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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2019年, 第55卷, 第10期 刊出日期:2019-10-11 上一期   
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可时效强化Mg-Sn基合金的研究进展
石章智, 张敏, 黄雪飞, 刘雪峰, 张文征
金属学报. 2019, 55 (10): 1231-1242.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00049
摘要   HTML   PDF (6682KB)

Mg-Sn基合金是可时效强化镁合金,主要析出相是Mg2Sn。Mg-Sn二元相图中富Mg端的共晶温度显著高于Mg-Al和Mg-Zn二元相图中富Mg端的共晶温度,与Mg-RE的相近,有望发展成为不含稀土的低成本耐热镁合金。本文系统总结了可时效强化Mg-Sn基合金的研究进展,澄清了该类合金组织研究中的基本问题,梳理了合金化的发展脉络,全面且深入地分析了Mg/Mg2Sn固态相变系统的特征,并对Mg-Sn基合金未来的研究进行了展望。

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预循环应力对高速列车关键结构用铝合金材料疲劳裂纹扩展行为的影响
张啸尘, 孟维迎, 邹德芳, 周鹏, 石怀涛
金属学报. 2019, 55 (10): 1243-1250.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00497
摘要   HTML   PDF (6019KB)

对服役多年的高速列车关键结构用铝合金材料进行断裂力学性能测试,探究其稳态扩展区域和近门槛值区域的疲劳裂纹扩展行为,阐释服役材料力学行为的变化规律。鉴于服役材料疲劳裂纹扩展行为的折线特征,开展不同水平预循环应力作用下的断裂力学实验研究,剖析预循环应力对材料断裂力学性能“锻炼”效应的影响,建立合理的寿命预测模型,并与实测数据进行对比。研究表明:服役材料在稳态裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展行为呈折线特征,近门槛值区域的延迟扩展行为是促使折线现象产生的原因;经历预循环应力作用后,材料疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围(da/dNK)的关系曲线在稳态裂纹扩展的初期阶段呈现类似服役材料的折转行为;不同水平的预循环应力对材料断裂力学性能的“锻炼”效果不同,存在能够使材料达到最佳“锻炼”效果的预循环应力水平;对于折转型da/dNK关系曲线,本工作所建立的计算模型能够更加准确地预测材料的疲劳裂纹扩展寿命。

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成分梯度对激光沉积制造TC4/TC11连接界面组织和性能的影响
何波, 邢盟, 杨光, 邢飞, 刘祥宇
金属学报. 2019, 55 (10): 1251-1259.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00496
摘要   HTML   PDF (25223KB)

通过对不同成分梯度激光沉积TC4/TC11钛合金试样沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口、室温耐磨性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。结果表明,当固溶时效热处理温度升高至970 ℃时,TC4/TC11钛合金显微组织中α板条的长宽比更小,其中球状α相和短棒状α相数目明显增多,且具有3层过渡区的显微组织更为均匀有序,过渡界面基本消失;不同成分梯度的固溶时效态试样的强度和塑性随着过渡层数的增加而增加;过渡层为1层和3层试样的摩擦系数曲线相似,过渡层为0层试样的摩擦系数较小,且不同成分梯度的固溶时效态试样磨损机理均主要为剥层磨损和黏着磨损;不同成分梯度试样的硬度排序为:沉积态<去应力退火态<固溶时效态。

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新型第三代粉末高温合金FGH100L的显微组织与力学性能
田甜, 郝志博, 贾崇林, 葛昌纯
金属学报. 2019, 55 (10): 1260-1272.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00500
摘要   HTML   PDF (25134KB)

采用喷射成形(SF)+热等静压(HIP)+等温锻造(IF)+热处理(HT)工艺制备第三代粉末高温合金FGH100L。研究固溶热处理温度和制备工艺对FGH100L合金的显微组织与力学性能的影响。结果表明,SF+HIP+IF态FGH100L合金显微组织对固溶温度的变化非常敏感,随固溶温度的升高(1110~1170 ℃),合金的晶粒尺寸长大,γ'强化相的尺寸先增加后减小,其硬度、室温/高温拉伸强度和塑性均呈先增大后减小的趋势。在固溶温度为1130 ℃时,FGH100L合金中3种尺寸的γ'相的数量平衡匹配较为合理,合金的显微组织特征最佳,合金的硬度和室温/高温拉伸性能均最高。且该温度下,FGH100L合金经SF、SF+HIP+HT和SF+HIP+IF+HT不同工艺处理后,晶粒尺寸先增大后减小;晶粒形貌发生了近球形-多边形-近球形的转变;SF+HIP+HT态合金晶粒尺寸增大,晶界弯曲程度较低。由于SF+HIP+IF+HT工艺使FGH100L合金发生再结晶,细化了晶粒,出现链状组织,形成弯曲晶界,合金具有更高的屈服强度;在SF+HIP+HT和SF+HIP+IF+HT工艺下合金的室温拉伸断口从沿晶脆性断裂转变为穿晶-沿晶混合断裂,高温拉伸断口为沿晶断裂。

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预氧化对Co-Al-W基高温合金高温氧化和热腐蚀行为的影响
高博, 王磊, 宋秀, 刘杨, 杨舒宇, 千叶晶彦
金属学报. 2019, 55 (10): 1273-1281.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00032
摘要   HTML   PDF (45668KB)

将900 ℃常氧分压(900-PreO)、950 ℃常氧分压(950-PreO)和1000 ℃低氧分压(1000-LPreO)预氧化应用于Co-Al-W基高温合金,研究其高温氧化和热腐蚀行为,利用XRD、SEM和EDS表征了合金氧化层的结构和形貌特征。结果表明,采用900-PreO、950-PreO和1000-LpreO均可获得结构致密的预氧化层。1000 ℃氧化时,900-PreO预氧化层中的Cr2O3层进一步氧化而减薄,削弱了其对O及金属元素扩散的阻碍,致使氧化增重与未预氧化合金的情况相近;1000-LPreO预氧化生成的TiTaO4层易开裂,导致氧化层脱落严重,抗氧化性能较差;而950-PreO预氧化生成的CoCr2O4和Al2O3层致密且连续,氧化层的保护性强,氧化增重减缓。Co-Al-W基高温合金的热腐蚀中,950-PreO预氧化层中的CoWO4和Al2O3层阻止腐蚀介质进入合金基体,腐蚀增重锐减超过了80%。

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喷丸表面粗糙度对纯Ti焊接接头在HCl溶液中应力腐蚀开裂行为的影响
张聪惠, 荣花, 宋国栋, 胡坤
金属学报. 2019, 55 (10): 1282-1290.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00056
摘要   HTML   PDF (15731KB)

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了TA2纯Ti焊接接头原始试样、超声喷丸(USSP)处理试样和USSP+表面打磨处理试样在10%HCl溶液中的应力腐蚀行为,通过OM、TEM、SEM分别对焊接接头各区域组织及腐蚀断口形貌进行了观测,对不同工艺处理试样的表面粗糙度、残余应力进行了测定,并对其腐蚀机理进行了分析。结果表明,纯Ti焊接接头在该体系中应力腐蚀与氢脆同时存在,焊缝区为焊接接头的薄弱环节,最先发生失效。原始试样在该体系中应力腐蚀开裂敏感性指数(ISCC)为25.61%,具有应力腐蚀倾向;USSP处理试样的ISCC为18.24%,USSP+1500#表面打磨处理试样的ISCC为11.96%,均无明显应力腐蚀倾向。USSP处理试样表面粗糙度较大,易引起应力集中形成裂纹源,与腐蚀坑作用相似;USSP+表面打磨处理减小了试样表面粗糙度,应力分配更加均匀,试样延伸率增加,塑性提升,进一步改善了材料的抗应力腐蚀开裂性能。

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高硬导电Cu-Ni-Si合金成分规律
李冬梅, 姜贝贝, 李晓娜, 王清, 董闯
金属学报. 2019, 55 (10): 1291-1301.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00080
摘要   HTML   PDF (12680KB)

用团簇加连接原子模型设计了系列用于制作引线框架的Cu-Ni-Si合金。在Cu含量小于95%的浓溶质区,采用单团簇模型[(Ni2/3Si1/3)-Cu12]Cu1~6设计合金成分;在Cu含量大于或等于95%的稀溶质区,采用双团簇模型{[(Ni2/3Si1/3)-Cu12]Cu3}A+{[Cu-Cu12]Cu3}B设计合金成分。利用XRD、OM、TEM、Vickers硬度计、电导率测量仪等实验获得Cu-Ni-Si合金的成分规律。结果表明,在Cu-Ni-Si合金的成分范围内存在Cu含量为95.0%~95.8%的成分敏感区,此区间内合金同时存在时效析出强化和调幅分解强化,致使Vickers硬度突然增加,导电率降低,两者变化趋势相反,且与成分之间无规律性依赖关系。成分敏感区前后的浓溶质区和稀溶质区的合金中,不存在调幅分解强化,Vickers硬度(H)随Cu含量(CCu)增加而减少,分别满足H=-12.6CCu+1362.7和H=-26.2CCu+2777.3的线性关系;相应的导电率(σ)随CCu的线性增加关系分别为σ=0.2CCu+28.6和σ=5.2CCu-466。

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电化学脱合金制备纳米多孔Ag及其甲醛检测性能
杨玉林, 穆张岩, 范铮, 淡振华, 王莹, 常辉
金属学报. 2019, 55 (10): 1302-1310.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00054
摘要   HTML   PDF (16041KB)

以Ag30Zn70合金为原料,通过调控脱合金电势及电流的2种电化学脱合金方法制备纳米多孔Ag材料。结果表明,脱合金电位或电流对纳米多孔Ag的成分、结构及孔径尺寸有重要影响。通过在2.5 mA/cm2电流密度下脱合金处理6000 s后可获得孔径约为80 nm的双连续纳米多孔Ag结构。循环伏安实验结果表明,纳米多孔Ag在0.5 mol/L的KOH溶液中对甲醛有良好的催化和检测性能,归因于纳米多孔结构中较优的纳米多孔孔径和Ag韧带的尺寸匹配。具有更小尺寸孔径的纳米多孔Ag有着更高的甲醛催化和检测性能。孔径约为80 nm的纳米多孔Ag在10~100 mmol/L浓度范围内的甲醛检测灵敏度达到0.22 mA·cm-2·(mmol·L-1)-1;在含有100 mmol/L HCHO的0.5 mol/L KOH溶液中的催化峰值电流密度达到25.0 mA/cm2

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冷却速率对包晶钢凝固过程中包晶转变收缩的影响
郭军力, 文光华, 符姣姣, 唐萍, 侯自兵, 谷少鹏
金属学报. 2019, 55 (10): 1311-1318.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00553
摘要   HTML   PDF (11438KB)

通过高温激光共聚焦显微镜模拟观察了Fe-0.1C-0.21Si-1.2Mn (质量分数,%)包晶钢在不同冷却速率下的包晶相变过程,然后利用试样表面粗糙度变化反映了包晶转变收缩程度的不同。结果显示,冷却速率超过临界值后包晶转变能够发生快速相变,快速相变引起突然的包晶转变收缩和表面粗糙度变化。随冷却速率的增加包晶钢的包晶转变收缩呈先增加后减小的趋势,在冷却速率为20 ℃/s时表面粗糙度达到最大值,此时的表面粗糙度约是低冷却速率(2.5 ℃/s)时表面粗糙度的2.8倍。当冷却速率足够大后包晶转变收缩又开始减小,这一变化为高拉速下减少包晶钢连铸坯表面纵裂纹的发生提供了新策略。

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热压烧结温度对SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料微观结构与力学性能的影响
马国楠, 王东, 刘振宇, 毕胜, 昝宇宁, 肖伯律, 马宗义
金属学报. 2019, 55 (10): 1319-1328.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00523
摘要   HTML   PDF (20713KB)

利用粉末冶金法制备了含15%SiC (体积分数)的SiC/Al-7.5Zn-2.8Mg-1.7Cu (质量分数,%)复合材料,采用TEM、EPMA和拉伸实验等分析测试手段,研究了热压烧结温度(500~560 ℃)对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,所选热压温度下均可制备致密无孔洞的复合材料坯锭。热压温度为500和520 ℃时,SiC/Al界面反应程度较轻,挤压棒材经T6热处理后,Zn元素均匀分布于基体中,但存在的少量富Mg微米级难溶相使复合材料的力学性能产生较大波动。当热压温度升高到540 ℃时,富Mg难溶相尺寸明显减小,元素分布变得更均匀,复合材料力学性能稳定性明显提升。当热压温度继续升高到560 ℃时,Mg元素开始向SiC颗粒周围偏聚,界面反应更加严重,而且降低了基体中MgZn2的体积分数,使复合材料抗拉强度明显下降。对560 ℃热压的复合材料进行高角度环形暗场像和EDS分析,发现SiC/Al界面同时存在含Mg氧化物和粗大的MgZn2沉淀相。

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SiC/2009Al复合材料的变形加工参数的优化仿真研究
马凯, 张星星, 王东, 王全兆, 刘振宇, 肖伯律, 马宗义
金属学报. 2019, 55 (10): 1329-1337.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00020
摘要   HTML   PDF (14159KB)

对粉末冶金法制备的15%SiC (体积分数)/2009Al复合材料热变形参数的仿真优化方法进行了探讨。通过热压缩实验获得复合材料的动态真应力-真应变曲线,由此建立了最大应变量下应变速率敏感指数(m)分布图。在不同m值对应的变形参数下,对复合材料的热压缩过程进行有限元模拟,分析了热压缩样品的流变应力、应变、危险系数分布等,结合微观组织验证了以m作为评价复合材料加工参数依据的可靠性,并由此确定15%SiC/2009Al复合材料的最佳热变形参数所对应的变形温度和应变速率分别为500 ℃和0.01 s-1

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低压冷喷涂制备Al(Y)-30%Al2O3涂层及其海水腐蚀行为
白杨, 王振华, 李相波, 李焰
金属学报. 2019, 55 (10): 1338-1348.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00047
摘要   HTML   PDF (22314KB)

采用低压冷喷涂技术在Q235碳钢基体上制备了不同稀土元素(Y)添加量的Al(Y)-30%Al2O3 (体积分数)复合涂层。结合SEM、XRD、FTIR等材料分析测试手段,采用开路电位、交流阻抗、动电位极化等电化学测试方法对涂层的腐蚀行为进行了研究。通过考察不同稀土元素(Y)添加含量对涂层微观组织和腐蚀电化学行为的影响,研究复合涂层的腐蚀机制。结果表明:添加适量的Y元素可以提高涂层的耐蚀性能,加入量过少,Y作用不明显;加入量过多,涂层的耐蚀性有所下降;当Y添加量为0.2% (质量分数)时,涂层的耐蚀性比Al-30%Al2O3涂层提高了1个数量级;Al(Y)-30%Al2O3涂层的腐蚀过程包括:表层均匀腐蚀、界面侵蚀-渗透扩散、局部腐蚀、腐蚀抑制4个阶段。

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Nd含量对磁控溅射Si(111)/Cr/Nd-Co/Cr薄膜结构与磁性的影响
何贤美, 童六牛, 高成, 王毅超
金属学报. 2019, 55 (10): 1349-1358.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00490
摘要   HTML   PDF (19580KB)

采用磁控溅射技术制备了系列Si(111)/Cr(10 nm)/NdCox(400 nm)/Cr(10 nm)薄膜,其中,Co/Nd原子比x=2.5~7.2。利用XRD、SEM、AFM/MFM、VSM等手段研究了Nd含量对制备态薄膜垂直磁各向异性(PMA)与磁畴结构及退火态薄膜相结构与磁性的影响规律。结果表明,随着Nd含量的变化,制备态Nd-Co薄膜的垂直磁各向异性能Kux=5.2附近存在一个较宽的峰,峰值处Ku=(80±5) kJ/m3。MFM图像的相移均方根偏差(Δ?rms)在临界成分x=5.2处也存在最大值,其成分依赖关系与Ku-x的变化趋势一致。薄膜应力诱导的磁弹各向异性是导致溅射Nd-Co非晶薄膜PMA的主要原因。经过在600 ℃真空快速退火后,所有薄膜均析出了Nd2Co17、NdCo2、Nd4Co3等金属间化合物,而NdCox相纳米晶只在Nd过量(至少4%,原子分数)的x=2.5和3.8薄膜中才被观测到,同时还伴随着Nd2Co7共生相的析出。室温磁性测试结果表明,NdCox和Nd2Co7相纳米晶的析出,导致x=2.5和3.8薄膜面内矫顽力(分别为Hc-in=54和51 kA/m)显著增强;而x≥4.4样品的面内矫顽力保持在低值(Hc-in=4~8 kA/m)范围内。

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