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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2017年, 第53卷, 第7期 刊出日期:2017-07-05 上一期   
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基于分形维数的模具钢电渣重熔铸坯碳偏析形貌特征研究
侯自兵,曹江海,常毅,王伟,陈晗
金属学报. 2017, 53 (7): 769-777.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00426
摘要   HTML   PDF (1595KB)

引入分形维数,从面积数目与轮廓形貌2个方面对铸坯内不同位置的偏析特征展开定量化分析。结果表明,铸坯的整体偏析程度主要受大偏析点影响,且大偏析点越大或越多,偏析率越大;铸坯内偏析点形貌具有分形特征,且分形维数可以作为衡量区域内偏析点弥散程度的一个重要指标,即分形维数越大,偏析点分布越为弥散,大偏析点逐渐向小偏析点转变;在柱状晶等轴晶转变区与凝固终点等轴晶区,偏析点的分形维数相对较小。

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FB2马氏体耐热钢在焊接热作用下奥氏体相变过程研究
李克俭,蔡志鹏,吴瑶,潘际銮
金属学报. 2017, 53 (7): 778-788.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00521
摘要   HTML   PDF (2171KB)

借助光学显微镜、扫描电镜分析对比了FB2马氏体耐热钢在焊接热模拟前后的组织状态,认为FB2钢在快速加热条件(≥100 ℃/s)下的奥氏体相变是切变型的,表现出奥氏体记忆效应;而在慢速加热条件(≤5 ℃/s)下其奥氏体相变是扩散型的,该过程是受原子短程扩散控制的,并且无奥氏体记忆效应发生。FB2钢在焊接过程中特殊的相变过程是其焊接热影响区呈现出“无粗晶区”的主要原因。结合已有的文献报道,初步提出了B元素改变FB2钢在加热过程中奥氏体相变类型的机理模型,进一步发展了现有的研究结果。

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钢中第二相粒子形貌预报理论和检测方法
郭靖,郭汉杰,方克明,段生朝,石骁,杨文晟
金属学报. 2017, 53 (7): 789-796.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00538
摘要   HTML   PDF (1172KB)

控制钢中第二相粒子(包括非金属夹杂物和碳氮化物)的形貌对降低非金属夹杂物的危害、提高钢材力学性能等具有重要作用。本工作通过引入Jackson α指数建立了钢中第二相粒子形貌的预测理论模型,指出钢中第二相粒子形貌由其熔化熵、生长方向和温度(过冷度)决定。通过非水溶液电解的方法和室温有机溶液包埋(RTO)技术,结合SEM分析了4个钢种各类夹杂物的三维形貌以及其内部特征,实测的第二相粒子形貌与理论预测一致。理论和实验观察结果均证明,当第二相粒子Jackson α指数大于3时,其形貌为小面状;Jackson α指数小于2时,呈非小面状。

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外加电位对X90钢及其焊缝在近中性土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响
苑洪钟,刘智勇,李晓刚,杜翠薇
金属学报. 2017, 53 (7): 797-807.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00530
摘要   HTML   PDF (2760KB)

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验、动电位极化技术和SEM观察等方法,研究了X90钢基体和焊缝在近中性土壤模拟溶液中不同阴极保护电位下的应力腐蚀行为。结果表明,X90管线钢及其焊缝组织在近中性土壤模拟溶液中均具有一定的应力腐蚀敏感性,裂纹扩展为穿晶腐蚀裂纹;应力腐蚀开裂(SCC)的裂纹萌生与扩展与外加保护电位有关。在开路电位(OCP)~-1000 mV的电位范围内,X90钢的SCC机制均为阳极溶解(AD)+氢脆(HE)的混合机制;在OCP下,由于AD作用较强,SCC敏感性较明显;在-800 mV下,由于AD和HE作用均较弱,导致SCC敏感性最低;而在-900 mV时,由于HE作用明显增强,具有最高的SCC敏感性;在相同电位条件下,焊缝的SCC敏感性高于母材。

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焊接热循环对Q315NS钢在H2SO4溶液中腐蚀行为的影响
张苏强,赵洪运,舒凤远,王国栋,贺文雄
金属学报. 2017, 53 (7): 808-816.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00575
摘要   HTML   PDF (1964KB)

采用焊接热模拟技术和电化学测试技术,研究了Q315NS钢焊接热影响区组织转变规律及焊接热循环对其腐蚀行为的影响。结果表明,Q315NS钢母材、细晶区和混晶区微观组织均由铁素体和珠光体组成,粗晶区主要由粗大的粒状贝氏体组成。在质量分数为50%的H2SO4溶液中,母材和热影响区的等效电路中均包含一个电荷转移电阻和一个由双电层产生的常相位角元件,且均产生了钝化行为。母材和混晶区的电荷转移电阻最大,腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性能最好;粗晶区电荷转移电阻最小,腐蚀电流密度最大,耐腐蚀性能最差。腐蚀72 h后,母材、细晶区和混晶区表面生成的腐蚀产物均呈多孔状结构,而粗晶区表面生成的腐蚀产物为短棒状结构。2种结构的腐蚀产物均主要为Fe的硫酸盐,并含有Cu、Sb的氧化物及少量Si。

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U65Fe30Al5非晶合金的纳米压痕蠕变行为研究
徐宏扬,柯海波,黄火根,张培,张鹏国,刘天伟
金属学报. 2017, 53 (7): 817-823.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00322
摘要   HTML   PDF (2482KB)

在室温下利用纳米压痕测试技术研究了峰值载荷和加载速率对U65Fe30Al5新型非晶合金蠕变行为的影响规律。结果表明,随着峰值载荷和加载速率的增加,在相同蠕变时间内,蠕变位移呈增大趋势,但当加载速率高于特定阈值时,蠕变位移不再增大。通过蠕变经验公式拟合发现,蠕变过程的应力指数随峰值载荷的增加不断变大,但随加载速率的增加先减小后基本恒定。与常规晶态合金相比,U65Fe30Al5非晶合金具有更大的应力指数,这反映出后者内部结构中富含自由体积。

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激光立体成形退火态Zr55Cu30Al10Ni5粉末的晶化行为
张媛媛,林鑫,魏雷,任永明
金属学报. 2017, 53 (7): 824-832.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00417
摘要   HTML   PDF (5367KB)

将等离子旋转电极法所制Zr55Cu30Al10Ni5 (Zr55)粉末在1000 K退火处理后作为沉积材料,应用激光立体成形技术沉积Zr55块体非晶合金,考察工艺参数及退火态粉末尺寸对熔覆层晶化行为的影响。结果表明,不同尺寸退火态粉末组织均由Al5Ni3Zr2、CuZr2和Al2Zr3相组成。以不同激光线能量熔覆后,试样的熔池区主要为非晶,晶化区由熔池底部到热影响区依次分布NiZr2纳米晶、CuZr2+ZrCu枝状共晶和CuZr2+ZrCu球粒状共晶,共晶尺寸随着距熔池区距离的增加而减小。当激光线能量较低时,熔覆层均保持较高含量的非晶相。随着激光线能量的增大,尺寸为75~106 μm的退火态粉末所制试样的晶化程度无明显加强,而尺寸为106~150 μm的退火态粉末所制试样的晶化程度显著加剧。Zr55合金熔覆沉积层的晶化差异受粉末本身相结构影响较小,主要由熔覆不同尺寸粉末时熔池及热影响区的热历史决定。

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Finemet型纳米晶软磁合金的双团簇特征与成分优化
耿遥祥,林鑫,羌建兵,王英敏,董闯
金属学报. 2017, 53 (7): 833-841.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00546
摘要   HTML   PDF (2903KB)

基于Finemet合金的成分及其非晶前驱体的晶化特征,提出了Finemet型合金的“双团簇”结构模型和团簇式成分,即Finemet合金的非晶前驱体可看作由2类团簇结构构成:一种为基于α-Fe(Si)有序固溶体(例如Fe3Si相)的[Si-Fe14](Cu1/13Si12/13)3弱稳定团簇结构;另一种为对应于Fe-B-Si-Nb系块体非晶合金的[(Si, B)-B2(Fe, Nb)8]Fe强稳定团簇结构。将2种团簇成分式按等比例混合,设计并制备了多个新成分合金。热分析和磁性测量结果表明,所有成分的非晶样品均显示多峰晶化特征,其中,[(Si0.8B0.2)-B2Fe7.2Nb0.8]Fe+[Si-Fe14](Cu1/13Si12/13)3 (即Fe74B7.33Si15.23Nb2.67Cu0.77)非晶两晶化峰的峰间距(ΔTp=Tp2-Tp1)最大,约为192 K。该非晶样品在813 K等温退火60 min后获得典型的纳米晶/非晶复相结构,其饱和磁化强度Bs约为1.26 T,矫顽力Hc约为0.5 A/m,1 kHz下的有效磁导率μe约为8.5×105。新成分纳米晶合金的综合软磁性能均优于典型成分为Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3的已有Finemet纳米晶合金。

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焊前混合表面纳米化对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响
杨建海,张玉祥,葛利玲,程晓,陈家照,高杨
金属学报. 2017, 53 (7): 842-850.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00421
摘要   HTML   PDF (1423KB)

采用超音速微粒轰击(SFPB)和表面机械滚压处理(SMRT)相结合的混合表面纳米化(HSNC)方法在2A14铝合金表面制备出梯度纳米结构(GNS)表层,之后进行了搅拌摩擦焊(FSW)。利用OM、SEM和TEM对比研究了HSNC样品和原始样品FSW焊缝的微观组织和断裂形貌。结果表明,GNS表层以类似“S”线复杂形式分布在HSNC样品的热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)中,形成了纳米层区(NLZ);原始样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在前进侧的TMAZ,HSNC样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在NZ;HSNC样品的抗拉强度比原始样品提高了6.4%,延伸率比原始样品提高了14.1%,两者的断裂方式均为韧性断裂,但原始样品断口形貌为非等轴韧窝和撕裂韧窝,HSNC样品断口形貌为等轴韧窝。分析表明,由于纳米晶的优异性能,NLZ在提高焊缝强度的同时提高了塑性变形能力。

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Mg-7Zn-xCu-0.6Zr合金热裂行为的研究
周野,毛萍莉,王志,刘正,王峰
金属学报. 2017, 53 (7): 851-860.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00476
摘要   HTML   PDF (4585KB)

采用“T”型热裂模具研究了不同Cu含量对Mg-7Zn-xCu-0.6Zr (x=0、1、2、3)合金热裂行为的影响。利用XRD和SEM对Mg-7Zn-xCu-0.6Zr (x=0、1、2、3)合金进行了显微组织和热裂区域组织形貌观察。通过测量热裂纹体积表征了Mg-7Zn-xCu-0.6Zr (x=0、1、2、3)合金的热裂倾向性。实验结果表明,Mg-7Zn-xCu-0.6Zr (x=0、1、2、3)合金中随着Cu含量的增加,晶粒得到细化,晶界上的共晶相增多,共晶相在凝固末期对分离的枝晶起到补缩的作用,降低合金热裂倾向性。研究表明,Mg-7Zn-xCu-0.6Zr (x=0、1、2、3)合金微观裂纹的形成是液膜、凝固收缩补偿和晶间搭桥共同作用的结果。

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热迁移下Ni/Sn-xCu/Ni微焊点钎焊界面金属间化合物的演变
赵宁,邓建峰,钟毅,殷录桥
金属学报. 2017, 53 (7): 861-868.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00569
摘要   HTML   PDF (1251KB)

研究了240 ℃,温度梯度为1045 ℃/cm的热迁移条件下Cu含量对Ni/Sn-xCu/Ni (x=0.3、0.7、1.5,质量分数,%)微焊点钎焊界面反应的影响。结果表明,在热迁移过程中微焊点发生了界面金属间化合物(IMC)的非对称生长和转变以及Ni基体的非对称溶解。在Ni/Sn-0.3Cu/Ni微焊点中,虽然界面IMC类型始终为初始的(Ni, Cu)3Sn4,但出现冷端界面IMC厚度明显大于热端的非对称生长现象。在Ni/Sn-0.7Cu/Ni和Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点中,界面IMC类型逐渐由初始的(Cu, Ni)6Sn5转变为(Ni, Cu)3Sn4,且出现冷端滞后于热端的非对称转变现象;Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点冷、热端发生IMC转变的时间均滞后于Ni/Sn-0.7Cu/Ni微焊点。通过分析微焊点冷、热端界面IMC生长所需Cu和Ni原子通量,确定Cu和Ni的热迁移方向均由热端指向冷端。微焊点中的Cu含量显著影响主热迁移元素的种类,进而影响冷、热端界面IMC的生长和转变规律。此外,热迁移促进了热端Ni原子向钎料中的扩散,加速了热端Ni基体的溶解,溶解到钎料中的Ni原子大部分迁移到冷端并参与界面反应。相反,热迁移显著抑制了冷端Ni原子的扩散,因此冷端Ni基体几乎不溶解。

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片层石墨尺寸对片层石墨/Al复合材料的强度和热导率的影响
刘晓云,王文广,王东,肖伯律,倪丁瑞,陈礼清,马宗义
金属学报. 2017, 53 (7): 869-878.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00015
摘要   HTML   PDF (1498KB)

采用粉末冶金法制备了名义尺寸为150、300、500 μm的片层石墨(graphite flakes, Gf)增强铝基(50%Gf/Al,体积分数)复合材料,得到密度均接近理论密度的致密复合材料坯锭。片层石墨与铝合金基体结合紧密,界面处无裂纹、孔洞等缺陷。片层石墨的(001)Gf基面与复合材料坯锭的圆周方向(坯锭的xy平面)基本平行,但受粉末冶金工艺的影响,较小片层石墨的(001)Gf基面与坯锭的xy平面略有偏差。随着片层石墨的尺寸增大,偏差逐渐减少。复合材料的强度随着片层石墨尺寸增加逐渐降低。150 μm片层石墨复合材料的弯曲强度为82 MPa,当片层石墨尺寸增至500 μm时,强度降低至39 MPa。片层石墨强度较低,裂纹容易沿片层石墨的层间扩展,随着片层石墨尺寸增大,这一现象更加明显,容易在断口中观察到片层石墨剥离的现象。复合材料xy平面的热导率随片层石墨尺寸增大而增加,最高可达604 W/(mK),与尺寸较小的片层石墨相比提高63%。300、500 μm片层石墨复合材料的界面换热系数略低于理论值,但150 μm片层石墨复合材料的界面换热系数明显小于理论值。除了片层石墨的尺寸,其形状、分布和内部缺陷等对复合材料的热导率也有一定的影响。

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碳基非晶镀层的纳米晶诱发机理及其摩擦学性能研究
董丹,蒋百灵,郭萌,杨超
金属学报. 2017, 53 (7): 879-887.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00436
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采用磁控溅射离子镀技术制备了一组不同Cr含量的碳基离子镀层,利用XRD、SEM、TEM、XPS及Raman光谱对镀层的微观结构进行了表征,并分析了微观结构对镀层的力学性能及摩擦学性能的影响。实验结果表明:随着Cr含量的增加,碳基镀层从典型的非晶结构转变为纳米晶/非晶复合结构,sp2杂化键含量逐渐增加,sp3杂化键含量逐渐减少,并且碳基镀层的硬度和内应力均随着Cr含量的增加而呈现减小的趋势。微量的金属Cr掺杂可有效地降低镀层的摩擦系数和比磨损率。过量的Cr掺杂虽有利于sp2杂化键含量的提高,但金属相的弥散分布导致了碳基镀层摩擦系数和比磨损率的增大,摩擦学性能变差。

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马氏体相变对9%Cr热强钢管道多道焊接头残余应力演化的影响
王学,胡磊,陈东旭,孙松涛,李立全
金属学报. 2017, 53 (7): 888-896.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00034
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使用有限元软件Abaqus计算了考虑马氏体相变影响时9%Cr钢管道多道接头中的应力演化过程,并分析了马氏体相变在应力演化中的作用。结果表明,在管道纵截面上,环向和轴向残余应力的分布相似,但环向残余应力较大。环向和轴向残余压应力的最大值均出现在末道焊缝及热影响区,残余拉应力的最大值则出现在管道中部的焊缝及热影响区,而管道内壁附近的残余应力较低。在末道焊缝附近,发生在较低温度下的马氏体相变不仅抵消了焊缝和热影响区热收缩所形成的拉应力,并且形成了显著的压应力,但马氏体相变并没有消除次表层焊缝显著的残余拉应力。末道焊道对多道焊接头残余应力的影响最大,其原因是马氏体相变虽然在先焊焊缝中形成了很高的压应力,但后续焊道的焊接热循环会显著降低该压应力,使最终结果表现为马氏体相变只显著地降低了末道焊缝及其热影响区内的拉应力,并形成了显著的压应力。马氏体相变对管道外壁附近残余应力的影响较大,而对管道内壁附近残余应力的影响较小。

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