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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2009年, 第45卷, 第1期 刊出日期:2009-01-11 上一期    下一期
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论文
结构陶瓷及其超塑性 I. 结构陶瓷简介
宋玉泉 贾红杰 徐进 管晓方
金属学报. 2009, 45 (1): 1-5.  
摘要   PDF (598KB)

结构陶瓷可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷, 它们均具有低的密度、高的耐磨性及抗高温冲蚀特性, 是一类可在苛刻环境下服役的材料. 本文对其组元构成、晶体结构、性能特点及近期研究进展和应用等诸方面做了综述.

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结构陶瓷及其超塑性 II. 陶瓷材料的超塑性
宋玉泉 刘颖 徐进 管晓方
金属学报. 2009, 45 (1): 6-17.  
摘要   PDF (717KB)

得到广泛应用的结构陶瓷的另一特点是塑性差, 难以进行塑性加工. 因此对其超塑性的研究便成为国内外竞相研发的热点之一. 针对Y2O3部分稳定四方ZrO2(Y-TZP), Al2O3, Si3N4和SiC等结构陶瓷, 分别就其拉伸(压缩)宏观力学实验、微观物理机理、晶体结构和添加物对超塑变形的影响, 以及对其进行的力学测量结果和研究进展进行了综述.

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(NiTi)50-0.5xNbx形状记忆合金的阻尼性能及力学性能
肖甫 赵新青 徐惠彬 姜海昌 戎利建
金属学报. 2009, 45 (1): 18-24.  
摘要   PDF (1075KB)

通过加入Nb制备了具有双相组织的(NiTi)50-0.5xNbx (x=5, 10, 15, 20)形状记忆合金,合金兼具高阻尼性能和高屈服强度. 随着Nb含量x的增大, 合金中(NiTi+β-Nb)共晶组织比例含量增加, 合金轧制样品在马氏体状态自协作屈服强度随之升高, 在x=15时达到最高(289 MPa); 同时, 合金轧制样品保持高阻尼性能, 本征阻尼性能tanδ>0.01, 并随x增大而升高. 根据形状记忆合金阻尼理论以及NiTiNb形状记忆合金的阻尼性能随温度的变化规律, 探讨了β---Nb和NiTi相界面阻尼对合金阻尼性能的影响.

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金属合金等温相变的体激活能及相变机制 I. 钢的中温(贝氏体)等温相变
康沫狂 张明星 刘峰 朱明
金属学报. 2009, 45 (1): 25-31.  
摘要   PDF (1109KB)

钢的中温(贝氏体)等温处理获得的上、下贝氏体和粒状组织, 都具有各自独立的C曲线;在转变初期均能获得单一的组织, 而在转变的中、后期通常可获得相邻两组织的复合体. 必须用单一组织和Arrhenius关系求相变产物的体激活能. 将体激活能、组织形貌和体自由能曲线相结合可诠释下述论点: 下或上贝氏体是碳原子扩散控制下在奥氏体中的贫碳或极贫碳区, 进行“军队型”(队列式)原子无扩散马氏体样切变相变; 而粒状组织是碳原子扩散控制下在奥氏体中的最贫碳区, 发生“平民型”(非队列式)原子无扩散界面控制相变.

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金属合金等温相变的体激活能及相变机制 II. β黄铜等温相变
康沫狂 张明星 刘 峰 朱明
金属学报. 2009, 45 (1): 32-36.  
摘要   PDF (914KB)

与钢相似, β黄铜等温处理获得的片状α1(贝氏体)和棒状α都具有自己的C曲线; 各转变初期均能获单一相, 而转变中、后期通常可获相邻两相的复合体. 必须用单一相和Arrhenius关系求相变产物的体激活能. 用体激活能、相的形貌和体自由能变化相结合能可诠释下述论点: 片状α1(贝氏体) 是溶质原子扩散控制下母相β' 中的贫溶质区, 进行“军队型”原子无扩散马氏体样切变相变; 棒状α是溶质原子扩散控制下母相β' 中的最贫溶质区, 发生“平民型”原子无扩散界面控制相变.

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Landau理论研究TiNi顺磁合金热/强磁场耦合下的马氏体相变
郑斌 周伟 王轶农 齐民
金属学报. 2009, 45 (1): 37-42.  
摘要   PDF (911KB)

利用改进后的Landau理论模型研究了顺磁TiNi合金在热/强磁场耦合作用下的马氏体相变行为. 利用第一原理计算了TiNi合金在不同相变剪切应变(序参量)下的Fermi面态密度, 得到相变过程中磁化率和磁自由能的变化, 把磁场效应引入到Landau模型中. 结果表明, 稳恒强磁场可使顺磁材料的相变温度(MsT0)出现突变性的升高, 这主要是因为相变驱动力随磁场增强而呈二次曲线上升规律. 另外, 因强磁场下马氏体变体之间的自由能差急剧增大, 导致磁场对变体的促进和抑制作用变得明显, 出现取向生长现象. 在5 T稳恒强磁场下的TiNi合金相变实验中, 利用TEM观察到了一些变体以相互垂直的二变体形式出现(即取向生长), 证实了模型的结果.

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CA-LBM模型模拟自然对流作用下的枝晶生长
杨朝蓉 孙东科 潘诗琰 戴挺 朱鸣芳
金属学报. 2009, 45 (1): 43-50.  
摘要   PDF (1173KB)

建立了一个基于二维的元胞自动机-格子Boltzmann方法(cellular automaton-lattice Boltzmann method, CA-LBM)的耦合模型, 对自然对流作用下枝晶的生长行为进行模拟研究. 本模型采用CA方法模拟枝晶的生长, 采用LBM对自然对流及由对流和扩散控制的溶质和热传输进行数值计算. 通过计算方腔自然对流问题对模拟自然对流、溶质和热传输的LB模型进行了验证. 应用所建立的CA-LBM耦合模型模拟研究了合金中单枝晶和多枝晶在自然对流作用下的生长规律, 并将单枝晶上游尖端的稳态生长模拟数据与解析模型的预测结果进行了比较. 结果表明, 模拟结果与理论预测值吻合良好, 自然对流会对枝晶的生长产生重要影响.

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2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊缝中第二相高温回火转变
陶鹏 张弛 杨志刚 武田裕之
金属学报. 2009, 45 (1): 51-57.  
摘要   PDF (2146KB)

利用TEM和EDX技术, 研究了2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊缝中第二相在700 ℃下保温一系列时间段的转变. 结果表明, 焊后空冷焊缝中的第二相为M3C, 回火过程中第二相主要组成为M3C+M7C3+M23C6. 长时间回火后M3C发生球化并消失, 初期析出的低wCr/wFe(Cr与Fe的质量比)的M7C3是亚稳相, M23C6只能在较低的回火参数范围内存在, 后期形成了wCrwFe更高的M7C3稳定的第二相. M3C多呈球状,M7C3M23C6多为长条状和块状.

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特殊成形工艺下AZ31镁合金的织构及变形机制
王丽娜 杨平 夏伟军 陈振华 陈鼎 李萧 孟利
金属学报. 2009, 45 (1): 58-62.  
摘要   PDF (855KB)

通过组织观察以及宏观和微观织构测定、分析了异步轧制及等径角轧制的AZ31镁合金形变机制, 确定了在这两种工艺下{0001}基面织构的改善效果. 结果表明: 异步轧制产生的平行于轧面的剪切力促进了与普通轧制状态下相反的基面滑移, 使基面织构连续地弱化为倾转的基面织构; 而等径角轧制通过产生与轧向成122.5°的剪切力, 使基面取向的晶粒产生拉伸孪晶, 形成与基面织构共存的柱面织构. 因此这两种特殊工艺都可能改善镁合金的塑性. 还分析了形变量和退火对织构的影响.

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粒子群算法对织构分析改进最大熵法的改进
王大鹏 王大志 武宝林 左良 王福 梁志德
金属学报. 2009, 45 (1): 63-66.  
摘要   PDF (556KB)

将粒子群算法(PSO)成功地应用于改进最大熵法(MMEM), 使用两张或单张部分极图数据, 即可测算出多组具有宏观对称的冷轧纯铜片样品的完整晶粒取向分布(ODF). 这一改进保留了原MMEM的特长, 用较少的实验数据即可计算出样品的真ODF, 而又消除了原法在求解非线性方程组时需要选取特定初解的困难, 从而使MMEM更具普适性和实用性.

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普碳钢中厚板热轧温度制定的一种新的数学方法
邓天勇 吴迪 许云波 赵彦峰 刘相华 王国栋
金属学报. 2009, 45 (1): 67-72.  
摘要   PDF (1197KB)

为实现普碳钢中厚板的柔性化轧制, 建立了一种新的用于制定温度制度的理论算法. 首先建立最佳预测能力的人工神经网络, 用于预测中厚板力学性能; 然后运用遗传算法制定出温度制度, 并由回归出的力学性能公式对预测结果进行验证. 结果表明, 通过回归法和人工神经网络均可精确地预测中厚板的力学性能, 而且神经网络的预测精度比回归公式的预测精度高; 终轧温度和终冷温度对力学性能的影响最大; 通过温度制度和力学性能回归公式计算出的强度, 与目标强度非常吻合; 对同一成分的钢种, 通过制定合适的温度制度可以轧制出不同强度的产品, 以减缓中厚板产品大规模定制中各阶段之间的矛盾.

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GCr15钢旋转弯曲超长寿命疲劳性能分析
鲁连涛 李伟 张继旺 盐泽和章 张卫华
金属学报. 2009, 45 (1): 73-78.  
摘要   PDF (994KB)

轴承钢GCr15旋转弯曲超长寿命疲劳实验获得的应力-寿命(S-N)曲线数据分散性较大且呈连续下降趋势, 不能用台阶下降的S-N曲线描述. 断口分析表明, 在高应力幅区疲劳破坏主要起始于试样表面的加工划痕或夹杂物; 随着应力幅的降低, 疲劳破坏主要起始于试样内部的夹杂物. 内部破坏均带有鱼眼特征, 大部分的内部夹杂物周围带有颗粒亮区(GBF区). 夹杂物尺寸的较大分散程度和小尺寸夹杂物的簇集是引起 GCr15钢疲劳寿命分散性较大的因素. 使用推定的GBF区成长率能够定量分析夹杂物尺寸对疲劳寿命分散程度的影响.

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GH761变形高温合金的热变形行为
赵美兰 孙文儒 杨树林 祁峰 郭守仁 胡壮麒
金属学报. 2009, 45 (1): 79-83.  
摘要   PDF (813KB)

镍基GH761合金热模拟压缩实验表明, 当变形温度Td一定时, 随应变速率ε的降低, 变形峰值应力σp和稳态流动开始应力σs及与它们对应的应变εp和 εs均降低; 当应变速率一定时, 随Td的升高,σp和σs以及εs均降低, 但εp基本不变.细化原始晶粒可提高再结晶形核率, 在此基础上降低变形温度和提高变形速率是细化最终晶粒的重要途径. 当应变达到完全再结晶时, 合金具有最均匀且细小的组织; 超过这一应变值, 晶粒开始长大. GH761合金的热变形本构方程为: ε=6.5×106σp4.86exp(-461×103/RT).

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低铬X65管线钢CO2腐蚀产物膜的特征及形成机制
孙建波 柳伟 常炜 张忠铧 李忠涛 于湉 路民旭
金属学报. 2009, 45 (1): 84-90.  
摘要   PDF (1041KB)

利用高温高压CO2腐蚀模拟实验以及ESEM, EDS, XPS和SEM等分析技术, 研究了4种不同含Cr量的X65管线钢的腐蚀速率、腐蚀形态和腐蚀产物膜结构特征. 结果表明: 含Cr量高的钢平均腐蚀速率小, 无Cr和含1\%Cr的钢的腐蚀形态为局部腐蚀, 含3%和5%Cr的钢的腐蚀形态为全面腐蚀. 在高温高压CO2腐蚀环境中, 含Cr钢的腐蚀产物膜为FeCO3和Cr(OH)3竞争沉积形成的多层结构, 其中1Cr-X65和3Cr-X65的腐蚀膜具有3层结构, 5Cr-X65的腐蚀膜是双层结构. Cr在腐蚀产物膜层中出现局部富集, 远高于基体中的Cr含量. 高含Cr量使腐蚀产物膜中的Cr(OH)3含量高, 并提高了腐蚀膜的保护性能, 从而引起腐蚀形态发生转变, 腐蚀速率降低. FeCO3和Cr(OH)3共沉积层膜对低铬钢的抗CO2腐蚀性能具有关键的影响.

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Nb对非晶态Fe-Co-Nd-B合金的晶化动力学的影响
徐民 易军 全明秀 王沿东 左良
金属学报. 2009, 45 (1): 91-96.  
摘要   PDF (1374KB)

在Fe-Co-Nd-B非晶合金中添加4%的Nb(原子分数)可延迟其晶化过程, 提高晶化温度, 并使其热稳定性显著提高. Nb抑制Fe3B晶化相的形核, 但促进Fe23B6相的形核及长大. Nb可使晶化相的平均晶粒尺寸从30-60 nm减至14-20 nm. Nb使由初始晶化温度计算的晶化激活能明显降低. Fe-Co-Nd-B合金中, α-Fe(Co), Fe3B和Nd2(Fe, Co)14B晶化相的形核过程要难于长大过程, 而加Nb后α-Fe(Co), Fe23B6和Nd2(Fe, Co)14B晶化相的长大过程要难于形核过程, 但Nb基本未改变晶化相的形核及长大机制. 非晶合金的晶化主要是一维界面控制的形核以及形核率随时间减小的三维长大过程.

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Mn3(Cu1-xGex)N的负热膨胀现象
张从阳 朱洁 张茂才
金属学报. 2009, 45 (1): 97-101.  
摘要   PDF (765KB)

在氮气保护下于1073 K用固相烧结法制备了Mn3(Cu1-xGex)N化合物. XRD分析表明, 这类化合物具有Mn3CuN型反钙钛矿相结构. 采用激光干涉法测量了Mn3(Cu1-xGex)N化合物的线膨胀系数. 结果表明, 当Ge含量为0.40≦x≦0.60时, Mn3(Cu1-xGex)N在一定温度范围内出现负热膨胀现象; 随Ge含量的增加, 发生负热膨胀的温度升高且温区变宽, 而负热膨胀性能减弱. 当x=0.60时,发生负热膨胀的温度范围为250-290 K(273 K附近), 线膨胀系数为-65×10-6 K-1, 具备应用潜力. 热磁曲线表明, Mn3(Cu1-xGex)N化合物的负热膨胀现象发生在反铁磁性逐渐向顺磁性转变的过程中,由磁有序逐渐消失、自发磁化强度减小所引起的磁容积效应造成的.

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压铸过程中铸件-铸型界面换热系数与铸件凝固速率的关系
郭志鹏 熊守美 Mei Li John Allison
金属学报. 2009, 45 (1): 102-106.  
摘要   PDF (999KB)

在实际压铸实验的基础上, 求解了铸件--铸型界面换热系数$h$与铸件凝固速率$v$的关系. 结果表明, 二者呈线性变化关系: h=kh-v?v+ω(其中, 斜率$k_{h-v}$为铸型初始表面温度及铸件厚度的函数, ω为常数); 通过线性拟合确定kh-vω值, 从而确立换热系数与铸件凝固速率的关系. 这种关系同时适用于镁合金AM50和铝合金ADC12.

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激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟 III. 电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进
胥国祥 武传松 秦国梁 王旭友 林尚扬
金属学报. 2009, 45 (1): 107-112.  
摘要   PDF (854KB)

针对激光+脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点, 将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式, 同时适当减小焊件表面的热导率, 以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用. 根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域, 并考虑激光热源的作用位置. 从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进, 建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型. 利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算. 计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合, 使数值模拟精度有了较大提高.

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微/纳米Cu-W粉末激光烧结体的显微组织
顾冬冬 沈以赴
金属学报. 2009, 45 (1): 113-118.  
摘要   PDF (948KB)

研究了激光烧结工艺条件下微/纳米Cu-W粉体致密化的过程及对显微组织的影响. 结果表明,合理增加激光功率或降低扫描速率, 可提高烧结致密度及组织均匀性; 降低扫描间距至0.15 mm, 可改善烧结表面光洁度; 铺粉厚度降至0.15 mm, 可提高烧结层间结合性. 经工艺优化, 最高成形致密度达到95.2%, 且在烧结组织中形成一系列规则的W环/Cu芯结构; 并探讨了该结构的成形机制.

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2D Cf/Mg-2.0Re-0.2Zr复合材料的尺寸稳定性
宋美慧 宋坚 陈国钦 王宁 武高辉
金属学报. 2009, 45 (1): 119-123.  
摘要   PDF (841KB)

采用压力浸渗法制备碳纤维织物(2D Cf)及单向碳纤维(1D Cf)增强镁合金复合材料, 测试了两种复合材料在 50---350 ℃范围内的热膨胀行为. 结果表明, 2D Cf/镁合金复合材料(简称2D)平面内不同方向的平均热膨胀系数均随温度升高不断降低. 从50到350℃, 0°/90°方向的平均热膨胀系数由 4.03×10-6-1降至1.83×10-6-1; 45°方向的平均热膨胀系数由4.53×10-6-1降至2.31×10-6-1. 根据推导公式可以准确计算2D增强复合材料20---150 ℃范围内0°/90°方向的平均热膨胀系数. 20---150 ℃热循环测试结果表明, 2D复合材料具有较好的尺寸稳定性, 在热循环过程中存在应变滞后现象, 其残余塑性变形主要是基体合金在热应力作用下产生的塑性变形, 并且从第2次热循环起, 复合材料在热循环中产生的净应变不随热循环次数增加而变化.

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基于全量理论的金属体积成形多步数值模拟
王鹏 董湘怀 傅立军
金属学报. 2009, 45 (1): 124-128.  
摘要   PDF (920KB)

运用一种基于全量理论的多步有限元方法计算分析了金属体积成形过程. 该方法针对刚塑性不可压缩材料, 在静力平衡条件下以约束变分原理通过最小化近似塑性势能进行有限元求解. 多步模拟在各中间构形的虚拟滑动约束下沿变形路径进行分步迭代计算, 考虑了接触和变形历史, 能够快速模拟较复杂的体积成形问题. 运用该方法对几个典型金属体积成形过程进行了正向一步和多步数值模拟, 将计算结果与增量有限元法计算结果进行了比较. 结果表明:在计算金属体积成形过程中, 基于全量理论的多步有限元模拟能够在大大缩短计算时间的同时获得与增量法计算结果相比偏差小于10%的计算结果.

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