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2023年中國鈦工業發展報告

安仲生, 陳巖, 趙巍, 淮金

2024, 45(3): 1-8. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.001

摘要(3613) HTML (585) PDF(533)

摘要:
以2023年中國鈦精礦、海綿鈦、鈦錠、鈦材等鈦產品的產能、產量、應用和進出口等數據為依據，分析了中國鈦工業的整體情況，并對目前鈦行業存在的問題提出了相應的建議。

全釩液流電池廢舊電解液的恢復再生利用

彭海泉, 徐家彬, 游潤晨, 趙麗娜, 胡顯龍

2024, 45(3): 9-15. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.002

摘要(695) HTML (200) PDF(70)

摘要:
全釩氧化還原液流電池是一種電化學儲能裝置，由于將能量存儲于電解液中，功率和容量相互獨立，在大規模儲能領域具有突出優勢，但電池廢舊電解液的回收處理是一個難題。電化學測試和電解液成分分析表明：廢舊電解液的活性并未明顯下降，恢復的著眼點應是電解液價態的綜合調節。提出四種電解液恢復方法，最佳比例恢復法、直接電解法、硫酸電解法和不對稱電極法分別將電解液容量恢復至初始狀態的75%、92%、93%、92%，并且電池庫倫效率保持在95%～98%，表現出良好的充放電性能。該研究有利于促進釩資源的綜合利用，并對全釩液流電池的應用和運行維護具有重要指導意義。

鈣、錳釩酸鹽體系酸浸過程釩的浸出行為研究

李菲菲, 溫婧, 姜濤, 李常青, 肖浩

2024, 45(3): 16-24. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.003

摘要(488) HTML (213) PDF(29)

摘要:
釩酸鈣和釩酸錳是釩渣鈣化焙燒過程中重要的焙燒產物，其在硫酸中的溶解浸出行為對提釩過程釩收率有重要影響。采用單因素試驗遞進式研究了浸出pH值、時間及溫度對合成釩酸鈣（錳）以及釩渣鈣化（錳化）、鈣錳復合焙燒熟料中釩組元浸出行為的影響。結果表明，合成CaV₂O₆、Ca₂V₂O₇、Ca₃V₂O₈及Mn₂V₂O₇在pH值分別為3.0、3.0、5.0、2.2的硫酸溶液中于60 ℃下浸出60 min時，釩的浸出率達到最大值，分別為43.62%、98.79%、97.98%、98.06%。pH值為1.0～2.0時，四種釩酸鹽釩的浸出率均出現一個低谷，這是由釩的水解引起的。釩渣常規鈣化和錳化焙燒過程中主要生成Ca₂V₂O₇和Mn₂V₂O₇兩種釩酸鹽，浸出pH值為2.5時，釩的浸出率分別為85.24%、87.07%；釩渣鈣錳復合焙燒過程中生成的焦釩酸鈣、焦釩酸錳共生復鹽，熟料于pH值為2.5的硫酸溶液中浸出后釩的浸出率最大為90.09%，較常規鈣化、錳化體系釩的浸出率高約四個百分點，表明鈣、錳協同提釩與單一添加劑提釩相比有一定的強化作用。

基于數值模擬的TB9鈦合金VAR熔煉工藝優化

羅坤, 耿乃濤, 游彥軍, 彭力, 王瑩, 董恩濤

2024, 45(3): 25-32. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.004

摘要(469) HTML (133) PDF(43)

摘要:
采用真空自耗電弧熔煉（VAR）法熔煉TB9鈦合金會產生偏析和夾雜等冶金缺陷。采用MeltFlow-VAR仿真軟件對某廠TB9鈦合金VAR一次熔煉過程進行模擬，考察熔煉電流大小、穩弧類型對熔煉過程的影響，通過分析不同工藝條件下鑄錠的元素分布、熔池深度、拋雜路徑等，獲得了最佳一次熔煉工藝，分別采用該廠原工藝和優化后的工藝參數，對TB9鈦合金三次VAR熔煉過程進行全流程模擬，獲得了三次錠的元素分布情況。結果表明，宏觀偏析在多次熔煉過程中存在“遺傳”現象，對該廠一次熔煉原工藝進行優化后，可以顯著提高三次成品錠的成分均勻性。

影響鈦白粉在涂料中光澤度的因素分析

鄒勇, 李綱, 李禮, 柯良輝, 陳新紅

2024, 45(3): 33-38. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.005

摘要(404) HTML (153) PDF(17)

摘要:
針對國內外鈦白粉在應用性能上的差異，采用SEM、TEM、EDS、XPS和FTIR等分析手段對不同鈦白粉產品GT1，GT2和MT的微觀結構進行表征，研究鈦白粉在涂料中光澤度的影響因素。結果表明，MT粒徑集中分布在0.1～0.5 μm，平均粒徑為0.249 μm；表面包膜完整度高，包膜層厚度為1.2～4.5 nm；表面羥基含量較高，吸油量和比表面積低，在涂料中的分散性較好。正是因為國外鈦白粉MT的表面結構優于GT1和GT2，從而使得MT在涂料中的光澤度高于國內鈦白粉產品GT1和GT2。

鋅系和鋁系鈦白初品的分散性能對比研究

劉嬋, 殷鴻堯, 楊芳, 路瑞芳

2024, 45(3): 39-45. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.006

摘要(384) HTML (129) PDF(13)

摘要:
選取某硫酸法鈦白廠生產的鋅系和鋁系鹽處理金紅石初品作為試驗原料，系統研究TiO₂濃度、分散體系pH和表面吸附的化學成分等因素的變化對鋅、鋁兩系初品懸濁液zeta電位的影響規律，對比分析了鋅系和鋁系初品分散穩定性的差異。結果表明，隨著稀釋濃度增高，鋁系初品分散越來越穩定，而鋅系則逐漸失穩；分散液pH從4.0升至10.0，鋁系初品zeta電位較鋅系更為顯著，即鋁系初品更易分散穩定；初品表面脫硫和脫羥基后，鋁、鋅兩系初品的zeta電位隨pH的變化規律沒有改變，證明了表面吸附的化學成分并非構成兩系初品分散差異性的原因。通過實驗室單一鹽處理-煅燒試驗，進一步證明了Zn²⁺和Al³⁺摻雜是導致初品分散穩定性差異的根本原因，煅燒溫度對初品表面電荷的變化有顯著影響，對鋁系初品的影響更顯著。

TC4合金變截面構件熔模鑄造工藝優化及缺陷控制

賀同正, 陳玉勇, 吳敬璽, 羅國軍, 沈選金, 唐麗英

2024, 45(3): 46-54. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.007

摘要(474) HTML (165) PDF(27)

摘要:
以TC4合金變截面構件為研究對象，基于正交試驗設計，采用ProCAST軟件對鑄件的離心熔模鑄造工藝進行了優化。同時，對鑄件的充型與凝固行為進行了數值分析，并對鑄件質量及力學性能進行了表征。結果表明，縮松縮孔集中分布在鑄件頂部，少量縮松縮孔離散分布在鑄件中部或底部，孤立液相區是導致縮松縮孔形成的主要原因，熔體流動停止表現出窄結晶溫度范圍合金特征；應力集中主要發生在內澆道與鑄件連接處，較大的結構變化是誘使應力集中產生的主要原因。對鑄件內部質量及尺寸進行表征分析，發現鑄件內部無縮松縮孔存在，鑄件尺寸可以較好地滿足設計要求，未發生明顯變形。熱等靜壓態鑄件的室溫抗拉強度為953.5 MPa、屈服強度為835.0 MPa、斷后伸長率為10.0%，可以較好地滿足實際服役要求。

后處理對退火態TC4 ELI合金顯微組織與性能的影響

尹艷超, 孫志杰, 薛達, 鎖永永, 劉海彬

2024, 45(3): 55-64. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.008

摘要(610) HTML (180) PDF(22)

摘要:
采用光學金相顯微鏡(OM)、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、室溫拉伸、夏比沖擊試驗研究了后處理工藝對退火態TC4 ELI合金顯微組織和力學性能的影響。結果表明，退火態TC4 ELI合金經520～720 ℃時效處理后發生“雙態→等軸”的逆轉變現象，強度呈現先升高后降低的趨勢；沖擊功在560 ℃降至最低后隨溫度升高稍有提高；時效α相的出現是沖擊韌性劣化的主要原因，α₂相析出的影響則較小。620 ℃時效態TC4 ELI合金經高溫處理后，強度略微升高；溫度升至β相區時，組織粗化造成屈服強度突降，晶界α相的出現引起塑性突降；高溫處理后，時效α相消失，沖擊功得到較大程度的恢復。

SDBS添加量對釩酸鉍黃色顏料粉體性能的影響

尹翔鷺, 曾澤華, 張東彬, 代宇, 袁欣然, 劉天豪, 楊亞東, 雍玲玲

2024, 45(3): 65-70, 85. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.009

摘要(350) HTML (133) PDF(14)

摘要:
以十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）作為結構導向劑，液相法制備釩酸鉍黃色顏料納米粉體，探究了SDBS對釩酸鉍顏料形貌結構、物相以及色度值的影響。結果表明，SDBS可以在釩酸鉍制備過程中促進釩酸鉍（121）晶面的生長，同時，有效地降低釩酸鉍顆粒尺寸，提高釩酸鉍顆粒的分散穩定性，實現對釩酸鉍色調的調控。SDBS添加量為1.0 mmol時，制備的釩酸鉍為單斜晶系白鎢礦結構，顆粒無明顯團聚，平均尺寸為115.21 nm，且分布集中，89%的顆粒尺寸在50～150 nm。實現了釩酸鉍由紅色調黃到綠色調黃的轉變，同時提高了釩酸鉍的亮度L^*。粉體色度參數L^*=89.10，a^*=?2.54，b^*=71.82。

鈦酸鋰的碳包覆、紫外輻照改性及電化學性能研究

李云鳳, 武傳寶, 王允威, 冉思宇, 鄭宇茜

2024, 45(3): 71-78. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.010

摘要(282) HTML (116) PDF(13)

摘要:
鈦酸鋰（LTO）因其結構的“零應變”特性，成為重要的鋰離子電池負極材料。然而，鈦酸鋰較低的電子電導率限制了其高倍率性能。提出一種光輔助的溶膠-凝膠法，制備了LTO/C負極材料，研究了不同碳源比例和光輻照對LTO/C顯微結構和電化學性能的影響。與蔗糖為碳源包覆結果相比，葡萄糖為碳源時由于LTO表面包覆的碳石墨化程度更高，其倍率性能更優。在紫外輻照條件下，由于LTO/C粒徑的減小，使得紫外輻照后的LTO/C在不同倍率下的放電比容量均高于無紫外輻照的LTO/C放電比容量。在10 C放電倍率下，20%葡萄糖為碳源輔以紫外照射工藝制備的LTO/C樣品放電比容量達到101.5 mAh/g。

薄荷碳點/TiO₂復合光催化劑的制備及其性能研究

張英, 任旺, 鄭興文, 周慧眠, 瞿香, 李敏嬌

2024, 45(3): 79-85. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.011

摘要(514) HTML (237) PDF(15)

摘要:
以薄荷粉為生物碳源，采用一步水熱法成功制備出薄荷碳點/TiO₂復合光催化劑。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)、孔隙比表面分析儀(BET)、表面光電壓(SPS)對薄荷碳點/TiO₂復合光催化劑的結構、形貌、比表面積及光生電荷分離特性進行了表征；考察了薄荷碳點/TiO₂復合光催化劑對模擬污染物羅丹明B(RhB)的催化降解性能。結果表明，薄荷碳點改善了TiO₂的光催化性能，超氧自由基?O₂^?是薄荷碳點/TiO₂復合催化劑光催化降解反應中的主要活性自由基。與純TiO₂樣品相比，2%薄荷碳點/TiO₂的復合光催化劑的光生電子-空穴分離速率最高，對RhB表現出最好的脫色性能，光催化活性提高了2.24倍。

激光熔化沉積TiAl合金微觀組織和磨損性能研究

王海江, 劉占起, 梁健慧, 尹桂麗, 朱曉歐

2024, 45(3): 86-91. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.012

摘要(297) HTML (113) PDF(8)

摘要:
采用激光同軸送粉沉積制造工藝在TC4基板上分別制備了一層、三層和五層的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金樣品。利用光學顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、X射線衍射（XRD）分析了沉積層的顯微組織、裂紋形貌、磨損面形貌、相組成。試驗結果表明，沉積一層的樣品表面裂紋數量較少，沉積三層和五層的樣品表面裂紋較多且裂紋數量相差不大。隨著沉積層數的增加，沉積層中的顯微組織結構由網籃組織向片層組織過渡，組織中相的變化是由單相α₂→α₂+γ雙相轉變。隨著α₂相含量的降低，耐磨性能隨之降低，平均摩擦系數由0.34增加到0.55。

鈦石膏土壤化利用的安全風險及前景分析

云易, 王港, 蘇海鋒

2024, 45(3): 92-100. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.013

摘要(565) HTML (230) PDF(26)

摘要:
目前，鈦石膏的資源化利用率不足10%，缺乏可大規模消納的應用領域，而土壤化可能是一個重要的方向。提出將鈦石膏作為土壤化的資源利用途徑，分析其作為土壤資源化利用時面臨的安全性問題，探究其用作土壤的基本性質及安全風險。通過浸出毒性對鈦石膏進行安全風險評價，分析其理化性質及在土壤利用方面的可行性，以及通過內梅羅指數（P）等方法探究其土壤風險與營養性。研究結果表明，鈦石膏的理化性質適宜將其作為土壤母質進一步資源化利用，在國家農用土與綠化土標準規定的8種重金屬限制范圍內沒有嚴重的環境風險，但釩等部分重金屬含量超出了綠化用有機基質的標準，可能成為新的污染物。鑒于以上結果，可以考慮在經過營養性等改良、排除重金屬污染風險后，作為土壤化進行資源化利用。為鈦石膏資源化利用作土壤資源，進而實現大規模消納提供了參考。

提釩尾渣與赤泥共處置過程中鉻硫元素的分配行為

王春會, 郁健, 馮曉明, 張延玲, 張帥

2024, 45(3): 101-106. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.014

摘要(283) HTML (114) PDF(12)

摘要:
釩渣鈉化焙燒-水浸提釩過程會產生含有30%～40%Cr₂O₃的提釩尾渣，形成年堆積百萬噸固廢。通過加入高鐵赤泥協同還原提釩尾渣，赤泥中的Fe₂O₃在低于鉻氧化物初始還原溫度下已經被C還原，促使鉻還原反應快速進行，從而提升Cr的回收效率。使用FactSage熱力學軟件對整個反應體系進行模擬，計算了原料鉻鐵比、爐渣堿度和配C/Si量對鉻、硫元素分配行為的影響，得到原料適宜的鉻鐵比是0.18，爐渣堿度是1.8，配C量n_C/O=1.1，配Si量n_Si/O=0.2。該研究為含鉻提釩尾渣和高鐵赤泥的資源化處理和增值化應用提供了一種新的可行性方案。

響應面法優化鈦白廢酸還原浸出硫酸燒渣的條件研究

王青鴻, 田從學, 吳秀坤

2024, 45(3): 107-113. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.015

摘要(242) HTML (95) PDF(10)

摘要:
采用Box-Behnken設計的響應面法，選取鐵粉用量、還原時間和浸出溫度三個變量，研究并優化了鈦白廢酸還原浸出硫酸燒渣的浸出條件。建立了擬合效果較好的浸出條件的預測模型，以預測浸出率或優化浸出變量值。回歸方程模型顯著可靠，相關系數R²為0.9961。浸出條件對反應平衡、浸出物溶解度及反應體系性質等有重要影響，其中鐵粉用量與浸出溫度的協同交互作用影響最大。驗證試驗表明，在鐵粉用量10.347 g、還原時間2 h、浸出溫度88 ℃的最佳條件下，浸出率可達83.63%以上。

攀西某微細粒鈦磁鐵礦強化分散—磁選試驗

劉才鵬, 王維清, 孫晉睿, 熊惠明, 劉柳

2024, 45(3): 114-120. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.016

摘要(265) HTML (100) PDF(16)

摘要:
攀西某微細粒鈦磁鐵礦混合粗精礦因微細粒脈石礦物與鈦磁鐵礦異相凝聚，常規弱磁選提鐵降雜指標較差，采用強化分散—磁選可有效改善選別效果、提高分選指標。為了強化分選礦樣中的微細粒鐵礦物，對強化分散—磁選工藝條件開展試驗研究，考察了分散劑種類、分散劑用量、礦漿pH值、磁場強度等因素對分選效果的影響。試驗結果表明：在礦漿濃度20%、機械攪拌速度1 992 r/min、攪拌時間3 min、六偏磷酸鈉用量1 000 g/t、礦漿pH值10、磁場強度300 kA/m的條件下，獲得了精礦鐵品位57.69%，鐵回收率98.10%的良好指標。與直接磁選結果相比，鐵品位提高了1.26個百分點。DLVO理論分析表明，六偏磷酸鈉通過降低鈦磁鐵礦和鈦輝石表面電位，增大了二者異相之間的靜電斥力，從而削弱微細粒脈石礦物與鈦磁鐵礦異相凝聚。

冶煉釩鈦礦高爐操作爐型計算模擬研究

董曉森, 饒家庭, 鄭魁

2024, 45(3): 121-130, 154. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.017

摘要(394) HTML (150) PDF(21)

摘要:
根據某釩鈦磁鐵礦冶煉高爐爐型設計參數和生產工況數據，通過MATLAB計算軟件建立該高爐操作爐型計算模型，研究高爐運行中高溫區域爐墻掛渣情況。計算結果表明：受高爐邊緣氣流控制較弱影響，高溫區域爐墻的熱負荷大多在12 kW/(m²·s)以下，冷卻壁壁體溫度接近爐殼溫度，冷卻壁熱面的渣皮厚度普遍高于100 mm，且渣皮厚度分布不均勻，個別方向達到200 mm以上；對比普通高爐，冶煉釩鈦磁鐵礦高爐在同等熱負荷下，高溫區域掛渣能力更強，從安全性與渣皮穩定性考慮，高爐冷卻壁熱負荷應控制在10.50～34.50 kW/(m²·s)。

異鋼種連澆研究進展及發展方向

宋思程, 孫彥輝, 吳華杰, 安航航

2024, 45(3): 131-140. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.018

摘要(316) HTML (178) PDF(17)

摘要:
針對高附加值鋼種的需求量較小，一個澆次需要生產不只一個鋼種的現狀，梳理了國內企業進行的異鋼種連澆工業試驗，描述了水模型試驗和數值模擬在異鋼種連澆過程的應用，主要總結了中間包液位高度、非等溫澆注、中間包內腔結構、結晶器流體域結構、連鑄機拉速和電磁制動等因素對交接坯長度的影響。評價了目前主流的四種交接坯判定模型，最終提出了制定異鋼種連澆過程規范和研究異鋼種連澆過程新模型的思路。結果表明，異鋼種連澆實現了新鋼種的高效生產，降低了企業生產成本，同時將人工智能學科與冶金學科結合了起來，為異鋼種連澆過程提供了一個新的發展方向。

Ca₃TiFe₂O₈的高溫熱容和冶金性能研究

曾俊杰, 李剛, 陳煉, 薛鈺霄, 呂學偉

2024, 45(3): 141-146. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.019

摘要(296) HTML (124) PDF(9)

摘要:
燒結礦的質量很大程度上取決于其粘結相的特性。為促進釩鈦磁鐵礦資源在燒結領域的高效利用，對含TiO₂的鈣鐵氧體體系進行了研究。在含鈦鐵礦燒結礦中發現了Ca₃TiFe₂O₈（CTF）的存在，后經由固態反應成功制備出了CTF，并通過Drop法測定了CTF的高溫熱容，得到了其高溫熱容量的擬合函數。同時，還對其冶金性能（熔化性能和還原行為）進行了檢測分析。結果表明，CTF的軟化溫度、熔化溫度和流動溫度分別為1418、1461 ℃和1480 ℃。非等溫還原結果表明，CTF被一步還原成Fe、CaO和CaO·TiO₂，當溫度達到1150 ℃時，CTF還原完成。

錳含量對中碳低硅貝氏體鋼顯微組織及力學性能的影響

于金瑞, 于鑫泓, 張禹, 馮以盛, 趙而團

2024, 45(3): 147-154. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.020

摘要(359) HTML (141) PDF(23)

摘要:
設計并熔煉了四種錳含量（質量分數分別為0.76%、1.29%、1.53%、1.85%）的中碳低硅貝氏體鋼，利用OM、SEM、XRD儀器和拉伸、沖擊試驗機等研究了錳含量的添加對試驗鋼顯微組織和力學性能的影響。結果表明，錳元素抑制了鐵素體與珠光體相變；錳元素的添加降低了貝氏體的形核驅動力，減少了貝氏體最大轉變量，使得貝氏體轉變停滯后剩余的過冷奧氏體尺寸增大，含量增加；這些奧氏體在后續等溫過程中大部分分解為粗大碳化物和鐵素體混合組織，并圍繞在貝氏體板條周圍，形成了局部粗化組織，少部分保存至室溫形成殘余奧氏體；隨著錳含量的增加，試驗鋼的屈服強度和沖擊韌性逐步下降，抗拉強度由于合金化和組織粗化兩因素的相互競爭先升高后降低；綜合考慮貝氏體鋼熱處理難度與力學性能，錳含量為1.29% 時最適合作為彈簧用鋼。

20CrMnTiH齒輪鋼中非金屬夾雜物演變行為

王章印, 陳亮, 陳雄, 李平凡

2024, 45(3): 155-161. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.021

摘要(256) HTML (109) PDF(8)

摘要:
通過工業試驗分析了20CrMnTiH在精煉過程中非金屬夾雜物的演變行為，并采用FactSage8.0熱力學軟件計算了20CrMnTiH在鈣處理、二次氧化和冷卻凝固過程中夾雜物的轉變趨勢。結果表明，LF精煉過程中夾雜物由Al₂O₃向MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃轉變，經過鈣處理后，夾雜物改性為CaO-MgO-Al₂O₃和CaO-Al₂O₃-CaS，隨后經過RH真空精煉，在真空精煉結束時進行第二次鈣處理，夾雜物轉變為高CaS含量的CaO-Al₂O₃-CaS和CaO-MgO-Al₂O₃，連鑄過程中鋼液發生再氧化，夾雜物中CaS含量進一步升高。熱力學計算表明，在鋼液中加入0.003%～0.0005%的[Ca]時，鋼液中會生成高熔點的MgO-Al₂O₃，當[Ca]的加入量在0.0005%～0.0007%時，夾雜物主要為液態夾雜物，當[Ca]含量大于0.0007%時，鋼液中開始有CaS生成。此外，二次氧化的發生會使得鋼液中的液態夾雜物更多地轉變為固態夾雜物。隨著溫度的降低，夾雜物中CaO、CaS含量在逐漸降低，而MgO、Al₂O₃含量逐漸增加，最終形成高CaS含量的CaS-CaO-MgO-Al₂O₃。

不同工藝參數對電子束熔絲沉積304不銹鋼力學性能及顯微組織研究

黃星光, 孫寶福

2024, 45(3): 162-168. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.022

摘要(296) HTML (112) PDF(9)

摘要:
采用直徑為1 mm的304不銹鋼絲材為材料，以電子束熔絲沉積技術（EBF³）制備304不銹鋼試樣，并進行力學性能及顯微組織分析。設計了9組試驗方案進行單因素試驗，分別改變束流強度、送絲速度以及基板進給速度三個參數進行打印。結果表明，9組試件的抗拉強度和屈服強度均表現優異，但斷后伸長率表現一般，其中當束流為26 mA、送絲速度為1400 mm/min、進給速度為400 mm/min時，試件各項特征表現最好，拉伸強度為1328.92 MPa，屈服強度為711.60 MPa，斷后伸長率為34.45%。通過綜合分析可知，改變送絲速度對試件的塑性影響最大，改變進給速度對試件的強度影響最大。此外，改變束流與進給速度的試件內部金相組織基體由奧氏體組成，改變送絲速度的試件顯微組織則多為奧氏體轉變和過程析出的組織為組成部分；改變束流和送絲速度的試件中以組織的構成變化為主，改變進給速度的試件中組織則以晶粒度的變化為主，最終形成了不同拉伸件性能間的差異。在進行掃描電鏡斷口分析中可以發現，試件在拉伸試驗中均發生脆性斷裂。

釩微合金化對中錳熱成形鋼氫脆敏感性的影響

劉浩, 王貞, 張施琦, 葛銳, 賈涓, 劉靜

2024, 45(3): 169-175. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.023

摘要(310) HTML (117) PDF(18)

摘要:
利用慢應變速率拉伸、氫滲透以及氫顯試驗，結合SEM、TEM、EBSD分析，研究了0.12%釩對中錳熱成形鋼氫脆敏感性的影響。結果表明，釩微合金化對中錳熱成形鋼氫脆敏感性具有雙重影響：一方面，釩不僅顯著細化晶粒、析出了大量的納米級含釩碳化物，使鋼中的氫陷阱密度大幅增加，有效抑制了氫向鐵素體/馬氏體界面的富集，而且添加釩后長條狀鐵素體明顯減少、小角度晶界占比增加，可進一步抑制裂紋的連續擴展，從而降低試驗鋼的氫脆敏感性；但另一方面，釩使鋼中馬氏體含量增加，會在一定程度上增加氫脆發生的風險。在常規的熱成型工藝下，釩微合金化產生的有益作用更為顯著，使含釩試驗鋼具備更優異的氫脆抗力。

Fe-5%Si多孔材料的制備及透氣性研究

姬帥, 袁佳樂, 劉忠軍

2024, 45(3): 176-181, 187. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.024

摘要(300) HTML (123) PDF(11)

摘要:
將三組相同的Fe-5%Si混合粉末分別在1050、1100、1150 ℃的溫度下高溫燒結2 h，對各個試樣進行金相（OM）及掃描（SEM）顯微組織觀察、XRD物相分析，并采用自組裝多孔材料性能檢測儀測試其透氣性。結果表明，燒結溫度越高，多孔材料的孔徑尺寸越小，1150 ℃試樣的截面上會形成膜層；Fe-5%Si多孔材料的截面由Fe和Si的氧化物組成，且燒結溫度越高，氧化物種類越少，即1050 ℃下有SiO₂、Fe₂O₃、FeO、Fe₂O₄四種物質，1100 ℃下有Fe₃O₄、FeO、SiO₂，1150 ℃下有FeO、SiO₂；1050 ℃下試樣的氣體流量隨著通氣壓力的增大明顯變大，當通氣壓力為140 kPa時，氣體流量約為9200 mL/min；1100 ℃及1150 ℃下試樣的氣體流量隨著通氣壓力的增大變化不大，當通氣壓力均為140 kPa時，二者的氣體流量約為1000 mL/min。

CP800高強鋼高速激光焊接接頭組織與性能研究

姜彤, 王大鋒, 鄒升光, 曾浩林, 馬冰, 陳東高

2024, 45(3): 182-187. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.025

摘要(326) HTML (127) PDF(14)

摘要:
為了進一步提高激光焊接速度，改善高速焊接過程中焊縫凹陷的問題，對CP800高強鋼進行了12 m/min的高速激光焊接，研究了激光入射角對焊縫成形的影響。在最優焊接工藝參數下，對焊縫成形、焊縫質量、焊接接頭組織、硬度及力學性能進行了研究。結果表明：當激光入射角度為+10°時，焊縫表面基本無飛濺，凹陷最小。此外在激光功率為12500 W，焊接速度為12 m/min，激光入射角為+10°的最佳焊接參數下，焊縫表面及內部質量較好，焊縫熔寬約為1.15 mm，熱影響區寬度約為0.35 mm。焊縫組織中，主要存在的是板條狀馬氏體和針狀鐵素體以及極少量的粒狀貝氏體。焊縫的顯微硬度(HV)值在402.5～408.5。焊接接頭抗拉強度能夠達到母材抗拉強度的96%，焊接接頭室溫沖擊功能夠達到母材室溫沖擊功的87.5%。

鋁/鋼異種金屬磁力脈沖焊接多物理場耦合有限元分析

王艷, 熊志林, 寧朝陽, 陳金蘭

2024, 45(3): 188-194. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.026

摘要(293) HTML (117) PDF(14)

摘要:
鋁/鋼異種金屬焊接接頭易反應生成Fe-Al金屬間化合物，惡化接頭性能，使焊接成型困難。使用ABAQUS有限元軟件模擬異種金屬磁力脈沖焊（EMW）電磁-熱-結構耦合過程，在最小能量下實現鋁/不銹鋼的高質量焊接。基于Box–Behnken響應曲面法設計試驗，從電壓（V）、間距（d_s）和驅動板厚度（t_d）等工藝參數中提取重要參數。通過繪制Al/不銹鋼焊接工藝窗口研究焊縫形成的可能性，并試驗驗證EMW仿真結果的有效性。通過分析最佳工藝參數下接頭微觀結構評估了接頭成型質量。方差分析表明，在V =15 kV，d_s =1.5 mm和t_d =1 mm下，可以獲得用于高質量焊接的最大撞擊速度。

鎂對21-4N氣閥鋼中碳化物的影響

季燈平, 朱浩然, 劉貝貝, 孫晗, 徐翔宇, 付建勛

2024, 45(3): 195-199. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.027

摘要(306) HTML (120) PDF(13)

摘要:
為了探究不同鎂含量對21-4N氣閥鋼中液析碳化物的影響規律，采用實驗室高溫電阻爐冶煉了不同鎂添加量的21-4N氣閥鋼，借助蔡司金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電解腐蝕等方法開展研究。結果表明，隨21-4N鋼中Mg含量的增加，碳化物平均最大尺寸及面積占比均先減小后增大。添加微量的鎂有助于改善鋼中富Cr型液析碳化物的尺寸和分布，鎂的質量分數為1.6×10^?5時，液析碳化物平均最大尺寸為60.55 μm，面積占比10.43%，在鋼中多呈顆粒狀分布，連續性被破壞，其原因是鎂元素在晶界處的偏聚，能夠抑制C、Cr等合金元素的擴散，阻斷碳化物連續生長，從而達到細化碳化物尺寸的效果。

電感耦合等離子體質譜法測定釩鈦磁鐵礦中的稀土元素

劉淑君, 雷勇, 趙朝輝, 易建春, 王洪彬

2024, 45(3): 200-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.028

摘要(348) HTML (157) PDF(20)

摘要:
準確、快速地測定釩鈦磁鐵礦中的稀土元素，對釩鈦磁鐵礦的高效利用有著重要的作用。針對目前國內外缺乏釩鈦磁鐵礦中稀土元素分析方法的問題，試驗選取不同礦區具有代表性的5件釩鈦磁鐵礦作為試驗樣品，采用鹽酸、氫氟酸、硝酸外加硫酸混合酸溶分解的方式，并結合電感耦合等離子體質譜儀檢出限低、靈敏度高、干擾小的特點，對釩鈦磁鐵礦中稀土元素測定過程中的儀器條件、測定模式、內標元素、同位素選擇及質譜干擾進行研究。結果表明，在最佳的儀器工作參數的條件下，采用STD模式，選擇干擾小且豐度大的同位素，選擇合適的內標元素Rh和Re，能夠有效地降低基體效應引起的信號強度漂移。此外，通過精密度試驗及加標回收試驗發現，采用電感耦合等離子體質譜法測定釩鈦磁鐵礦中的稀土元素能獲得良好的精密度與準確度，此方法準確有效。

留言板

2024年第45卷第3期

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