• 2020年第50卷第4期文章目次
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    • >综述
    • 航天用钛合金及其精密成形技术研究进展

      2020, 50(4):1-7. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.001

      摘要 (1370) HTML (1307) PDF 4.26 M (2334) 评论 (0) 收藏

      摘要:对航天领域用钛合金材料及其精密成形技术(精密铸造、精密锻造、超塑成形、旋压成形、粉末冶金成形)的国内外研究进展和应用现状进行了较系统的概述。最后基于我国航天工业发展的实际需求,对钛合金材料及其精密成形技术的未来发展趋势进行了展望与总结。

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    • 微织构刀具切削钛合金的研究进展

      2020, 50(4):8-12. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.002

      摘要 (1269) HTML (1162) PDF 1.81 M (1988) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对钛合金切削加工过程中切削力大、切削温度高和刀具磨损严重等问题,近年学者们尝试采用微织构刀具来解决。本文综述了微织构刀具在钛合金切削加工中的应用,分析了微织构刀具在改善表面质量,降低切削力、刀具磨损、摩擦因数和切削温度等方面的切削机理,并指出微织构刀具切削钛合金存在的问题。

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    • CFRP钻削过程的切削热研究进展

      2020, 50(4):13-18. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.003

      摘要 (752) HTML (760) PDF 917.91 K (1938) 评论 (0) 收藏

      摘要:以CFRP钻削加工过程的切削热和切削温度为研究对象,从其形成机理、产生的影响以及影响切削热的因素和控制切削热的方法四个方面进行了系统综述,对存在的问题进行了综合分析,并对今后研究方向进行了展望。

    • >计算材料学
    • 基于改进型近场动力学方法的复合材料单向板变形与破坏分析

      2020, 50(4):19-23. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.004

      摘要 (700) HTML (95) PDF 2.02 M (1725) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复合材料单向板的变形与破坏问题,采用经典的键型近场动力学(Peridynamics, PD)理论进行建模分析,利用基体键与纤维键描述单向板宏观各向异性,同时在基体键中引入反映长程力尺寸效应的核函数修正项改进近场动力学本构模型,构建相应的准静态数值求解体系。使用传统PD模型与改进型PD模型对单轴拉伸单向板变形进行定量计算,二者所得计算结果较理论解相对误差分别为3.5%和1.7%,表明改进型PD模型具有更高的定量计算精度。开展含不同角度中心裂纹单向板单轴拉伸破坏试验与数值模拟,二者所得单向板最终破坏形式与破坏特点均吻合,表明当前模型与方法能够有效处理单向板的破坏问题。最后对纤维角度为0°单向板的拉伸破坏过程展开模拟分析,结果表明单向板在前期主要出现基体开裂,当裂纹扩展至夹持区域后,结构出现纤维断裂,最终形成贯穿整个结构的断面导致单向板发生破坏。

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    • 基于模糊信息粒化和优化支持向量机的氧化铝陶瓷超声磨削力趋势预测

      2020, 50(4):24-29. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.005

      摘要 (749) HTML (273) PDF 724.23 K (1714) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现超声磨削氧化铝陶瓷中磨削力变化趋势的预测,提出了一种基于模糊信息粒化和支持向量机相结合的方法。首先进行氧化铝陶瓷超声磨削试验,然后利用模糊信息粒化方法对试验获得的磨削力进行粒化处理,并将人工免疫系统算法和粒子群算法进行并联混编构成人工免疫系统粒子群算法(AISPSO),接着建立非线性回归支持向量机预测模型并对模糊粒子进行预测,并通过AISPSO算法优化支持向量机预测模型,最后获得超声磨削氧化铝陶瓷中磨削力的变化趋势和变化范围。结果表明:该方法可以有效实现超声磨削中磨削力的变化趋势及变化范围预测,且预测未来5组数据变化范围的误差在10%以内,这为通过磨削力变化调整工艺参数以获得更好的加工表面提供了新的思路。

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    • 基于数值模拟的印制电路板低透锡率焊盘焊接温度分析

      2020, 50(4):30-34. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.006

      摘要 (1354) HTML (516) PDF 3.44 M (1828) 评论 (0) 收藏

      摘要:部分印制电路板通孔焊盘与接地层连接,手工焊接过程中接地层散热严重,焊点透锡率不足。为解决此问题,通过ABAQUS软件计算多层印制板手工焊接普通焊盘、低透锡率焊盘的温度分布情况,分析整板预热对温度及透锡率的影响。分析结果显示,未预热状态下低透锡率焊盘的镀铜层散失热量约为普通焊盘孔的4倍,低透锡率焊盘孔非焊接面温度为125~126℃,远低于锡铅共晶焊料熔点(183℃);预热85、100、115℃情况下低透锡率焊盘非焊接面温度分别提高至171.5、179、187.5℃。模拟与实验结果表明,整板预热85~115℃可有效改善通孔焊盘透锡率、提高焊点服役可靠性。

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    • >新材料新工艺
    • 一锅法合成SiC-ZrC复相陶瓷前驱体及其性能

      2020, 50(4):35-38. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.007

      摘要 (901) HTML (279) PDF 1.58 M (1752) 评论 (0) 收藏

      摘要:以甲基三氯硅烷、二氯二甲基硅烷、二氯二茂锆以及金属钠为原料,通过一锅反应合成出一种全新的SiC-ZrC复相陶瓷前驱体(HBZS)。利用TG、FTIR、XRD及SEM等对HBZS的热解行为、分子结构以及热解产物的微观形貌与结构进行了全面分析。结果表明:HBZS在900 ℃时可以完全裂解转化成SiC-ZrC复相陶瓷,陶瓷收率可达60%以上;裂解产物中ZrC相晶粒尺寸极小(10~45 nm)且均匀分散于连续的SiC相中。该前驱体可用于制备SiC-ZrC陶瓷纤维及陶瓷基复合材料。

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    • 含硼氧化铝基陶瓷连续纤维的制备技术

      2020, 50(4):39-43. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.008

      摘要 (1079) HTML (529) PDF 2.38 M (1987) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对我国对氧化铝基陶瓷连续纤维的研制需求,通过溶胶-凝胶法结合干法纺丝制备了含硼氧化铝基陶瓷连续纤维,主要研究了纺丝助剂含量对溶胶可纺性的影响以及纤维陶瓷化过程中物相及微观结构的演变规律。结果表明:当纺丝助剂PVA含量为1.5%时,通过干法纺丝得到的含硼氧化铝基凝胶连续纤维可达1.8 km,将凝胶纤维进行陶瓷化后形成的陶瓷连续纤维直径均匀,为12~14 μm,经1 000 ℃烧结后纤维主晶相为γ-Al2O3,具有优异的力学性能,拉伸强度和模量分别可达2.0 GPa和149 GPa,在1 100 ℃煅烧1 h后纤维强度保留率可达93%,在航空航天及先进制造业等领域具有潜在的应用前景。

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    • KH550改性纳米晶纤维素增强三元乙丙橡胶

      2020, 50(4):44-48. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.009

      摘要 (1417) HTML (256) PDF 1.42 M (1918) 评论 (0) 收藏

      摘要:纳米晶纤维素(NCC)由于其独特的性能被广泛应用于聚合物中,但表面羟基限制了其在疏水性聚合物中的应用。对此本文采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)对NCC进行改性,以改善其与三元乙丙橡胶(EPDM)的相容性。傅里叶红外光谱仪(FTIR)、XRD测试结果表明:KH550可实现对NCC的改性,并能够保持原有晶体结构不被破坏,EPDM胶料的硫化和力学性能测试结果表明改性NCC的加入促进了胶料的硫化,在改性NCC添加量为6份时,EPDM硫化胶的综合力学性能最佳。

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    • 硅橡胶基防热涂层高温压缩行为

      2020, 50(4):49-54. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.010

      摘要 (1380) HTML (697) PDF 5.38 M (1868) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究硅橡胶基防热涂层高温下的力学性能,针对两种硅橡胶基防热涂层开展高温压缩试验,对其截面的宏观及微观形貌进行分析,并结合高温下的热失重分析,探讨了其高温压缩强度变化规律及机理。研究结果表明:甲基苯基硅橡胶涂层高温热解温度区间主要为500~650 ℃,最终质量残余率为67.61%,其高温压缩强度在25~800 ℃呈增加趋势,由于玻璃小球的软化及树脂基体的热解,导致在400及700 ℃两个温度点的压缩强度降低,但在800 ℃由于玻璃小球与涂层中填料、烧蚀产物等发生共融,使涂层力学性能显著增加。甲基乙烯基硅橡胶涂层的高温热解温度区间主要为450~800 ℃,最终质量残余率为89.95%,由于甲基乙烯基硅橡胶涂层在高温热解后产生的陶瓷相,弥补了树脂裂解所带来的强度下降,因此在25~800 ℃其高温压缩强度较为稳定,并未产生明显衰减。影响硅橡胶基防热涂层高温力学性能的因素主要包括树脂基体的热解以及填料在高温下发生的物理-化学变化。

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    • 多型面复合材料支架成型技术

      2020, 50(4):55-58. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.011

      摘要 (515) HTML (189) PDF 1.71 M (1747) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐述了一种多型面复合材料支架整体成型技术,重点对工艺方案、模具设计、铺层工艺优化设计、加压固化方式进行了探究。结果表明:采用一体化成型方案,基于芯模-外模组合模具,通过对称、阶梯过渡的铺层方法,真空辅助硅橡胶加压固化压力0.7 MPa,能够实现一种多型面复合材料支架的成型,产品具有较好的成型质量、尺寸精度及力学性能。复合材料制件各型面平整无褶皱,内部无分层、疏松、孔隙等缺陷,纤维体积分数可控制在(60±3)%,孔隙率测试值均低于1.0%。产品安装面平面度优于0.3 mm,角度公差±0.1°。随炉试件力学性能高于设计指标,满足用户使用要求。

    • 碳纤维增强复合材料新钻型结构设计及其对比试验

      2020, 50(4):59-65. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.012

      摘要 (465) HTML (280) PDF 4.35 M (1819) 评论 (0) 收藏

      摘要:在碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔过程中,易产生毛刺、分层等制孔缺陷,而钻头结构是影响制孔缺陷形成的关键因素。对此,在原有钻型基础上设计了两种新钻型,研究了原有钻型和两种新设计钻型的钻削轴向力和制孔效果。结果表明,在相同钻削工艺参数下,原有钻型“V型”刃的修除阶段的轴向力归零速度最大,新设计的燕尾开槽钻型的最小,这与制孔缺陷的变化规律基本一致,轴向力归零速度与制孔缺陷具有较好的映射关系;3种钻型均能有效减少毛刺,与原有钻型相比,新设计的两种钻型均能更好的去除毛刺和降低制孔缺陷;原有钻型的制孔缺陷以撕裂为主,新设计的开槽新钻型和燕尾开槽新钻型则以分层缺陷为主。据此可为CFRP制孔的刀具结构设计提供了新的设计思路。

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    • 高压条件下Al2O3/Al-10Si组织演变及力学性能

      2020, 50(4):66-71. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.013

      摘要 (396) HTML (258) PDF 2.08 M (1804) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用热压烧结与高压凝固分别制备了不同压力下Al2O3/Al-10Si复合材料,研究了高压对Al2O3/Al-10Si复合材料的组织演变规律及力学性能的影响。结果表明,高压凝固Al2O3/Al-10Si复合材料由α相,β相和Al2O3强化相组成,其中α相呈胞状,在α相晶界处存在少量粒径约为0.1 μm的颗粒状β相;对于不同压力下制备的复合材料性能研究发现,凝固压力增加,α相中Si的固溶度增加,显微硬度及拉伸强度也随之提高,显微硬度由热压烧结时的55.3 HV,增加到了5 GPa时的128.1 HV,提高了133 %,拉伸强度由热压烧结时的126 MPa,增加到了5 GPa时的702 MPa,这是由于高压导致α相中Si固溶度增加,形成了固溶强化。

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    • 2219铝合金变截面结构搅拌摩擦焊接工艺及组织特性

      2020, 50(4):72-76. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.014

      摘要 (699) HTML (298) PDF 11.05 M (1640) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对变截面结构产品,提出了一种变截面搭接结构搅拌摩擦焊接方法,通过加装辅助板将整条焊缝焊接方向上补偿为等厚度。焊接采用一次定位焊接+二次定位焊接+正式焊接的工艺方式,一次定位焊为预定位,二次定位焊保证辅助板与试片主体结构之间形成有效连接,正式焊保证形成完整的焊缝。焊缝表面成形良好,超声相控阵检测无超标缺陷。通过对力学性能的分析,变截面搭接结构处焊缝与非搭接处焊缝和常规对接焊缝的力学性能基本相同,平均抗拉强度均达到母材的70%以上,平均延伸率均在5.8%以上。变截面搭接焊缝焊核处晶粒形态为细小的等轴晶,靠近轴肩影响区部分的晶粒尺寸大于靠近焊缝根部的晶粒尺寸,受再结晶影响,焊缝两侧热机影响区处辅助板搭接界面消失。

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    • Fe含量对2219铝合金锻件焊接组织与性能的影响

      2020, 50(4):77-81. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.015

      摘要 (1111) HTML (154) PDF 2.53 M (1630) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究杂质Fe元素对2219铝合金及其焊接接头的组织、性能以及电化学腐蚀性能等的影响,采用力学拉伸、焊接试验以及金相和扫描电镜等分析测试方法,对0.15%(w)至0.01%(w)等不同Fe元素含量的2219铝合金锻件进行实验研究和分析。研究表明:2219铝合金中经热变形加工存在网络状Al2Cu变成颗粒状和纤维状的Al7Cu2(Fe,Mn)相,随着Fe含量由0.15%(w)降低至0.01%(w),合金固溶时效后的Al7Cu2(Fe,Mn)相显著减少,锻件强度和塑性显著提高;合金焊接接头断口由脆性断裂逐渐转变为韧窝尺寸细小的韧性断裂,尤其对于延伸率,提高至近1.4倍,强度和塑性显著提高;合金的自腐蚀电流逐渐减小,单位面积上的线性极化电阻增大,合金焊接接头的耐腐蚀性能显著提高。

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    • >测试分析
    • 基于标样比对测试的固体火箭发动机工业CT检测工艺

      2020, 50(4):82-86. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.016

      摘要 (598) HTML (166) PDF 3.02 M (1750) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对固体火箭发动机CT检测缺少行业标准的问题,使用正密度材料块模拟界面脱粘缺陷和使用合金块模拟药柱内部缺陷来制作标样发动机,对标样发动机和实际发动机进行CT检测对比试验,并解剖取样验证。结果表明发动机CT检测和射线照相、解剖试验结果吻合,标样发动机设计满足研究需要。同时确定了工业CT系统发现缺陷的最小能力:脱粘面积20 mm×20 mm,宽度0.4 mm,气孔和夹杂直径5 mm,裂纹宽度0.4 mm。建立检测标准规范了固体火箭发动机CT检测工艺。

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    • 工业CT检测技术在5 kN发动机研制中的应用

      2020, 50(4):87-91. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.017

      摘要 (1240) HTML (511) PDF 3.12 M (1578) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对5 kN发动机结构焊缝和复合材料喷管不可检不可测的难题,开展了工业CT检测技术研究。分析了复杂结构焊缝和复合材料喷管的常规方法检测难点,利用工业CT检测技术穿透能力强、不受工件复杂结构影响的优势,对5 kN发动机产品中的电子束焊缝、氩弧焊焊缝、复合材料喷管等结构进行了检测试验,得到了良好的检测效果。结果表明,工业CT检测技术可以识别5 kN发动机产品中的气孔、未焊透、分层、裂纹等缺陷,并实现对缺陷的定位与测量,可为焊缝质量评估提供依据。

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    • 一种针刺C/C复合材料-40Cr配副的摩擦学性能

      2020, 50(4):92-97. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.018

      摘要 (889) HTML (261) PDF 4.68 M (1577) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用MMUD-10B型摩擦磨损试验机分别在干摩擦和水润滑两种不同环境下,固定转速为100 r/min,在不同载荷下(70、150和230 N)对摩擦配副C/C-40Cr进行摩擦学性能对比分析及表征。利用奥林巴斯GX51金相显微镜观察试样表面的磨痕、采用JJ324BC型的电子天平表征每次实验的磨损量、使用JSM-6510A型扫描电子显微镜(带有EDS能谱仪)观察磨屑的形貌及各元素的原子比。结果表明:在干摩擦中,试样的摩擦因数较大,在0.046~0.070波动,磨损量较少,且摩擦因数与磨损量随着载荷的增加而增加;在水润滑摩擦情况下,摩擦因数变化范围较小,在0.037~0.052,但磨损量较大。干摩擦和水润滑条件下的摩擦因数和磨损量与载荷的大小呈正相关趋势。此外磨屑中稳定存在碳纤维和片层状的40Cr,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损共同作用。

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    • 2A14 铝合金TIG-FSW交叉接头组织与力学性能

      2020, 50(4):98-102. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.04.019

      摘要 (422) HTML (273) PDF 3.66 M (1728) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对6 mm厚2A14铝合金采用先钨极氩弧焊(TIG)后搅拌摩擦焊(FSW)的工艺进行焊接得到TIG-FSW丁字交叉接头。通过对交叉接头进行组织分析,可以发现接头左侧为熔焊区域,上部可见明显气孔缺陷,右侧搅拌摩擦焊接区域呈“碗状”分布,焊缝成形良好;硬度测试结果表明:熔焊区显微硬度值明显低于搅拌摩擦焊接区域,且焊核区右侧硬度值呈现“U”型分布;对交叉接头沿熔焊方向进行拉伸,断裂位置位于M态母材处,断口呈现典型韧性断裂特征。

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