ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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1. 两阶段轧制变形过程中高强铝合金析出相与晶粒结构演变及其对性能的影响*
左锦荣,侯陇刚,史金涛,崔华,庄林忠,张济山
金属学报    2016, 52 (9): 1105-1114.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00645
摘要   HTML PDF (1896KB)  

与7055铝合金的传统热轧(CHR)对比, 制定了新的两阶段热轧工艺(DHR), 分别采用CHR和DHR对7055铝合金板材进行轧制, 研究了DHR工艺对7055铝合金析出相和亚结构的影响, 分析了DHR和CHR处理后合金组织、力学性能的差异. 结果表明: 增加预变形量可提高析出相的球化程度(改变析出相形貌)但不影响其面积分数; 中间高温短时退火可形成大量有序排布的亚结构; 后续进一步热轧过程中, 仍存在的大量球形析出相钉扎位错和亚晶界, 且随累积应变增大, 小角晶界逐渐转变成大角晶界而使晶粒细化. 采用最佳的形变热处理工艺(固溶+预变形(300 ℃, 20%)+中间退火(430 ℃, 5 min)+热变形(400 ℃, 60%))可在保证高强度的同时使7055铝合金板材断后延伸率比CHR工艺提高约25%.

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2. Mg96.17Zn3.15Y0.5Zr0.18合金高压下固溶处理时效硬化研究*
樊志斌, 林小娉, 董允, 叶杰, 李婵, 李博
金属学报    2016, 52 (12): 1491-1496.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00098
摘要   HTML PDF (2566KB)  

在4 GPa 高压下对Mg96.17Zn3.15Y0.5Zr0.18合金进行600~800 ℃固溶处理, 之后在200 ℃进行等温时效处理. 利用TEM, HRTEM, SEM, XRD等分析方法研究了高压固溶及随后时效处理后合金的显微组织, 并测试了4 GPa高压下固溶处理后合金的时效硬化曲线. 结果表明, 在4 GPa高压下固溶能大幅提高 Zn 在Mg基体中的溶解度, Zn的溶解度由常压下400 ℃固溶后的2.11% (质量分数,下同) 提高到4 GPa高压下700~800 ℃固溶后的约6.60%, 获得了过饱和α-Mg 固溶体. 在随后的200 ℃温时效过程中, 高压固溶合金在较短的时间内即可获得较高的近峰值硬度, 4 GPa下800 ℃固溶的合金近峰值时效硬度高达105 HV, 比400 ℃固溶处理合金近峰时效硬度(81 HV)提高了约30%. HRTEM观察表明, 4 GPa高压下固溶合金时效沉淀析出相具有很高的析出密度, 且析出相中含有粒状准晶I-Mg3Zn6Y相.

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3. Q-P-T处理贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂特性研究*
桂晓露,张宝祥,高古辉,赵平,白秉哲,翁宇庆
金属学报    2016, 52 (9): 1036-1044.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00660
摘要   HTML PDF (1800KB)  

对20Mn2SiCrNiMo贝氏体/马氏体复相高强钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理, 并采用紧凑拉伸试样进行疲劳实验. 结果表明, Q-P-T工艺参数对贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性具有显著影响, 经过合理的Q-P-T工艺处理的贝氏体/马氏体复相高强钢具有较高的疲劳门槛值(ΔKth=13.2 MPam1/2)及较低的裂纹扩展速率. 显微组织及裂纹扩展路径观察显示, Q-P-T处理的贝氏体/马氏体复相高强钢的显微组织包括贝氏体、马氏体和残余奥氏体薄膜, 其中“柳叶状”贝氏体及纳米级残余奥氏体薄膜可以阻碍裂纹扩展, 迫使裂纹转折、分叉或“间断”, 这是贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂性能改善的主要因素.

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4. 多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应*
田家龙,李永灿,王威,严伟,单以银,姜周华,杨柯
金属学报    2016, 52 (12): 1517-1526.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00234
摘要   HTML PDF (8366KB)  

采用高分辨透射电镜(HRTEM)和原子探针层析技术(APT)等分析手段研究了一种多相强化型马氏体时效不锈钢时效过程中的元素偏聚特征及其与材料力学和耐蚀性能的关系. 结果表明, 马氏体时效不锈钢在时效过程中析出3种强化相: 富Mo的R′相、Ni3Ti金属间化合物η相和富Cr的α′相. 其中R′相与η相一起形成核壳状结构, α′相则单独弥散分布于基体中. 时效时间延长至40 h后, 主要强化相η相的成分、数量密度和等效半径基本稳定, 同时马氏体时效不锈钢的强度不再发生明显的变化, 这种优异的抗过时效能力是由于核壳状结构的形成. 腐蚀实验结果表明, 由于富Cr的α′相的析出, 导致贫Cr区的形成, 进而降低了马氏体时效不锈钢的耐蚀性能.

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5. Zr-Ce-Co-Cu难混溶合金的液-液相分离和双非晶相形成*
王中原,何杰,杨柏俊,江鸿翔,赵九洲,王同敏,郝红日
金属学报    2016, 52 (11): 1379-1387.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00056
摘要   HTML PDF (1386KB)  

在Zr-Ce二元稳态难混溶合金的基础上添加Co-Cu二元亚稳态难混溶合金, 设计了四元(ZraCeb)(1-x)(CocCud)x复合难混溶合金. 通过热力学计算了Cu和Co在两分离液相中的分配系数, 并利用OM, SEM, EDS, XRD和DTA等方法研究了相形成和组织演变的机制. 结果表明, 单一均匀的(ZraCeb)(1-x)(CocCud)x合金熔体在凝固过程中发生液相分离, Co和Cu元素分别分布在富Zr和富Ce液相中, 最终形成富Zr-Co和富Ce-Cu两液相. 在快速凝固条件下, 四元合金液-液分离形成的富Zr-Co和富Ce-Cu两液相分别发生玻璃转变, 形成锆基和铈基两非晶相. 实验研究与热力学分析相结合, 揭示了Co与Cu原子比例和Co-Cu合金添加量以及冷却速率对双非晶相形成的影响, 探索了由难混溶合金制备相分离非晶合金的方法. 当Co与Cu原子比及添加量分别为4∶1和38.5%时, 在熔体旋甩快速冷却条件下可以获得双相非晶合金.

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6. 超细晶Cu-Cr-Zr合金的高温拉伸性能及断裂机制*
王庆娟,周晓,梁博,周滢
金属学报    2016, 52 (11): 1477-1483.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00073
摘要   HTML PDF (1331KB)  

研究了2种变形处理方式下的超细晶Cu-Cr-Zr合金从室温到600 ℃的拉伸性能、断口微观组织特征及其断裂机制. 结果表明: 经4道次等径弯曲通道挤压(ECAP)+时效+4道次ECAP变形处理的合金(No.1试样)的抗拉强度随拉伸温度的升高而降低, 室温时, 合金抗拉强度为577.17 MPa, 延伸率为14.6%; 在300 ℃开始发生动态再结晶软化, 抗拉强度迅速减小, 到600 ℃时抗拉强度仅为59.12 MPa. 经过8道次ECAP+时效变形处理的合金(No.2试样), 室温抗拉强度为636.71 MPa, 延伸率为12.1%; 从400 ℃开始析出相对晶界的钉扎作用开始逐渐减弱, 抗拉强度大幅降低, 600 ℃时的抗拉强度为65.20 MPa. No.2试样比No.1试样具有更好的室温性能和热稳定性. 2种方式处理下合金延伸率随拉伸温度的升高而升高, 在高温下都表现出超塑性. 高温拉伸断口微观形貌为大量密集、深入的韧窝, 其高温断裂机制为微孔聚集的韧性断裂.

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7. 固态补缩机制及其在大高径比铸件上的应用*
陈龙飞,栾义坤,李殿中,李依依
金属学报    2016, 52 (12): 1510-1516.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00075
摘要   HTML PDF (2750KB)  

鉴于液态补缩机制不能解决大高径比铸件中心缩孔疏松缺陷, 提出了固态补缩机制. 通过分析金属液静水拉力对内孔形核和固相屈服变形的作用, 阐明了固态补缩机制的原理, 并得出了影响铸件固态补缩能力的主要因素: 液体破裂压力值、金属液气体含量以及固相屈服强度. 在此基础上, 提出了降低铸件在径向上的温度梯度是减少大高径比铸件缩孔疏松缺陷的有效方法. 最后, 设计了铸件在不同模具温度下凝固的验证实验, 证实了固态补缩对于减少大高径比铸件缩孔疏松的作用.

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8. 常化处理对薄规格取向硅钢织构的影响*
何承绪,杨富尧,严国春,孟利,马光,陈新,毛卫民
金属学报    2016, 52 (9): 1063-1069.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00554
摘要   HTML PDF (1256KB)  

利用EBSD和XRD技术对比分析了常化和不常化2种工艺对薄规格取向硅钢组织及织构的影响. 结果表明, 2种工艺条件下的初次再结晶和二次再结晶织构存在着明显的差异. 经过常化处理的样品初次再结晶组织中{411}<148>和{111}<112>织构组分比不常化样品的低, 但Goss织构组分比不常化样品的高; 常化处理的样品二次再结晶织构多为锋锐的Goss织构, 磁性能优异, 而不常化处理的样品二次再结晶织构多为Brass织构和偏Goss织构. 此外, 经过常化处理样品的初次再结晶组织中Goss取向晶粒周围分布的20°~45°大角度晶界所占比例高于不常化处理样品. 2种样品初次再结晶后的平均晶粒尺寸差别并不明显, 均为20 μm, 而且整体晶粒尺寸分布也相近. 常化处理对最终磁性能有决定性影响, 主要体现在提高冷轧前Goss取向“种子”的比例以及优化再结晶组织中Goss取向晶粒周围的织构环境.

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9. 9Cr-ODS钢中纳米析出相的SAXS和TEM研究*
谢锐,吕铮,卢晨阳,李正元,丁学勇,刘春明
金属学报    2016, 52 (9): 1053-1062.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00164
摘要   HTML PDF (1557KB)  

对球磨不同时间的雾化合金粉采用热等静压烧结方法制备9Cr-ODS钢. 利用高能同步辐射小角X射线散射(SAXS), 配合高分辨透射电镜(HRTEM), 高角环形暗场(HAADF)像和电子背散射衍射(EBSD)研究了不同球磨时间合金粉制备的9Cr-ODS钢中纳米析出相的特征及其对组织和性能的影响. SAXS和TEM实验结果表明, 9Cr-ODS钢中富Y-Ti-O纳米团簇的尺寸随着球磨时间的延长不断下降, 分布密度峰值逐渐升高, 球磨20 h样品中富Y-Ti-O纳米团簇的分布密度峰值达到2.93×1023 m-3; 烧绿石结构Y2Ti2O7相的分布密度峰值在球磨8 h样品中最高(1.03×1022 m-3); 少量大尺寸富Ti, Al和O的析出相的分布密度随着球磨时间延长而增加, 出现核壳结构. 晶粒尺寸随着球磨时间的延长而细化, 屈服强度随着球磨时间的延长而升高. 富Y-Ti-O纳米析出相对材料强度的贡献占主导地位.

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10. Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金的制备及电子束焊接*
吴杰,徐磊,卢正冠,崔玉友,杨锐
金属学报    2016, 52 (9): 1070-1078.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00019
摘要   HTML PDF (1137KB)  

采用预合金粉末热等静压工艺制备了Ti-22Al-24Nb-0.5Mo (原子分数, %)粉末合金, 对Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金环坯和板坯进行电子束焊接. 采用OM, SEM, EPMA和X射线三维成像技术对焊接接头的微观组织进行表征, 研究了焊后热处理对焊接接头显微硬度、拉伸性能和持久性能的影响. 结果表明, 热等静压温度显著影响Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金的孔隙分布. 在1030 oC热等静压成型的粉末环坯经980 oC, 2 h, 真空炉冷热处理后表现出较好的可焊性. 焊接接头熔合区、热影响区和母材的化学成分均匀, 虽然显微组织差异明显, 但是显微硬度无明显区别. 拉伸及持久性能测试试样皆断裂于熔合区. 焊接接头熔合区存在大量的显微孔隙是焊接接头发生断裂的失效机制. 焊后热处理可以减少焊缝处的显微孔隙数量, 从而提高焊接接头塑性及高温持久寿命.

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11. 7050铝合金淬火敏感性研究和微观组织分析*
吴书舟,易幼平,黄始全,李俊,李晨
金属学报    2016, 52 (12): 1503-1509.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00050
摘要   HTML PDF (4956KB)  

通过分级淬火方法测定了7050铝合金的TTT曲线, 采用TEM和JMA方程等分析手段研究了固溶、等温淬火和时效过程中微观组织的演变规律及其动力学特性. 结果表明, 合金TTT曲线的鼻尖温度在330 ℃附近, 淬火敏感区间为300~380 ℃, 高温区(400~450 ℃)淬火敏感性低于低温区(210~270 ℃); 等温保温过程中过饱和固溶体主要析出以Al3Zr粒子为形核核心的片层状η平衡相及少量针状S相, 随保温时间延长析出相体积分数快速增加, 同时在晶界排列变得连续而粗化、无沉淀析出带(PFZ)宽化, 在远离鼻尖的温度下保温合金析出速率减慢, 在晶界排布连续化和粗化程度降低; JMA方程中反映析出相形态的常数n在0.50~0.65的范围内, 析出相特征以片层状相为主、针状相为辅.

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12. 激光选区熔化成形K4202镍基铸造高温合金的组织和性能*
黄文普,喻寒琛,殷杰,王泽敏,曾晓雁
金属学报    2016, 52 (9): 1089-1095.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00655
摘要   HTML PDF (1355KB)  

针对激光选区熔化(selective laser melting, SLM)制造K4202合金复杂金属零件在航空航天等领域的应用需求, 以K4202合金粉末为材料, 研究了该合金的SLM成形工艺、成形态和热处理后的显微组织和力学性能. 结果表明, K4202合金SLM成形试样显微组织由树枝晶和等轴晶构成, 树枝晶生长方向多与熔池边界近似垂直. 固溶+时效处理后, 由于再结晶的发生, SLM成形所形成的树枝晶结构完全消失, 同时晶界和晶内有金属碳化物析出. 时效处理后的组织与SLM成形态相比, 变化并不明显, 其树枝晶结构保存较完整, 晶界处同样有碳化物析出. SLM成形试样的拉伸性能优于传统铸造方法, 通过固溶+时效处理和时效处理, 试样的屈服强度、抗拉强度均提升显著, 但塑性下降明显, 其中时效处理后的拉伸强度最高.

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13. 交流电和微生物共同作用下Q235钢的腐蚀行为*
卿永长,杨志炜,鲜俊,许进,闫茂成,吴堂清,于长坤,于利宝,孙成
金属学报    2016, 52 (9): 1142-1152.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00030
摘要   HTML PDF (1531KB)  

采用微生物分析方法研究了交流电(均方根电流密度50 A/m2, 频率50 Hz)对土壤浸出液中硫酸盐还原菌(sulfate reducing bacteria, SRB)的生理影响; 通过开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了交流电和微生物共同作用对Q235钢的电化学行为的影响; 利用SEM观测了试样表面腐蚀产物和腐蚀微观形貌. 结果表明, 均方根电流密度为50 A/m2, 频率为50 Hz的正弦交流电对SRB的生理未造成很大影响, 但交流电的交变电场降低了微生物膜的吸附性, 促进了微生物膜的脱附. 实验前期, 活性生物膜抑制金属腐蚀, 实验后期, 微生物代谢产物促进金属腐蚀. 金属在交流电作用下, 由于整流效应、交变电场作用以及点蚀的自催化效应等, 腐蚀速率加快, 腐蚀产物疏松.

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14. TiAl预合金粉末热等静压致密化机理及热处理对微观组织的影响*
王刚,徐磊,崔玉友,杨锐
金属学报    2016, 52 (9): 1079-1088.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00555
摘要   HTML PDF (2019KB)  

采用感应熔炼气体雾化法(EIGA)制备了Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B (原子分数, %, 下同)和Ti-45Al-8Nb-0.2Si-0.3B 2种TiAl预合金粉末, 应用SEM, OM和DSC对预合金粉末进行表征. 对TiAl预合金粉末进行热等静压致密化处理, 随后对致密化所得TiAl合金进行热处理, 研究了不同时效温度和冷却速率对TiAl合金微观组织的影响. 结果表明, 预合金粉末的冷却速率在105~106 K/s之间, 随着冷却速率的增加, 预合金粉末雾化过程中出现βα'的马氏体转变. DSC曲线表明, 升温过程中在700~800 ℃之间发生亚稳α2相→γ相的转变. 在热等静压过程中, 预合金粉末初始阶段随机堆积, 通过粉末颗粒流动、转动和重排实现致密度的提高. 随着温度升高α2相转变为γ相; 温度进一步升高, 粉末颗粒发生显著塑性变形, 颗粒间形成烧结颈. 随着保温时间的延长, 粉末间孔隙主要通过表面扩散、体积扩散和扩散蠕变连接方式完成闭合. Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B预合金粉末热等静压致密化后, 其微观组织主要为细小等轴的γ相组织, 以及少量的α2相和β相. Ti-45Al-8Nb-0.2Si-0.3B预合金粉末热等静压致密化后, 其微观组织主要为细小等轴的γ相组织, 以及少量的α2相和弥散分布的硅化物ξ-Nb5Si3. 时效温度不同, 等轴γ相、等轴α2相和α2/γ片层之间面积分数发生变化, 其变化规律主要取决于各相的Gibbs自由能变化. 冷却速率对Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B和Ti-45Al-8Nb-0.2Si-0.3B合金连续冷却相变有较大的影响. 对于 Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B 合金, 水冷主要形成等轴α2相, 油冷、空冷和炉冷都形成全片层组织. 对于Ti-45Al-8Nb-0.2Si-0.3B合金, 水冷形成α2相和γm相, 油冷和空冷形成羽毛状、Widmanst?tten片层和α2/γ片层混合组织, 炉冷形成全片层组织. 对比2种TiAl合金连续冷却曲线可知, Nb元素的增加使得连续冷却曲线向无扩散型转变方向发展.

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15. Ti/Al异种合金接头原位拉伸应变场及断裂行为的研究*
许志武,马志鹏,闫久春,张誉喾,张旭昀
金属学报    2016, 52 (11): 1403-1412.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00103
摘要   HTML PDF (1387KB)  

采用Zn-Al钎料超声辅助钎焊连接了钛合金与铝合金, 利用OM, SEM, EDS和TEM分析了钎焊接头的微观组织. 利用数字图像相关(DIC)方法分析了Ti/Al钎焊接头在原位拉伸过程中应变变化及裂纹扩展情况. 结果表明, 在钛合金/钎缝界面上有2种化合物, 分别为Ti7Al5Si12和TiAl3, 而在铝合金/钎缝界面上存在一层Zn-Al扩散层, 钎缝组织由富Zn相和Zn-Al共析组织构成. 原位拉伸过程中, 钎焊接头整体应变较低, 局部高应变区呈条纹状形态分布, 接头没有发生明显屈服过程, 只有弹性变形和塑性变形阶段. 在应变相对较大的富Zn相内部产生最大应力且出现裂纹, 裂纹曲析扩展最后呈锯齿状断裂.

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16. Cu的析出及其对FeCrMoCu合金阻尼性能和力学性能的影响
胡小锋,杜瑜宾,闫德胜,戎利建
金属学报    2017, 53 (5): 601-608.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00504
摘要   HTML PDF (3220KB)  

采用扫描透射电镜(STEM)和动态机械分析仪(DMA)研究了FeCrMoCu合金(Cu添加量为1.0%和2.0%,质量分数)在不同冷速条件下Cu的析出行为及其对阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:1.0Cu合金中Cu主要以过饱和的形式固溶在基体,当冷速较慢(炉冷)时会析出少量的富Cu相,该相尺寸较小(<5 nm),Cu含量较低(3.7%);Cu增加到2.0%后,随着冷速的下降(从水冷到空冷,最后到炉冷),合金中先析出数量较少、尺寸较小的富Cu相,随后析出数量较多、尺寸稍大的球状第二相(10~15 nm),最后析出相粗化成圆棒状(100~400 nm)但数量显著减少,后2种析出相的Cu含量明显增加(30%~40%)。含Cu第二相的析出,明显增加合金平均内应力,使合金的阻尼性能显著下降,因此有第二相析出的2.0Cu合金阻尼性能明显低于1.0Cu合金。与此同时,合金的强度随着富Cu相的析出而明显提高,其中尺寸较小的富Cu相析出强化效果较好,且对塑韧性的影响相对较小。含1.0%Cu的FeCrMoCu合金可以同时获得较好的阻尼性能和力学性能。

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17. 轧后超快冷及亚温淬火对5%Ni钢微观组织与低温韧性的影响机理
王猛, 刘振宇, 李成刚
金属学报    2017, 53 (8): 947-956.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00474
摘要   HTML PDF (1977KB)  

采用“控制轧制、轧后超快冷、亚温淬火+回火(UFC-LT)”工艺制备了5%Ni钢,系统研究了这一工艺条件下5%Ni钢的微观组织与力学性能,并与常规调质工艺(QT)和离线淬火、亚温淬火加回火工艺(QLT)进行了对比。结果表明,经UFC-LT工艺处理后,5%Ni钢的显微组织由回火马氏体、临界铁素体和5.83%的逆转奥氏体组成,并可以获得优于QT和QLT工艺的强韧性匹配(抗拉强度为608 MPa,屈服强度为491 MPa,-196 ℃时Charpy冲击功为185 J),韧脆转变温度由QT工艺的-152 ℃下降到-196 ℃以下。与QT工艺相比,UFC-LT工艺改善韧性的因素主要有渗碳体的溶解、高密度的大角度晶界及5.83%的逆转奥氏体。

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18. AlSi10Mg的激光选区熔化成形研究
张文奇, 朱海红, 胡志恒, 曾晓雁
金属学报    2017, 53 (8): 918-926.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00472
摘要   HTML PDF (1488KB)  

利用激光选区熔化(selective laser melting, SLM)成形技术对AlSi10Mg铸造铝合金的成形进行了工艺研究,获得了致密的成形,并对其沉积态和热处理态试样进行了静态拉伸性能测试和显微组织分析。结果表明:对于AlSi10Mg, 其SLM沉积态的常温拉伸强度远高于铸件标准,延伸率与铸态相当;退火工艺对SLM试样的组织及力学性能有着重要的影响,随着退火温度的提高,试样微观组织发生改变,在300 ℃、2 h退火工艺下,原本均匀分布的颗粒状Si聚集长大为针状,使得试样的强度下降,延伸率升高。抗拉强度由沉积态的507~518 MPa下降到378~406 MPa,延伸率由沉积态的3.0%~3.5%增加到6.5%~9.0%。

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19. 激光立体成形退火态Zr55Cu30Al10Ni5粉末的晶化行为
张媛媛,林鑫,魏雷,任永明
金属学报    2017, 53 (7): 824-832.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00417
摘要   HTML PDF (5367KB)  

将等离子旋转电极法所制Zr55Cu30Al10Ni5 (Zr55)粉末在1000 K退火处理后作为沉积材料,应用激光立体成形技术沉积Zr55块体非晶合金,考察工艺参数及退火态粉末尺寸对熔覆层晶化行为的影响。结果表明,不同尺寸退火态粉末组织均由Al5Ni3Zr2、CuZr2和Al2Zr3相组成。以不同激光线能量熔覆后,试样的熔池区主要为非晶,晶化区由熔池底部到热影响区依次分布NiZr2纳米晶、CuZr2+ZrCu枝状共晶和CuZr2+ZrCu球粒状共晶,共晶尺寸随着距熔池区距离的增加而减小。当激光线能量较低时,熔覆层均保持较高含量的非晶相。随着激光线能量的增大,尺寸为75~106 μm的退火态粉末所制试样的晶化程度无明显加强,而尺寸为106~150 μm的退火态粉末所制试样的晶化程度显著加剧。Zr55合金熔覆沉积层的晶化差异受粉末本身相结构影响较小,主要由熔覆不同尺寸粉末时熔池及热影响区的热历史决定。

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20. 基于分形维数的模具钢电渣重熔铸坯碳偏析形貌特征研究
侯自兵,曹江海,常毅,王伟,陈晗
金属学报    2017, 53 (7): 769-777.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00426
摘要   HTML PDF (1595KB)  

引入分形维数,从面积数目与轮廓形貌2个方面对铸坯内不同位置的偏析特征展开定量化分析。结果表明,铸坯的整体偏析程度主要受大偏析点影响,且大偏析点越大或越多,偏析率越大;铸坯内偏析点形貌具有分形特征,且分形维数可以作为衡量区域内偏析点弥散程度的一个重要指标,即分形维数越大,偏析点分布越为弥散,大偏析点逐渐向小偏析点转变;在柱状晶等轴晶转变区与凝固终点等轴晶区,偏析点的分形维数相对较小。

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21. 不同Ce含量Fe-6.5%Si合金的组织、有序结构和中温拉伸塑性
于宣, 张志豪, 谢建新
金属学报    2017, 53 (8): 927-936.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00055
摘要   HTML PDF (2013KB)  

研究了Ce含量对铸造态Fe-6.5%Si (质量分数)合金显微组织、有序结构和中温拉伸性能的影响,分析了Ce微合金化改善合金塑性的机理。结果表明,Ce含量在150×10-6以下时,合金铸造组织无明显变化;Ce含量在210×10-6以上时,铸造组织明显细化。Ce的添加可大幅度降低合金的有序程度,显著改善中温拉伸塑性;当Ce含量为62×10-6、150×10-6和210×10-6时,400 ℃拉伸试样的平均断后伸长率由无Ce试样的7.4%分别升高至10.1%、19.3%和23.0%;而Ce含量增加至260×10-6和790×10-6时,Ce在晶界明显富集导致试样拉伸断口呈现沿晶脆断特征,平均断后伸长率下降至15.5%和14.2%。有效改善Fe-6.5%Si合金塑性的合适Ce含量范围为(150~210)×10-6

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22. 深过冷液态金属Cu的热物理性质和原子分布
朱姜蕾, 王庆, 王海鹏
金属学报    2017, 53 (8): 1018-1024.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00053
摘要   HTML PDF (863KB)  

针对液态金属Cu在深过冷亚稳条件下的热物理性质和液态结构数据缺乏的问题,采用分子动力学方法结合修正嵌入原子势,研究了常规液态和亚稳液态金属Cu的热物理性质(熔点、密度、比热容和自扩散系数)和原子分布规律,体系温度范围为800~2400 K,最大过冷度达到556 K。通过构建晶体-液体-晶体结构,探索了金属Cu的熔化过程,获得最优的熔点计算温度为1341 K,与实验值误差1.11%。获得了宽广温度范围内液态金属Cu的密度随温度的变化规律,采用Mishin势函数计算的熔点处密度模拟值为7.86 g/cm3,与文献报道的实验结果的误差小于2%。液态金属Cu的焓在800~2400 K范围内随温度呈线性关系变化,即比热容几乎不随过冷度变化而变化,而自扩散系数则随温度呈指数关系变化。根据不同温度原子的位置变化,获得了相应的双体分布函数,发现液态体系始终处于短程有序、长程无序的状态,且原子短程有序度随温度升高而降低,短程有序结构仅保持在3~4个原子间距范围内,且随间距增大而展现出典型的无序特征。

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23. 温度与应变速率对Invar 36合金变形行为的影响
李细锋, 陈楠楠, 李佼佼, 何雪婷, 刘红兵, 郑兴伟, 陈军
金属学报    2017, 53 (8): 968-974.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00043
摘要   HTML PDF (1553KB)  

在室温至900 ℃温度范围内、不同初始应变速率(8×10-5、8×10-4和8×10-3 s-1)下,利用单向拉伸实验研究了温度与应变速率对Invar 36合金拉伸力学性能的影响,并选择室温、600和800 ℃进行三点弯曲实验,分析温度对Invar 36合金厚板回弹规律的影响。结果表明,Invar 36合金的屈服强度、抗拉强度随温度的升高而大幅降低;延伸率则先升高后降低,在600 ℃时出现峰值,达到69.2%,比室温提高了55%,这主要由于动态再结晶使塑性提高所致。当温度较低时(室温和500 ℃),应变速率对Invar 36合金力学性能影响不大;但当温度升高至800 ℃时,Invar 36合金的强度和塑性均随初始应变速率的减小而大幅减小,初始应变速率由8×10-3 s-1降至8×10-5 s-1,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别降低了38%、47%和50%;由室温升高至800 ℃时,三点弯曲回弹量减小87.0%。

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24. 溶质Ti对Al-Ti-B中间合金细化Al影响的新认识:TiB2粒子的动力学行为及溶质Ti的影响
张丽丽, 江鸿翔, 赵九洲, 李璐, 孙倩
金属学报    2017, 53 (9): 1091-1100.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00084
摘要   HTML PDF (5889KB)  

实验研究了Ti添加量对Al-Ti-B中间合金细化工业纯Al晶粒效果的影响,建立了Al熔体中TiB2粒子动力学行为模型,模拟分析了Al-Ti-B中间合金细化工业纯Al过程中TiB2粒子的溶解、粗化和快速长大行为及溶质Ti的影响。实验和模拟结果表明,Al-Ti-B中间合金细化工业纯Al过程中,TiB2粒子的动力学行为对中间合金细化能力的影响不可忽视,溶质Ti能有效抑制Al熔体中TiB2粒子的溶解、粗化和快速长大行为,影响Al-Ti-B中间合金的细化能力。

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25. 溅射Al对Si3N4润湿性的改善与钎焊
刘葛亮, 马冰洋, 尚海龙, 陈凡, 李荣斌, 李戈扬
金属学报    2017, 53 (12): 1645-1650.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00026
摘要   HTML PDF (5227KB)  

采用溅射Al和Al-Ni薄膜作为钎料的方法,研究了溅射Al对Si3N4的润湿作用,实现了铝基薄膜钎料对Si3N4陶瓷的直接钎焊。结果表明,Al直接溅射在Si3N4表面所获得的各钎焊接头钎缝致密饱满,与陶瓷形成无反应过渡层的良好冶金结合,纯Al钎焊接头的剪切强度为106 MPa,Al-1.0%Ni亚共晶钎焊接头的强度提高到148 MPa,Al-3.0%Ni接头的强度因钎缝形成共晶组织而略有降低,为132 MPa,这些接头的剪切断裂均产生于钎缝之中。采用首先溅射Ni薄膜作为底层的Al-1.0%Ni薄膜钎料进行了对比,这种钎料得到的钎焊接头断裂产生于钎缝与陶瓷的界面,强度也仅为81 MPa。这表明,高能量溅射Al粒子直接撞击对Si3N4具有“润湿”作用,使得Al和Al-Ni合金薄膜熔化后即可实现对Si3N4的钎焊。

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26. 退火温度对ARB-Cu室温拉伸断裂行为的影响
李敏, 刘静, 姜庆伟
金属学报    2017, 53 (8): 1001-1010.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00475
摘要   HTML PDF (1504KB)  

利用TEM观察累积叠轧法(ARB)制备的超细晶Cu的微观结构,在IBTC-5000单轴疲劳试验机上对制备态及不同温度退火态的ARB-Cu进行单向静态拉伸实验,通过SEM观察力学测试后试样的断口形貌。结果表明:在实验温度范围内,退火处理均使ARB-Cu的屈服强度和抗拉强度下降,当退火温度低于再结晶温度时,ARB-Cu的屈服强度和抗拉强度均随退火温度的升高而升高;当退火温度高于再结晶温度时,其强度迅速下降。当退火温度为200 ℃时,ARB-Cu的屈服强度和抗拉强度达到退火态最大值。随退火温度的升高,ARB-Cu的晶粒尺寸略微增大,晶粒分布逐渐由制备态的单峰分布转变为双峰分布,断口形貌显示出塑性逐渐增加的趋势。退火处理有助于ARB材料焊合界面结合强度的提高,退火温度越高,焊合界面结合性能越好。焊合界面经历的叠轧道次越多,其结合效率越高,其理论计算公式为E=(1-0.5n)×100%。

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27. 大热输入焊接用钢的焊接粗晶热影响区韧性提升方法研究
邹宗园, 许小奎, 李银潇, 王超
金属学报    2017, 53 (8): 957-967.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00551
摘要   HTML PDF (2131KB)  

通过研究焊接热影响区(HAZ)冲击功分布图,提出大热输入焊接用钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)韧性提升的新方法,即在峰值温度不变的条件下,将焊接CGHAZ中晶界铁素体(GBF)和大量针状铁素体(AF)组织改变成细晶热影响区(FGHAZ)多边形铁素体(PF)组织,并消除CGHAZ中破坏韧性的侧板条铁素体(FSP)组织。以对比Ti-V-N与Al-Ti-V-N微合金焊接用钢焊接CGHAZ组织和韧性为基础,探讨了Al-Ti-V-N钢焊接CGHAZ中PF转变条件、形核机制,认为微米级氧化夹杂物是诱导焊接CGHAZ中大量PF形核的关键,纳米级碳氮化物是拖曳、钉扎奥氏体与铁素体晶界的关键,两者的有效配合保证了焊接CGHAZ中大量PF组织生成,从而大幅提升焊接CGHAZ的低温冲击韧性。

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28. W对新型Nb稳定化奥氏体耐热铸钢1000 ℃蠕变行为的影响
张银辉, 冯强
金属学报    2017, 53 (9): 1025-1037.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00002
摘要   HTML PDF (12953KB)  

以新设计的4种不同W含量(0~4.87%,质量分数)的Nb稳定化奥氏体耐热铸钢为研究对象,通过在1000 ℃、50 MPa条件下的蠕变性能测试和蠕变前后的组织分析,研究了W对奥氏体耐热铸钢1000 ℃蠕变行为的影响机理。结果表明:合金的最小蠕变速率随W含量的增加先降低后增高。合金的主要析出相为Nb(C, N)和富Cr相。W含量的增加对Nb(C, N)的影响很小,但明显促进富Cr碳化物析出,并促使(Cr, Fe, W)7C3转变为(Cr, Fe, W)23C6。而且,过量的W添加会促进金属间化合物χ相析出。在蠕变过程中,合金的基体还会二次析出纳米级的Nb(C, N),阻碍位错运动,从而进一步提高合金的蠕变强度。但是,富Cr相胞团,尤其是胞团内的χ相,会促进蠕变裂纹形核长大,从而提高合金的蠕变速率,降低蠕变寿命。

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29. 单相CoCrFeNi高熵合金的组成元素对其在NaCl溶液中的耐蚀性能的影响
杨海欧, 尚旭亮, 王理林, 王志军, 王锦程, 林鑫
金属学报    2018, 54 (6): 905-910.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00399
摘要   HTML PDF (2811KB)  

采用LSCM、EIS和动电位极化曲线等测试手段研究了Co、Fe以及Ni对CoCrFeNi单相高熵合金体系在3.5%NaCl (质量分数)溶液中耐蚀性能的影响。结果表明,当Co、Cr含量相同时,增加Fe含量的同时减少Ni含量,能够降低该合金体系的维钝电流密度;当Fe、Cr含量相同时,增加Co含量的同时减少Ni含量,也能够降低该合金体系的维钝电流密度,从而提高其耐蚀性;当Cr含量相同时,减少Co含量,同时增加Fe和Ni的含量,能够提高合金的自腐蚀电位,降低合金发生腐蚀的倾向。

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30. 厚度对Bi薄膜表面特性和电学性质的影响
董彩虹, 刘永利, 祁阳
金属学报    2018, 54 (6): 935-942.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00422
摘要   HTML PDF (2586KB)  

基于第一性原理计算方法研究了厚度对(00l)和(012)取向Bi薄膜稳定性、相变及导电性的影响。计算结果表明,随着厚度的增加,(00l)取向Bi薄膜稳定性增强,且薄膜偶数层稳定性优于奇数层;(012)取向Bi薄膜稳定性随着厚度的增加而降低,且在层数为4时,表面能与偶数层(00Ɩ)取向的薄膜相当,预示二者在该厚度时较易发生相变,分析认为与薄膜加厚过程中表面态的影响有关。随着厚度的增加,(00Ɩ)和(012)取向的Bi薄膜表现出从半导体转变为金属的特性。

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