): 198-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2023.06.028

摘要(263) HTML (65) PDF(11)

摘要:
采用Thermo-Calc熱力學計算軟件對軸承鋼凝固過程相轉變規律、初生碳化物物相類型、初生碳化物析出溫度進行熱力學分析?；赟cheil偏析模型和Goto模型對軸承鋼凝固過程中初生碳化物粒子尺寸進行預測，并通過熱模擬試驗和碳化物顯微形貌定量分析對預測結果進行試驗驗證。計算結果表明，軸承鋼凝固過程初生碳化物為（Fe，Cr）C型碳化物，析出溫度為1158 ℃。其析出行為主要是凝固末端殘留液相中C和Cr元素偏析所引起的，當固相率為0.92時，殘留液相中C元素的質量分數達到4.12%；殘留液相中的Cr元素質量分數達到2.59%，初生碳化物尺寸為8.2 μm。此外，鋼液中C元素的增加可以使初生碳化物析出溫度提高，初生碳化物尺寸增大。但是，凝固過程中初生碳化物的尺寸主要是由冷卻速率決定的，當冷卻速率由0.2 ℃/s增加到3 ℃/s時，初生碳化物最大尺寸由19.25 μm減小至5.02 μm，其影響機制是冷卻速率增大會使初生碳化物晶體各界面附近原子擴散速率降低，使得碳化物晶體各界面各向異性生長受阻，最終導致初生碳化物尺寸減小。

留言板

2023年第44卷第6期

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