ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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1. Ti6Al4V表面生物功能纯Mg薄膜制备及性能研究
于晓明, 谭丽丽, 刘宗元, 杨柯, 朱忠林, 李扬德
金属学报    2018, 54 (6): 943-949.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00285
摘要   HTML PDF (4451KB)  

利用多弧离子镀技术在Ti6Al4V表面沉积纯Mg薄膜,研究了工作气压对纯Mg薄膜表面质量及性能的影响,研究了纯Mg薄膜的体外降解等性能、抗菌性及生物安全性能。结果表明:多弧离子镀方法可将纯Mg薄膜制备于钛合金表面,薄膜颗粒均匀致密,未见明显缺陷。体外浸泡实验结果表明:由于Ti6Al4V与Mg发生电偶腐蚀而使Mg薄膜迅速降解,1周时间内薄膜基本降解完毕。抗菌实验结果表明:纯Mg薄膜样品对金黄色葡萄球菌具有强烈的杀灭作用,表现出良好的抗细菌感染功能。细胞毒性实验结果表明:纯Mg薄膜可促进骨髓间充质干细胞(rBMSCs)的增殖。

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2. 坩埚尺寸和电磁频率对半固态A356铝合金浆料流动的影响
刘政, 陈志平, 陈涛
金属学报    2018, 54 (3): 435-442.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00251
摘要   HTML PDF (3278KB)  

采用数值模拟方法,通过改变坩埚长短轴比例R和电磁搅拌频率研究半固态A356铝合金浆料的流动规律,以及R对半固态A356铝合金浆料初生相组织的影响。结果表明:随着R增大,半固态A356铝合金在短轴上所受的最大电磁力和最大流速呈先增大后减小的趋势,在长轴上所受的最大电磁力和最大流速呈先增大后减小再增大的现象;频率越高,短轴和长轴上所受的电磁力差和流速差越明显,因而可使熔体流动时出现“加速-减速-加速”的循环运动现象。当电磁频率和R分别为30 Hz和1.1时,坩埚长轴和短轴上的最大流速分别为153.6和143.2 mm/s,流速差最小,此时可制备出较优的半固态A356铝合金浆料。

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3. 9Cr18合金半固态触变压缩变形行为及组织演变
王永金, 宋仁伯, 宋仁峰
金属学报    2018, 54 (1): 39-46.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00209
摘要   HTML PDF (1234KB)  

以9Cr18合金为研究对象,分别对9Cr18热轧态材料及半固态坯料进行触变压缩实验。通过OM和SEM研究了其在加热、半固态及变形冷却后的显微组织演变规律,分析了其压缩过程中的固液流动特性和应力-应变关系。研究表明,半固态坯料制备是保证材料发挥半固态变形特性的必备流程,坯料加热至半固态温度能够保证固液三维均匀分布,充分发挥液相流动特性。仅通过对轧态材料加热至半固态温度区间会导致液相沿原带状组织区域熔化析出,固液分布不均匀。热轧态材料带状熔化致使液相不能形成三维连通,液相流动只能在不同部位的若干区域进行,变形主要通过固相颗粒塑性变形完成,进入最后阶段变形抗力上升。半固态坯料变形过程中固液相分布均匀,当变形进行至触变阶段,液相由于受到向外侧压力梯度作用,在固相间隙中流动,固相颗粒予以协调,发生宏观固液分离,从而使变形抗力随之下降。9Cr18合金在半固态温度区间成形过程中表现出不同于传统热处理的组织演变规律。半固态温度范围内奥氏体溶解合金元素的能力较传统奥氏体化(1050 ℃)有极大提高,从而提高了奥氏体在快速冷却过程中的稳定性,在冷却后得到过饱和的亚稳奥氏体组织。这种半固态独特的组织演变过程为材料组织性能控制提供一种新的可能。

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4. 搅拌摩擦焊接产热传热过程与材料流动的数值模拟
武传松, 宿浩, 石磊
金属学报    2018, 54 (2): 265-277.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00294
摘要   HTML PDF (8067KB)  

搅拌摩擦焊接过程中的产热、传热与塑性材料流动行为直接决定了焊接接头的组织演变及力学性能。对这些物理现象开展数值模拟研究,对于深入理解搅拌摩擦焊接过程的物理机制和优化焊接工艺具有重要意义。本文综述了搅拌摩擦焊接过程产热、传热与材料流动数值模拟的国内外研究现状,指出了存在的主要问题。介绍了作者课题组近年来针对这些问题所开展的研究工作。根据搅拌头-工件界面上的受力特点,研发出了黏着系数和摩擦因数的测试-计算法,为提高数值模拟的精度奠定了基础。建立了针对复杂截面形状搅拌针的搅拌摩擦焊接过程数学模型,数值分析了3种典型搅拌头情况下焊接过程中的产热率、温度分布和塑性流动行为。建立了包含下压、停留、焊接及冷却4个阶段的搅拌摩擦焊接全过程的传热-流动耦合模型,模拟了焊接过程各阶段的产热、温度场和塑性材料流动的演变情况。在此基础上,对搅拌摩擦焊接过程数值模拟领域未来的发展趋势进行了展望,提出了下一步的研究重点。

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5. 高压直流干扰下X80钢在广东土壤中的干扰参数变化规律及腐蚀行为研究
秦润之, 杜艳霞, 路民旭, 欧莉, 孙海明
金属学报    2018, 54 (6): 886-894.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00311
摘要   HTML PDF (1907KB)  

通过室内模拟实验考察了大幅高压直流干扰电压下,X80钢在广东土壤中的干扰电流密度变化规律及腐蚀行为。结果表明,在50~300 V直流干扰电压下,电流密度随时间的变化呈现典型的3阶段特征:首先,在几秒内急剧上升到较高水平的峰值;然后,在几百秒内下降到较低水平的稳定值;最后,较长时间内维持在稳定值水平。结合干扰过程中试样附近土壤温度、含水率及电阻的测试分析表明,电流密度变化主要是由大幅干扰电压造成短时间内试片周围土壤温度升高,含水率降低,局部电阻率大幅增加所致。同时实验获得直流干扰电压分别为50、100、200及300 V时,1 h干扰实验中X80钢腐蚀速率分别为5.56、7.85、10.63及7.78 μm/h;腐蚀速率随直流干扰电压的升高呈现先增大后减小的趋势,该趋势不同于电流密度峰值随直流干扰电压的变化规律,但与电流密度稳定值的变化规律相似。此外,分析了高压直流干扰下试样腐蚀速率与使用3种形式电流密度计算得到的理论腐蚀速率之间的相关性。结果表明,利用干扰过程中电流密度曲线积分计算得出的理论腐蚀速率误差最小;利用电流密度稳定值计算得到的腐蚀速率误差次之;利用电流密度峰值计算得出的理论腐蚀速率误差最大,可达到实测腐蚀速率的若干倍。据此提出了实际高压直流干扰下参数监测与腐蚀速率的预测方法。

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6. 镍基变形高温合金动态软化行为与组织演变规律研究
王涛, 万志鹏, 孙宇, 李钊, 张勇, 胡连喜
金属学报    2018, 54 (1): 83-92.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00241
摘要   HTML PDF (945KB)  

采用Gleeble3500D热模拟试验机研究了GH4720Li合金的高温热变形行为,分析了不同热压缩工艺条件下流变力学曲线特征,建立了表征材料流变力学特征的包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius本构关系模型以及BP人工神经网络模型,并通过对材料热变形组织的表征,揭示了GH4720Li合金高温变形过程中的动态再结晶形核机制。结果表明,包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius本构关系模型预测精度较差,而BP人工神经网络模型能很好地表征GH4720Li合金热变形过程中的流变力学行为,模型预测值与实验值的平均相对误差仅为0.814%。组织分析结果表明,GH4720Li合金在1140 ℃条件下动态再结晶的主要形核机制为非连续动态再结晶,变形晶粒的晶界为再结晶晶粒提供形核位置。

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7. 原子尺度下凝固形核计算模拟研究的进展
王锦程, 郭灿, 张琪, 唐赛, 李俊杰, 王志军
金属学报    2018, 54 (2): 204-216.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00425
摘要   HTML PDF (8443KB)  

形核是一级不连续相变的起点,对后续材料组织的形成及最终产品的性能具有重要影响。形核过程、机制及其控制一直是材料科学和凝聚态物理等领域中最为活跃的研究课题之一。形核过程发生在原子空间尺度及扩散时间尺度,同时还具有随机性,因此充分认识形核过程将面临极大的挑战。受实验条件的限制,目前难以通过实验方法直接观测金属凝固中晶核的形成过程。近年来,随着计算材料科学的兴起,借助于数值模拟方法,凝固形核问题研究取得了很大的进展。本文首先回顾了形核理论的发展历程,然后对当前凝固形核模拟的研究进展进行述评,并介绍本课题组近年来基于晶体相场模型在形核研究方面的工作进展,最后对形核研究进行了展望。

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8. W中H行为的计算模拟研究
周洪波, 李宇浩, 吕广宏
金属学报    2018, 54 (2): 301-313.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00414
摘要   HTML PDF (4254KB)  

采用基于密度泛函理论的第一原理计算方法和基于Newton力学的分子动力学方法,对H在W中的溶解、扩散、聚集、形核等行为及H对W性能影响进行系统研究,发现了H在W中占位和聚集的“最佳电子密度”规则,揭示了W中H泡形核的空位捕获机制;发现了H聚集诱发的各向异性应变可降低H在W中的溶解能,从而产生H溶解增强效应,藉此提出H泡生长的应变级联机制;提出通过惰性气体/合金化元素掺杂改变W中缺陷处的电子密度,有效阻止H2分子在缺陷处的形成和聚集,从而抑制W中H泡形成的方法。本文对这一系列的工作进行了综述。这些研究成果将为未来聚变堆用W-PFM的设计、制备和应用提供重要参考。

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9. 自由落体条件下Ti-6Al-4V合金微液滴的快速凝固研究
翟斌, 周凯, 吕鹏, 王海鹏
金属学报    2018, 54 (5): 824-830.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00312
摘要   HTML PDF (7656KB)  

在自由落体条件下实现了Ti-6Al-4V合金微液滴的深过冷与快速凝固,研究了合金的相组成、凝固组织和显微硬度。计算出落管中不同直径微液滴的过冷度和冷却速率,揭示了Ti-6Al-4V合金凝固组织随过冷度及冷却速率的变化规律。结果表明,深过冷与快冷速的耦合作用使凝固组织不断细化且形貌发生转变:层片α+β→枝晶α→网篮状α'+β→针状α'→针状α'+不规则β。当液滴直径小于400 μm时,位于原始等轴β晶的晶界及晶内的针状马氏体α'转化为大量连续分布且形状不规则的次生β相,发生α'β固态转变。不同直径范围内的Ti-6Al-4V合金凝固组织的显微硬度与组织形貌有关,“层片组织”、“ 针状α'组织”和“针状α'+不规则β组织”的显微硬度随液滴直径的减小而增大,“网篮组织”的显微硬度随液滴直径的减小而减小。其中,枝晶组织的显微硬度可高达785 kg/mm2,是母合金硬度的2.6倍。

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10. 炼钢与连铸过程数值模拟研究进展
朱苗勇, 娄文涛, 王卫领
金属学报    2018, 54 (2): 131-150.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00430
摘要   HTML PDF (4741KB)  

由于钢的冶炼与连铸过程的复杂性以及现场测试条件的限制,数值模拟已成为解析其过程现象和机理不可或缺的手段,自20世纪80年代以来,这种技术得到了飞速发展。在转炉的冶炼方面,利用氧枪超音速射流特性的模拟研究辅助设计了集束、氦气伴随等新型氧枪,通过对转炉熔池内渣-金-气多相流行为模拟研究有效揭示了混匀效率、炉衬冲刷、金属液滴喷溅等物理现象,同时耦合热力学模拟研究了转炉内脱碳、脱磷化学反应过程;在钢的精炼方面,Euler-Euler模型逐渐替代了准单相和Euler-Lagrange模型,成功描述了底吹Ar气钢包内钢液湍流脉动诱导的气泡扩散行为和气泡上浮诱导钢液湍流等现象,而且钢中夹杂物一些新的传输机理和现象也被提出,并利用CFD-PBM模型有效预测了钢液中夹杂物输运、碰撞聚合及去除行为,丰富了钢包精炼夹杂物去除机理,同时CFD-SRM耦合模型实现了钢包精炼多组分参与渣-金反应和脱硫行为的预测,有效揭示了钢液与顶渣的成分、底吹模式对脱硫效率的影响规律;在钢的连铸方面,坯壳-结晶器Cu板热流模型与坯壳热/力模型的耦合成功预测了结晶器周向和高度方向的保护渣和气隙分布特征,奠定了新型内凸型曲面结晶器设计和微合金钢角部裂纹控制的理论基础,结晶器内流场与电磁场耦合模拟研究阐明了电磁搅拌和电磁制动作用下钢液流动行为、液面波动特征以及夹杂物在连铸坯内分布特征,基于体积平均方法的多场/多相凝固模型成功揭示了连铸坯宏观偏析形成机理,定量预测了不同工艺参数下连铸坯中心偏析指数,此外,连铸坯凝固组织演变模拟在晶粒层面上获得了进展,目前正向枝晶领域扩展。整体上讲,钢的冶炼与连铸过程的数值模拟朝着多物理化学/多场耦合方向发展,且研究尺度逐渐向微观层面过渡。

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11. Ni-Fe-Cr合金固溶处理后的组织变化及其对性能的影响
陈胜虎, 戎利建
金属学报    2018, 54 (3): 385-392.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00210
摘要   HTML PDF (9858KB)  

采用OM和SEM研究了不同C含量Ni-Fe-Cr合金在950~1050 ℃固溶后的组织变化及其对拉伸性能和晶间腐蚀性能的影响。结果表明,C含量的变化影响固溶处理过程中碳化物的回溶行为和晶粒尺寸,从而造成不同C含量合金力学性能和晶间腐蚀性能的差异。C含量为0.010% (质量分数)时,950 ℃固溶处理可使热加工过程中产生的M23C6碳化物完全回溶,并获得平均晶粒尺寸约38 μm的等轴晶组织;C含量增加到0.026%时,固溶温度提高至1000 ℃可使M23C6碳化物完全回溶,获得平均晶粒尺寸约42 μm的等轴晶组织;C含量在0.010%~0.026%范围内,合金具有较低的晶间腐蚀敏感性,随C含量增加合金的强度升高,延伸率基本没有变化;C含量为0.056%时,1050 ℃固溶处理后,局部区域仍存在未回溶的碳化物,碳化物阻碍晶界迁移使晶粒长大缓慢,造成晶粒尺寸不均匀。同时,未回溶碳化物的存在使合金的强度略有提高,但延伸率降低;未回溶碳化物造成碳化物/基体界面处贫Cr区的出现,显著增加了合金的晶间腐蚀敏感性。

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12. 铝基非晶纳米晶复合涂层显微组织与腐蚀性能研究
梁秀兵, 范建文, 张志彬, 陈永雄
金属学报    2018, 54 (8): 1193-1203.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00491
摘要   HTML PDF (9639KB)  

针对钢结构材料易腐蚀问题,采用高速电弧喷涂技术在45钢表面制备了含有高非晶含量的Al-Ni-Zr非晶纳米晶复合涂层,研究了复合涂层的显微组织、宏观腐蚀性能和微区腐蚀性能。利用XRD、SEM、EDS和TEM等技术手段,确定了复合涂层微观结构中灰色组织区为非晶富集区;采用扫描Kelvin探针显微镜技术(SKPM),发现复合涂层各相腐蚀的先后顺序依次为:富Al相、氧化物相、非晶相。复合涂层显微硬度高于45钢,约为364 HV0.1。EIS拟合结果显示,复合涂层电荷转移电阻为纯Al涂层和45钢的2~4倍,具有2个时间常数,低频区受扩散过程控制,主要与腐蚀产物的堆积和扩散有关;动电位极化曲线拟合结果显示,复合涂层的自腐蚀电位正于纯Al涂层和45钢,自腐蚀电流密度为1.08 μA/cm2,分别是纯Al涂层和45钢的7/100和1/3。复合涂层的腐蚀形貌显示,涂层表面无明显点蚀,富Al相区表面附着大量的NaCl晶体,为优先腐蚀区,而非晶富集区表面光滑平整;同时,涂层出现了腐蚀坑、微裂纹和点蚀富集等,主要与Cl-的侵蚀作用和涂层受到溶胀作用有关。

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13. Ti-V-Mo复合微合金钢中(Ti, V, Mo)C在γ /α中沉淀析出的动力学
张可, 孙新军, 张明亚, 李昭东, 叶晓瑜, 朱正海, 黄贞益, 雍岐龙
金属学报    2018, 54 (8): 1122-1130.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00011
摘要   HTML PDF (852KB)  

根据多元复合析出相的固溶析出理论和经典形核长大动力学理论,计算了Ti-V-Mo复合微合金钢中(Ti, V, Mo)C在奥氏体(γ)和铁素体(α)中沉淀析出的形核参量、析出-时间-温度(PTT)曲线、形核率-温度(NrT)曲线,并探讨了奥氏体中形变储能和形变诱导析出量对(Ti, V, Mo)C在γ /α中沉淀析出动力学的影响。结果表明,复合析出相(Ti, V, Mo)C在γ /α中沉淀析出的PTT曲线呈典型的“C”曲线形状,而NrT曲线表现为典型的反“C”曲线形状,(Ti, V, Mo)C在γ中的最快析出温度为1020~1050 ℃。增加γ的形变储能,使(Ti, V, Mo)C在γ中沉淀析出的PTT曲线向左上方移动。增加γ中(Ti, V, Mo)C沉淀析出的形变诱导析出量,使(Ti, V, Mo)C在α中沉淀析出的NrT曲线向右下方移动,经计算可知,(Ti, V, Mo)C在α中的最大形核率温度在630~650 ℃,理论计算结果和实验结果吻合较好。

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14. 原位反应浸渗法制备(B4Cp+Tip)混杂增强Mg及AZ91D复合材料及其阻尼性能
姚彦桃 陈礼清 王文广
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00108
15. 蝶翅精细分级结构金属纳米复合材料的研究进展
杨诚智 关玉 陈世坤 苏慧兰 张荻
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00160
16. 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    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00280
17. SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头的疲劳行为研究
王晨 王贝贝 薛鹏 王东 倪丁瑞 陈礼清 肖伯律 马宗义
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00220
18. 原位生成铁基复合材料中TiB2的三维形貌重构
易红亮 王宝刚 王国栋 骆智超 黄明欣
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00297
19. 层间温度对9%Cr热强钢管道多层多道焊接头残余应力的影响
胡磊, 王学, 尹孝辉, 刘洪, 马群双
金属学报    2018, 54 (12): 1767-1776.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00051
摘要   HTML PDF (10027KB)  

使用有限元法研究了不同层间温度(IPT)时,在9%Cr热强钢管道多层多道焊接头残余应力演化中马氏体相变作用的差异,揭示了层间温度对残余应力作用的机理。结果表明,提高层间温度可以显著降低接头内的残余拉应力,特别是管道中部区域焊缝(WM)内的残余拉应力降低明显。其机理主要有2方面:一是提高层间温度可保留较高含量的奥氏体,屈服强度低的奥氏体在冷却时积累的残余拉应力较低;二是高的层间温度阻止了马氏体相变在每道焊道焊完后立即进行,从而避免了马氏体相变降低拉应力的效果被后焊焊道的焊接热循环所消除和在随后焊道的焊接热循环中重新积累较大的拉应力。层间温度对9%Cr热强钢管道多层多道焊残余应力分布的影响取决于热收缩和马氏体相变的综合作用,当层间温度较低(低于马氏体转变终了温度Mf)时,热收缩占主导作用,此时接头的大部分区域以残余拉应力为主,只在末道焊道焊缝及其热影响区(HAZ)内形成较大的压应力;当层间温度较高(高于马氏体转变开始温度Ms)时,马氏体相变占主导作用,此时接头以残余压应力为主。

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20. 弥散固态颗粒对Al-Bi合金液-液相分离过程的影响
张林 满田囡 王恩刚
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00327
21. 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    DOI: 10.119000412.1961.2018.00276
22. 轧制工艺对低牌号无取向电工钢相变退火组织、织构与磁性能的影响
顾晨 杨平 毛卫民
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00187
23. 国产RPV钢铁离子辐照脆化行为的正电子湮灭研究
张天慈, 王海涛, 李正操, SCHUT Henk, 张征明, 贺铭, 孙玉良
金属学报    2018, 54 (4): 512-518.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00471
摘要   HTML PDF (860KB)  

选取服役于我国高温气冷示范电站的反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)钢A508-3和纯Fe,采用3 MeV铁离子进行高温(250 ℃)与室温(约25 ℃)辐照,辐照损伤分别达0.1、0.5和1.0 dpa,对样品分别进行正电子湮灭和纳米压痕硬度研究。结果表明,辐照会使材料内部产生缺陷,这种缺陷以空位型缺陷和溶质原子团簇缺陷为主。且高温辐照产生的缺陷密度低于室温辐照,其中高温的退火效应使材料内部缺陷发生一定程度的回复。辐照后RPV钢和纯Fe都产生了一定程度的硬化,硬化程度随辐照损伤的增加而增高。对于RPV钢,高温辐照比室温辐照使材料内部产生更少的空位型缺陷和更多的溶质原子团簇型缺陷,因而RPV钢的辐照硬化可能主要是由溶质原子团簇型缺陷引起的。

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24. TA1/Cu/X65复合板焊接接头微观组织及力学性能
张敏, 慕二龙, 王晓伟, 韩挺, 罗海龙
金属学报    2018, 54 (7): 1068-1076.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00423
摘要   HTML PDF (7225KB)  

对TA1/Cu/X65三层复合板(复层TA1厚2 mm,中间层Cu厚1 mm,基层X65管线钢厚12 mm)进行了钨极氩弧焊(TIG)对接焊,设计并制备了过渡层焊接材料Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝,从而对焊接接头性能进行有效冶金调控。通过SEM、EDS、XRD、TEM对接头组织特征、界面元素分布进行了分析鉴定,通过拉伸和显微硬度实验测试了接头的力学性能。结果表明,焊缝各层填充金属之间冶金结合良好,且有明显的熔合线和过渡带,其中,在Ti焊缝和过渡层焊缝之间存在宽度大约为150 μm的Ti-Cu冶金反应区,过渡层焊缝和钢焊缝之间的组织主要是铁基固溶体和铜基固溶体。中间Cu夹层和Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝的使用,抑制了Ti-Fe硬脆金属间化合物的产生,形成了塑性相对较好的铜基固溶体和Ti-Cu、Ti-Ag等金属间化合物。接头的平均抗拉强度为507 MPa,主要由X65层贡献。焊缝硬度在各过渡界面处均发生突变,其中在Cu-Ag-Mo-Nb、ERTi-1焊缝处硬度可高达447和507 HV100,对接头塑韧性有很大影响。

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25. Schmid因子的理论计算及其在镁合金高速变形过程中的应用
刘晏宇, 毛萍莉, 刘正, 王峰, 王志
金属学报    2018, 54 (6): 950-958.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00398
摘要   HTML PDF (3152KB)  

为了便于分析镁合金在高速变形过程中的变形机制,计算了4种滑移方式(基面滑移、柱面滑移、锥面<a>滑移和锥面<c+a>滑移)和2种孪晶方式({101?2}拉伸孪晶和 <\({10 \bar{1} 1}\)>压缩孪晶)的Schmid因子。结合电子背散射衍射(EBSD)技术,获得了轧制态AZ31镁合金原始样品的Schmid因子实验值,并将理论计算值与实验值进行了比较。采用Hopkinson压杆对AZ31镁合金轧制板材在1600 s-1的应变速率下进行了高速冲击实验,对所获得的样品进行了金相组织观察。结合Schmid因子计算结果,讨论了不同方向样品在不同加载方向下的主要变形机制。结果表明,Schmid因子的理论计算值与实验值可以很好吻合。Schmid因子计算简单、表达方便,可以有效分析镁合金中主要的变形方式和解释应力-应变曲线特征。镁合金中不同变形方式的Schmid因子值及其变化规律均不相同,其计算结果可为镁合金中织构所引起的各向异性现象的分析提供理论依据。

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26. 基于团簇模型设计的镍基单晶高温合金(Ni, Co)-Al-(Ta, Ti)-(Cr, Mo, W)及其在900 ℃下1000 h的长期时效行为
张宇, 王清, 董红刚, 董闯, 张洪宇, 孙晓峰
金属学报    2018, 54 (4): 591-602.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00334
摘要   HTML PDF (6577KB)  

基于团簇加连接原子模型,通过Ta-Ti和Ni-Co互换对第一代镍基单晶高温合金进行成分设计,并对所设计的A组和B组成分系列进行选晶法单晶制备、初熔温度测试、标准热处理和900 ℃、1000 h长期时效。其中,A组为[Al-Ni11Co1](Al1TaxTi0.5-xCr1W0.25Mo0.25),x=0、0.25和0.5 (对应Ta和Ti的质量分数分别为0Ta-2.65Ti、4.82Ta-1.26Ti和9.32Ta-0Ti);B组为[Al-Ni12-yCoy](Al1Ta0.25Ti0.25Cr1W0.25Mo0.25),y=1.5、1.75、2和2.5 (对应的Co质量分数分别为9.43Co、11Co、12.57Co和15.71Co)。在A组合金中,随Ta的增加(Ti的降低),初熔温度升高,均超过1330 ℃,其中9.32Ta-0Ti最高,在1335~1340 ℃之间;标准热处理后γ/γ′负错配度从-0.262%减小到-0.247%;长期时效中γ′的粗化得到抑制,9.32Ta-0Ti的粗化速率最低 (K=5.6×10-5 μm3/h)。对于B组合金,Co含量变化未明显改变初熔温度和长期时效γ′粗化速率,但初熔温度同样超过1330 ℃,Co作用主要体现在提高标准热处理后的γ′体积分数(约69%)和减小γ′尺寸(约0.55 μm)。2组合金的粗化速率均接近三代单晶合金水平(K≈(2.08~3.82)×10-5 μm3/h)。

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27. 预氧化处理对G115钢高温蒸气氧化行为的影响
白银, 刘正东, 谢建新, 包汉生, 陈正宗
金属学报    2018, 54 (6): 895-904.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00377
摘要   HTML PDF (6974KB)  

以Ar气为保护环境,对G115马氏体耐热钢进行了预氧化处理。通过循环蒸气氧化实验,研究了未预氧化处理和预氧化处理2种试样在650 ℃水蒸气中的高温氧化行为。采用分析天平测量氧化增重,得到了氧化增重动力学曲线。通过SEM及附带的EDS分析了氧化皮的形貌和结构,采用XRD结合EDS对氧化产物进行了相鉴定。实验结果表明,预氧化处理明显降低G115钢1800 h以内的氧化增重。预氧化处理后,G115钢的蒸气氧化动力学由立方型转变为直线型,氧化皮结构由典型的双层结构转变为多层结构。预氧化处理试样的氧化皮最外层为由Fe向外扩散形成的富Fe层,中层为Cr含量达46% (质量分数)的富Cr层,最内层由金属基体转变而成。其中氧化皮中层由于Cr含量高而具有良好的保护性,是整体氧化过程的控制步骤。另外该层厚度接近常数,使得预氧化处理试样的氧化动力学呈直线型。以氧化皮结构和氧化过程机制为根据,对预氧化处理的长期效果进行了评估。

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28. 奥氏体化温度对中碳淬火-配分钢干滑动摩擦磨损性能的影响
杨继兰, 蒋元凯, 顾剑锋, 郭正洪, 陈海龑
金属学报    2018, 54 (1): 21-30.   DOI: 10.11900/.0412.1961.2017.00129
摘要   HTML PDF (1307KB)  

以传统的淬火-回火试样作对比,研究了3种奥氏体化温度处理后淬火-配分中碳Fe-0.4C-1.5Mn-1.5Si钢试样的干滑动摩擦磨损性能。结果表明,860和1000 ℃全奥氏体化处理的2种淬火-配分试样中残余奥氏体的含量相近(体积分数分别约为14.37%和13.79%),其内的C浓度较高(质量分数分别为1.37%和1.38%),机械稳定性较强。在恒定低载荷(50 N)和恒定低滑动速率 (40 mm/s)条件下,摩擦过程中不易诱发马氏体相变,导致2种试样的耐摩擦磨损性能均很低。受显微组织细化影响,奥氏体化温度较低的试样具有更高的耐磨性。当奥氏体化温度降低到800 ℃时,获得临界淬火-配分试样。显微组织分析表明,该试样中不仅包含少量的铁素体(体积分数约6.75%),而且存在最高含量的残余奥氏体(体积分数约22.28%),使得在4组试样内的显微硬度最低。但由于低的C浓度(质量分数约1.06%),残余奥氏体的机械稳定性较弱,在摩擦过程中易诱发马氏体相变,不仅贡献额外的硬化,而且马氏体相变体积膨胀引起的材料表面层压应力对提高耐磨性也有利,由此导致临界淬火-配分试样表现出最好的耐磨损性能。因此,在给定的摩擦参数条件下,残余奥氏体对马氏体钢耐磨性的影响主要决定于其在摩擦过程中是否能经相变而引起附加的硬化作用。

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29. Sn对TiAl基合金烧结致密化与力学性能的影响
潘宇, 路新, 刘程程, 孙健卓, 佟健博, 徐伟, 曲选辉
金属学报    2018, 54 (1): 93-99.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00143
摘要   HTML PDF (877KB)  

以TiAl-8.5Nb预合金粉末为原料,添加1%Sn (原子分数)粉为强化烧结剂,采用无压烧结技术制备了高致密度的高铌TiAl合金,探究了Sn添加对TiAl基合金的烧结致密化过程、微观组织和力学性能的影响规律。研究表明:添加1%Sn可降低高铌TiAl合金粉末的烧结致密化温度,提高烧结坯的致密度及线性收缩率,从而有利于降低合金组织晶粒度,改善合金综合性能。添加Sn后,合金粉末经1500 ℃烧结2 h,其致密度可达到99.1%,线收缩率达到9.3%;合金显微组织为均匀细小的α2/γ全片层结构,片层团尺寸为40~60 μm;Sn主要固溶于γ相中,使其轴比c/a及晶胞体积增大;所制备合金的Rockwell硬度为50.1 HRC,抗压强度为2938 MPa,屈服强度为680 MPa,压缩率为29.1%,其性能指标均高于未掺杂Sn元素的高铌TiAl基合金。

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30. 316L不锈钢的三维晶粒与晶界形貌特征及尺寸分布
刘廷光, 夏爽, 白琴, 周邦新
金属学报    2018, 54 (6): 868-876.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00318
摘要   HTML PDF (2969KB)  

使用连续截面法结合三维电子背散射衍射(3D-EBSD)技术研究了316L不锈钢的三维显微组织,重点分析了晶粒和晶界的三维形貌特征及各特征参数的分布规律,包括晶粒尺寸、晶粒表面积、晶粒的晶界面数、晶界尺寸和晶粒的平均晶界尺寸,并统计分析了各特征参数之间的关系。结果表明:316L不锈钢的三维晶粒和三维晶界的形貌特征参数均服从对数正态分布,各参数与晶粒尺寸之间的关系符合幂函数。另外,由于存在大量孪晶,造成316L不锈钢的三维晶粒形貌十分复杂,且尺寸越大的晶粒形貌越复杂,晶界面数越多,表面积越大,与等轴晶的偏离也越大。

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