ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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高熵合金的变形行为及强韧化
高熵合金是近年来涌现出的一种新型金属材料。不同于传统合金设计以1种或2种元素为主添加其它合金元素为辅的方案,高熵合金由多种元素以等原子比或近等原子比的成分组成,具有独特的原子结构特征,因而呈现出诸多不同于传统合金的独特性能。自高熵合金被首次报道以来,目前已经研发出了一系列的高熵合金体系,在物理、化学、热力学性能方面显示出独有的优势,尤其在力学行为方面显示出高强、高硬、耐磨、耐蚀、抗高温软化等优异的性能,在国际学术界引起了广泛的关注和研究. . .
金属学报, 2018 Vol. 54 (11): 1553-1566    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00372
 
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  2019年, 第55卷, 第4期 刊出日期:2019-04-11 上一期   
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合金元素对顶头钢氧化行为的影响
郑成明,田青超
金属学报. 2019, 55 (4): 427-435.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00250
摘要   HTML   PDF (6508KB)

研究了20Cr2Ni3、30Cr3NiMo2V和H13等3种不同合金元素含量顶头钢在酒精-水滴注气氛下的高温氧化行为。通过调整酒精/水的比例,设计了先氧化后还原的两段式表面处理工艺,获得了外层主要含FeO的两层氧化膜结构。利用SEM、EDS和XRD等研究了氧化膜的形貌、成分和相组成,使用金相显微镜、显微硬度仪等研究了脱碳层的组织和硬度分布。结果表明,外层氧化膜厚度随Cr当量增加而降低,而内层氧化膜厚度基本不变。高温氧化过程中氧化膜内空位聚集成孔洞,其内挥发性的物质及气体集聚导致内压增大,使得外层氧化膜内部呈现向外“凸出”的缝隙。各合金元素在氧化传质过程中的作用不同,在950 ℃的滴注气氛下,Ni、Mo不具备氧化的热力学条件,而以单质形式存在。C的氧化决定了脱碳层的组织与性能,使得20Cr2Ni3和30Cr3NiMo2V脱碳层的硬度曲线呈“双平台”特征,而H13的硬度先缓慢升高而后快速升高后趋于平缓。最后从工程应用层面给出了顶头材料的选材建议。

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固溶温度对Mn-N型双相不锈钢拉伸变形行为的影响
金淼,李文权,郝硕,梅瑞雪,李娜,陈雷
金属学报. 2019, 55 (4): 436-444.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00276
摘要   HTML   PDF (17919KB)

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了一种新型Mn-N合金化双相不锈钢的拉伸变形实验,获得了不同固溶温度下(1000~1200 ℃)不锈钢的力学性能及加工硬化规律。利用OM、SEM和EBSD等手段研究了固溶温度对钢的形变亚结构及断裂特征的影响,探讨了固溶温度影响加工硬化的机理。结果表明,随着固溶温度的升高,Mn-N合金化双相不锈钢屈服强度与抗拉强度均逐渐降低,而延伸率(均匀延伸率和断裂延伸率)则先升高后降低。其中,1100 ℃固溶时不锈钢的塑性最佳,均匀延伸率可达46.7%,且综合力学性能优异,强塑积达44.6 GPa·%。不同固溶温度下,不锈钢的加工硬化率随应变的增加均表现为开始时迅速下降,经再次升高后再下降的“三阶段”特征,但随着固溶温度的升高,加工硬化率升高的趋势减弱。Mn-N合金化双相不锈钢中奥氏体相发生了形变诱导马氏体相变,主要表现为γεα′γα′ 2种演化机制,从而形成TRIP效应,使得加工硬化率升高、塑性增加,但较高的固溶温度会使马氏体转变受到抑制。不同固溶温度下,铁素体与形变诱导马氏体均表现出解理断裂特征,而残余奥氏体则主要为韧性断裂。经计算,随着固溶温度增加(1000~1200 ℃),奥氏体相的Md30值从81 ℃降到38 ℃,即奥氏体稳定性增加,减弱了TRIP效应,进而导致不锈钢加工硬化和增塑效果降低。

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23Cr-2.2Ni-6.3Mn-0.26NNi型双相不锈钢动态再结晶行为研究
邓亚辉,杨银辉,曹建春,钱昊
金属学报. 2019, 55 (4): 445-456.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00449
摘要   HTML   PDF (1878KB)

利用热模拟试验机在变形温度为1073~1423 K,应变速率为0.01~10 s-1的条件下对23Cr-2.2Ni-6.3Mn-0.26N节Ni型双相不锈钢动态再结晶行为进行研究。结果表明,试样在低温高应变速率变形时以两相动态回复(DRV)为主,而在高温低应变速率变形时以奥氏体动态再结晶(DRX)为主,且在0.01和0.1 s-1较低应变速率下,奥氏体相再结晶晶粒尺寸随变形温度升高而增大。试样的软化机制与Z参数有关,在低Z值条件下,热变形软化以奥氏体相DRX为主。基于热变形方程得到试样的表观应力指数为5.18,热变形表观激活能为391.16 kJ/mol,并利用Sellars 双曲正弦模型建立了峰值流变应力与Z参数关系本构方程。DRX临界应力随应变速率增加和变形温度减小而增大,DRX临界应变随变形温度减小而增加,且随应变速率增加(0.1~10 s-1)在较低变形温度下先增大后减小。确定了DRX临界应力(应变)和峰值应力(应变)的关系,DRX特征参数和Z参数相关模型,以及奥氏体相DRX体积分数模型。利用所建模型对DRX行为进行预测,表明应变速率增加和变形温度下降会推迟DRX发生。

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SO42-对模拟孔隙液中Q235B钢筋腐蚀行为的影响
李恺强,杨璐嘉,徐云泽,王晓娜,黄一
金属学报. 2019, 55 (4): 457-468.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00475
摘要   HTML   PDF (6743KB)

通过阳极极化曲线、EIS、Mott-Schottky (M-S)以及恒电位极化测量研究了不同pH值模拟混凝土孔隙溶液中SO42-对Q235B钢筋钝化和腐蚀行为的影响。极化曲线测量结果表明,在pH值高于11的模拟孔隙液中,SO42-对Q235B钢的钝化膜没有破坏作用,而在pH值为10的模拟孔隙液中,少量SO42-的存在就会造成Q235B钢表面钝化膜的破裂,从而导致点蚀的萌发。EIS和M-S测量结果表明,碳钢表面的钝化膜在低pH值的模拟孔隙液中稳定性较差并具有更高的缺陷浓度,从而促进了SO42-对碳钢的侵蚀性。结合恒电位极化测试和SEM观测进一步研究了SO42-对碳钢钝化膜的破坏作用。在高pH值的模拟孔隙液中,SO42-在钝化膜的形成阶段能够抑制钝化膜的生长,造成亚稳态点蚀的出现,而在低pH值的模拟孔隙液中,SO42-可以聚集在钝化膜的缺陷处,造成钝化膜的破损和稳态点蚀的发展。

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E690高强低合金钢焊接热影响区典型组织在含SO2海洋环境中的应力腐蚀行为对比研究
马宏驰,杜翠薇,刘智勇,李永,李晓刚
金属学报. 2019, 55 (4): 469-479.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00140
摘要   HTML   PDF (44387KB)

采用U形弯试样干湿交替腐蚀的实验方法,结合电化学测试和裂纹扩展行为分析,对比研究了E690钢焊接热影响区热模拟组织在模拟含SO2海洋薄液环境中的应力腐蚀行为及机理。结果表明,E690钢焊接热影响区组织在含SO2海洋薄液环境中具有较高的应力腐蚀敏感性,其中细晶热影响区组织与母材的应力腐蚀敏感性相对较低,粗晶和临界热影响区组织在该环境中应力腐蚀敏感性很高,裂纹扩展速率较快,且呈加速扩展之势。不同组织U形弯试样经过5 d干湿交替腐蚀实验后均形成应力腐蚀微裂纹,裂纹萌生于马氏体-奥氏体(M-A)组元与铁素体基体之间微电偶腐蚀形成的点蚀坑处。

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冷旋锻变形对TB9钛合金显微组织和拉伸性能的影响
任德春,苏虎虎,张慧博,王健,金伟,杨锐
金属学报. 2019, 55 (4): 480-488.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00241
摘要   HTML   PDF (17970KB)

采用冷旋锻对TB9钛合金棒材进行多道次冷变形,利用OM、EBSD、XRD、TEM以及拉伸等实验研究了不同冷变形量TB9钛合金棒材的显微组织、织构和拉伸性能及其规律。结果表明,TB9钛合金棒材的晶粒尺寸随冷旋锻变形量的增大而减小,部分晶粒尺寸达到纳米级。同时,晶粒随变形量的增加沿旋锻轴向转动,形成择优取向,由初始{001}<110>和{001}<100>织构转变为<110>取向的α-fiber和γ-fiber {001}<110>、{112}<110>和{111}<110>织构。在亚结构、小尺寸晶粒以及织构的共同作用下,TB9钛合金的强度随变形量的增大而增加,延伸率和面缩率在70%冷变形后仍保持在一个较高的水平,具有优异的冷变形能力。

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脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响及其机理探究
许擎栋,李克俭,蔡志鹏,吴瑶
金属学报. 2019, 55 (4): 489-495.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00257
摘要   HTML   PDF (4253KB)

研究了脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响规律,发现经磁感应强度为2 T、脉冲频率为5 Hz、脉冲次数为 100次的脉冲磁场处理后,TC4钛合金的位错密度及晶界角度会发生显著变化。XRD测试结果显示,经脉冲磁场处理后TC4钛合金的位错密度提高约10.9%。采用EBSD测试得到TC4钛合金微区的KAM分布,发现经脉冲磁场作用后,TC4钛合金的位错密度发生显著变化,具体表现为:晶内位错分布更加均匀,局部高位错密度区消失;晶界附近的位错分布发生变化,同时晶界角度发生改变,小角度晶界减少而重位点阵(CSL)晶界(Σ11)增多。讨论了脉冲磁场对TC4钛合金微观组织影响的可能原因:脉冲磁场引起位错钉扎处的电子能态发生转变,使钉扎处空位或杂质原子易于移动。位错在材料内应力场提供的弹性能作用下更易脱钉扎,从而使得位错分布发生变化,材料微观组织发生改变。

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先共析渗碳体上形核的珠光体晶体学研究
徐文胜,张文征
金属学报. 2019, 55 (4): 496-510.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00191
摘要   HTML   PDF (16954KB)

利用SEM和EBSD技术表征了Fe-1.29C-13.9Mn (质量分数,%)钢中先共析渗碳体上形核珠光体的形貌和晶体学。大多数珠光体内铁素体与奥氏体之间接近K-S位向关系,与渗碳体之间则可出现多种择优位向关系。分析表明,魏氏渗碳体旁珠光体的形核领先相是铁素体,未观察到珠光体中渗碳体从魏氏渗碳体分支生长,或它们之间存在择优取向。晶界渗碳体旁珠光体存在2种可能:晶界渗碳体可延续为珠光体的渗碳体,同时铁素体往往与背靠奥氏体接近K-S位向关系,渗碳体可视为领先相,不排除铁素体为领先相的可能;同时也观察到晶界渗碳体与珠光体内渗碳体呈现不同取向,此时领先相是铁素体。珠光体团初期形貌不规则,生长后期两相基本保持平行片层结构,同一铁素体片层会存在取向变化甚至分层。

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奥氏体析出相激发形核的原位TEM研究
杜娟,程晓行,杨天南,陈龙庆,Mompiou Frédéric,张文征
金属学报. 2019, 55 (4): 511-520.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00166
摘要   HTML   PDF (10500KB)

利用原位透射电镜(TEM)观察双相不锈钢中奥氏体析出相变过程,发现了端-面连接的奥氏体激发形核现象。定量表征结果表明,激发形核奥氏体和先驱奥氏体与母相铁素体的位向关系都接近N-W,但属于不同的位向关系,且在不同的Bain环上。基于弹性相互作用能和界面能解释了激发形核奥氏体的择优晶体学取向,计算结果表明,先驱奥氏体与不同Bain环上激发形核奥氏体的弹性相互作用能为负值,且相邻奥氏体之间可以形成孪晶取向关系及共格孪晶界。

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W高压扭转显微组织演化过程TEM分析
李萍,林泉,周玉峰,薛克敏,吴玉程
金属学报. 2019, 55 (4): 521-528.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00165
摘要   HTML   PDF (27097KB)

在相对较低温度下完成了纯W不同扭转圈数高压扭转实验,通过EBSD、TEM及HRTEM观察了纯W高压扭转过程中的显微组织形貌及微观结构。结果表明,随着等效应变增大,纯W材料显著细化,位错密度增加,非平衡晶界增多。高压扭转过程中小角度晶界向大角度晶界转化现象明显,且位错结构逐渐转移至晶界,细小晶粒内部无明显缺陷。当等效应变增大至5.5时,由于部分晶粒尺寸与位错平均自由程相近,晶粒变形方式由晶内滑移向晶界滑移转变。

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Na对于Al早期大气腐蚀的影响
陈星晨, 王杰, 陈德任, 钟舜聪, 王向峰
金属学报. 2019, 55 (4): 529-536.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00280
摘要   HTML   PDF (5999KB)

采用单脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)测量了大气环境中腐蚀35 d后金属Al的谱线,结合三维形貌测量,研究了Na元素在Al表面的深度分布。结果表明,Al表面的Na元素源于大气环境,且Na参与生成腐蚀产物NaAlCO3(OH)2,其含量随着腐蚀深度的增加呈幂函数衰减。不同腐蚀深度时NaAlCO3(OH)2的含量可以转变为阴极面积的变化,结合测量得到的Al的极化曲线,利用COMSOL软件建立了氧还原和阴极面积同时影响Al的大气腐蚀仿真模型,揭示Na对腐蚀机理的影响。计算结果表明腐蚀深度为6.155 μm,与LIBS实验测得的Na元素深度一致。

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电阻缝焊法制备铁基WC/金属双层涂层及其摩擦行为
王文琴,王昭漫,李玉龙,王德,李淼,陈情
金属学报. 2019, 55 (4): 537-546.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00271
摘要   HTML   PDF (31609KB)

通过电阻缝焊法,使用超硬铁基合金粉末(SHA)和2种粒度(3.5和55 μm)的WC粉末在Al7075板表面制备了铁基WC/金属双层涂层。采用SEM和EPMA等手段对双层涂层的显微组织进行了分析;采用纳米压痕仪对双层涂层中微小组织进行了纳米硬度测试;最后通过球盘摩擦(ball-on-disc)实验对比了WC和SUS304 2种磨球对双层涂层的摩擦磨损行为的影响。结果表明,该铁基WC/金属双层涂层的总厚度达600 μm,从涂层到基体的结构依次为:WC粉末/铁合金(耐磨层)+铁基/铝合金(金属中间层)+铝合金基体。当以WC为磨球时,使用微细和粗大WC粉末的涂层,其磨损机制分别为严重的磨粒磨损和脆性断裂伴随少量磨粒磨损;当以SUS304为磨球时,使用微细WC的涂层基本未发生磨损,而粗大WC粉末的涂层则发生少量磨粒磨损。以SUS304为磨球时,涂层的磨损率均低于以WC为磨球时涂层的磨损率。

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挤压态GH3625合金冷变形过程中的组织和织构演变
高钰璧,丁雨田,陈建军,许佳玉,马元俊,张东
金属学报. 2019, 55 (4): 547-554.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00414
摘要   HTML   PDF (16388KB)

采用EBSD技术研究了挤压态GH3625合金冷变形过程中的组织演变、晶界特征分布、位错密度、应力分布及织构演变规律。结果表明,随着冷变形量的增加,晶粒变形程度加大,晶粒形貌由扁平状转变为细条状,晶体转动使得晶界与加载压力轴垂直分布;随着冷变形量的增加,大角度晶界逐渐向小角度晶界转变,孪晶界的比例逐渐增加。随着冷变形量的增加,局部取向差的平均值(θˉL)升高,位错密度增加;同时,晶粒变形均匀性逐渐变好,应力集中分布逐渐向应力均匀分布转变。随着冷变形量的增加,其形变织构的类型基本保持不变,而具有稳定取向的Copper织构{112}<111>的强度略有降低;同时,由不均匀变形产生的Rotated-cube织构{001}<110>的强度降低;此外,形变孪晶的形成导致Goss织构{110}<001>和Brass-R织构{111}<112>的强度降低。

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