2024, 45(6): 1-6.
doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.001
摘要:
高性能金属构件激光增材制造技术在重大高端装备制造中展现出巨大发展潜力和广阔的应用前景，北京航空航天大学在大型金属构件激光增材制造方面开展了深入研究，取得了许多突破性研究成果。文中综述了该团队在高性能金属结构材料激光增材制造技术方面的研究进展，揭示了激光增材制造非平衡凝固形核生长机理，建立了钛合金和镍基高温合金晶粒形态主动控制方法，提出了激光增材制造材料强韧化新机理，开发出高性能增材制造钛合金和超高强度钢。未来研究热点仍聚焦于激光/金属交互作用行为、材料凝固相变规律等基础问题研究，以及基于激光增材超常冶金的高性能全新金属结构材料设计与开发，以进一步发挥激光增材制造技术在国家重大装备大型金属构件制造方面的变革性潜力。
高性能金属构件激光增材制造技术在重大高端装备制造中展现出巨大发展潜力和广阔的应用前景，北京航空航天大学在大型金属构件激光增材制造方面开展了深入研究，取得了许多突破性研究成果。文中综述了该团队在高性能金属结构材料激光增材制造技术方面的研究进展，揭示了激光增材制造非平衡凝固形核生长机理，建立了钛合金和镍基高温合金晶粒形态主动控制方法，提出了激光增材制造材料强韧化新机理，开发出高性能增材制造钛合金和超高强度钢。未来研究热点仍聚焦于激光/金属交互作用行为、材料凝固相变规律等基础问题研究，以及基于激光增材超常冶金的高性能全新金属结构材料设计与开发，以进一步发挥激光增材制造技术在国家重大装备大型金属构件制造方面的变革性潜力。
2024, 45(6): 19-27.
doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.003
摘要:
以钒渣提钒过程中产生的富含铁锰的浸出液为原料，通过共沉淀法制备了二水草酸铁锰Mn0.5Fe0.5C2O4∙2H2O，以此为前驱体，通过高温固相法成功合成了磷酸锰铁锂LiFe0.5Mn0.5PO4正极材料，实现了钒渣浸出液中铁锰资源的综合利用。结果表明，在初始pH值为3.5，温度25 ℃，反应时间90 min，草酸铵加料量为理论值的1.1倍，加料方式为正加的条件下，铁和锰的沉淀率分别为99.5%和99.4%，与其他杂质实现深度分离，Mn0.5Fe0.5C2O4·2H2O的纯度达99.97%，且粒径较小，分散性良好。可将其作为合成磷酸锰铁锂正极材料的前驱体，为磷酸锰铁锂的工业化生产提供了思路。
以钒渣提钒过程中产生的富含铁锰的浸出液为原料，通过共沉淀法制备了二水草酸铁锰Mn0.5Fe0.5C2O4∙2H2O，以此为前驱体，通过高温固相法成功合成了磷酸锰铁锂LiFe0.5Mn0.5PO4正极材料，实现了钒渣浸出液中铁锰资源的综合利用。结果表明，在初始pH值为3.5，温度25 ℃，反应时间90 min，草酸铵加料量为理论值的1.1倍，加料方式为正加的条件下，铁和锰的沉淀率分别为99.5%和99.4%，与其他杂质实现深度分离，Mn0.5Fe0.5C2O4·2H2O的纯度达99.97%，且粒径较小，分散性良好。可将其作为合成磷酸锰铁锂正极材料的前驱体，为磷酸锰铁锂的工业化生产提供了思路。
2024, 45(6): 64-73.
doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009
摘要:
通过晶体塑性有限元方法探究了α/β相含量和晶粒尺寸对Ti-6Al-4V双相钛合金拉伸力学性能的影响，通过滑移相对分数定量化评估不同滑移系对塑性变形的贡献。结果表明：Ti-6Al-4V钛合金拉伸变形过程中应力应变分布不均匀，应力集中在β相变体晶粒及晶界处，应变集中在α相晶粒附近。随β相含量升高，应力集中区域更多，三叉晶界处越易产生应变集中，β相$ \left\{110\right\} $滑移系对塑性变形的贡献大幅提高。随着α相、β相或两相晶粒尺寸同时扩大，塑性段应力应变曲线下降，且初始变形都主要由柱面滑移系主导，锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系贡献次之。增大α相晶粒尺寸，锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系活性下降，导致塑性阶段应力值降低。增大β相晶粒尺寸，塑性阶段应力的降低与β相中$ \left\{110\right\} $滑移系活性下降有关。同时增大α及β相晶粒尺寸时，会同时影响柱面滑移系和$ \left\{110\right\} $滑移系的相对分数，应力值的下降与界面数量的显著下降有关。
通过晶体塑性有限元方法探究了α/β相含量和晶粒尺寸对Ti-6Al-4V双相钛合金拉伸力学性能的影响，通过滑移相对分数定量化评估不同滑移系对塑性变形的贡献。结果表明：Ti-6Al-4V钛合金拉伸变形过程中应力应变分布不均匀，应力集中在β相变体晶粒及晶界处，应变集中在α相晶粒附近。随β相含量升高，应力集中区域更多，三叉晶界处越易产生应变集中，β相$ \left\{110\right\} $滑移系对塑性变形的贡献大幅提高。随着α相、β相或两相晶粒尺寸同时扩大，塑性段应力应变曲线下降，且初始变形都主要由柱面滑移系主导，锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系贡献次之。增大α相晶粒尺寸，锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系活性下降，导致塑性阶段应力值降低。增大β相晶粒尺寸，塑性阶段应力的降低与β相中$ \left\{110\right\} $滑移系活性下降有关。同时增大α及β相晶粒尺寸时，会同时影响柱面滑移系和$ \left\{110\right\} $滑移系的相对分数，应力值的下降与界面数量的显著下降有关。
2024, 45(6): 108-118.
doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.015
摘要:
依据国内某企业冶炼钒钛磁铁矿高炉的实际尺寸建立了三维物理模型，利用数值模拟的方法对比研究了不同富氧方式下煤粉在风口回旋区内的流动、燃烧行为。结果表明，减风富氧与定风富氧方式工况下，风口气流速度变化随富氧率变化的整体趋势一致，但变化幅度差距显著，即富氧率增加1%，风口截面速度分别增加4.25 m/s（定风）和0.41 m/s（减风）。两种富氧方式下，回旋区内的温度、还原气体含量及煤粉燃尽率与富氧率的变化趋势一样，即富氧率增加，温度增加，高温区域扩大，还原气体含量增加，煤粉的燃尽率上升。其中，减风富氧时由于热风流量减小，带入高炉的N2量减少，煤气中CO和H2的含量变化较大，对高炉减少氮化碳和碳化钛生成、改善铁矿还原效果具有较好的帮助，建议高炉提高富氧率采用减风富氧模式。经计算，富氧率每增加1%，回旋区平均温度增加34.22 K（定风）和32.88 K（减风）；减风富氧条件下，富氧率每增加1%，热风带入高炉的N2量减少10 m3/min，煤气中的CO质量浓度上升8.61%。
依据国内某企业冶炼钒钛磁铁矿高炉的实际尺寸建立了三维物理模型，利用数值模拟的方法对比研究了不同富氧方式下煤粉在风口回旋区内的流动、燃烧行为。结果表明，减风富氧与定风富氧方式工况下，风口气流速度变化随富氧率变化的整体趋势一致，但变化幅度差距显著，即富氧率增加1%，风口截面速度分别增加4.25 m/s（定风）和0.41 m/s（减风）。两种富氧方式下，回旋区内的温度、还原气体含量及煤粉燃尽率与富氧率的变化趋势一样，即富氧率增加，温度增加，高温区域扩大，还原气体含量增加，煤粉的燃尽率上升。其中，减风富氧时由于热风流量减小，带入高炉的N2量减少，煤气中CO和H2的含量变化较大，对高炉减少氮化碳和碳化钛生成、改善铁矿还原效果具有较好的帮助，建议高炉提高富氧率采用减风富氧模式。经计算，富氧率每增加1%，回旋区平均温度增加34.22 K（定风）和32.88 K（减风）；减风富氧条件下，富氧率每增加1%，热风带入高炉的N2量减少10 m3/min，煤气中的CO质量浓度上升8.61%。
摘要：
总结回顾了中国钛白粉工业2019、2020年的各项行业数据和表现，分析了当前面临的形势及发展趋势，认为高质量发展成为钛白粉行业未来发展的主旋律，钛白粉产能集中度虽有提高，但洗牌效应短期内难以呈现，这也是行业发展的一个难题，另外行业监管、氯化法钛原料问题、环保及清洁生产问题仍不容忽视。
总结回顾了中国钛白粉工业2019、2020年的各项行业数据和表现，分析了当前面临的形势及发展趋势，认为高质量发展成为钛白粉行业未来发展的主旋律，钛白粉产能集中度虽有提高，但洗牌效应短期内难以呈现，这也是行业发展的一个难题，另外行业监管、氯化法钛原料问题、环保及清洁生产问题仍不容忽视。
摘要：
从2020年我国钛工业钛精矿、海绵钛、钛锭、钛材等品种的产能、产量、应用和进出口等数据分析了我国钛工业的整体情况，并对目前行业存在的问题提出了建议。
从2020年我国钛工业钛精矿、海绵钛、钛锭、钛材等品种的产能、产量、应用和进出口等数据分析了我国钛工业的整体情况，并对目前行业存在的问题提出了建议。
摘要：
简述了连铸板坯电磁搅拌技术的发展过程和现存问题，重点阐述了连铸板坯生产过程中结晶器内和二冷区电磁搅拌的工作原理和技术特点，对电磁搅拌器的安装位置进行了归纳，同时总结了板坯结晶器电磁搅拌和二冷区电磁搅拌的研究现状，探究了影响板坯电磁搅拌效果的因素及其主次关系，归纳了用于二冷区电磁搅拌支撑辊的作用及需继续探究的方向，分析了板坯电磁搅拌技术对铸坯内元素分布和等轴晶区间隙率的影响，为以后的板坯电磁搅拌研究者提供参考。
简述了连铸板坯电磁搅拌技术的发展过程和现存问题，重点阐述了连铸板坯生产过程中结晶器内和二冷区电磁搅拌的工作原理和技术特点，对电磁搅拌器的安装位置进行了归纳，同时总结了板坯结晶器电磁搅拌和二冷区电磁搅拌的研究现状，探究了影响板坯电磁搅拌效果的因素及其主次关系，归纳了用于二冷区电磁搅拌支撑辊的作用及需继续探究的方向，分析了板坯电磁搅拌技术对铸坯内元素分布和等轴晶区间隙率的影响，为以后的板坯电磁搅拌研究者提供参考。
摘要：
从2020年全球钒资源概况，五氧化二钒、偏钒酸铵、钒铁和钒氮合金等品种的产能、产量、需求、进出口贸易和市场价格等方面阐述和分析了钒工业的整体情况，并介绍了2020年全球钒电池领域发生的主要大事件。依据目前国内外钒行业运行态势对后市进行了展望，认为全球钒扩能态势短期内不会大改，钒产品供过于求的状态将促使价格呈现盘整回归态势。“双碳”背景下的中国市场依旧是全球钒需求的主场，钒氮合金亦将成为钒产品近中期的发展趋势，钒企间的协同创新将促进钒产业逐步呈现良性“竞合”局面。
摘要：
主要介绍先进热成形技术、脉冲电流辅助成形技术和电磁辅助成形技术的特点，及其在钛合金薄壁板材成形中应用的研究进展。热成形是钛合金塑性加工应用最为普遍的成形工艺，利用高温下钛合金塑性变形软化的特征，能够实现复杂钛合金零件的成形。脉冲电流和电磁辅助成形技术目前尚未开展大规模的产业应用，其在高强度难成形材料的成形加工方面具有潜在应用前景。
主要介绍先进热成形技术、脉冲电流辅助成形技术和电磁辅助成形技术的特点，及其在钛合金薄壁板材成形中应用的研究进展。热成形是钛合金塑性加工应用最为普遍的成形工艺，利用高温下钛合金塑性变形软化的特征，能够实现复杂钛合金零件的成形。脉冲电流和电磁辅助成形技术目前尚未开展大规模的产业应用，其在高强度难成形材料的成形加工方面具有潜在应用前景。
摘要：
在弹簧钢55SiCr成分基础上进行钒微合金化处理，获得了55SiCrV，通过淬火+回火正交试验、显微组织观察、力学性能测试和X射线衍射等手段，研究并分析了淬火+回火工艺对弹簧钢55SiCrV微观组织和力学性能的影响，结果表明：0.20%V的添加可使55SiCrV组织中存在大量弥散均匀分布的10～35 nm含钒析出相，强化效果最佳。淬火+回火处理可以改变55SiCrV的显微组织比例，其中的残余奥氏体可以降低强度和增加塑性，55SiCrV获得最佳力学性能匹配（Rm=1 815 MPa、Z=28%）的热处理工艺为900 ℃淬火+430 ℃回火，对应其残余奥氏体含量为2.3%。
在弹簧钢55SiCr成分基础上进行钒微合金化处理，获得了55SiCrV，通过淬火+回火正交试验、显微组织观察、力学性能测试和X射线衍射等手段，研究并分析了淬火+回火工艺对弹簧钢55SiCrV微观组织和力学性能的影响，结果表明：0.20%V的添加可使55SiCrV组织中存在大量弥散均匀分布的10～35 nm含钒析出相，强化效果最佳。淬火+回火处理可以改变55SiCrV的显微组织比例，其中的残余奥氏体可以降低强度和增加塑性，55SiCrV获得最佳力学性能匹配（Rm=1 815 MPa、Z=28%）的热处理工艺为900 ℃淬火+430 ℃回火，对应其残余奥氏体含量为2.3%。
摘要：
β相凝固TiAl合金作为第三代TiAl基金属间化合物，凭借其突出的热变形优势，在航空航天及汽车制造等高端领域具有广阔的应用空间。然而，高温β相的引入在提高合金热变形能力的同时也使得组织演变和性能优化更为复杂。同时，受合金体系及本征脆性的影响，工业化进程相对迟缓。通过综述典型β相凝固TiAl合金的制备及加工工艺、组织与性能研究进展及工业化现状，系统分析了合金制备及加工工艺和成本优势，阐明了合金体系热变形、热处理及合金化对组织演变和性能优化的作用机制，指出合金工业化发展的限制环节及未来发展趋势。
β相凝固TiAl合金作为第三代TiAl基金属间化合物，凭借其突出的热变形优势，在航空航天及汽车制造等高端领域具有广阔的应用空间。然而，高温β相的引入在提高合金热变形能力的同时也使得组织演变和性能优化更为复杂。同时，受合金体系及本征脆性的影响，工业化进程相对迟缓。通过综述典型β相凝固TiAl合金的制备及加工工艺、组织与性能研究进展及工业化现状，系统分析了合金制备及加工工艺和成本优势，阐明了合金体系热变形、热处理及合金化对组织演变和性能优化的作用机制，指出合金工业化发展的限制环节及未来发展趋势。
摘要：
采用金相显微镜、XRD射线衍射仪及维氏硬度计等，研究了普通热处理和深冷处理工艺对Cr12MoV钢显微组织及硬度的影响。结果表明：Cr12MoV钢经普通热处理和深冷处理淬火后的组织均为隐针马氏体+残余奥氏体+碳化物，200 ℃低温回火后组织转变为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体。深冷处理可大幅减少钢中残余奥氏体，提升钢的硬度；热处理采用1020 ℃加热保温60 min淬火+（−196 ℃）深冷2 h+200 ℃回火保温120 min，硬度（HV30）值最高，可达780。
采用金相显微镜、XRD射线衍射仪及维氏硬度计等，研究了普通热处理和深冷处理工艺对Cr12MoV钢显微组织及硬度的影响。结果表明：Cr12MoV钢经普通热处理和深冷处理淬火后的组织均为隐针马氏体+残余奥氏体+碳化物，200 ℃低温回火后组织转变为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体。深冷处理可大幅减少钢中残余奥氏体，提升钢的硬度；热处理采用1020 ℃加热保温60 min淬火+（−196 ℃）深冷2 h+200 ℃回火保温120 min，硬度（HV30）值最高，可达780。
摘要：
为了探究Mg处理对易切削钢中夹杂物的影响，以1144高硫易切削钢为试验钢种，采用金相和能谱仪等手段研究了Mg处理对1144易切削钢中夹杂物的形态、尺寸分布和夹杂物成分的影响。结果表明：在易切削钢铸坯中，Mg处理使得易切削钢铸坯硫化物夹杂由Ⅱ类向Ⅲ类、Ⅰ类转变，分布更为均匀，同时使得复合硫化锰夹杂物比例提升。在轧材中，使得钢中夹杂物球化，并且钢中硫化锰夹杂物的尺寸和分布也得到了较好的改善，同时，Mg处理能够有效提高易切削钢的切削加工性能。
为了探究Mg处理对易切削钢中夹杂物的影响，以1144高硫易切削钢为试验钢种，采用金相和能谱仪等手段研究了Mg处理对1144易切削钢中夹杂物的形态、尺寸分布和夹杂物成分的影响。结果表明：在易切削钢铸坯中，Mg处理使得易切削钢铸坯硫化物夹杂由Ⅱ类向Ⅲ类、Ⅰ类转变，分布更为均匀，同时使得复合硫化锰夹杂物比例提升。在轧材中，使得钢中夹杂物球化，并且钢中硫化锰夹杂物的尺寸和分布也得到了较好的改善，同时，Mg处理能够有效提高易切削钢的切削加工性能。
摘要：
以钛石膏、脱硫石膏和钛矿渣三种钛工业固体废弃物为主要原料，石灰作碱性激发剂制作钛石膏复合胶凝材料。采用正交试验，结合XRD、SEM等分析测试方法，对石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料强度机理进行分析。结果表明：钛石膏的掺量在42.9%～50.3%，可以制作出强度达到《建筑石膏》（GB/T 9776—2008）2.0强度等级的钛石膏复合胶凝材料。石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料的前期强度主要来自钛石膏和脱硫石膏水化产生的二水石膏，后期强度主要来自水泥、石灰和石膏进一步反应产生钙矾石。其水化机理为：第一，CaSO4·0.5H2O水化产生CaSO4·2H2O；第二，水泥中的3CaO·Al2O3与CaSO4·2H2O反应生成钙矾石，石灰与水反应产生Ca(OH)2，结合CaSO4·2H2O和CaO·Al2O3反应产生钙矾石，进一步提升钛石膏复合胶凝材料的强度。
以钛石膏、脱硫石膏和钛矿渣三种钛工业固体废弃物为主要原料，石灰作碱性激发剂制作钛石膏复合胶凝材料。采用正交试验，结合XRD、SEM等分析测试方法，对石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料强度机理进行分析。结果表明：钛石膏的掺量在42.9%～50.3%，可以制作出强度达到《建筑石膏》（GB/T 9776—2008）2.0强度等级的钛石膏复合胶凝材料。石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料的前期强度主要来自钛石膏和脱硫石膏水化产生的二水石膏，后期强度主要来自水泥、石灰和石膏进一步反应产生钙矾石。其水化机理为：第一，CaSO4·0.5H2O水化产生CaSO4·2H2O；第二，水泥中的3CaO·Al2O3与CaSO4·2H2O反应生成钙矾石，石灰与水反应产生Ca(OH)2，结合CaSO4·2H2O和CaO·Al2O3反应产生钙矾石，进一步提升钛石膏复合胶凝材料的强度。
摘要：
从2022年我国钛工业钛精矿、海绵钛、钛锭、钛材等品种的产能、产量、应用和进出口等数据分析了我国钛工业的整体情况，并针对目前行业存在的问题提出了建议。
从2022年我国钛工业钛精矿、海绵钛、钛锭、钛材等品种的产能、产量、应用和进出口等数据分析了我国钛工业的整体情况，并针对目前行业存在的问题提出了建议。
摘要：
总结梳理了2022年中国钛白粉行业的各项运行数据，如产能、产量、市场表观需求量、产能分布等，重点分析了近期钛白粉产能增长趋势及相应钛矿原料供求关系的变化。指出，2022年钛白粉产量、产能继续保持增长趋势，产能集中度进一步提高；同时，现有生产商规模的进一步扩大，业外加盟项目的增加，将导致钛矿供应的紧缺。另外，随着绿色新能源电池材料产业的兴起，大批磷酸铁或磷酸铁锂项目建设或筹建，将导致钛白粉产能激增，加剧钛矿供需矛盾，届时市场前景和行业面貌堪忧，各方应高度关注和及时调整。
总结梳理了2022年中国钛白粉行业的各项运行数据，如产能、产量、市场表观需求量、产能分布等，重点分析了近期钛白粉产能增长趋势及相应钛矿原料供求关系的变化。指出，2022年钛白粉产量、产能继续保持增长趋势，产能集中度进一步提高；同时，现有生产商规模的进一步扩大，业外加盟项目的增加，将导致钛矿供应的紧缺。另外，随着绿色新能源电池材料产业的兴起，大批磷酸铁或磷酸铁锂项目建设或筹建，将导致钛白粉产能激增，加剧钛矿供需矛盾，届时市场前景和行业面貌堪忧，各方应高度关注和及时调整。
