ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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冷拔珠光体钢的组织演变对其点蚀行为的影响* 0
何岳,向嵩,石维,刘建敏,梁宇,陈朝轶
金属学报    2016, 52 (12): 1536-1544.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00186
摘要   HTML   PDF (11797KB)

通过OM, SEM, EBSD观察和EIS谱、动电位极化曲线测试等手段分析了不同应变下冷拔珠光体钢的腐蚀形貌、组织演变及点蚀在其演变组织中的分布和铁素体取向差分布, 研究了冷拔珠光体钢的横纵截面组织演变对其点蚀行为的影响. 结果表明, 由于横截面和纵截面组织演变规律的不同, 不同应变下冷拔珠光体钢的横截面和纵截面的耐蚀性分别表现出不同的变化规律: 随着应变的增加, 横截面耐蚀性持续下降, 而纵截面耐蚀性先降低后回升. 通过表征点蚀在冷拔演变组织中的分布规律, 发现珠光体组织的晶界、珠光体团界面、相界面对点蚀敏感性高, 是点蚀倾向于萌生和生长的区域, 冷拔变形造成界面面积增加, 使横截面和处于第一阶段应变ε ≤1.2的纵截面的耐蚀性显著下降. 铁素体<110>织构形成导致晶体取向差分布规律的改变会使纵截面在第二阶段ε =1.6的耐蚀性改善.

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冷轧高强钢板淬火过程板形瓢曲缺陷演变规律研究 0
张清东,林潇,曹强,卢兴福,张勃洋,胡树山
金属学报    2017, 53 (4): 385-396.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00261
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针对已有板形瓢曲浪形缺陷冷轧高强钢板的淬火过程,应用ABAQUS有限元分析平台及其UMAT二次开发功能,建立淬火过程温度-组织-应力应变多场耦合的有限元仿真模型,研究淬火过程高强钢板的弹塑性变形行为及其对初始板形瓢曲缺陷的改变。通过热模拟实验结果对该有限元仿真模型进行了验证,模拟再现了已瓢曲高强钢板的淬火过程及弹塑性变形,获得了板形瓢曲浪形在淬火过程中的演变规律,指出钢板宽度方向上的温度梯度以及依先后顺序相变所引起的钢板纵向延伸变形沿宽度方向上分布不均匀,导致原有板形瓢曲浪形发生改变,甚至可以生成新的瓢曲浪形。定义了描述板形瓢曲浪形改变程度的指标,如浪高变化率、浪宽变化率、浪距变化率,定量揭示横向温差、张力等工艺参数对冷轧高强钢板淬火过程板形变化的影响规律。搭建实验室冷轧钢板淬火实验研究系统,开展具有单边浪板形瓢曲缺陷钢板的淬火实验,实验结果与仿真计算结果取得定性一致。

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形变诱导GH3625合金热挤压管材δ相的析出行为 0
丁雨田,高钰璧,豆正义,高鑫,刘德学,贾智
金属学报    2017, 53 (6): 695-702.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00508
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采用XRD、SEM、EDS和Image-Pro Plus金相分析等方法测定了GH3625合金热挤压管材在不同冷变形量ε下经过800 ℃时效后δ相的析出含量,研究了冷变形对δ相的析出规律及析出动力学的影响。结果表明,δ相首先在形变孪晶界、晶界以及变形带上形核并析出,随后在晶内形核长大,并且随冷变形量的增加,δ相在变形带上析出量增加;随冷变形量的增加,δ相的形貌从针状向棒状或颗粒状转变;随着时效时间的延长,δ相的平均尺寸不断增大,长大规律符合LSW理论。当时效温度为800 ℃时,δ相的析出含量与时效时间的关系满足Avrami方程,且随冷变形量的增加,δ相的含量增加,时间指数n减小,δ相析出速率α增加,冷变形促进δ相的析出。Nb的溶质拖曳与δ相的钉扎共同作用抑制晶粒长大。ε=35%时,合金的硬度随保温时间的延长而增加,ε≥50%时硬度未发生明显变化。

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焊接温度对碳钢/奥氏体不锈钢扩散焊接头界面组织及性能的影响 0
王大伟,修世超
金属学报    2017, 53 (5): 567-574.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00307
摘要   HTML   PDF (6361KB)

采用真空扩散焊接方法对Q235A低碳钢与AISI304奥氏体不锈钢进行固相扩散连接实验,研究了焊接温度对接头界面组织、力学性能和反应产物的影响。结果表明:Q235A低碳钢/AISI304奥氏体不锈钢复合界面附近形成了合金铁素体层(II区)和增C层(III区),界面两侧异相组织通过扩散结成共用晶界。在焊接温度850 ℃,焊接压力10 MPa,焊接时间60 min条件下,接头强度和韧性达到最大值,高于Q235A低碳钢母材。焊接温度过低(≤800 ℃),接头中析出碳化物Cr23C6,焊接温度过高(≥900 ℃),接头中会产生二次碳化物和金属间化合物,脆性的化合物偏析相使接头强韧性显著下降。严格控制焊接温度在850 ℃区间,并在焊后迅速淬火越过低温区,可有效避免脆性化合物偏析,从而保证扩散焊接头的性能。

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热加工对Z3CN20-09M双相不锈钢组织及热老化冲击断裂行为的影响 0
张海,李时磊,刘刚,王艳丽
金属学报    2017, 53 (5): 531-538.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00321
摘要   HTML   PDF (7260KB)

铸态Z3CN20-09M双相不锈钢经1200 ℃热锻后,采用400 ℃热老化100、1000、3000 h处理。利用SEM和EBSD分析了铸态及锻态Z3CN20-09M双相不锈钢的显微组织和热老化1000、3000 h的冲击断口,采用纳米力学探针和冲击试验机测试了铸态及锻态Z3CN20-09M双相不锈钢热老化0、100、1000、3000 h微区力学性能和冲击性能。研究表明,经热加工后铁素体晶粒的取向呈现无序态,奥氏体晶粒由粗大的柱状晶经再结晶后变成细小的等轴晶。随热老化时间延长,铸态和锻态材料的冲击功都呈现下降趋势。热老化1000 h,铸态和锻态材料均呈现微孔聚集型断裂,断口出现大量韧窝花样。热老化3000 h,铸态和锻态材料均呈现韧窝/解理混合型断裂特征,铁素体发生脆性解理断裂, 奥氏体以撕裂或呈微孔聚集型断裂。铁素体区域内取向不同导致锻态材料冲击断口解理特征明显少于铸态材料。

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Sn-Ag-Cu钎料焊接显微组织演化和性能研究 0
孙磊,陈明和,张亮,杨帆
金属学报    2017, 53 (5): 615-621.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00332
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利用DSC、微焊点强度测试仪、SEM、EDS及XRD,研究了Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu和Sn3.0Ag0.5Cu钎料的熔化特性、润湿性、力学性能、显微组织及相种类。通过TL-1000型高低温循环试验箱测试了-55~125 ℃循环条件下Sn-Ag-Cu焊点的界面层变化。结果表明,随着Ag含量的增加,钎料的熔点变化不大,钎料的润湿角显著降低,N2氛围条件下,3种钎料的润湿性均出现明显的提高。此外,3种焊点的力学性能也随着Ag含量的增加显著提高。Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的基体组织存在着少量的Ag3Sn和大颗粒Cu6Sn5化合物,且分布杂乱,Sn3.0Ag0.5Cu焊点的基体组织则相对较为均匀,这也是Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的力学性能低于Sn3.0Ag0.5Cu的主要原因。对焊点进行热循环处理,发现3种焊点界面金属间化合物的厚度明显增加,界面层的形貌也由原来扇贝状向层状转化。

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N掺杂对V-Al-C涂层微观结构、力学及摩擦性能的影响 0
王鑫,王振玉,冯再新,柯培玲,汪爱英
金属学报    2017, 53 (6): 709-718.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00523
摘要   HTML   PDF (8662KB)

采用磁控溅射技术在Si片(100)和高速钢上制备V-Al-C和V-Al-C-N涂层,利用XRD、XPS、SEM、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对比分析了涂层的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构、力学性能以及不同介质中(大气、去离子水和海水)涂层的摩擦学性能。结果表明,V-Al-C涂层呈柱状晶结构生长,晶粒粗大;N的引入阻碍V-Al-C涂层的柱状晶结构生长,结构致密化,晶粒尺寸减小,形成非晶碳包裹纳米晶的纳米复合结构,使硬度从(14±0.48) GPa增加到(24.5±0.8) GPa,韧性得到大幅提高(H/E>0.1)。大气干摩擦条件下,V-Al-C涂层摩擦系数为0.70,引入N后摩擦系数降为0.42,这主要是由于在摩擦过程中V-Al-C-N涂层生成了具有润滑效果的V2O5,在非晶碳与V2O5耦合润滑作用下,涂层摩擦系数降低了40%;对于同一涂层,在去离子水和海水环境下的摩擦系数较大气干摩擦条件下降低,主要原因为:前者吸附的水分子可形成边界润滑作用。海水环境摩擦时,海水中Mg2+、Ca2+生成Mg(OH)2、CaCO3,均可提供进一步润滑效果,摩擦系数最低。3种环境摩擦过程中,30 min后V-Al-C涂层均因严重的磨粒磨损致磨穿而失效,且在腐蚀和磨损的协同作用下,海水环境中的磨损率最高。使用N掺杂制备的V-Al-C-N涂层均显示出良好的抗磨损性能,在干摩擦时磨损率为3.0×10-16 m3/(Nm),在海水中为1.4×10-15 m3/(Nm)。

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室温累积叠轧Mg/Al多层复合板材的界面表征 null
常海,郑明毅,甘为民
金属学报    2017, 53 (2): 220-226.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00168
摘要   HTML   PDF (6984KB)

通过室温累积叠轧技术制备了Mg/Al多层复合板材,借助SEM、EDS、TEM和同步辐射CT形貌观察等先进表征手段对累积叠轧Mg/Al金属复合板材界面结合进行表征,揭示累积叠轧Mg/Al金属复合板材界面宏观结合状态以及微观界面结构。结果表明,Mg/Al复合板材界面总体上结合良好,没有明显孔洞和开裂,但板材内部仍然存在一些孔洞和局部微小裂纹。3次循环后Mg/Al界面处形成了厚度为150 nm的Mg17Al12层。Mg和Mg17Al12之间存在一种确定的晶体学位相关系[11?1?]Mg17Al12//[12?10]Mg110Mg17Al12//(1?011?)Mg,而Mg17Al12和Al之间是否有位相关系并不明显。

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Al-Si-Ge钎料钎焊Cu/Al接头组织与性能研究 0
牛志伟,叶政,刘凯凯,黄继华,陈树海,赵兴科
金属学报    2017, 53 (6): 719-725.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00342
摘要   HTML   PDF (5395KB)

首次采用Al-5.6Si-25.2Ge钎料对Cu/Al异种金属进行了炉中钎焊,分别从钎料的熔化特性、铺展润湿性、Cu侧界面组织以及钎焊接头强度等方面进行了系统研究,并与Zn-22Al钎料钎焊结果进行对比。结果表明,Al-5.6Si-25.2Ge钎料具有较低的熔化温度(约541 ℃),同时在Cu、Al母材上均具有良好的铺展润湿性。Al-5.6Si-25.2Ge/Cu界面由CuAl2/CuAl/Cu3Al2三层化合物组成,其中CuAl和Cu3Al2呈层状,厚度较薄,仅为1~2 μm;CuAl2呈胞状,平均厚度约为3 μm。Zn-22Al/Cu界面结构为CuAl2/CuAl/Cu9Al4,其中CuAl2层平均厚度高达15 μm。接头抗剪切强度测试结果表明,Zn-22Al钎料钎焊Cu/Al接头抗剪切强度仅为42.7 MPa,而Al-5.6Si-25.2Ge钎料钎焊Cu/Al接头具有更高的抗剪切强度,为53.4 MPa。

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Fe对SmCo基高温永磁体微观结构及矫顽力的影响 0
巩劭廷, 蒋成保, 张天丽
金属学报    2017, 53 (6): 726-732.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00402
摘要   HTML   PDF (1989KB)

制备了在500 ℃下矫顽力为603.99 kA/m,最大磁能积为87.30 kJ/m3的高温磁体。研究发现,在室温下,Fe含量较高的SmCo基磁体矫顽力较大,而高温下Fe含量高的磁体矫顽力较小。对磁体的微观形貌、相组成及磁体胞壁胞内成分进行分析,结果表明,随Fe含量升高,胞尺寸变大,1:5H相含量减少,胞壁相中Cu含量及胞内相中Fe含量升高。Fe和Cu元素在胞壁和胞内两相中含量的改变,导致了室温及高温两相畴壁能差的改变,从而引起了矫顽力的变化。

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中厚板表层超细晶对止裂性能的影响 0
马江南,王瑞珍,杨才福,查小琴,张利娟
金属学报    2017, 53 (5): 549-558.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00316
摘要   HTML   PDF (10594KB)

研究了返温轧制(TRRP)中厚钢板表层的组织特征及其对止裂性能的影响。力学性能测试结果表明,与传统的控轧控冷(TMCP)钢相比,TRRP钢表层的韧、塑性较好,韧脆转变温度低至-100 ℃,而在1/4厚度处,两者性能差异不大。显微组织分析表明,TRRP钢表层组织为等轴状铁素体晶粒+弥散分布的马氏体-奥氏体(M-A)组元,晶粒等效直径约2 μm。通过数值模拟分析了TRRP工艺中间坯温度场的变化,发现中间坯冷却时,表层被冷却到相变温度以下,形成以贝氏体为主的组织,返温后轧制,表层组织发生动态再结晶形成超细晶。示波冲击测试表明,TRRP钢表层试样启裂后,载荷-位移曲线斜率绝对值(|k|)由0.66降低到0.27,与止裂相关的冲击吸收功达到44.3 J,断口表层组织有明显的塑性变形,吸收了裂纹扩展的能量,有效地抑制了裂纹扩展。晶粒取向分析表明,TRRP钢表层超细晶粒取向呈随机分布,晶界角度平均值和大角度晶界(>15°)比例分别达到32.8°和69.8%,能够有效阻碍裂纹扩展。使用纳米压痕分析了实验钢的硬度,TRRP钢表层的纳米压痕硬度统计分布集中在2.0 GPa以下,组织特征为少量的硬质相弥散分布在较软的铁素体基体上,相界面处萌生的裂纹在基体中不易扩展。

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全淬透圆柱件淬火应力的有限元模拟及实验验证 0
刘玉, 秦盛伟, 左训伟, 陈乃录, 戎咏华
金属学报    2017, 53 (6): 733-742.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00509
摘要   HTML   PDF (1871KB)

利用温度场、组织场和应力场相互耦合的数学模型对直径60 mm的40CrNiMo水淬圆棒的淬火应力进行研究。结果表明,有限元模拟的淬火应力及其分布与XRD测量结果相符,论证了所运用的温度场、组织场和应力场相互耦合的数学模型(包括建立的相变塑性函数)的正确性。通过计算机模拟分离了淬火马氏体钢中的热应力和组织应力,揭示了不同直径淬透圆棒试样的应力分布规律及其起因以及不同淬火介质对淬火应力的影响规律。

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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 0
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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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 0
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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Zr-Sn-Fe-Cr-(Nb)合金在500 ℃过热蒸汽中的腐蚀各向异性研究* 0
张骏,姚美意,冯炫凯,王志刚,黄娇,戴训,张金龙,周邦新
金属学报    2016, 52 (12): 1565-1571.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00043
摘要   HTML   PDF (5857KB)

选用无织构的Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr和 Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金大晶粒片状样品, 利用静态高压釜在500 ℃, 10.3 MPa过热蒸汽中进行500 h的腐蚀实验, 采用EBSD, SEM和TEM等方法研究了合金的显微组织以及氧化膜的厚度与金属晶粒表面取向的关系. 结果表明, Nb对第二相的晶体结构产生影响, Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr合金中的第二相主要为fcc的Zr(Fe, Cr)2, 而Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金中的第二相为fcc和hcp的Zr(Nb, Fe, Cr)2; 2种合金均未出现疖状腐蚀, 并且不同金属晶粒取向上的氧化膜厚度没有明显差别, 即没有表现出腐蚀各向异性特征.

图/表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
水分子在Au和Cu及其合金表面的吸附与分解DFT计算研究* 0
蒋宗佑,赵宗彦
金属学报    2016, 52 (12): 1586-1594.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00203
摘要   HTML   PDF (1622KB)

采用密度泛函方法研究了水分子在Au, Cu和AuCu二元金属合金表面的不同吸附状态和裂解反应路径, 并且比较不同表面的催化性能. 结果表明, 研究中所考虑4种模型的反应活性顺序如下(以反应活化能为比较标准): Au(111) < AuCu(111)-Cu < AuCu(111)-Au < Cu(111). 相对于AuCu(111)-Cu表面和Au(111)表面, 这与水分子的分子吸附状态在AuCu(111)-Au表面和Cu(111)表面的吸附能相对较小, 而解离吸附状态时的吸附能相对较大有关. 根据金属催化剂表面与吸附物的电子转移和成键电子结构, 认为电子转移越多, 与表面的相互作用越强; 而金属原子的d电子态与水分子1b1电子态或者裂解产物的类1b1电子态之间的重叠、杂化程度决定了两者之间相互作用的强弱. 在实际反应体系中, 用AuCu二元金属合金替代贵金属Au催化剂不仅可以降低材料成本, 还可以提高反应活性.

图/表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
新型含Cu管线钢的微生物腐蚀行为研究 0
史显波,徐大可,闫茂成,严伟,单以银,杨柯
金属学报    2017, 53 (2): 153-162.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00143
摘要   HTML   PDF (7965KB)

通过对商用X80管线钢进行适当的Cu合金化功能性改进,制备出不同Cu含量(1.06Cu、1.46Cu、2.00Cu,质量分数,%)的新型管线钢。利用抗菌性能检测、电化学测试、腐蚀产物分析、激光共聚焦显微镜(CLSM)等方法研究了含Cu管线钢的抗菌性能和微生物腐蚀行为。研究表明,含Cu管线钢对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有强烈的杀灭作用,以多边形铁素体为特征的1.0Cu管线钢能够保证在X80钢强韧性的水平下具有优异的抗微生物腐蚀性能。含Cu管线钢中富Cu相对抗微生物腐蚀性能起到了关键作用。1.0Cu钢和X80钢的线性极化电阻RLPR在含有硫酸盐还原菌(SRB)的土壤浸出液中浸泡2 d后均急剧下降,导致X80钢的腐蚀电流密度明显大于1.0Cu钢。显微观察表明,大量生物膜的生成导致在SRB环境中的X80钢的点蚀数量和最大点蚀坑深度均高于1.0Cu钢。

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活性Ti表面电沉积Ni-CeO2复合镀层及其强韧性机理分析 0
周小卫,欧阳春,乔岩欣,沈以赴
金属学报    2017, 53 (2): 140-152.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00163
摘要   HTML   PDF (13413KB)

基于双脉冲电沉积技术在活性钛基(TA2)表面制备纳米晶Ni镀层。通过涂层附着力测试对比研究HF体系和DMF改良型活化液对TA2基体与表面镀层界面结合力的影响;借助TEM、FESEM和XRD等表征技术探讨添加纳米CeO2粒子前后对纳米电沉积层中Ni晶织构生长的影响;通过对纳米压痕及不同载荷下“十字交叉”型环形硬度压痕特征观察,分析复合CeO2粒子对Ni镀层表面强韧性的影响机制; 进一步探讨在高速干摩擦条件下复合CeO2粒子对Ni镀层抗磨损的作用。结果表明:在45+80 kHz交变频率超声振荡条件下,电解液中的活性CeO2粒子能有效吸附在优先生长Ni晶尖端,同时降低了Ni晶生长Gibbs自由能,并演变为Ni晶的催化形核中心来诱发异质形核; 纳米压痕测试表明:在500 g高载荷测试条件下,相对于纯Ni镀层试样的硬度压痕边缘的明显开裂和外拓迹象,Ni-CeO2复合镀层试样则表现为收敛性和连续完整的压痕边缘特征,显示出良好的强韧性。基于干摩擦过程中释放出大量的热,促使部分稀土CeO2相弥散或少量析出Ce溶质原子,具有对滑移的位错和晶界等缺陷产生钉扎拖拽作用,由此建立以Orowan位错绕过强化和位错塞积的机制模型;干摩擦过程促使部分富Ce磨损产物与NiO氧化膜机械混合来充当固体润滑剂,能起到良好的减摩作用,弥补了Ti表面耐磨性差等缺陷。

图/表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
淬火后预拉伸对自然时效状态Al-Li合金组织和性能的影响* 0
张显峰,李国爱,陆政,于娟,郝敏
金属学报    2016, 52 (12): 1497-1502.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00207
摘要   HTML   PDF (3362KB)

通过拉伸试验机、腐蚀试验箱、DSC以及TEM等手段对淬火后预拉伸处理并自然时效至稳定状态的铝锂合金薄板的拉伸性能、腐蚀性能、时效响应特征以及微观组织进行了研究. 结果表明, 在0~6%范围内, 合金的屈服强度随预拉伸量的增加而逐渐提高; 预拉伸量低于3%时, 合金的抗拉强度随拉伸量增加逐渐降低, 在3%~6%范围内, 抗拉强度趋于平稳; 随预拉伸量增加, 合金由明显的晶间腐蚀转为点蚀, T34状态点蚀深度最小, 约为0.03 mm; 预拉伸改变了合金的时效响应特征, 使合金在100 ℃附近的吸热峰向高温移动, 180 ℃及260 ℃附近的放热峰向低温区移动. 淬火后的预拉伸在增加晶内位错密度的同时, 抑制了δ’相在晶内和晶界的析出, 预拉伸量越大, 晶内及晶界δ’相的数量越少. 位错及析出相的共同作用影响了合金的拉伸及腐蚀性能.

图/表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
热处理过程中界面固相反应控制锰硅类氧化物变性的机理研究 0
刘成松,叶飞
金属学报    2017, 53 (1): 10-18.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00120
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采用扩散偶的方法,利用高温共聚焦激光显微镜和高温感应炉研究了1473 K热处理过程中Fe-Mn-Si合金与MnO-SiO2-FeO氧化物的固相反应及其对二者成分及物相的影响规律,并分析了凝固过程中合金与氧化物平衡成分变化情况,揭示了高温界面固相反应控制MnO-SiO2-FeO氧化物变性的内在机理。结果表明,热处理过程中合金与氧化物发生的界面固相反应造成合金内Mn、Si元素的损耗,靠近界面处合金内会形成大量MnO-SiO2颗粒,而氧化物中由于FeO成分的分解,产生了单质Fe颗粒,随热处理时间的延长,MnO和FeO含量分别呈上升和下降的趋势。

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基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究 0
初冠南,林艳丽,宋伟宁,张林
金属学报    2017, 53 (1): 114-122.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00178
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针对铝合金焊缝性能低于母材、现有成形极限分析方法不适宜分析铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限的现状,提出了一种基于二次多项式新本构模型的铝合金拼焊板成形极限理论模型。核心思想为利用材料自身的性能差异替代经典M-K理论模型的沟槽假设。针对铝合金硬化指数低、幂指数回归精度差的问题,将二次多项式新本构模型应用于M-K理论模型,最终建立了适合于铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的成形极限理论预测模型。对铝合金搅拌摩擦焊板材进行了成形极限实验,并通过XJTUDIC三维数字散斑应变变形测量系统实时测量变形过程中的应变值,得到了铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的实验成形极限图。最后对实验结果和理论分析结果进行了对比。相比传统的幂指数本构模型,二次多项式对应力-应变曲线的回归,无论在初试屈服阶段或后期变形阶段均有很好的吻合精度。幂指数最大拟合误差超过12%,而二次多项式的拟合误差小于1%,二次多项式回归模型能很好地拟合铝合金搅拌摩擦焊接接头的应力-应变关系;采用二次多项式本构关系的理论模型能很好地预测铝合金搅拌摩擦焊板材的成形极限,第一主应变的预测误差小于0.01;而幂指数理论模型则导致平面应变状态下的极限应变预测结果明显不准,在相同应变路径下第一主应变的预测误差达0.14。

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粉末冶金制备Ti-Fe二元合金的耐腐蚀性能 0
徐伟,路新,杜艳霞,孟庆宇,黎鸣,曲选辉
金属学报    2017, 53 (1): 38-46.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00123
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采用粉末冶金模压烧结技术制备了Ti-(2~20)Fe二元合金,探讨了Fe含量对合金的力学性能及耐腐蚀性能的影响,并与铸造CP Ti和Ti-6Al-4V合金的耐腐蚀性能进行了对比。结果表明,随着Fe含量的增加,合金α相含量逐渐降低,β相含量逐渐提高。当Fe含量达到20%时,基本形成单一β相合金。随Fe含量的升高,粉末冶金Ti-(2~20)Fe二元合金的强度及塑性趋于升高,而弹性模量趋于降低。相对而言,Ti-15Fe合金的综合性能最佳,其抗压强度为2702 MPa,压缩率为32.7%,弹性模量为64.6 GPa。随着Fe含量在2%~15%范围内提高,合金的自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,极化电阻不断增大,腐蚀速率不断降低,耐蚀性能逐渐提高,而Ti-20Fe合金耐腐蚀性能与Ti-15Fe合金接近。Ti-15Fe合金在模拟口腔液(FAS)、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、模拟体液(SBF)以及0.9%NaCl溶液(SS)中的腐蚀速率分别为1.7×10-3、7.1×10-4、1.2×10-3和3.5×10-4 mm/y。与铸造CP Ti和Ti-6Al-4V合金相比,Ti-15Fe合金具有较正的自腐蚀电位、较小的腐蚀电流密度和腐蚀速率及较大的极化电阻,耐蚀性能明显优于CP Ti和Ti-6Al-4V合金。

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Sn的加入对MnFe(P, Si)合金显微组织和磁性的影响 0
耿遥祥,特古斯,汪海斌,董闯,王宇鑫
金属学报    2017, 53 (1): 77-82.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00124
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用高能球磨和固态烧结法制备了Mn1.3Fe0.7P0.5Si0.5-xSnx (x=0、0.02、0.04,原子分数)系列合金,系统研究了Sn的加入对合金显微组织、磁性和磁热效应的影响。结果表明,所有合金中都存在少量的(Fe, Mn)3Si相,在含Sn的合金中,Sn原子并没有进入到Fe2P晶体结构的晶格点阵位置,而是与Mn和Fe形成了Sn2(Mn, Fe)相。Sn的加入也使合金中形成了2种成分的(Fe, Mn)2(P, Si)相,导致样品在升温过程中出现2次铁磁-顺磁转变,对应为2个连续磁熵变峰,从而有利于合金磁制冷温区的扩展和制冷容量的提升。Mn1.3Fe0.7P0.5Si0.5合金具有优异的室温磁热效应,1.5 T磁场变化下的最大磁熵变为12.1 J/(kgK),最大绝热温变为2.4 K,合金的热滞为3 K,Curie温度为273 K,可作为室温磁制冷的理想候选材料。

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电工钢相变组织中的Σ3和取向梯度现象 0
章楼文,杨平,毛卫民
金属学报    2017, 53 (1): 19-30.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00213
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将超低碳无取向电工钢冷轧板在γ单相区加热,分别在H2和N2中使其发生α→γ→α相变,对超低碳无取向电工钢中的相变组织特征进行表征,并对其形成机理进行分析与讨论。结果表明,H2退火板中形成了强{100}取向单层饼状晶,且{100}取向晶粒的尺寸达到1 mm以上;而N2退火板表层为近{100}和{110}取向柱状晶,中心层则主要为{111}和{114}取向等轴晶。Σ3晶界普遍出现在发生取向择优的相变组织中,其形成机制与表面效应作用下诱发变体选择时所遵循的K-S关系密切相关;在N2退火板的柱状晶内部出现了近似线性的取向梯度,应为表层晶粒沿板材法向(ND)依靠γ→α相变长大受阻引起的相变应变累积造成的。

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Cu/Sn/Cu超声-TLP接头的显微组织与力学性能 0
刘积厚,赵洪运,李卓霖,宋晓国,董红杰,赵一璇,冯吉才
金属学报    2017, 53 (2): 227-232.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00232
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利用超声波辅助过渡液相(超声-TLP)软钎焊工艺方法对Cu/Sn/Cu结构进行了钎焊实验,在极短的时间内获得了全Cu-Sn金属间化合物接头,并研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明,超声-TLP接头由15 μm厚的Cu6Sn5中间层和1 μm厚的Cu3Sn边界层构成。在超声波作用下,Cu6Sn5晶粒呈现小尺寸等轴状,80%的Cu6Sn5晶粒直径在5 μm以下。由细化的Cu6Sn5晶粒构成的接头表现出较均匀的力学性能,具有较稳定的弹性模量和硬度,分别为123 GPa和6.0 GPa;同时具有较高的互连强度,达到了60 MPa。

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高Co-Ni二次硬化钢的设计准则与时效工艺分析 0
王晨充,张弛,杨志刚,苏杰,翁宇庆
金属学报    2017, 53 (2): 175-182.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00167
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通过对已有高Co-Ni二次硬化钢实验结果的分析,提出了基于纳米级奥氏体层的相变诱导塑性(TRIP)效应和纳米级M2C碳化物析出的强韧化机理,并根据AerMet100钢大量已有的实验数据,建立了综合考虑奥氏体相变摩尔体积增量、奥氏体层稳定性、奥氏体层厚度、奥氏体平衡含量、M2C尺寸、M2C平衡含量、成本控制等多个因素的设计准则。通过控制时效工艺,将高Co-Ni二次硬化钢中的M2C相尺寸控制在1~5 nm,奥氏体层厚度控制在10~20 nm。M2C和奥氏体的平衡含量被分别控制在19.5%和3.8%。根据设计准则分析了新型高Co-Ni二次硬化钢M54的时效工艺制度,模拟设计结果与显微组织实验观察结果基本吻合。设计得到的新型高Co-Ni二次硬化钢具有较好的强度(2021 MPa)和韧性(115 MPam1/2)。

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6%Si高硅奥氏体不锈钢固溶处理过程中bcc相的演变机制研究 0
陈思含,梁田,张龙,马颖澈,刘政军,刘奎
金属学报    2017, 53 (4): 397-405.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00294
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利用OM、SEM、XRD和TEM等方法对6%Si铸态高硅奥氏体不锈钢在不同固溶处理温度下的bcc相的演变规律进行了研究,分析了不同固溶处理温度下组织中bcc相的回溶与重新析出过程中元素变化、形貌和结构特征,并制定合理的热处理制度。结果表明,6%Si高硅不锈钢铸态组织中的析出相主要为bcc相,该相沿晶界和枝晶间分布,并富含Mo、Si、Ni等元素,晶格常数a=0.8747 nm。样品在1050~1200 ℃、2 h固溶处理时,bcc析出相中的Mo、Cr元素含量随温度的升高而增加;当温度达到1200 ℃时bcc相发生回溶,在1250 ℃、2 h固溶处理时bcc相重新析出。

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核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测 0
郭舒,韩恩厚,王海涛,张志明,王俭秋
金属学报    2017, 53 (4): 455-464.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00462
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采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δi)由Dugdale模型计算确定;然后根据有限元计算结果,建立裂纹应力强度因子 (K) 随裂纹深度 (a) 及附加应力 (P) 变化的拟合公式,结合实验数据得到管材在2种冷变形量下的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dt)拟合公式,利用迭代方法计算了裂纹穿透管壁所需的时间,为核电站安全评估提供了有效依据。研究显示,当弯头部位的冷变形量较小(硬度为230~245 HV)且在理想情况下 (无初始附加应力),弯头被应力腐蚀裂纹穿透耗时最长(约57 a);当初始附加应力增加至200 MPa,此失效时间约缩减至前者的1/5 (无应力释放)、2/7 (应力释放一半) 以及3/7 (应力完全释放);保持初始附加应力不变(200 MPa)并提高弯头部位冷加工变形量(由硬度为230~245 HV提高到275~300 HV),弯头的大变形部位被穿透时间约缩短至小变形部位失效时间的2/5 (无应力释放)、3/8 (应力释放一半) 以及1/3 (应力完全释放),由此可见应力释放程度的降低和冷加工变形量的增加均导致了核电站316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。

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加工条件对多相V-Ti-Ni合金的显微组织和氢渗透性能的影响 0
江鹏,袁同心,于彦东
金属学报    2017, 53 (4): 433-439.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00370
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将电弧熔炼V55Ti30Ni15合金在800 ℃热处理18 h,并在700 ℃下进行70%压下量的轧制,随后在950 ℃退火3 h,研究不同加工条件对合金显微组织的影响以及显微组织对合金H渗透率的影响。结果表明,不同加工条件导致的合金显微组织对H渗透率影响很大。热处理后,V基体析出了H渗透率较低的NiTi粒子,减少了作为H渗透主体的V基体体积分数,导致合金H渗透率降低。位错对合金H渗透率有很大影响,轧制后合金含有高密度的位错,极大降低了H渗透率;随后的高温退火工艺则使合金位错密度降低,提高了H渗透率。

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一种第二相析出-温度-时间曲线计算模型的建立 0
杨永,王昭东,李天瑞,贾涛,李小琳,王国栋
金属学报    2017, 53 (1): 123-128.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00274
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基于经典形核长大理论和Johnson-Mehl-Avrami方程,假定过饱和沉淀的球形第二相分子式为Mx1Mv2M1-x-v3CyN1-y,采用平均扩散速率表征合金原子对第二相形核长大过程影响的思想,建立了计算第二相析出-温度-时间(PTT)曲线的模型。基于Adrian模型提出计算多元系全固溶温度的方法,针对Fe-0.09C-0.011Ti-0.03V-0.025Nb (质量分数,%)钢计算得到的铁素体区PTT曲线呈典型的“C”形,得到的最快析出温度为628 ℃,其值与实验结果吻合。本模型计算效率高,计算析出相体积自由能变化时无需求取复合相的溶解度公式;适用性高,适用于不同基体中不同类型析出相PTT曲线的计算。

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