ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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1. 多维度碳纳米相增强铝基复合材料研究进展
赵乃勤, 刘兴海, 蒲博闻
金属学报    2019, 55 (1): 1-15.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00456
摘要   HTML PDF (9859KB)  

以铝基复合材料为代表的金属基复合材料,具有高的比强度、比模量及优异的导热、导电性能,在航空航天、汽车制造、机械电子及其它民用领域具有广泛的应用前景。近年来,碳纳米相作为复合材料的增强体凭借其优异的力学性能和物理性能以及自身结构特点,引起人们极大关注而成为铝基复合材料研究领域的新热点。本文从不同维度结构的碳纳米相(零维碳纳米洋葱、一维碳纳米管、二维石墨烯等)为增强相的角度,概述了这些碳纳米相增强铝基复合材料的制备方法及其在力学性能方面的研究进展,阐述了从单一相增强到多元多维度混杂增强的铝基复合材料在力学性能方面的优势,旨在阐明通过碳纳米相的结构设计和空间构筑实现高强韧性铝基复合材料的设计思路,并展望了高强韧轻金属基复合材料未来的研究趋势。

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2. 非连续增强铝基复合材料的热变形行为研究进展
肖伯律, 黄治冶, 马凯, 张星星, 马宗义
金属学报    2019, 55 (1): 59-72.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00461
摘要   HTML PDF (4377KB)  

本文综述了非连续增强铝基复合材料的热变形行为理论研究方法,并描述了典型铝基复合材料的热变形机制和可加工性特征。对本构方程、加工图理论方法对流变行为和变形机制研究的可靠性进行了讨论,同时介绍了引入应变速率敏感指数和温度敏感指数作为基体合金变形机制演化辅助判据的方法。根据铝合金常见变形机制,讨论了不同类型增强体的铝基复合材料热加工变形行为特征。最后,对该领域未来的研究方向进行了展望。

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3. Al及其复合材料尺寸稳定性原理与稳定化设计研究进展
武高辉, 乔菁, 姜龙涛
金属学报    2019, 55 (1): 33-44.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00482
摘要   HTML PDF (3835KB)  

尺寸稳定性是指材料在长期贮存或者服役环境下保持原始尺寸不变的能力。陀螺仪、星敏感器、光学观瞄设备等角度、速度、位置传感器的关键零部件对材料的微变形十分敏感,材料的尺寸不稳定性问题已经成为制约装备精度的“卡脖子”问题。国外自20世纪70年代从金属的热处理、预拉伸变形等组织调控方法入手做了较深入的研究,我国关于材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,主要集中于残余应力的影响上,工程效果不明显。本文介绍作者及其团队长期从事材料尺寸稳定性研究的体会与成果,包括长期贮存(无应力)条件下尺寸稳定性的表征新方法,基于该方法发现了铝合金相稳定、组织稳定及其各向异性的基本规律;总结了铝基复合材料尺寸稳定性设计的基本原理和基于增强体弥散度的设计思路;高尺寸稳定性的光学级、仪表级SiC/2024Al复合材料的微观构型特征及其在实际工程中应用的效果。理论和实践表明,仪表精度及其精度稳定性取决于材料的尺寸稳定性,而材料的稳定性首要因素是其内禀变形特性,而残余应力是次要的。本工作也表明,尺寸稳定性原理的应用对于精密轴承一类高精度零件的技术提升也将有启发性。

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4. 面向等离子体W材料改善韧性的方法与机制
吴玉程
金属学报    2019, 55 (2): 171-180.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00404
摘要   HTML PDF (3521KB)  

作为面向等离子体候选材料,金属W多晶材料具有低韧性的特点,表现出室温脆性行为和高的韧脆转变温度,极大地限制了其在工程上的应用。针对当前常用的改善W韧性的方法:细化晶粒,添加合金化元素、第二相颗粒和W纤维以及加工变形技术,本文从内韧化和外韧化2种韧化机制来阐述各种韧化方法,以加深对改善W韧性的理解。结合目前国内外研究现状,对改善钨基材料的方法进行讨论并对改善钨基材料发展方向进行简单展望。

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5. 再热恢复处理对蠕变损伤定向凝固高温合金γ′相的影响
唐文书,肖俊峰,李永君,张炯,高斯峰,南晴
金属学报    2019, 55 (5): 601-610.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00364
摘要   HTML PDF (29463KB)  

以定向凝固GTD111合金为研究对象,采用蠕变中断实验获得蠕变损伤合金,之后对损伤合金进行简单再热恢复处理,研究了恢复参数对合金组织的影响以及γ′相的恢复演化过程。结果表明,1180~1220 ℃下固溶处理可有效溶解粗化形变γ′相并析出二次γ′相,且二次γ′相尺寸随固溶温度和冷却速率的增加而减小,但当固溶温度增至1240 ℃,合金发生初熔;高温时效是二次γ′相长大和三次γ′相析出的过程,且二次γ′相尺寸和立方度随时效温度和保温时间的增加而增大;低温时效中三次γ′相继续析出和长大。GTD111损伤合金的合适恢复参数为:1220 ℃、2 h、AC+1121 ℃、2 h、AC+843 ℃、24 h、AC。由于恢复态合金具有更大体积分数的双尺寸形态γ′相,其在750 ℃、843 MPa下的持久寿命达到65 h,是原始合金持久寿命的1.3倍。

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6. 碳/金属复合材料界面结构优化及界面作用机制的研究进展
范同祥, 刘悦, 杨昆明, 宋健, 张荻
金属学报    2019, 55 (1): 16-32.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00509
摘要   HTML PDF (8335KB)  

依赖于增强相的界面效应和尺寸效应,金属基复合材料不断向综合性能优异的方向发展。由于界面结构对金属基复合材料最终的综合性能起决定性作用,故通过工艺设计实现界面结构的优化成为金属基复合材料的重要研究方向。碳材料(金刚石、碳纳米管和石墨烯等)由于具有优异的本征力学与功能特性,作为金属基复合材料的增强相近年来受到研究者的广泛关注。本文总结了近年来碳/金属复合材料界面结构的不同优化手段,讨论了不同界面结构对碳/金属复合材料结构和功能性能的作用机制,并对未来碳/金属复合材料的界面研究方向进行了展望。

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7. 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 (17397KB)  

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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8. 一种新型高强度高塑性冷轧中锰钢的组织和力学性能
邵成伟, 惠卫军, 张永健, 赵晓丽, 翁宇庆
金属学报    2019, 55 (2): 191-201.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00081
摘要   HTML PDF (7409KB)  

研究了两相区退火温度对一种新型冷轧中锰钢(0.2C-5Mn-0.6Si-3Al,质量分数,%)显微组织及拉伸性能的影响。结果表明,在退火温度为730 ℃时,冷轧中锰钢可获得优异的强度与塑性配合,即抗拉强度为1062 MPa,总伸长率为58.2%,强塑积为61.8 GPa%。随着退火温度升高,逆转变奥氏体逐渐粗化,且由片层状组织形态逐渐向等轴状组织形态转变,在一定退火温度下可获得奥氏体晶粒尺寸分布较为宽泛的多尺度的组织形态。这种多尺度组织形态的残余奥氏体具有适当的机械稳定性,能够产生连续不断的相变诱发塑性(TRIP)效应。连续不断的TRIP效应与铁素体在变形过程中的良好配合,是冷轧中锰钢获得高强度、高塑性的主要原因。冷轧中锰钢拉伸断裂的裂纹主要萌生于软相的铁素体(δ-铁素体)及超细晶铁素体与形变诱导马氏体(残余奥氏体)的界面处。

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9. 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 (12674KB)  

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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10. γ-APS接枝环氧树脂分子对环氧涂层/金属界面化学键合的研究
操发春, 吴航, 杨延格, 曹京宜, 张涛, 王福会
金属学报    2019, 55 (2): 238-248.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00121
摘要   HTML PDF (7978KB)  

利用γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(γ-APS)对环氧树脂分子进行改性合成了具有键合特性的活性树脂(γ-APS/EP),将活性树脂作为液态添加剂加入到环氧涂层中,利用活性树脂与金属表面羟基反应生成耐水解的噁烷键的特点,实现了环氧涂层/金属界面的化学键合。研究表明,活性树脂添加量为3% (质量分数)时,环氧涂层与金属基体的界面结合力和对腐蚀介质的抗渗透性能达到最佳。根据活性树脂含量的影响,提出了活性树脂在环氧涂层/金属界面的键合机理。

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11. 退火对热老化308L不锈钢焊材显微结构的影响
林晓冬,彭群家,韩恩厚,柯伟
金属学报    2019, 55 (5): 555-565.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00365
摘要   HTML PDF (22244KB)  

对410 ℃下热老化7000 h的308L不锈钢焊材进行了550 ℃、1 h的退火处理,利用TEM和三维原子探针研究了退火对热老化焊材显微结构的影响,并与未热老化试样进行比较,评价退火回复效果。结果表明,退火后奥氏体无明显变化,而δ铁素体内由热老化导致的调幅分解完全消失,且G相显著减少。此外,热老化导致Ni、Mn、C在δ铁素体/奥氏体相界处发生偏聚,而对相界处Cr、Si、P元素的含量无明显影响。退火后相界处所有元素均无偏聚,但会导致Ni、Mn在靠近相界的奥氏体一侧发生富集。退火后308L不锈钢焊材的显微结构接近于未热老化状态,表明退火回复效果显著。

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12. Er对Mg-5Zn-xEr镁合金热裂敏感性的影响
刘耀鸿,王朝辉,刘轲,李淑波,杜文博
金属学报    2019, 55 (3): 389-398.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00399
摘要   HTML PDF (11584KB)  

采用优化的RDG (Rappaz-Drezet-Gremaud)热裂模型预测了Mg-5Zn-xEr (x=0.83、1.25、2.5、5,质量分数,%)三元多相合金的铸造热裂敏感性,并利用“约束杆”钢模铸造(CRC)实验评价了该合金的热裂敏感性。结果表明,优化的RDG热裂模型可准确地预测Mg-5Zn-xEr镁合金的热裂敏感性:随着Er含量的增加,合金的热裂敏感性呈先增加后降低的趋势,当Er含量为2.5%时合金的热裂敏感性最高,当Er含量为5.0%时合金的热裂敏感性最低,与实验结果相一致。对铸件凝固曲线、相组成、微观组织等进一步分析表明,当Er含量提高至2.5%时,合金凝固过程发生包晶反应生成I相的同时消耗了液相,并且扩大了合金的凝固温度区间,使合金的热裂敏感性上升;Er含量继续提高至5.0%时,合金在凝固过程中发生L→α-Mg+W的共晶反应,凝固温度区间减小,有利于凝固后期枝晶间裂纹的补缩,显著降低了合金的热裂敏感性。

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13. 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 (13286KB)  

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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14. 淬火配分贝氏体钢不同位置残余奥氏体C、Mn元素表征及其稳定性
田亚强,田耕,郑小平,陈连生,徐勇,张士宏
金属学报    2019, 55 (3): 332-340.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00270
摘要   HTML PDF (18645KB)  

采用部分奥氏体化-两相区保温-淬火-配分(IQ&PB)热处理工艺,借助SEM、TEM、XRD研究了淬火配分贝氏体钢组织形貌及残余奥氏体特征,利用EPMA、EBSD、纳米压痕等表征了不同位置残余奥氏体中合金元素的分布情况,结合室温拉伸应力-应变曲线,研究了C、Mn元素对不同位置残余奥氏体稳定性的影响及其相变规律。结果表明,淬火贝氏体钢室温组织中残余奥氏体以块状和薄膜状形态存在。在拉伸形变过程中,发生TRIP效应,残余奥氏体体积减小,相变优先发生在铁素体晶界,最后发生在贝氏体板条之间,C、Mn元素对残余奥氏体有稳定作用,使残余奥氏体不易发生相变。拉伸断口处应力集中,残余奥氏体完全转变为马氏体,距离断口2和4 mm处,残余奥氏体体积分数分别为3.12%和5.03%。薄膜状残余奥氏体比块状残余奥氏体稳定性更强,并且<111>γ晶向的残余奥氏体不稳定,容易向马氏体转变。

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15. Zn添加对预时效态Al-Mg-Si-Cu合金自然时效和烘烤硬化性的影响
朱上 李志辉 闫丽珍 李锡武 张永安 熊柏青
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00555
16. 成分梯度对激光沉积制造TC4/TC11连接界面组织和性能的影响
何波, 邢盟, 杨光, 邢飞, 刘祥宇
金属学报    2019, 55 (10): 1251-1259.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00496
摘要   HTML PDF (25223KB)  

通过对不同成分梯度激光沉积TC4/TC11钛合金试样沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口、室温耐磨性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。结果表明,当固溶时效热处理温度升高至970 ℃时,TC4/TC11钛合金显微组织中α板条的长宽比更小,其中球状α相和短棒状α相数目明显增多,且具有3层过渡区的显微组织更为均匀有序,过渡界面基本消失;不同成分梯度的固溶时效态试样的强度和塑性随着过渡层数的增加而增加;过渡层为1层和3层试样的摩擦系数曲线相似,过渡层为0层试样的摩擦系数较小,且不同成分梯度的固溶时效态试样磨损机理均主要为剥层磨损和黏着磨损;不同成分梯度试样的硬度排序为:沉积态<去应力退火态<固溶时效态。

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17. 含水条件下单晶Cu的应力松弛及弹性恢复
史俊勤,孙琨,方亮,许少锋
金属学报    2019, 55 (8): 1034-1040.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00041
摘要   HTML PDF (8286KB)  

采用分子动力学方法研究了不同含水条件下单晶Cu纳米压入过程中的应力松弛和弹性恢复行为。结果表明,恒定变形量下单晶Cu承受的应力减小,发生应力松弛现象,水膜存在时单晶Cu的应力松弛量大于无水情况。纳米压入过程中Cu原子间距随压入深度增加而快速减小,应力松弛阶段Cu原子间的最邻近距离未有明显变化,卸载初期Cu原子间距因变形区域弹性能及位错能的释放而迅速增大。含水条件下单晶Cu内部形成的位错明显多于无水情况,说明不可恢复性变形量因水膜的出现而加剧;卸载结束时部分变形得以释放,促进了部分位错消失,水膜的存在阻碍了弹性恢复和塑性变形的释放。

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18. 尺寸因素对2D轴对称模型计算不锈钢管焊接残余应力精度的影响
戴培元,胡兴,逯世杰,王义峰,邓德安
金属学报    2019, 55 (8): 1058-1066.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00567
摘要   HTML PDF (7704KB)  

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了尺寸因素对2D轴对称模型计算SUS316不锈钢管焊接残余应力精度的影响。基于通用有限元软件MSC. Marc,分别采用2D轴对称模型和3D模型计算了不同尺寸圆管对接接头的温度场和焊接残余应力分布,并将小尺寸管残余应力计算结果与实验测量结果进行了比较。结果表明,2D轴对称模型与3D模型计算结果整体吻合较好,但在靠近内表面的焊缝及近焊缝区域,焊接残余应力的幅值和拉压应力区域的大小存在一定差别,且差别随圆管尺寸的增加而增大。对于实际的工程应用,在不考虑始终端应力问题时,可以用2D轴对称模型代替3D模型计算环焊缝稳定区残余应力,从而节省大量计算时间。

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19. AZ31镁合金室温多道次压缩过程微观组织和织构演变的研究
邓丽萍,崔凯旋,汪炳叔,向红亮,李强
金属学报    2019, 55 (8): 976-986.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00050
摘要   HTML PDF (15871KB)  

对AZ31镁合金在室温进行多道次压缩变形,利用EBSD技术研究其微观组织和织构演变,分析孪晶在细化晶粒和调控织构方面发挥的作用。结果表明:多道次压缩过程中的组织和织构演变主要受{101ˉ2}拉伸孪生影响,道次应变量越大,织构变化越明显,每道次压缩后,利于拉伸孪生的晶粒取向发生孪生转到压缩轴附近,从而弱化初始基面织构,而退孪晶的发生则不利于细化晶粒和弱化织构。在多道次压缩过程中,孪生Schmid准则支配着变形中的{101ˉ2}孪晶变体的选择,从而控制织构的演变。残留的基体、预变形产生的孪晶与后续变形中产生的孪晶片层相互交叉,分割细化晶粒;道次变形量会影响多向变形过程每道次孪晶的激活量和孪晶片层的形貌,从而影响晶粒的细化程度。

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20. 高合金化GH4065镍基变形高温合金点状偏析研究
王资兴,黄烁,张北江,王磊,赵光普
金属学报    2019, 55 (3): 417-426.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00218
摘要   HTML PDF (32277KB)  

以真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼GH4065高合金化镍基变形高温合金棒材(直径280 mm)为对象,系统研究了该合金点状偏析的低倍组织、元素分布、第二相及晶粒形貌,分析了典型溶质元素对点状偏析行为的影响,探讨点状偏析的形成规律与机制及控制思路。结果表明,GH4065合金点状偏析主要源于枝晶间富Ti、Nb等元素的熔体密度较小冲破枝晶臂流动形成的通道偏析;锻造后生成较多的板条状η相、块状M3B2型硼化物与MC型碳化物。热力学相计算亦证实了点状偏析区较正常组织区域更容易生成η相、M3B2MC。热处理后,与正常组织区域相比,点状偏析中仍存在板条状η相,一次γ′相的尺寸和数量明显增加,二次γ′相尺寸和形貌基本相同但数量减少。分析发现,由于点状偏析区的成分变化使得γ′相回溶温度升高,导致锻造中粗大γ′相阻碍再结晶长大,点状偏析区晶粒尺寸小于正常组织区域。采取前道次冶炼精细化控制、释放电极残余应力、适度降低真空自耗重熔熔化速率、加强真空自耗重熔冷却等措施,可以有效降低点状偏析的形成倾向。

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21. N掺杂对磁控溅射Ta涂层微观结构与耐磨损性能的影响
杨莎莎,杨峰,陈明辉,牛云松,朱圣龙,王福会
金属学报    2019, 55 (3): 308-316.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00136
摘要   HTML PDF (17619KB)  

采用磁控溅射技术,以AISI304不锈钢为基体,通过在溅射过程中引入不同流量的N2,制备出不同程度N掺杂的Ta涂层,研究了少量N掺杂对Ta涂层微观结构、物相组成、力学及磨损性能的影响。结果表明,无N掺杂时,Ta涂层中的物相组成为α-Ta,晶粒粗大,(211)和(110)晶面竞争生长;N掺杂后涂层中的物相组成为TaN0.1,晶粒细小并呈(110)择优取向。少量N掺杂可以显著提高Ta涂层的硬度和弹性模量,并大幅度改善其抗磨损性能。涂层硬度和弹性模量的提高与晶粒细化、N原子固溶及涂层中存在的压应力有关。N掺杂后涂层的磨损机制由磨粒磨损向黏着磨损转变。

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22. X80钢焊接残余应力耦合接头组织不均匀下氢扩散的数值模拟
张体明, 赵卫民, 蒋伟, 王永霖, 杨敏
金属学报    2019, 55 (2): 258-266.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00060
摘要   HTML PDF (4999KB)  

采用ABAQUS软件建立了煤制气管线X80钢螺旋焊管三维模型,综合考虑焊接残余应力和组织不均匀性的影响,进行了焊接接头氢扩散的数值模拟。结果表明,残余应力和组织不均匀都会导致氢扩散的发生,氢浓度的分布规律与静水应力分布特征相似,即静水应力越高的区域,相应的氢浓度也较高,说明残余应力的影响大于组织不均匀性的影响。氢浓度最高的焊缝区比不考虑残余应力时提高了2.7倍,通过等效充氢压力下的慢应变速率拉伸实验发现,氢脆系数由不考虑残余应力时的18.56%上升至考虑残余应力所致氢富集条件下的32.53%,增加幅度达到75.27%。因此,残余应力是导致焊接接头氢富集进而影响氢脆失效的重要因素,采用数值模拟方法确定氢富集程度则是评估煤制气管线焊接接头安全性的重要基础。

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23. 基于磁畴结构交互作用的激光刻痕取向硅钢磁致伸缩系数计算
储双杰,杨勇杰,和正华,沙玉辉,左良
金属学报    2019, 55 (3): 362-368.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00242
摘要   HTML PDF (2380KB)  

基于取向硅钢磁畴结构与磁致伸缩系数的定量关系,综合考虑激光刻痕参数和取向偏差角对应力封闭畴与横向畴2种90°磁畴结构的影响,提出反映刻痕参数与取向偏差角交互作用的磁致伸缩系数计算模型。计算结果表明,取向偏差角的大小决定了激光刻痕条件下磁致伸缩行为是由横向畴还是应力封闭畴主导;激光刻痕产生的局部封闭畴与杂散磁场可降低取向偏差角引起的磁致伸缩系数。刻痕能量密度和刻痕线间距等参数对取向硅钢磁致伸缩系数影响的计算结果与实测结果相吻合,表明本工作所提模型可为降低激光刻痕取向硅钢的噪音提供理论基础。

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24. G20Mn5N铸钢件微细观孔洞三维特征及形态演化
闫华东,靳慧
金属学报    2019, 55 (3): 341-348.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00131
摘要   HTML PDF (9858KB)  

基于高分辨率X射线三维成像技术,研究G20Mn5N低合金铸钢件中的初始微细观孔洞,对气孔、气缩孔和缩孔3类孔洞的数量、大小及圆整度等参数进行统计分析。此外,研究分析了G20Mn5N低合金铸钢件内部微细观孔洞在单调拉伸载荷作用下的演化行为。结果表明,G20Mn5N低合金铸钢中气孔的数量最多、形状最规则、体积最小;缩孔的数量最少,但体积最大、形状最复杂;气缩孔的数量、形状复杂程度和大小均介于气孔和缩孔之间。拉伸载荷作用下,微细观孔洞演化机制包括原有孔洞体积的增长、新孔洞的产生以及孔洞之间的聚合。使用统计方法进一步分析了微细观孔洞的形核和增长规律,结果表明,考虑材料初始孔洞密度和形核应变的指数函数能精确地拟合孔洞形核行为,孔洞平均半径的大小和增长速率不仅受孔洞体积增长的影响,还与孔洞形核有关。

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25. 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 (32341KB)  

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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26. Ti-Al合金γ/α2界面结构及拉伸变形行为的分子动力学模拟
涂爱东, 滕春禹, 王皞, 徐东生, 傅耘, 任占勇, 杨锐
金属学报    2019, 55 (2): 291-298.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00182
摘要   HTML PDF (9199KB)  

采用分子动力学方法,通过考察共格和半共格界面,发现体系总能量随两相厚度比变化,得到2种界面相互转变的临界片层厚度;对不同片层厚度的Ti-Al合金进行垂直界面的拉伸加载,发现共格界面的屈服强度高于半共格界面,断裂行为随γα2相的厚度比变化。塑性变形首先发生在γ相一侧,形成Shockley偏位错,进而通过剪切传递方式穿过γ/α2界面,激活α2相的锥面层错;γ/α2界面为后续的位错和孪生提供形核点。

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27. 基于应变匹配的高性能金属纳米复合材料研究进展
崔立山, 姜大强
金属学报    2019, 55 (1): 45-58.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00457
摘要   HTML PDF (6414KB)  

纳米线具有超高强度及超大弹性应变,以其增强的复合材料被预期具有超常力学性能,然而,已有研究结果一直“令人失望”。其原因是纳米线的超常力学性能未能在复合材料中体现。基于对位错滑移型金属基体中的位错与纳米线界面交互作用是“失望”之源的猜想,提出采用点阵切变型金属的切应变与纳米线的弹性应变相匹配的设计概念,选择纳米线Nb/NiTi 记忆合金等体系,证实了纳米线(带、粒子)的超常力学性能得以在复合材料中体现,使复合材料具备超常力学性能成为现实。此外,还发现上述突破可引发复合材料呈现超常力学性能的新机制(大应力耦合效应等)。据此设计的Nb纳米线/NiTi 记忆合金复合材料兼具:弹性应变极限大于6%,弹性模量低于28 GPa,屈服强度高达1.65 GPa。

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28. 基于同步辐射X射线成像的选区激光熔化Ti-6Al-4V合金缺陷致疲劳行为
吴正凯, 吴圣川, 张杰, 宋哲, 胡雅楠, 康国政, 张海鸥
金属学报    2019, 55 (7): 811-820.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00408
摘要   HTML PDF (14834KB)  

基于自主研制的原位疲劳试验机和高分辨同步辐射X射线三维成像技术,采用Feret直径和极值统计方法定量表征选区激光熔化Ti-6Al-4V合金的缺陷特征尺寸、数量、位置及形貌,原位观测疲劳裂纹的萌生与扩展行为,通过辨识疲劳断口源区的缺陷特征,开展缺陷诱导的疲劳损伤评价研究,从而建立缺陷特征与疲劳寿命之间的关系。分析表明,缺陷主要为未熔合和气孔,等效直径小于50 μm的频率为90%,球度分布于0.4~0.65之间;在不考虑表面粗糙度的情况下,疲劳裂纹优先在试样表面或近表面缺陷处萌生,呈现出典型的半椭圆形貌;同时缺陷特征尺寸越大,疲劳寿命越低。研究结果为增材高性能部件的疲劳性能及寿命评估提供了重要的理论参考。

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29. 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 (19176KB)  

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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30. 交叉轧制周期对高纯Ta板变形及再结晶梯度的影响
祝佳林,刘施峰,曹宇,柳亚辉,邓超,刘庆
金属学报    2019, 55 (8): 1019-1033.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00470
摘要   HTML PDF (28078KB)  

采用新的轧制工艺即135°交叉轧制,获得1周期和2周期Ta板。结合XRD、EBSD、显微硬度及TEM等技术,系统研究了1和2周期Ta板不同厚度层晶粒的变形及再结晶行为。结果表明,2周期Ta板沿厚度方向形成了均匀的θ-fiber和γ-fiber混合型织构。此外,2周期Ta板不同厚度层中{111}与{100}晶粒内的储存能分布也更为均匀。通过EBSD和TEM对变形Ta板的微结构进行表征发现,1周期中心层{111}晶粒内出现了许多相互平行的微带及微剪切带,而2周期表面与中心层晶粒发生相对均匀的变形且亚组织呈胞块状。这主要是因为交叉轧制周期的增加显著地提高了位错交互、湮灭和重排的几率,有利于改善晶粒内部组织的均匀性。因此,2周期Ta板退火时表面和中心层再结晶动力学基本保持一致。

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