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6期 刊出日期:2019-06-11 上一期   
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纳米增强体强化轻合金复合材料制备及构型设计研究进展与展望
王慧远,李超,李志刚,徐进,韩洪江,管志平,宋家旺,王珵,马品奎
金属学报. 2019, 55 (6): 683-691.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00517
摘要   HTML   PDF (5830KB)

纳米增强体强化轻合金复合材料以其室温强度高、塑性好,耐磨损和优异的高温性能等特点,并兼有结构和功能一体化特性,成为近年来金属基复合材料(MMCs)领域的研究热点之一。实现纳米增强体的弥散分布或构型设计、改善界面结合是纳米增强体强化轻合金复合材料可控制备的重要挑战。本文重点概述了纳米增强体强化轻合金复合材料在制备策略、多尺度混杂增强、增强体构型设计以及新型加工制备技术等方面的研究进展,展望了轻合金复合材料在高强塑性能、构型优化以及结构功能一体化等方面的发展方向。

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电子束快速成形制备TC4合金的组织和拉伸性能分析
刘征,刘建荣,赵子博,王磊,王清江,杨锐
金属学报. 2019, 55 (6): 692-700.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00007
摘要   HTML   PDF (10313KB)

针对电子束快速成形(EBRM)钛合金的组织特点,采用OM、SEM、XRD和TEM等实验手段,分析了EBRM制备TC4合金的微观组织和织构对其拉伸性能的影响规律。结果表明:TC4合金存在着平行于沉积方向的β柱状晶,且柱状晶的宽度随着沉积高度的增加,初始时迅速增加,之后增加的趋势变缓。由于沉积过程中循环的热作用,柱状晶内α片尺寸随着沉积高度的增加而减小。合金存在典型的转变α相织构。微观结构的梯度变化也导致了合金在不同位置的拉伸性能差异。随着X方向拉伸试样位置的升高,合金的屈服强度没有明显的变化,但抗拉强度有所提升;合金的塑性呈现上升的趋势。在合金底部,距离基板10和20 mm处的拉伸试样具有相近的加工硬化指数,低于合金中间的拉伸试样,而合金顶端拉伸试样的加工硬化指数较高。此外,合金还具有拉伸性能的各向异性,45°方向拉伸试样的强度高于X方向和Z方向的拉伸试样,同时Z方向拉伸试样的强度最低,这种强度各向异性主要归因于合金的转变α相织构。

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冷轧态Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金的异常热膨胀行为
蓝春波,梁家能,劳远侠,谭登峰,黄春艳,莫羡忠,庞锦英
金属学报. 2019, 55 (6): 701-708.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00347
摘要   HTML   PDF (10109KB)

采用高真空非自耗电弧熔炼炉对Ti-35Nb-2Zr-0.3O (质量分数,%)合金进行熔炼。运用OM、XRD、SEM、TEM和静态热机械分析仪对Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金进行表征,研究冷轧形变对合金显微组织及热膨胀行为的影响。结果表明:Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金在冷轧过程中产生应力诱发马氏体α" (stress-induced martensitic α",SIM α")相,并形成平行于轧制方向的强<110>织构。等轴晶组织的Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金表现出正常的热膨胀行为。形变后,合金的热膨胀行为出现异常现象,轧制方向表现为负膨胀,负膨胀程度随着形变量的增加而增大,截面方向表现为大于固溶态的正膨胀。30%形变合金的轧制方向在室温到250 ℃具有Invar效应,这一现象归因于SIM α"相变、晶格畸变和<110>织构的形成。冷轧态Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金在室温到110 ℃的异常膨胀归因于SIM α"相到β相的晶格转变,而在高于110 ℃的异常膨胀行为归因于ω相和α相的析出。

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变形参数对2195 Al-Li合金动态再结晶的影响
李旭,杨庆波,樊祥泽,呙永林,林林,张志清
金属学报. 2019, 55 (6): 709-719.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00430
摘要   HTML   PDF (34712KB)

在应变速率0.01~1 s-1、变形温度350~500 ℃下,通过平面应变热压缩实验研究了2195 Al-Li合金不同热变形条件下的动态再结晶(DRX)临界条件,对动态再结晶机制进行了讨论,并通过EBSD和TEM等手段分析了变形参数对不同类型动态再结晶行为的影响。结果表明,动态再结晶临界应变(εc)随着Zener-Hollomon参数值(Z)的降低而降低;动态再结晶在低Z值的变形条件下进行得更充分,以不连续动态再结晶(DDRX)为主,仅发现有少量的连续动态再结晶(CDRX);连续和不连续动态再结晶都更容易在低的Z值下形成,而几何动态再结晶(GDRX)在Z值升高到一定程度才出现,并且随着Z值的进一步升高而增加,几何动态再结晶在一定程度上增加了晶粒数目,从而使动态再结晶分数略有升高。

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B含量对K417G合金凝固过程中组织演变和力学性能的影响
刘巧沐,黄顺洲,刘芳,杨艳,南宏强,张东,孙文儒
金属学报. 2019, 55 (6): 720-728.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00491
摘要   HTML   PDF (54241KB)

研究了B含量对K417G合金凝固过程中相析出以及铸态组织和力学性能的影响。研究不仅证实了B显著促进元素偏析以及凝固后期(γ+γ')共晶析出,还发现B对K417G合金凝固早期基体γ相的析出和长大具有明显影响。B降低基体γ相的析出温度,抑制γ相的形核,并阻碍γ相生长。当B含量低于0.036%时,由于B降低γ相形核率,导致K417G合金的晶粒组织随B含量增加明显粗化。当B含量增加至0.060%时,尽管B仍然降低γ相形核率,但由于其阻碍γ相枝晶的早期生长,使熔体内部过冷度升高,局部发生晶粒细化。B对K417G合金力学性能的影响决定于硼化物的晶界析出形态,当B含量低于0.036%时,硼化物以颗粒状在晶界析出并对晶界产生强化作用,合金的900 ℃拉伸性能和900 ℃、315 MPa持久性能随B含量的增加而显著提高。当B含量达到0.060%时,共晶态硼化物在(γ+γ')前沿析出,导致共晶态硼化物与(γ+γ')的界面显著弱化,拉伸和持久性能显著降低。

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Ti2AlNb异形粉末环件的轧制成形与性能研究
卢正冠,吴杰,徐磊,崔潇潇,杨锐
金属学报. 2019, 55 (6): 729-740.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00015
摘要   HTML   PDF (23413KB)

采用预合金粉末热等静压工艺制备了名义成分为Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo (原子分数,%)的Ti2AlNb合金及大尺寸异形环坯(直径大于800 mm),采用热模拟压缩实验研究了Ti2AlNb粉末合金的热变形行为,并对异形粉末环坯进行了轧制实验,分析了轧制前后的组织性能变化。结果表明,Ti2AlNb粉末合金的热加工窗口宽且开裂倾向小,具有更均匀的化学成分和α2相分布,但其应力抖动更加明显。优选1035~1045 ℃为Ti2AlNb粉末异形环的变形温度区间,Ti2AlNb粉末异形环坯经两火轧制后,无损检测表明无任何裂纹产生。热变形促使Ti2AlNb粉末合金的O板条细化和α2相球化,热处理后,粉末制坯+环轧成形Ti2AlNb合金为近两相(B2+O)组织,合金的室、高温拉伸塑性显著提高。

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α+β两相钛合金元素再分配行为及其对显微组织和力学性能的影响
黄森森,马英杰,张仕林,齐敏,雷家峰,宗亚平,杨锐
金属学报. 2019, 55 (6): 741-750.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00460
摘要   HTML   PDF (22782KB)

研究了两相区固溶温度及固溶后冷速对Ti-6Al-4V (TC4)合金元素再分配行为的影响,利用EPMA技术表征了初生α相(αp)以及β转变区域(βt)的元素浓度,考察了βt显微组织尺寸随固溶温度及元素浓度的变化。结果表明:随着固溶温度升高,βt区域元素浓度变化显著,表现为Al含量升高、V含量降低,而αp晶粒中元素浓度变化较小,导致两区域元素浓度差异减小;同一固溶温度下,以不同冷却方式(水冷、空冷及炉冷)冷却的显微组织及元素分布显示,冷却速率越低,αp比例越高,αpβt之间元素浓度差异越明显。合金经固溶水冷、空冷后,βt分别为淬火马氏体、次生α相(αs)+残余β相,2种冷速下βt的显微组织尺寸均与高温β相内的元素浓度水平有关,即βt内部显微组织尺寸受固溶温度的显著影响。利用纳米压痕技术表征了不同固溶温度下微区域(αpβt)的力学特征,结果表明,密排六方(hcp)晶格αp本身呈现的力学行为的各向异性对其纳米压痕性能起决定性作用,而βt的弹性模量及硬度主要受αs片层尺寸的影响。最后讨论了“固溶温度-微区元素浓度-微区显微组织-微区力学性能”之间的关系。

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Fe-Cu-Pb合金液-液相分离及废旧电路板混合金属分级分离与回收
陈斌,何杰,孙小钧,赵九洲,江鸿翔,张丽丽,郝红日
金属学报. 2019, 55 (6): 751-761.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00486
摘要   HTML   PDF (13341KB)

以废旧手机电路板为研究对象,采用热解技术使电路板金属与非金属解离,获得以Fe、Cu和Pb为主组分的混合金属。基于主组分为Fe、Cu和Pb,实验研究了(Fe0.4Cu0.6)100-xPbx三元合金的液-液相分离行为。结果表明,合适成分的Fe-Cu-Pb三元合金熔体在冷却过程中首先发生液-液相分离L→L(Fe)+L(Cu, Pb),待L(Fe)液相凝固后,剩余的液相L(Cu, Pb)再次发生液-液相分离L(Cu, Pb)→L(Cu)+L(Pb),最终主要形成富Fe、富Cu和富Pb三区分离结构。基于Fe-Cu-Pb合金液-液相分离凝固特征,设计了废旧电路板混合金属自组装分级分离系统,研究了混合金属中次组分Cr、Au、Cd等在主组分Fe、Cu和Pb中的富集行为,分析了离心超重条件对混合金属分离率和回收率的影响,建立了废旧手机电路板金属资源无害化回收处理新方法。

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高强耐蚀管钢点状偏析及带状缺陷的特征与演变
李博,张忠铧,刘华松,罗明,兰鹏,唐海燕,张家泉
金属学报. 2019, 55 (6): 762-772.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00557
摘要   HTML   PDF (35222KB)

基于钢坯源头对高强耐蚀管钢热轧材与调质材中发现的带状偏析缺陷进行了实验研究。利用OM、SEM、EDS、EPMA等手段,揭示了高强石油套管钢圆坯中存在的各种点状偏析特征及其与热轧管带状组织缺陷的联系,并分析了热轧管和调质管带状缺陷的成因及差异。结果指出,铸坯中存在斑块型和疏松型2类点状偏析,其中均存在较为严重的C、Cr、Mo、Mn等合金元素正偏析,前者偏析区域内还往往存在细小的枝晶亚结构。统计计算表明,铸坯中不同偏析类型在轧材中造成的带状缺陷宽度也明显不同,点状偏析是管材中难以消除的大尺度带状缺陷的源头。热轧管和调质管中带状缺陷组织中均存在明显的合金元素偏析,但前者为珠光体加贝氏体(P+B)组织带状,后者为颗粒型碳化物带状,两者对管材硬度均匀性有不同程度影响。

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316L奥氏体不锈钢非对称载荷下的疲劳与循环塑性行为
彭剑,高毅,代巧,王颖,李凯尚
金属学报. 2019, 55 (6): 773-782.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00377
摘要   HTML   PDF (11728KB)

对316L奥氏体不锈钢非对称拉-拉疲劳载荷作用下的疲劳和循环塑性行为进行研究。通过疲劳寿命、循环应变幅、平均应变、平均应变率和失效应变的差异划分高、低应力区:在高应力区,平均应变、平均应变率和失效应变大,存在显著的循环塑性变形,疲劳寿命短;在低应力区,循环塑性变形累积有限,疲劳寿命显著增加。通过失效区域的显微组织观察和断口分析发现:在高应力区断口附近产生了大量的孔洞,断口以韧窝为主要特征;在低应力区存在疲劳裂纹,其扩展方向垂直于加载方向,断口由起裂点、疲劳裂纹扩展区、过渡区和快速断裂区组成。316L奥氏体不锈钢高应力区为循环塑性变形主导区,失效形式为循环塑性累积产生的韧性失效;低应力区为疲劳主导区,失效形式为疲劳裂纹扩展失效。

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调质态含Cu高强钢的强化机理及钢中Cu的析出行为
张正延,柴锋,罗小兵,陈刚,杨才福,苏航
金属学报. 2019, 55 (6): 783-791.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00485
摘要   HTML   PDF (18289KB)

对含Cu低合金高强度钢板淬火并经高温时效后,采用SEM、EBSD、HRTEM和APT等手段对其微观组织和纳米尺度Cu的析出相进行了表征,对其厚度截面的室温拉伸性能进行了测定,并对钢板厚度方向近表面和心部的强化机理进行了分析。结果表明,高温时效后钢中Cu的析出相尺寸在6~50 nm范围内,30 nm以内的为9R结构的短棒状或球状粒子,30 nm以上的为fcc结构的长棒状粒子,棒状粒子中微量的Mn、Ni在Cu粒子与基体界面上的偏聚更明显。在较高温度范围内进行时效后,钢的屈服强度随着时效温度的升高而呈大致线性下降趋势,钢的主要强化机制为细晶强化,其次为位错强化和析出强化,经计算,钢中每1% (质量分数)的Cu在过时效状态下能够产生约90 MPa的析出强化增量。钢板厚度截面存在强度差异,表面与心部强度相差约40 MPa,这主要是由于晶粒尺寸及位错密度差异所导致。

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退火温度对TWIP钢组织性能和氢致脆性的影响
董福涛,薛飞,田亚强,陈连生,杜林秀,刘相华
金属学报. 2019, 55 (6): 792-800.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00566
摘要   HTML   PDF (12174KB)

采用电化学结合低应变速率拉伸实验(SSRT)的方法和OM、SEM等手段研究了退火温度对Fe-18Mn-0.6C TWIP钢充氢条件下力学性能和变形行为的影响,并探讨了各类微观组织结构对氢致脆性的作用。结果表明,TWIP钢晶粒尺寸随退火温度的升高逐渐增大,700 ℃退火板晶界处容易观察到(Fe, Mn)3C渗碳体。900 ℃退火获得的中等尺寸均匀晶粒的TWIP钢具有最高的强塑积。在电化学充氢和SSRT同时进行下,TWIP钢的强度和塑性大幅下降,随退火温度的升高,强塑积损失率(R)呈增大趋势。高温退火得到的大尺寸晶粒在变形中更容易产生形变孪晶,孪晶/孪晶交叉位置和孪晶/晶界交叉位置是氢致裂纹的主要来源。尽管相对低温退火得到大尺寸晶粒和界面处层错能(SFE)变化使TWIP钢在变形中不容易产生形变孪晶,但其局部粗大的碳化物与形变孪晶间产生的应力集中处极易形成空位,演化成裂纹源,使相对低温退火的TWIP钢本身塑性不高。低于800 ℃退火对TWIP钢提高氢脆抵抗力没有明显作用。

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X80管线钢焊接接头的模拟重构及电偶腐蚀行为表征
李亚东,李强,唐晓,李焰
金属学报. 2019, 55 (6): 801-810.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00562
摘要   HTML   PDF (10490KB)

利用离散、热模拟处理和模块化重构的微电极阵列对X80管线钢焊接接头进行模拟重构,并联用经典电化学测试技术和微电极阵列测试技术研究了X80钢模拟焊接接头及孤立分区在CO2饱和的NACE溶液中的电偶腐蚀行为。结果表明,在NACE溶液中,孤立的细晶区开路电位最正,腐蚀倾向小,而焊缝的电位最负,腐蚀倾向大;各部分的腐蚀电流密度大小关系为:部分相变区>细晶区>粗晶区>母材>焊缝;模拟X80钢焊接接头组织中,粒状贝氏体与铁素体的混合组织的开路电位最正,极化电阻最小。当各组成部分耦合后,模拟焊接接头中的焊缝和粗晶区作为主要阳极,腐蚀加速;细晶区和部分相变区作为主要阴极,腐蚀减缓;邻近热影响区的母材微电极以阳极性电流为主,远离热影响区的母材微电极以阴极性电流为主。提出电偶腐蚀强度因子用于表征电偶腐蚀强度。孤立的焊缝区的自腐蚀电流密度虽最小,但在电偶腐蚀的加速作用下,焊缝与粗晶区作为模拟焊接接头的薄弱环节,首先因腐蚀而失效。

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