ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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1. 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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2. 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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3. 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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4. 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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5. 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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6. 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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7. 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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8. 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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9. 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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10. 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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11. 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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12. GH984G合金在700 ℃水蒸气中的氧化行为
王常帅,郭莉莉,唐丽英,周荣灿,郭建亭,周兰章
金属学报    2019, 55 (7): 893-901.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00440
摘要   HTML PDF (18649KB)  

从氧化动力学、氧化层相组成及微观结构角度,研究了700 ℃超超临界电站用Ni-Fe-Cr基合金GH984G在700 ℃水蒸气中的氧化行为。结果表明:氧化行为符合抛物线规律,氧化过程受扩散控制,稳态增重速率约为8×10-4 g/(m2·h),为完全抗氧化级。氧化过程中首先在基体表面形成Cr2O3外氧化层,随后形成根状Al2O3内氧化层并在Cr2O3外氧化层表面形成少量粒状TiO2,最终形成外层Cr2O3、内层Al2O3的双层结构,长达2000 h蒸汽氧化过程中无其它氧化物形成且氧化层具有优异的稳定性。氧化初期氧化层表面Cr2O3为针片状,随后针片状Cr2O3发生团聚转变为胞状Cr2O3,进一步延长氧化时间胞状Cr2O3发生连接,转变为连续、致密的Cr2O3外氧化层。连续、致密且稳定的Cr2O3外氧化层和根状Al2O3内氧化层的氧化层结构使GH984G合金在700 ℃蒸汽条件下具有较低氧化速率和优异抗氧化性。

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13. Mo元素及热处理对Ni2CrFeMox高熵合金在NaCl溶液中耐蚀性能的影响
魏琳,王志军,吴庆峰,尚旭亮,李俊杰,王锦程
金属学报    2019, 55 (7): 840-848.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00558
摘要   HTML PDF (15275KB)  

利用循环极化曲线、激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)、 SEM和 XPS等测试方法研究了Mo元素及热处理对Ni2CrFeMox高熵合金在3.5%NaCl (质量分数)溶液中耐蚀性能的影响。结果表明,铸态Ni2CrFeMox高熵合金的耐蚀性能明显高于316L不锈钢,其中Ni2CrFeMo0.2合金具有最小的维钝电流密度和腐蚀电流密度,耐蚀性能最好。过量Mo元素导致合金中析出σ相,发生电偶腐蚀,降低合金的耐蚀性能。固溶处理后,σ相的溶解及元素分布的均匀化减弱了电偶腐蚀的发生,耐蚀性能明显提高。

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14. 钛合金薄壁件选区激光熔化应力演变数值模拟研究
柯林达 殷杰 朱海红 彭刚勇 孙京丽 陈昌棚 王国庆 李中权 曾晓雁
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00198
15. X80钢焊接接头在模拟天然气凝析液中的腐蚀行为
陈芳 李亚东 杨剑 唐晓 李焰
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00237
16. 超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命关系的研究
孙飞龙 耿克 俞峰 罗海文
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00337
17. 金刚石工具用Cu-10Sn-xNi合金的制备和性能表征
刘震鹏 闫志巧 陈峰 王顺成 龙莹 吴益雄
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00282
18. 考虑塑性和相变耦合效应的NiTiNb记忆合金管接头装配性能模拟
陈翔 陈伟 赵洋 禄盛 金晓清 彭向和
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00197
19. 取向偏差对镍基单晶高温合金钎焊接头组织与性能的影响
赵旭 侯星宇 张洪宇 孙元 周亦胄 丁雨田
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00258
20. Nb对Fe22Cr5Al3Mo合金显微组织和耐腐蚀性能的影响
钱月 孙蓉蓉 张文怀 姚美意 张金龙 周邦新 仇云龙 杨健 成国光 董建新
金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00276
21. Ni-Mn-Ga-Ti铁磁形状记忆合金的相稳定性和磁性能的第一性原理计算
白静, 石少锋, 王锦龙, 王帅, 赵骧
金属学报    2019, 55 (3): 369-375.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00102
摘要   HTML PDF (1858KB)  

通过第一性原理计算系统地研究了掺杂Ti含量对Ni8Mn4-xGa4Tix (x为单胞中掺杂Ti原子的个数,x=0、0.5、1、1.5和2)铁磁形状记忆合金相稳定性和磁性能的影响。根据能量最低原理,掺杂的Ti组元优先占据Ni2MnGa合金中的Mn阵点。随着Ti含量的增加,顺磁奥氏体与铁磁奥氏体相的总能之差减小,从本质上导致了实验观察到的合金Curie温度(TC)的降低。随着Ti含量的逐渐增加,Fermi面以下自旋向上总电子态密度逐渐降低,而自旋向下的部分几乎不变,导致自旋向上与自旋向下的电子数之差减小,这是Ti含量增加而合金总磁矩降低的本质原因。本工作的计算结果对指导实验中的成分设计和开发新型磁控形状记忆合金具有重要意义。

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22. 原位反应浸渗法制备(B4C+Ti)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    2019, 55 (1): 141-148.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00108
摘要   HTML PDF (6815KB)  

针对B4C/Mg体系润湿性较差导致复合效率低下的问题,加入高熔点、不互熔金属Ti颗粒来改善该体系的润湿性,并成功利用原位反应浸渗法实现(B4C+Ti)/Mg和(B4C+Ti)/AZ91D复合材料的高效、低成本制备。对制备的(B4C+Ti)/Mg和(B4C+Ti)/AZ91D复合材料的微观组织、生成物相以及室温和高温阻尼性能进行了分析与表征。结果表明,制备温度对复合材料的微观组织和生成物相有较大的影响;随着制备温度的升高,原始颗粒之间的原位反应程度逐渐趋于完全,(B4C+Ti)/AZ91D复合材料的微观组织逐渐由颗粒增强结构转变为网络互穿结构。(B4C+Ti)/Mg和(B4C+Ti)/AZ91D复合材料的室温和高温阻尼性能分别随着应变振幅和温度的升高而增强,主要作用机制为位错阻尼和界面阻尼机制。

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23. 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    2019, 55 (1): 101-108.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00160
摘要   HTML PDF (2315KB)  

具有精细分级结构的金属纳米复合材料耦合了多组分和结构功能化的综合优势,展现出优良的光学及催化性能,这对于材料结构功能的一体化设计及其在环境能源等领域的应用有着重要意义。本文以蝶翅模板为例,系统介绍了精细分级结构金属纳米复合材料的制备、性能和应用探索研究,并对该领域的未来发展进行展望。

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24. 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 (6254KB)  

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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25. 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    2019, 55 (1): 149-159.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00220
摘要   HTML PDF (10833KB)  

为获得高质量、疲劳性能优异的SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头,对3 mm厚的T6态SiCp/6092Al复合材料轧制板材分别在50 mm/min的低焊速和800 mm/min的高焊速下进行搅拌摩擦焊接,转速恒为1000 r/min,研究焊速对接头的组织演变及拉伸性能、高周疲劳性能的影响。结果表明,高焊速接头表面“鱼鳞纹”较明显,且横截面方向的焊核区形貌与低焊速接头具有一定差异。焊速增加显著提高了FSW接头的硬度和拉伸强度,而对于未打磨表面的接头却未能提高接头的疲劳极限,低焊速下接头的高周疲劳极限为150 MPa,高焊速下接头的高周疲劳极限降为140 MPa。不同循环应力加载下,试样表现出不同的断裂方式。高应力下,低焊速接头由表面“鱼鳞纹”凹痕引起疲劳断裂,而高焊速接头是由焊核区底部的涡旋区流动不充分引起断裂。在低应力下,未打磨试样均由接头表面“鱼鳞纹”凹痕引起疲劳断裂,三维表面形貌显示高焊速接头表面粗糙度较大是造成疲劳极限较低的原因。与未打磨试样相比,经过打磨抛光后的接头光滑表面试样的疲劳极限提高了40~65 MPa,且高焊速下的光滑试样表现出更高的疲劳极限(205 MPa),光滑表面接头在疲劳测试时均在最低硬度区及其附近区域发生断裂。

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26. 原位生成铁基复合材料中TiB2的三维形貌重构
王宝刚, 易红亮, 王国栋, 骆智超, 黄明欣
金属学报    2019, 55 (1): 133-140.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00297
摘要   HTML PDF (6033KB)  

采用腐蚀法和计算机辅助设计(Creo Parametric)技术重构了原位生成Fe-TiB2复合材料中增强相TiB2在铁素体基体中的三维形貌,利用OM和SEM对增强相TiB2的二维形貌和三维形貌进行比对分析,并结合压缩实验重新诠释了该材料的断裂机理。结果表明:单晶TiB2初生相为六边形端面的八面体棱柱结构,多由2个或多个尺寸不一的单晶棱柱交错贯穿组成,其空间位置杂乱无章;共晶相TiB2由瓣状/细柱状相和枝晶状相组成。Fe-TiB2复合材料在承受载荷时,瓣状/细柱状和枝晶状共晶相相较于初生相TiB2更容易发生脆断,成为材料断裂失效的主要诱因。二维微观组织观察到的小颗粒TiB2相在实际空间中并不存在,通过控制凝固过程获得真正三维空间上的小颗粒TiB2相对该复合材料的性能至关重要。

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27. 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    2019, 55 (3): 399-409.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00327
摘要   HTML PDF (9854KB)  

通过向Al-Bi难混溶合金中添加稀土生成CeBi2颗粒,在液淬和自然冷却2种冷却方式下研究固态颗粒对液-液相分离的作用。固态颗粒成为富Bi液滴的形核质点,提高了形核率,促进液滴尺寸细化和弥散分布,进而提高了合金耐磨性能。通过分散粒子法对富Bi液滴的运动、生长和凝并行为进行模拟分析,发现Stokes运动是富Bi液滴宏观偏析的主要成因,熔体自然对流对液滴分布也有一定影响。添加Ce增加了凝固各时间段的富Bi液滴数量,细化液滴尺寸,使液滴运动速度降低。与较快出现宏观偏析的Al-Bi合金相比,Al-Bi-Ce合金中虽然有同样的粗化和偏析趋势,但进行速度相对较慢,宏观偏析较轻。液滴在凝并后期出现了尺寸的多峰分布,峰值随液滴尺寸增加由高向低排列。数值模拟结果与实验统计结果体现了较好的一致性。

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28. 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    2019, 55 (2): 181-190.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00187
摘要   HTML PDF (6361KB)  

将低牌号无取向电工钢的原始铸坯采用不同的工艺轧制得到5组样品,在H2气氛下进行相变退火处理,使其发生αγα相变,采用EBSD、XRD和磁性能测量技术确定了不同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。结果表明,与常规再结晶退火处理相比,相变退火处理可显著粗化晶粒降低成品板铁损;相变过程中存在织构遗传现象,相比于热轧-冷轧工艺,直接冷轧工艺相变退火后更有利于获得{100}织构,并显著改善成品板的磁性能;低温热轧比高温热轧能保留更多的{100}取向晶粒,相变退火后成品板中的非{111}取向晶粒增多,并提高了成品板的磁性能;此外,工业板中P和Al元素的偏聚或氧化对相变退火后成品板的组织、织构与磁性能有不利影响。

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29. 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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30. 高温合金涡轮叶片定向凝固过程数值模拟研究进展
许庆彦,杨聪,闫学伟,柳百成
金属学报    2019, 55 (9): 1175-1184.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00126
摘要   HTML PDF (16856KB)  

高温合金涡轮叶片被广泛应用于航空发动机与燃气轮机,数值模拟技术能优化和改进涡轮叶片定向凝固工艺,提高成品率。本文总结了国内外高温合金涡轮叶片定向凝固过程宏、微观数值模拟模型,介绍了其发展趋势。对高速凝固(HRS)和液态金属冷却(LMC) 2种工艺下高温合金叶片宏观温度场、介观晶粒组织与微观枝晶组织做了模拟仿真,对比分析了2种定向凝固工艺下的传热过程和微观组织演化规律。介绍了变抽拉速率工艺在高温合金定向凝固中的应用,以实际叶片作为算例,对比了常抽拉速率与优化的变抽拉速率对涡轮叶片温度场、晶粒组织的影响。结果表明,优化的变抽拉速率工艺能够改变上凸或者下凹的糊状区形状,得到平直的糊状区与平行的晶粒组织,有利于提升叶片高温力学性能。

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