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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2010年, 第46卷, 第1期 刊出日期:2010-01-11 上一期    下一期
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论文
超塑性非球面自由胀形的测量
宋玉泉 马品奎 管志平
金属学报. 2010, 46 (1): 1-5.  
摘要   PDF (928KB)

超塑性胀形是成形薄壁壳形件的重要技术, 已经在航空技术领域占有重要地位. 由于超塑性自由胀形是建立超塑胀形力学解析理论的重要依据, 又是超塑胀形成形的必经阶段,而超塑自由胀形的轮廓曲面为轴对称旋转曲面, 本文针对精确测量轴对称旋转曲面的几何参数尚存在的一些问题, 提出了测量方法及基本原理, 介绍了基于单目成像的图像采集系统及摄像机参数的标定方法, 并对旋转体试件的成像测量进行分析, 给出了误差补偿公式; 对于实验中极点高度测量和实验后轮廓测量采用不同算法, 以保证系统的实时性; 为提高测量精度, 采用亚像素算法, 同时分析了误差产生的原因.

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Sn0.35-0.5xCo0.35-0.5xZnxC0.30复合材料的制备及电化学性能
杨绍斌,沈丁,李强
金属学报. 2010, 46 (1): 6-12.  
摘要   PDF (1218KB)

采用固相烧结和球磨相结合的方法制备了锂离子电池负极复合材料Sn0.35-0.5xCo0.35-0.5xZnxC0.30 (摩尔分数x分别为0, 0.05, 0.10, 0.15和0.20), 考察了Zn添加量对材料结构和电化学性能的影响. 烧结粉末样品的XRD分析表明, 随着Zn含量的增多, 在CoSn主相基础上, 先形成少量CoSn2相, 随后形成少量Co3Sn2, Zn和Sn相. 大部分 Zn原子固溶于CoSn相. 电性能分析表明, 随着Zn含量的增加, 首次放电容量和充放电效率都呈现先增加而后趋于稳定的趋势, 当x=0.15时, 首次放电容量和充放电效率都接近最大值, 分别为343 mA-h/g和73.8%; 经过 25 cyc充放电后放电容量保持了首次放电容量的87.6%. 这表明Zn原子固溶引起的晶格畸变和多种相生成导致相界数量的增多, 加快了Li+动力学扩散速度, 从而显著改善了电化学性能. 选择烧结粉末样品Sn0.275Co0.275Zn0.15C0.30进行球磨, 晶粒和颗粒的细化使样品的放电容量显著提升, 但对首次放电效率和循环性能改善不明显.

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反应磁控溅射法高速低温沉积锐钛矿相TiO2薄膜的结构与光学性能
李铸国 三宅正司
金属学报. 2010, 46 (1): 13-18.  
摘要   PDF (1202KB)

采用诱导型耦合等离子体辅助直流磁控溅射法在石英玻璃片上反应沉积TiO2薄膜, 通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱(UV-Vis)对薄膜特性进行表征. 结果表明, 叠加诱导型耦合等离子体和局部富氧增加了等离子体的反应活性, 在金属溅射模式和低于 200 ℃的沉积条件下, 制备了高质量的锐钛矿相TiO2薄膜; 该薄膜在550 nm处的折射率和消光系数分别为2.51 和7.8×10-4.

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中碳钢回火马氏体热变形过程中的铁素体动态再结晶
李龙飞, 夏杨青, 孙祖庆, 杨王玥
金属学报. 2010, 46 (1): 19-26.  
摘要   PDF (1797KB)

利用热压缩实验, 研究了中碳钢回火马氏体在700 ℃/0.01 s-1条件下变形时的组织演变规律, 分析了渗碳体粒子状态的影响. 实验结果表明: 中碳钢回火马氏体热变形过程中, 发生了渗碳体粒子粗化和铁素体动态再结晶, 形成由微米级的等轴铁素体晶粒与均匀分布的渗碳体粒子组成的超细化(α+θ)复相组织. 与静态回火相比, 形变促进Fe原子和C原子的扩散, 使渗碳体粒子粗化动力学提高2-3个数量级. 渗碳体粒子的粗化主要来自铁素体晶界上粒子尺寸的增加, 铁素体晶粒内部的细小粒子尺寸无明显变化但数量减少, 前者有助于以多粒子协同方式实现粒子激发形核, 后者减小了晶界迁移的阻力, 两者均有利于铁素体动态再结晶的发生. 随着初始组织中渗碳体粒子尺寸的减小, 发生动态再结晶所需应变量增大, 但所得复相组织更加均匀、细化.

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转模等通道转角挤压路径对AZ31镁合金组织和力学性能的影响
严凯 孙扬善 白晶 薛烽
金属学报. 2010, 46 (1): 27-33.  
摘要   PDF (1364KB)

利用3D转模等通道转角挤压(3D-RD ECAP)设备, 对AZ31镁合金进行了A', BA', BC'与C' 4种路径的ECAP实验. 对试样的显微组织观察显示, 经4种路径挤压后合金显微组织都明显细化, 但不同路径对微观组织和力学性能的影响不同. 经A' 和BA'路径挤压的试样组织中晶粒尺寸和硬度分布比其它两种路径挤压的试样更均匀, 且显示出更高的塑性. 通过对各种路径挤压过程中试样内部立方单元的变形分析, 揭示了传统的剪切模型理论的不足. 利用有限元方法模拟了试样ECAP的形变过程, 证实材料在变形过程中各部位受力差异很大. ECAP对试样变形的均匀性主要取决于拉/压应力交替作用于试样各个部位的顺序, 而与传统剪切模型中的立方单元变形规律没有直接关系.

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多组分缓冲层W梯度掺杂DLC复合薄膜研究
杨义勇 彭志坚 付志强 邬苏东 陈新春 王成彪
金属学报. 2010, 46 (1): 34-40.  
摘要   PDF (1294KB)

用离子束辅助非平衡中频磁控溅射技术, 在Si, 高速钢或不锈钢基体上分别沉积得到了具有多组分过渡金属层缓冲的W梯度掺杂类金刚石碳(DLC)膜, 研究了W靶电流对DLC膜组成、结构和性能的影响. 实验表明, 随着W靶电流增大, 薄膜中W掺杂量增加, W的碳化物含量增加, sp3结构含量减少; 薄膜的纳米硬度和弹性模量逐渐增大, 且材料抗塑性参数H/E随之增大; 随W靶电流增大, 材料与基体结合力增强, 划痕实验临界载荷在80-100 N之间, 材料摩擦系数增大; 但磨损率因W掺杂而明显减小, 且随W靶电流增大而减小. 样品表面元素分布均匀, 粗糙度(Ra)较小, Ra值在7.56-15.8 nm之间.

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原位富Pb粒子/铝基金属玻璃基体复合材料的设计与制备
何杰 李海泉 兴成尧 赵九洲
金属学报. 2010, 46 (1): 41-46.  
摘要   PDF (996KB)

在Al--Pb二元难混溶合金的基础上添加其它的合金元素Ni, Y和Co, 优化设计了新的 Al82.87Pb2.5Ni4.88Y7.8Co1.95多元难混溶合金. 开展了该多元难混溶合金的快速凝固实验, 对制备的薄带样品进行了结构表征、热稳定性分析以及显微组织形成的研究. 结果表明, 合金熔体在快速冷却过程中发生了液-液相分离, 生成富Al和富Pb两液相; 随后, 富Al基体液相发生玻璃转变, 形成铝基非晶合金基体, 而富 Pb液相凝固结晶后以球形晶态粒子形式均匀分布于铝基非晶基体中. 研究表明, 利用难混溶合金液-液相变原理, 通过快速凝固技术可以设计和制备原位球晶粒子/非晶合金基复合材料.

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Mn-Si-Cr系中碳钢在过冷奥氏体状态下变形时的显微组织演变
张寒 白秉哲
金属学报. 2010, 46 (1): 47-51.  
摘要   PDF (964KB)

将Mn-Si-Cr系中碳钢在过冷奥氏体状态下进行低速率变形, 变形促进先共析铁素体转变, 但未见层状珠光体形成. 铁素体在奥氏体晶界和晶内形核, 以近似等轴状长大、交联, 并分割奥氏体, 形成富碳奥氏体区. 随着变形量的增大, 铁素体可在富碳奥氏体区内部继续形核长大并交联, 导致富碳奥氏体区不断被分割且碳浓度升高, 当碳浓度足够高时, 一次析出球状碳化物可在富碳奥氏体区边界处形成, 尺寸为0.5-1 μm; 变形过程中铁素体的动态回复和再结晶导致碳原子从Cottrell气团中逸出, 在铁素体内部形成几十纳米的二次析出球状碳化物.

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2205双相不锈钢的高温变形行为
陈雷 王龙妹 杜晓建 刘晓
金属学报. 2010, 46 (1): 52-56.  
摘要   PDF (941KB)

利用Gleeble-3800热力模拟试验机在温度为1223-1523 K, 应变速率为0.01-10 s-1的条件下进行了2205双相不锈钢热压缩变形实验, 测定了真应力-真应变曲线, 分析了变形组织. 结果表明: 奥氏体分布在随温度升高而含量增加的铁素体基体上, 升高温度和降低应变速率可促进奥氏体发生动态再结晶. 基于热变形方程计算得到了热变形激活能Q=451 kJ/mol, 表观应力指数n=4.026. 真应力-真应变曲线存在的“类屈服平台”效应与Z参数有关, 随着Z参数的减小而逐渐增强. 基于简化应力函数的ln Zσp之间的线性关系在临界点(ln Zc=38.18)发生偏移;峰值应力与温度及应变速率的关系可表示为: σp=20.6lnε+1118002/T-266.8(ln Z>38.18); σp=9.1lnε+493874/T-701.9(ln Z≦38.18)

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316L不锈钢热加工硬化行为及机制
宋仁伯 项建英 侯东坡 任培东
金属学报. 2010, 46 (1): 57-61.  
摘要   PDF (1005KB)

在Gleeble-1500热模拟试验机上, 通过高温压缩实验对316L不锈钢的热加工硬化特点和机制进行了研究. 根据Ludwik幂函数模型对实验数据进行了非线性拟合, 并用 Crussard-Jaoul分析法计算了Ludwik幂函数模型的n值. 实验结果表明: 316L不锈钢在热变形过程中易发生加工硬化, 真应力-应变曲线上未出现应力峰值; 热变形过程中发生了部分动态再结晶, 这一不完全的软化机制无法抵消热加工硬化的作用, 另外在热变形过程中发生了孪生行为, 这是热加工硬化的主要机制之一.

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Ti处理改善船体钢焊接粗晶区的低温韧性研究
杨银辉 柴锋 严彪 苏航 杨才福
金属学报. 2010, 46 (1): 62-70.  
摘要   PDF (1740KB)

采用Gleeble 1500D热模拟试验机对Ti和Al处理船体钢进行不同热输入焊接热模拟实验, 并利用OM和SEM研究了母材和热模拟粗晶区氧化物夹杂及显微组织. 结果表明: Ti处理钢中弥散分布的Ti氧化物具有良好的高温稳定性, 75 kJ/cm的焊接热输入对其形貌、成分及尺寸无影响, 能有效促进晶内针状铁素体(AF)形核长大. Al处理钢中以Al2O3为核心的复合夹杂高温易分解, 不能促进晶内AF形核. 线能量大于50 kJ/cm的大热输入条件下, Ti处理钢模拟粗晶区的低温韧性明显高于Al处理钢. t8/5>40 s时, Ti处理钢中较多的晶内AF组织抑制了M-A岛形成, 细化了基体铁素体组织, Al处理钢中的TiN和Nb(C, N)第二相粒子粗化, 粗晶区晶粒异常长大, 大于Ti处理钢中的奥氏体晶粒尺寸.

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横向磁场对镍基高温合金定向凝固组织的影响
董建文 任忠鸣 任维丽 李喜 李旭
金属学报. 2010, 46 (1): 71-76.  
摘要   PDF (1512KB)

研究了横向磁场对镍基高温合金DZ417G定向凝固显微组织的影响. 在较低生长速率条件下, 磁场显著影响合金的枝晶生长和宏观偏析. 施加磁场后一次枝晶间距减小并在沿磁场方向试样的左侧出现了“斑状”偏析. 随着生长速率的增加, 磁场的影响减弱. 从磁场在合金熔体中诱发热电磁对流, 并影响枝晶生长的角度对实验结果进行了分析.

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一种镍基单晶高温合金的高温度梯度定向凝固组织及枝晶偏析
刘刚 刘林 赵新宝 张卫国 金涛 张军 傅恒志
金属学报. 2010, 46 (1): 77-83.  
摘要   PDF (1084KB)

采用双区加热和液态金属冷却法 (LMC) 相结合, 对一种含4%Re (质量分数) 的镍基单晶高温合金进行了高温度梯度定向凝固. 结果表明: 与传统的“ 高速凝固法 (HRS) ” (温度梯度G=20-40 K/cm, 抽拉速率V=50-100 μm/s, 一次枝晶间距 λ1=200-400 μm)相比, 该技术可以显著提高凝固界面前沿的温度梯度 (G=238 K/cm) 和抽拉速率 (V=500 μm/s). 随着抽拉速率的提高, 凝固界面形态呈现出平面、胞状、粗大枝晶和细枝晶形态, 一次枝晶间距不断减小, 通过固态相变析出的γ' 强化相也被显著细化, 当G=238 K/cm, V=500 μm/s时, λ1和枝晶干γ' 相平均尺寸分别减小到61.3和0.04 μm. 电子探针测定表明, 随着抽拉速率的提高, 枝晶偏析呈现先增大后减小的趋势. 这是高温度梯度条件下, 固相反扩散作用强烈影响元素在枝晶中分布的结果.

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NiTi形状记忆合金中共格Ni4Ti3沉淀相生长动力学行为的相场法模拟
柯常波 马骁 张新平
金属学报. 2010, 46 (1): 84-90.  
摘要   PDF (1038KB)

采用基于扩散场理论的宏观相场模型对NiTi形状记忆合金中具有菱方结构的共格Ni4Ti3相的析出及长大过程进行了模拟研究; 沉淀相的形貌演化通过求解非守恒参量场Ginzburg-Landau控制方程和守恒浓度场Cahn-Hilliard扩散方程获得. 与二维模型相比, 本研究采用了准确的晶体学参数及改进的数学模型, 获得了更为直观及合理的三维盘状变体及二维透镜状变体; Ni4Ti3沉淀相的长度、宽度和面积分数随时间的变化分别遵循指数、线性和对数关系; 且其长度与宽度的比值并非恒定值, 在生长初期该比值有较大的增速而随后逐渐减慢, 能很好地解释沉淀相盘状及透镜状形貌特征形成的原因并与相关实验结果吻合.

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连铸二冷区铸坯展宽现象的黏弹塑性分析
付建勋 李京社 张慧
金属学报. 2010, 46 (1): 91-96.  
摘要   PDF (992KB)

通过在商业软件MSC.Marc基础上二次开发, 建立了黏弹塑性三维热-力耦合有限元模型, 模拟铸坯在二冷区的展宽状况. 结果显示: 铸坯的展宽主要产生于二冷区的前段, 在前 6个扇形段, 铸坯的目标展宽率有逐渐增加的趋势; 铸坯的展宽与厚度方向上的鼓肚密切相关; 数值模拟使用的黏弹塑模型揭示铸坯展宽规律与铸坯实际变形相符, 铸坯展宽是坯壳在钢液芯静压力作用下发生黏弹塑变形的结果.

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ZA62镁合金中AB2型金属间化合物的结构稳定性与弹性性能的第一原理计算
周惦武 徐少华 张福全 彭平 刘金水
金属学报. 2010, 46 (1): 97-103.  
摘要   PDF (982KB)

采用基于密度泛函理论Castep和Dmol程序软件包, 计算了ZA62镁合金中AB2型金属间化合物 MgZn2, Mg2Sn和MgCu2的结构稳定性、弹性性能与电子结构. 合金形成热和结合能的计算结果显示:  Mg2Sn具有最强的合金化形成能力, 而MgCu2结构最稳定; 体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(ν)的计算结果表明: MgZn2和MgCu2为延性相, 而Mg2Sn为脆性相, MgZn2的塑性最好; 采用弹性常数、体模量和结合能的经验公式计算金属间化合物的熔点, 实验值均在采用弹性常数(±300 K)和体模量(±500 K)计算熔点预测的范围内, 采用弹性常数比采用体模量和结合能预测熔点的平均相对误差小, 其中采用弹性常数计算Mg2Sn的熔点与对应的实验值十分接近, 相对误差仅为0.31%. 不同温度下热力学性质的计算结果表明, 在298-573 K温度范围内, MgCu2的Gibbs自由能始终最小, 其结构热稳定性最好, 结构稳定性的强弱顺序并不随温度的升高而消失; 而对MgZn2和Mg2Sn, 以475 K为临界, 结构稳定性的强弱顺序随温度的升高发生了变化; 态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明: MgCu2 结构最稳定的原因主要在于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的离子键作用.

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双重孔径泡沫金属材料的强度和热性能多目标优化设计
寇东鹏 虞吉林
金属学报. 2010, 46 (1): 104-110.  
摘要   PDF (1221KB)

对双重孔径泡沫金属稳态热传导过程进行了数值模拟, 发现相同密度下双重孔径泡沫金属导热系数高于单一孔径泡沫金属, 但随着孔径比增大, 材料导热系数减小. 通过对有限元计算结果的多项式拟合得到了目标函数, 建立了包含强度 、隔热和轻质3个目标函数的多目标优化设计数学模型, 讨论了构件质量一定的情况下双重孔径泡沫金属材料设计参数的选取,  获得了满足强度要求, 同时隔热性能最优的泡沫金属孔径比、密度和构件厚度. 泡沫金属构件隔热参数—屈服应力图表明, 作为同时满足承载和隔热要求的泡沫金属板构件, 选用双重孔径泡沫金属的构件综合性能要显著优于单一孔径泡沫金属构件.

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喷丸强化过程及冲击效应的数值模拟
张洪伟 张以都 吴琼
金属学报. 2010, 46 (1): 111-117.  
摘要   PDF (1352KB)

运用大型有限元软件LS-DYNA建立了喷丸强化处理过程的三维有限元模型, 研究了弹丸冲击作用下, 铝合金材料Al 2024-T3动态响应过程中的应力波结构、应变率效应及应力波衰减效应等动态参量; 研究了弹丸搭接率对于残余应力场的影响, 建立了高覆盖率多丸粒强化模型; 研究了冲击顺序、材料应变率及初始残余应力对强化效应的影响; 研究了喷丸强化后的表面微观变形特征. 分析结果表明, 弹丸高速冲击引起的弹塑性双波会在材料内部形成高应变率效应; 弹丸搭接率ζ对于强化效应有明显影响, ζ=1/2是近似的临界值; 不同冲击顺序对于强化效果的影响较小, 材料应变率对于强化效果有显著影响; 初始残余应力对于喷丸强化最终形成的残余应力场的影响取决于弹丸冲击速度; 经过喷丸强化处理, 零件表面形成微米级凹坑, 并且随着冲击次数和喷丸覆盖率的提高, 凹坑深度逐渐增加.

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热带海洋环境下海水中微生物对45钢腐蚀行为的单因素影响
吴进怡 肖伟龙 柴柯 杨雨辉
金属学报. 2010, 46 (1): 118-122.  
摘要   PDF (869KB)

通过在热带海洋环境下对比45钢在自然海水和无菌海水中的腐蚀行为, 研究了微生物单因素对碳钢腐蚀行为的影响. 实验结果表明, 微生物对45钢平均腐蚀速率的影响与微生物种类和含量密切相关. 锈层中的微生物主要由假单胞菌、弧菌、铁细菌、硫杆菌、硫酸盐还原菌组成. 其中好氧菌、兼性厌氧菌、厌氧菌的含量均随浸泡时间呈规律性变化, 这也导致在不同浸泡时间下, 微生物的作用及作用机理的不同.

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低碳钢在海水中的阴极电化学行为
邹妍 郑莹莹 王燕华 王佳
金属学报. 2010, 46 (1): 123-128.  
摘要   PDF (1164KB)

采用电化学技术结合XRD分析, 研究了A3碳钢在海水中的阴极电化学行为, 探讨了锈层在阴极过程中的作用. 碳钢表面生成的锈层由内锈层和外锈层组成, 内锈层主要组成相为γ-FeOOH, α-FeOOH, β-FeOOH以及Fe3O4γ-Fe2O3的混合物. 浸泡126 d时, 外锈层主要由γ-FeOOH组成; 浸泡364 d由γ-FeOOH, α-FeOOH, Fe3O4γ-Fe2O3组成. 不同锈层在阴极过程中所起的作用不同. 外锈层主要作用是阻碍溶解氧到达金属表面, 内锈层除此之外还可以参与还原反应, 加速阴极反应. 提出了一个评价锈层参与还原反应程度的参数α, 在浸泡不同时期锈层参与还原反应的比例不同, 浸泡前7 d, α值上升比较明显, 随后增加比较缓慢, 浸泡168 d后基本稳定. 探讨了内、外锈层组分的变化以及锈层各组分间的相互作用.

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