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2020年中國鈦工業發展報告

賈翃, 逯福生, 郝斌

2021, 42(3): 1-9. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.001

摘要(2516) HTML (1726) PDF(446)

摘要:
從2020年我國鈦工業鈦精礦、海綿鈦、鈦錠、鈦材等品種的產能、產量、應用和進出口等數據分析了我國鈦工業的整體情況，并對目前行業存在的問題提出了建議。

鈦金屬冶煉的生產成本以及新型鈦冶金工藝的可能性

朱鴻民, 肖九三, 焦樹強, 盧鑫

2021, 42(3): 10-16, 36. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.002

摘要(1510) HTML (230) PDF(159)

摘要:
金屬鈦由于其優異的性能而被用作高端結構材料。然而，在我們的日常生活中金屬鈦的利用卻非常有限。全球金屬鈦年產量僅為鈦白粉的1/30，從金屬鈦的性能和其豐富資源儲量來看是極其不自然的。制約金屬鈦廣泛使用的主要因素是其昂貴的價格。比較了金屬鈦、鋁以及鋼鐵從礦石原料到金屬的生產過程，并分析了現行金屬鈦生產過程的成本構成。在此基礎上，分析了迄今為止已開發的新型鈦冶煉工藝，從縮短生產流程，尤其是減少化學反應步驟的角度出發，探討簡化冶金流程、降低生產成本的可能性。指出，比較而言，以鈦鐵礦FeTiO₃作為起始原料，經過碳熱還原制備碳氧化鈦TiC_xO_1?_x，進而熔鹽電解制備金屬鈦的冶金流程，有望大幅度降低能耗和生產成本。有待解決的問題是碳氧化鈦陽極的規模化加工，以及在實際電解過程的連續運行等。

基于釩鉻渣鈣化焙燒過程的V₂O₅/Cr₂O₃-CaO體系固相反應擴散行為

孫紅艷, 溫婧, 陳泊鍵, 余唐霞, 姜濤

2021, 42(3): 17-24. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.003

摘要(478) HTML (106) PDF(35)

摘要:
為探究釩鉻渣鈣化焙燒過程釩、鉻組元與鈣反應能力的差異，在熱力學分析基礎上，以V₂O₅、Cr₂O₃、CaO純物質為原料，采用恒溫焙燒法分別制備出V₂O₅-CaO與Cr₂O₃-CaO擴散偶。利用掃描電鏡與能譜儀觀測不同恒溫時間后擴散界面的微觀形貌以及產物層元素分布，分析恒溫時間對固相界面反應的影響，并利用wagner方程對體系互擴散系數進行計算。結果表明：在空氣氣氛中873 K恒溫焙燒9 h后，V₂O₅-CaO擴散偶界面產物層清晰，厚度與時間的平方根存在線性關系，說明該固相反應由擴散控速，產物以CaV₂O₆為主。而相同焙燒條件下，Cr₂O₃-CaO間未見明顯的界面產物層，說明V₂O₅-CaO間固-固界面反應能力更強，其互擴散系數量級為10^?10 cm²·s^?1。

硫酸法鈦白短流程工藝水熱合成高純二氧化鈦

田從學

2021, 42(3): 25-30. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.004

摘要(493) HTML (337) PDF(47)

摘要:
以低濃度工業鈦液經鈦白短流程工藝水解所制的偏鈦酸為原料，經水熱工藝制備出高純二氧化鈦，考察了漿料濃度、水熱溫度、水熱時間等對產物結構與純度的影響，采用XRD、粒度分析、BET、SEM和TiO₂含量測定等對樣品進行了表征。認為：水熱條件影響水熱偏鈦酸的溶解、成核、晶體生長、聚合與團聚等，并影響偏鈦酸的結構、粒徑分布和比表面積，改變其雜質吸附量，并最終影響高純TiO₂的結構與純度。最佳水熱條件為：料漿濃度160 g/L，水熱溫度140 ℃，水熱時間36 h，所得高純二氧化鈦含量為99.99%。

新型溶劑熱體系制備特殊暴露面銳鈦礦TiO₂納米棒的合成研究

劉進

2021, 42(3): 31-36. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.005

摘要(438) HTML (65) PDF(29)

摘要:
以四丁基氫氧化銨（TBAH）為形貌控制劑，采用一種新的無氟溶劑熱反應體系，實現了特定晶面的可控合成，制備出了銳鈦礦型TiO₂單晶納米棒材料。所獲得的TiO₂納米棒主要由表面的{010}小平面控制。用該納米棒制成的染料敏化電池(DSSCs)的短路電流密度J_sc約為10.9 mA/cm²，開路電壓V_oc約為0.74 V，光電功率轉換效率約為5.75%；比用商業P25型 TiO₂制成的DSSCs具有更為優異的電池性能，電池的短路電流密度、填充因子、功率轉換效率分別提高了2.83%、10.94%和10.58%。在材料表征的基礎上，對其形成機理進行了初步的探討。

酸解殘渣回收礦的酸解性能研究

吳健春, 路瑞芳, 石瑞成

2021, 42(3): 37-43. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.006

摘要(535) HTML (111) PDF(44)

摘要:
以酸解殘渣中通過磁選獲得的磁選回收礦為原料，使用化學分析、XRD、SEM、巖相分析等手段對比了磁選回收礦與常規鈦精礦在化學成分、物相結構、鈦元素賦存狀態等方面的差異，在此基礎上，進行了酸解對比試驗。結果表明：磁選回收礦TiO₂品位約為38%，較鈦精礦低約10%，其主要物相為鈦鐵礦約占65%，其次為石英和硅酸鹽相，鈦元素主要賦存于鈦鐵礦中約占87%。磁選回收礦粒度較小、表面有較多裂紋，單獨酸解具有較好的酸解性能，但由于品位較低，其酸解鈦液濃度偏低，不利于后期濃縮；磁選回收礦可與攀枝花PT20礦進行混合酸解，對酸解率無不良影響，添加比例在10%～15%時酸解率和過濾速度綜合效果最佳，但是磁選回收礦和含鎂較高的白馬20礦混合酸解時，較高鎂含量導致鈦液比重增大，含硅絮凝物不易沉降，過濾速度慢。

高鈦高爐渣硫酸酸浸液沸騰水解制備二氧化鈦的研究

黃晨, 何思祺, 唐玉梅, 王巖, 孫紅娟

2021, 42(3): 44-52, 93. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.007

摘要(525) HTML (201) PDF(42)

摘要:
針對攀西地區高鈦高爐渣有效處理不全面等問題，采用硫酸法對其鈦組分進行提取，探究酸浸液沸騰水解過程中底液pH值、水解溫度、加料速率、陳化時間以及二沸時間對Ti⁴⁺的水解率以及水解產物結構的影響，確定了最優水解條件。結果表明：底液pH值、水解溫度、陳化時間對水解率及水解產物具有顯著影響，底液pH值、加料速率以及陳化時間與水解產物的尺寸大小、分散性呈正相關，水解溫度則與其呈負相關，二沸時間對其影響較小。最優水解條件為底液pH值1.7、水解溫度105 ℃、加料速率6.6 mL/min、陳化時間25 min、二沸時間60 min，在此條件下Ti組分的水解率為90.71%，獲得的偏鈦酸經高溫煅燒后為銳鈦礦型二氧化鈦，性能指標滿足非顏料用二氧化鈦的國家標準。

精餾法分離四氯化鈦中有機雜質的模擬

黃森虹, 李良

2021, 42(3): 53-57. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.008

摘要(828) HTML (359) PDF(37)

摘要:
針對有機物精制除釩工藝生產的四氯化鈦含有機雜質的現狀，采用Aspen P1us模擬軟件計算了除釩后四氯化鈦中有機雜質的精餾分離過程，并結合靈敏度分析方法對精餾塔的設計參數進行了優化。結果表明，精餾塔的最佳設計參數如下：回流比為100，塔板數為68塊，進料位置為第24塊塔板，塔頂溫度為64.38 ℃，塔底溫度為155.06 ℃，塔頂餾出量為223 kg/h。此操作條件下，精餾后四氯化鈦質量純度可達99.9967%，收率達到99.0%以上，有機雜質和SiCl₄主要匯入塔頂餾出物，其中CCl₃COCl的收率大于99.0%，滿足分離要求。

碳纖維支撐的鉀離子調諧TiC/TiO₂層狀異質結復合催化劑制備研究

豐雪帆, 王化中, 王小明, 喻文瑞, 楊宇, 張福勤

2021, 42(3): 58-63. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.009

摘要(544) HTML (79) PDF(30)

摘要:
采用原位生長方法制備了一種碳纖維為載體，通過鉀離子（K⁺）調諧的具有TiC/TiO₂層狀異質結的復合催化劑，用FE-SEM、XRD、Raman、XPS和AFM對制備的催化劑進行了表征，并進行了光催化降解污染物羅丹明B試驗。研究表明鉀離子對異質結的調諧對光催化效率有重要影響。在紫外-可見光催化降解過程中，CFs@TiC/TiO₂對污染物RhB的去除率達到98%。經過3次循環使用后，該復合材料對污染物光催化去除效率仍大于90%，表明能重復穩定使用。K⁺協同的原位生長過程經過熔鹽體系在碳纖維(CFs)表面生長TiC，并在KOH水溶液中進行水熱反應，將部分TiC轉化為鈦酸鉀納米粒子，隨后將鈦酸鉀納米顆粒浸泡在稀釋的HCl溶液中，將酸中的H⁺交換為鈦酸鉀中的K⁺經過熱處理和脫水后，納米顆粒形成片狀銳鈦礦型TiO₂，最終形成碳纖維支撐的TiC/TiO₂層狀異質結的CFs@TiC/TiO₂復合催化劑。鈦酸鉀納米晶形成的花狀結構具有較大的比表面積，這種結構為制備CFs@TiC/TiO₂復合材料構建了結構特征和催化活性位點。

射頻等離子體制備增材制造用球形鈦鉭合金粉末

應真鴻, 譚沖, 施麒, 李貴發, 鄭海忠, 劉辛

2021, 42(3): 64-73. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.010

摘要(597) HTML (116) PDF(32)

摘要:
采用射頻等離子體球化技術對氫化破碎不規則形貌的鈦鉭合金粉末進行球化處理，研究了送粉速率、載氣流量和鞘氣中氦氣流量等工藝參數對鈦鉭合金粉末球化率、粉體性能和顯微結構的影響，并開展了球化后鈦鉭合金粉末選區激光熔化成形適用性評價。結果表明：經過射頻等離子體球化處理后，粉末截面組織由板條狀α″-Ti和胞狀β-Ti組成，球化率在98%以上，粒度分布變寬，平均粒徑由球化前21.41 μm增大至32.3 μm。粉末球化率受送粉速率、載氣流量和鞘氣中氦氣流量等因素影響，當送粉速率為35 g/min，載氣流量為5.5 L/min，鞘氣中氦氣流量為40 L/min，球化效果最好。與原料粉末相比，球化后粉末的霍爾流速(50 g計)為6.27 s，松裝密度由1.38 g/cm³提高至3.11 g/cm³，振實密度由2.54 g/cm³提高至3.48 g/cm³。此外，球化后的鈦鉭合金粉末具有良好的選區激光熔化適用性，成形后制件致密度大于99%，微觀組織為針狀α″-Ti和胞狀β-Ti，鈦、鉭元素分布均勻，無未熔融的鉭顆粒，顯微硬度（HV）達到725。

Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面納米氧化管的構建及生長機理分析

許瑩, 夏朋昭, 魏子琰, 趙思壇, 蔡艷青

2021, 42(3): 74-81. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.011

摘要(433) HTML (88) PDF(25)

摘要:
在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面構建結構致密的納米氧化管，同時探究納米氧化管的生長機理。采用陽極氧化法，在含有1 mol/L H₃PO₄溶液和0.9 % NaF的混合溶液中，在25 V的直流電壓下，氧化處理120 min，在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面原位生成納米氧化管；使用XRD對納米氧化管的物相進行分析，進而得到納米氧化管的成分；使用SEM對納米氧化管的結構、形貌進行分析；采用HRTEM和EDS等對合金表面的納米氧化管進行觀測進而得出納米氧化管的生長機理。研究表明：在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面構建的納米氧化管孔徑為50～70 nm，管壁厚度約為15 nm，氧化管長度為100 nm，納米管由非晶態的鈦氧化物及銳鈦礦型二氧化鈦納米晶組成。合金表面納米氧化管的生長機理為：陽極氧化過程開始時，首先會在合金表面生成一層非晶態的鈦的氧化層，而后在氧化電壓和電解液作用下，在非晶態鈦氧化層之上生成非晶態的納米管。高溫處理后，部分非晶態結構納米管轉化為銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒。

軸肩直徑對Ti-6Al-4V鈦合金攪拌摩擦焊接頭組織和性能的影響

馬世輝, 李積元

2021, 42(3): 82-87. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.012

摘要(517) HTML (123) PDF(28)

摘要:
作為攪拌摩擦焊用攪拌頭的重要尺寸，軸肩直徑對焊接接頭組織性能都產生影響。采用不同軸肩直徑進行了2 mm厚Ti-6Al-4V鈦合金攪拌摩擦焊試驗，并進行了顯微組織的金相（OM）分析和電子背散射衍射（EBSD）分析，以及力學性能的測試與分析。結果表明，當軸肩直徑在8～14 mm時，2 mm厚Ti-6Al-4V鈦合金攪拌摩擦焊接頭焊核區晶粒先細化后粗化、接頭抗拉強度和接頭系數先提高后下降；當軸肩直徑為12 mm時，焊核區晶粒最細小，平均晶粒尺寸～7 μm，接頭抗拉強度和接頭系數最高，分別為929 MPa、91%。

氧化石墨烯/石墨烯修飾熱處理石墨氈復合電極材料制備研究

丁紅宇, 黃秀麗

2021, 42(3): 88-93. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.013

摘要(962) HTML (171) PDF(80)

摘要:
通過高溫熱處理石墨氈，然后制備氧化石墨烯，并在氧化石墨烯基礎上制備石墨烯，將氧化石墨烯和石墨烯與熱處理石墨氈復合制備全釩液流電池正極材料。通過掃描電鏡（SEM)、紅外光譜（FTIR)、X-射線衍射分析(XRD)和電池充放電試驗，測試分析石墨氈復合電極材料的表面形貌特征和電化學特性。結果表明：氧化石墨烯和石墨烯修飾的熱處理石墨氈復合電極材料充放電性能增加。在電流密度30 mA/cm²條件下，氧化石墨烯/石墨氈復合電極電流效率高達94.713%，石墨烯/石墨氈復合電極電流效率高達96.482%。且熱處理后石墨氈/石墨烯復合電極電化學活性最好。

新型釩基新能源汽車電池負極合金的制備與性能研究

馮競祥, 羅瑜清, 曹立祥

2021, 42(3): 94-98. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.014

摘要(409) HTML (76) PDF(38)

摘要:
采用自蔓延高溫合成法制備了添加不同含量合金元素Al或Cr的新型釩基新能源汽車電池負極合金V65Ti20Ni15，并進行了顯微組織、電化學循環穩定性和耐腐蝕性能的測試與分析。結果表明，合金元素Al或Cr，有助于改善合金內部組織，提高合金的電化學循環穩定性和耐腐蝕性能；復合添加合金元素Cr和Al的V59Ti20Ni15Al3Cr3合金的電化學循環穩定性和耐腐蝕性能最佳。與不添加合金元素的V65Ti20Ni15合金相比，復合添加合金元素Cr和Al的V59Ti20Ni15Al3Cr3合金的充放電循環50次后放電容量衰減率從85%減小到23%、腐蝕電位正移692 mV，合金的電化學循環穩定性和耐腐蝕性能得到顯著提高。

氯化法鈦白副產物資源化利用研究

董林輝, 喻經綸, 范浩, 朱文淵, 李風亭, 伏振宇

2021, 42(3): 99-104. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.015

摘要(655) HTML (85) PDF(42)

摘要:
以氯化法鈦白粉生產過程中的副產物廢鹽酸和氯化尾氣吸收液、工業氫氧化鋁和七水硫酸亞鐵為原料, 在雙氧水催化氧化條件下, 制備得到一系列新型無機高分子混凝劑聚合氯化硫酸鋁鐵(PAFCS)，其外觀為紅褐色透明液體, 體積密度1.39～1.43 g/cm³, 全鐵與三氧化二鋁（TFe+Al₂O₃）總含量≥10.5%, 可以用作水處理用混凝劑。與市售混凝劑相比，制備所得聚氯化硫酸鋁鐵對高化學需氧量（COD）的垃圾滲濾液生化尾水有較好的處理效果, COD去除率達到68.51%, 優于傳統混凝劑聚合硫酸鐵。高效聚合氯化硫酸鋁鐵的制備為我國氯化法鈦白粉生產工藝中副產物的資源化利用提供了解決思路和可行方法。

金屬鉻冶煉及鉻收率的影響因素研究

葉明峰, 師啟華, 余彬, 陳海軍

2021, 42(3): 105-110. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.016

摘要(619) HTML (103) PDF(41)

摘要:
研究了攀鋼自產高純三氧化二鉻冶煉98級金屬鉻的配料參數和鉻收率的影響因素。結果表明：配加的還原劑金屬鋁會有一部分進入到產物金屬鉻中，為確保金屬鉻成分會間接限制鉻收率的提高；金屬鉻冶煉過程較優的參數為單位爐料熱量取值為3150 kJ/kg、配鋁系數為0.96；添加氧化鈣能顯著提高鉻元素收率，在CaO/Cr₂O₃為0.125時，鉻收率最高為89.24%。采用攀鋼自產高純三氧化二鉻可以冶煉出含V約0.043%的JCr98級金屬鉻，可滿足下游用戶的個性化要求。

石灰堿激發鈦石膏復合膠凝材料強度機理分析

楊賀

2021, 42(3): 111-118. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.017

摘要(533) HTML (156) PDF(38)

摘要:
以鈦石膏、脫硫石膏和鈦礦渣三種鈦工業固體廢棄物為主要原料，石灰作堿性激發劑制作鈦石膏復合膠凝材料。采用正交試驗，結合XRD、SEM等分析測試方法，對石灰堿激發鈦石膏復合膠凝材料強度機理進行分析。結果表明：鈦石膏的摻量在42.9%～50.3%，可以制作出強度達到《建筑石膏》（GB/T 9776—2008）2.0強度等級的鈦石膏復合膠凝材料。石灰堿激發鈦石膏復合膠凝材料的前期強度主要來自鈦石膏和脫硫石膏水化產生的二水石膏，后期強度主要來自水泥、石灰和石膏進一步反應產生鈣礬石。其水化機理為：第一，CaSO₄·0.5H₂O水化產生CaSO₄·2H₂O；第二，水泥中的3CaO·Al₂O₃與CaSO₄·2H₂O反應生成鈣礬石，石灰與水反應產生Ca(OH)₂，結合CaSO₄·2H₂O和CaO·Al₂O₃反應產生鈣礬石，進一步提升鈦石膏復合膠凝材料的強度。

高碳鉻鐵合金渣用于C40混凝土試驗研究

楊飛, 孫曉敏

2021, 42(3): 119-124. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.018

摘要(441) HTML (75) PDF(30)

摘要:
以高碳鉻鐵合金渣作為粗細集料來配制C40混凝土，通過對含高碳鉻鐵合金渣混凝土抗壓強度、抗氯離子滲透性能和抗碳化性能等進行試驗研究，對六價鉻離子Cr(VI)在水泥混凝土中固化效果進行了評價。結果表明：高碳鉻鐵渣骨料混凝土養護28 d的抗壓強度高于普通C40碎石混凝土。由于高碳鉻渣的表面多孔和較高的孔隙率，導致用高碳鉻渣制備的混凝土抗氯離子滲透性能和抗碳化性能優于對照組，而混凝土浸泡90 d的鉻離子表面浸出濃度低于標準規定鉻離子0.05 mg/L的臨界允許濃度，從應用和環境的角度初步說明高碳鉻鐵合金渣作為骨料配制C40混凝土基本可行。

堿度對石鋼燒結礦礦相結構及冶金性能的影響

劉麗娜

2021, 42(3): 125-129. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.019

摘要(768) HTML (145) PDF(36)

摘要:
采用偏光顯微鏡研究了石鋼不同堿度燒結礦的礦物組成及顯微結構特征，燒結礦礦相結構與冶金性能之間的關系。研究發現：隨著堿度的升高，燒結礦礦物組成簡單化，粘結相含量升高，其中鐵酸鈣含量增加明顯；顯微結構均勻化，由斑狀-粒狀結構過渡為交織熔蝕結構，氣孔率升高，出現骸晶狀及菱形定向排列的赤鐵礦，鐵酸鈣由他形晶形態過渡為針狀形態。相應的燒結礦強度、還原性能及低溫還原粉化性能有所改善。

不同氣源條件下熔渣泡沫化的高溫模擬

胡超, 王瑞芳, 張波, 李夢偉, 劉承軍, 姜茂發

2021, 42(3): 130-134. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.020

摘要(434) HTML (79) PDF(42)

摘要:
熔渣泡沫化的有效控制對冶金工藝的穩定控制具有重要的現實意義。開展了外引和內生兩種氣源條件下熔渣泡沫化的高溫模擬研究，得到如下結論：在外引氣源條件下，泡沫渣由尺寸為7～15 mm的多面體氣泡堆積而成，泡沫化高度隨氣體流量增加先升高后降低；在內生氣源條件下，泡沫渣由尺寸為0.5～1.0 mm的球形氣泡堆積而成，泡沫化高度隨氣體產生量的增加和熔渣堿度的降低而升高。典型煉鋼輔料的消泡效果對比如下：活性石灰>純堿>石灰石>白云石>菱鎂礦。

微波原位還原制備Fe/Fe₂SiO₄基金屬陶瓷的研究

高陳波, 徐鵬飛, 阮飛, 李紅霞

2021, 42(3): 135-142. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.021

摘要(471) HTML (195) PDF(28)

摘要:
以磁選鐵精礦為主要原料，高嶺土作為添加劑采用微波原位還原制備Fe/Fe₂SiO₄基金屬陶瓷。概括介紹了利用微波加熱原位還原磁選鐵精礦研制鐵基金屬陶瓷的理論基礎、主要技術路線和反應機理，結合XRD、SEM等分析測試方式，探究了高嶺土添加含量對鐵基金屬陶瓷復合材料的物相、物理性能及微觀組織的影響，為微波加熱還原磁選鐵精礦制備鐵基多功能陶瓷材料的相關研究領域提供參考，對于促進礦產資源的高效綜合利用具有重要的意義。結果表明：當燒結溫度為835 ℃，保溫時間為1 h，高嶺土含量為15%時，制備的鐵基金屬陶瓷的綜合性能最優，其主晶相為α-Fe，密度為5.56 g/cm³，維氏硬度值為7.35 GPa。

碳化鈦顆粒形成過程中原子擴散行為研究

呂亞男, 陳棟

2021, 42(3): 143-147. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.022

摘要(624) HTML (80) PDF(54)

摘要:
為了明晰金屬碳化物沉淀在鐵合金中的形成機理，解決宏觀試驗無法直接研究碳化物沉淀形成初期的局限性，以碳化鈦為研究對象，采用分子動力學模擬方法，研究了碳化鈦納米顆粒形成過程中，碳原子和鈦原子的擴散行為，考察了碳化鈦顆粒形成過程中溫度和碳原子濃度對原子擴散的影響規律。研究結果表明，原子的擴散行為對碳化鈦顆粒形成起到關鍵作用。擴散過程中，擴散系數較低的鈦原子對碳化鈦的形成起決定作用。鈦原子和碳原子的擴散能力隨溫度的提高而增加，但隨碳原子濃度的增加而降低。

熱處理工藝對Cr12MoV鋼組織及硬度的影響

杜思敏, 李雄, 林發駒

2021, 42(3): 148-154. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.023

摘要(2024) HTML (387) PDF(92)

摘要:
采用金相顯微鏡、XRD射線衍射儀及維氏硬度計等，研究了普通熱處理和深冷處理工藝對Cr12MoV鋼顯微組織及硬度的影響。結果表明：Cr12MoV鋼經普通熱處理和深冷處理淬火后的組織均為隱針馬氏體+殘余奧氏體+碳化物，200 ℃低溫回火后組織轉變為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。深冷處理可大幅減少鋼中殘余奧氏體，提升鋼的硬度；熱處理采用1020 ℃加熱保溫60 min淬火+（?196 ℃）深冷2 h+200 ℃回火保溫120 min，硬度（HV30）值最高，可達780。

不同熔覆參數下的AlFeCrCoNiTi高熵合金涂層的高溫摩擦磨損性能

崔少偉, 王樹奇, 姜偉, 劉喜艷

2021, 42(3): 155-161, 192. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.024

摘要(366) HTML (70) PDF(27)

摘要:
選取H13鋼進行激光熔覆，獲得激光熔覆涂層，并進行了微觀組織和硬度分析。采用銷—盤式高溫磨損試驗機研究了H13鋼及各個涂層的高溫磨損行為。采用SEM、EDS以及XRD等微觀分析手段對各個涂層上的磨面進行形貌、成分及物相分析，并探討磨損機理。結果表明：不論溫度的高低與載荷的大小，激光熔覆涂層的磨損量都比H13鋼的磨損量低一個數量級。400 ℃下，涂層的磨損失重速度高于涂層的氧化增重速度，因此，涂層整體呈現失重的趨勢；600 ℃下，涂層的磨損失重速度低于涂層的氧化增重速度，因此，涂層整體呈現增重的趨勢。涂層1具有最好的抗高溫軟化能力，不論在400 ℃還是600 ℃下摩擦層表面都可以保持完整。涂層2的抗高溫軟化能力最弱。在400 ℃下，在載荷僅為50 N時就出現摩擦層表面大面積剝落；在600 ℃下，其擠出程度較其他兩個摩擦層更為嚴重。涂層3的抗高溫軟化能力弱于涂層1的但高于涂層2。在400 ℃，下低載時，摩擦層保持完整，高載時，摩擦層發生大面積剝落；在600 ℃下，其擠出程度較為嚴重但輕于涂層2。

冷軋輥用半高速鋼碳化物細化工藝技術研究

林發駒, 李雄, 吳鋮川

2021, 42(3): 162-171. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.025

摘要(470) HTML (97) PDF(32)

摘要:
基于Thermo－Calc熱力學軟件計算及原位觀察結果，開展冷軋輥半高速鋼95Cr5MoV碳化物細化技術研究。95Cr5MoV半高速鋼平衡凝固碳化物類型主要有MC、M₇C₃和M₂₃C₆，其中M₂₃C₆型碳化物在785 ℃左右完全溶入基體，M₇C₃型碳化物在1100 ℃時完全溶入基體，MC型碳化物在1170 ℃左右完全溶入基體；采用高溫共聚焦顯微鏡試驗觀察發現，大塊狀MC型碳化物在960 ℃時開始溶解，當溫度升高到1170 ℃左右時，溶解加速，但一直到1217 ℃碳化物周圍的基體開始局部熔化時仍然部分存在，表明非平衡態的溶解溫度高于平衡態。為細化碳化物，實驗室采用“1100 ℃高溫固溶+880 ℃三次循環+740 ℃退火”的新熱處理工藝后，大塊液析碳化物尺寸明顯減小，且組織均勻性好，并在工業化生產中驗證了該工藝的可靠性。

激光熔覆過程數值模擬研究現狀

何逵, 曹知勤, 王玥坤, 張雪峰

2021, 42(3): 172-179. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.026

摘要(1491) HTML (137) PDF(125)

摘要:
激光熔覆是新型的增材制造及表面修復技術，已成為當今工業領域的研究熱點。利用激光熔覆技術制備高性能的合金涂層，能夠顯著提高基材的耐磨、耐腐蝕、使用壽命等性能。通過對激光熔覆過程的溫度場、殘余應力、組織形變等的數值模擬研究進行闡述，總結了國內外目前針對上述物性參數的分布及演變規律分析所使用的數值模擬方法，揭示了殘余應力、組織形變形成的機理，為獲得高質量的熔覆涂層提供了一定的理論指導基礎。展望了數值模擬技術在激光熔覆過程中的未來發展趨勢。

碲對硫化物軋制變形行為影響的研究

沈平, 王冬, 張浩, 楊乾坤, 艾克南, 曾志崎, 付建勛

2021, 42(3): 180-186. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.027

摘要(550) HTML (113) PDF(26)

摘要:
采用掃描電鏡對38MnVS6鋼中Te的賦存狀態進行了分析，采用Gleeble-3500模擬了軋制過程。對MnS夾雜和基體的硬度進行了檢測，并對夾雜物進行了統計，由此對夾雜物的變形行為進行研究。結果表明，少量的Te首先固溶在MnS中，當Te含量超過130×10^?6時開始析出MnTe。經過熱壓縮后，隨著Te含量的增加，夾雜物的長寬比從2.3逐漸降低至1.8左右。鋼中Te含量增加，夾雜物與鋼基體的硬度比H_夾/H_鋼基本為一個常數，不能造成夾雜物的抗變形能力增加。經過熱壓縮后，較小的夾雜物其長寬比也較小。鋼中加Te后可使夾雜物尺寸減小，進而減小了夾雜物的變形量，抑制了軋制過程中夾雜物的變形。

彈簧鋼55SiCrV的微合金化及熱處理工藝研究

蒙堅

2021, 42(3): 187-192. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.028

摘要(1213) HTML (227) PDF(111)

摘要:
在彈簧鋼55SiCr成分基礎上進行釩微合金化處理，獲得了55SiCrV，通過淬火+回火正交試驗、顯微組織觀察、力學性能測試和X射線衍射等手段，研究并分析了淬火+回火工藝對彈簧鋼55SiCrV微觀組織和力學性能的影響，結果表明：0.20%V的添加可使55SiCrV組織中存在大量彌散均勻分布的10～35 nm含釩析出相，強化效果最佳。淬火+回火處理可以改變55SiCrV的顯微組織比例，其中的殘余奧氏體可以降低強度和增加塑性，55SiCrV獲得最佳力學性能匹配（R_m=1 815 MPa、Z=28%）的熱處理工藝為900 ℃淬火+430 ℃回火，對應其殘余奧氏體含量為2.3%。

機械零件用含釩壓鑄鋁合金的性能優化

吳剛, 劉之強

2021, 42(3): 193-198. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.029

摘要(356) HTML (82) PDF(26)

摘要:
采用不同壓射比壓和壓射速度進行了機械零件用含釩壓鑄鋁合金Al-10Si-2.5Cu-0.3V的壓鑄試驗，并進行了合金力學性能和耐磨損性能的測試與分析。結果表明：隨壓射比壓由650 MPa增大到750 MPa、壓射速度從250 mm/s加快到450 mm/s時，合金的力學性能和耐磨損性能均先提高后下降。合金的壓射比壓優選725 MPa、壓射速度優選350 mm/s。與壓射比壓650 MPa相比，當壓射比壓增加到725 MPa時合金的抗拉強度增大18 MPa、斷后伸長率減小0.6%、磨損體積減小8×10^?3mm³。與壓射速度450 mm/s相比，當壓射速度為350 mm/s時合金的抗拉強度增大20 MPa、斷后伸長率減小0.7%、磨損體積減小了10×10^?3mm³。

高速車輪鋼包裹類非金屬夾雜物研究

李向陽, 吳旺朋, 陳艷, 趙海, 沈昶, 何宜柱

2021, 42(3): 199-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.030

摘要(582) HTML (104) PDF(26)

摘要:
為評估高速車輪鋼中包裹類夾雜物的包裹狀態，利用掃描電鏡和ASPEX型自動掃描電鏡對高速車輪鋼中核殼結構包裹類非金屬夾雜物進行分析研究，包括核殼結構包裹類非金屬夾雜物形貌、成分，包括核和殼、包裹類夾雜物和基體界面的成分，統計分析了核和殼的尺寸。研究表明，核殼結構包裹類非金屬夾雜物一般呈橢圓形，長度主要分布在1～10 μm，包裹外殼主要成分為塑性的MnS夾雜，包裹厚度不均勻，一般為0～2.26 μm。被包裹的核以脆性夾雜物Al₂O₃為主，核的尺寸較小，一般為0.31～1.43 μm。從夾雜物核心到外殼存在成分梯度，推斷包裹夾雜物外層MnS和Al₂O₃間為化學結合。采用JMatPro熱力學軟件計算，結果表明，S和Mn尤其是S含量的增加可以提高MnS的析出溫度，有助于形成MnS包裹Al₂O₃的核殼類非金屬夾雜物，從而改善高速車輪鋼的疲勞性能。

留言板

2021年第42卷第3期

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2021年 第42卷 第3期

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