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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3期 刊出日期:2010-03-11 上一期    下一期
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综述
等通道转角挤压过程中fcc金属的微观结构演化与力学性能
吴世丁 安祥海 韩卫忠 屈伸 张哲峰
金属学报. 2010, 46 (3): 257-276.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00748
摘要   PDF (2892KB)

系统总结了面心立方(fcc)金属材料在等通道转角挤压(ECAP)变形后的晶粒细化、微观结构演化规律和力学性能. 根据ECAP变形的特点, 利用具有特殊取向的Al单晶体和Cu双晶体, 经过一道次ECAP挤压发现: 材料在ECAP模具对角面附近发生严重塑性变形; 除了沿模具对角面切应力的作用外, 沿垂直于模具对角面的切应力也起重要作用. 此外, 通过设计特殊取向的Cu单晶体、Al单晶体和粗晶Cu-3%Si合金经过一道次ECAP挤压, 系统研究了层错能、晶粒尺寸和晶体学取向对fcc金属形变孪生所需的孪生应力的影响. 对具有不同层错能的Cu-Al合金进行多道次ECAP挤压表明, 随着层错能降低, Cu-Al合金的晶粒细化机制逐步从位错分割机制转变为孪生碎化机制, 最小晶粒尺寸逐步减小, 具有较高或较低层错能材料比中等层错能材料更容易获得均匀的微观组织; Cu-Al合金的拉伸强度和均匀延伸率随着层错能的降低同步提高, 即随着层错能的降低, Cu-Al合金的强度--塑性匹配性提高.

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论文
利用电化学方法测定高温银液中氧的扩散系数
高运明 宋建新 张业勤 郭兴敏
金属学报. 2010, 46 (3): 277-281.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00579
摘要   PDF (825KB)

采用圆柱体状氧化锆基固体电解质原电池: (+)Pt|air|ZrO2(MgO)|[O]Ag(l)|Ir(-), 利用恒电压法测定了1473-1773 K银液中氧的扩散系数. 通过外加恒电压后测定的电池外电路总电流, 获得随时间变化的穿过固体电解质的氧离子电流, 进而计算得到银液中氧的扩散系数. 在假定符合Arrhenius公式的基础上, 实验结果经最小二乘法处理确定的在1473-1773 K扩散系数与温度的关系为: DO=(1.11±0.04)×10-3exp(-25573±1718/RT). 实验测得的银液中氧的扩散系数值与基于前人低温测定结果外推到本实验温度下的值比较接近. 利用该公式计算得到1773 K下银液中氧的扩散系数 DO=(1.96±0.28)×10-4 cm2/s.

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基于马氏体区域化形成的免训练铸造Fe-Mn-Si-Cr-Ni形状记忆合金 I. 构想与实现
彭华备 刘刚 文玉华 孙盼盼 李宁
金属学报. 2010, 46 (3): 282-287.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00643
摘要   PDF (888KB)

利用Fe-Mn-Si基合金凝固过程中固态转变残留的条状δ铁素体对奥氏体晶粒进行区域化分割, 实现应力诱发ε马氏体的区域化形成, 提高了合金的形状记忆效应. 根据Hammar铬镍当量公式制备了铬镍当量比为1.85的铸态Fe-18Mn-5.5Si-9.5Cr-4Ni合金. 利用OM和VSM(振动样品磁强计)研究了合金的室温组织和磁性能. 结果表明, 在铸态Fe-18Mn-5.5Si-9.5Cr-4Ni合金的室温组织中获得了条状δ铁素体. 这些条状δ铁素体将奥氏体晶粒分割成了若干小区域, 变形时能约束不同区域应力诱发ε马氏体的扩展, 使其以区域化的方式形成. 由于应力诱发ε马氏体的区域化形成减少了不同区域马氏体之间的碰撞, 在未经任何处理的铸态Fe-18Mn-5.5Si-9.5Cr-4Ni合金中获得了4.9%的可恢复变形量.

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基于马氏体区域化形成的免训练铸造Fe-Mn-Si-Cr-Ni形状记忆合金 II.退火对形状记忆效应的影响
刘刚 彭华备 文玉华 杨坤 李宁
金属学报. 2010, 46 (3): 288-293.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00644
摘要   PDF (865KB)

采用OM和铁素体测量仪研究了铸态Fe-18Mn-5.5Si-9.5Cr-4Ni合金的微观组织随退火温度的改变及其对合金形状记忆效应的影响. 结果表明, 在773-1173 K之间退火处理能进一步提高合金的形状记忆效应. 经973 K退火30 min后, 合金的可恢复变形量达到了6.4%, 比训练4次的常规 Fe-14Mn-5Si-8Cr-4Ni合金高1.2%. 当铸态合金在低于1173 K退火30 min后, δ铁素体仍为条状, 变形时能使应力诱发ε马氏体以区域化的方式形成, 合金具有良好的形状记忆效应; 当退火温度高于1273 K时, δ铁素体将固溶到奥氏体中, 体积分数减少. 当退火温度进一步升高到1423 K时, δ铁素体的体积分数显著增加, 形态由条状演变为岛状. 条状δ铁素体体积分数的减少和岛状δ铁素体的形成导致δ铁素体不能有效分割奥氏体晶粒, 合金的形状记忆效应显著下降.

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考虑炉壁温度变化的高温合金叶片定向凝固过程模拟
潘冬 许庆彦 柳百成
金属学报. 2010, 46 (3): 294-303.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00578
摘要   PDF (1607KB)

考虑炉壁温度的变化, 基于Monte Carlo射线追踪法建立了高温合金叶片定向凝固过程的温度场计算改进模型. 通过法向射线加密提高加热炉炉壁的辐射计算精度, 并采用叶片三维有限差分网格和加热炉二维网格混合使用的方法提高计算效率. 叶片和炉壁的温度曲线模拟与实验结果吻合良好, 改进模型反映了抽拉过程中炉壁温度的变化及其对叶片内部温度分布的影响, 提高了叶片温度的模拟精度.

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N含量对29Cr铸造超级双相不锈钢组织及性能的影响
向红亮 黄伟林 刘东 何福善
金属学报. 2010, 46 (3): 304-310.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00641
摘要   PDF (1124KB)

制备了含N量分别为0.11%, 0.26%和0.42%的29Cr铸造超级双相不锈钢, 利用XRD, SEM, EDS, 电化学工作站和XPS研究了含N量对双相不锈钢显微组织、力学性能和耐蚀性的影响. 结果表明: N能增加双相不锈钢中奥氏体含量, 并且有Φ(γ)=60×w(N)+21.97的线性关系; 由于N具有固溶强化和降低(Mn, Cr)S夹杂粒子的作用, 能有效提高材料的抗拉强度和延伸率, 两者与含N量的关系分别为 σb=318.33×(w(N))1/2+626.3和δ=60×w(N)+10.83. 在海水腐蚀过程中, 铁素体优先腐蚀. N使 Cr的分布均匀化, 并参与腐蚀反应生成NH4+和NO3-, 促进钝化膜的再钝化; Mo可以生成MoO42-, 提高钝化膜的稳定性, 增强耐蚀性. 钢中含N量越高, 腐蚀电流密度越低, 耐蚀性越好.

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扩散条件下抽拉速率对Fe-4.2Ni合金定向凝固组织演化的影响
冯周荣 沈军 王伟 闵志先 傅恒志
金属学报. 2010, 46 (3): 311-317.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00684
摘要   PDF (786KB)

在内径为1 mm的细管中进行了Fe-4.2Ni亚包晶合金扩散条件下的定向凝固实验. 在15 μm/s抽拉速率下得到了树状组织、共生组织以及δ/γ两相分离生长的凝固组织, 组织演化规律为: δ单相→δ/γ两相树状组织→γ+两相共生组织→δ/γ两相分离并列生长组织; 抽拉速率为35 μm/s时, 获得了以γ岛状为主的凝固组织, 组织演化规律为: δ单相→δ/γ两相树状组织→γ-岛状组织+共生组织→δ+γ-岛状组织. 实验发现, 提高抽拉速率使凝固初始阶段的两相生长竞争加剧, 并导致凝固过程中的相选择和全程组织演化规律发生改变.

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C掺杂对Al中He行为的影响
向鑫 陈长安 刘柯钊 罗丽珠 刘婷婷 王小英
金属学报. 2010, 46 (3): 318-323.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00590
摘要   PDF (1030KB)

用离子注入技术实现了Al表面C元素的掺杂, 并利用XPS, XRD, TEM和SEM研究了C掺杂对Al中离子
注入He行为的影响. 结果表明, 掺杂的C在Al表面形成了Al4C3, 随着C掺杂量的增加, Al表面组织的择优取向
和晶胞体积发生改变, 从而影响了Al中的He离子注入行为. 预先掺杂的C对He离子注入Al表面的鼓泡行为有重
要影响, 其影响程度与掺杂剂量有关. 小剂量C掺杂后, 能有效抑制鼓泡的长大, 并使Al表面鼓泡均匀分布; 更高
剂量C掺杂后, C对表面鼓泡的抑制作用减弱, 甚至加剧He离子的辐照损伤, Al表面出现孔洞和剥落现象. 掺杂的
C对Al基体的微观结构也有很大影响.

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热模锻造+直接时效粉末高温合金的强化机制
宁永权 姚泽坤 谢兴华 郭鸿镇 谭立军 陶宇
金属学报. 2010, 46 (3): 324-328.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00781
摘要   PDF (914KB)

对涡轮盘用镍基粉末高温合金FGH 4096进行了热模锻造+直接时效处理, 探索细化粉末高温合金毛坯组织的工艺及相关增强机制. 结果表明: 在不降低延伸率的前提下, 直接时效处理对于热模锻造后的合金具有明显的强化作用, 并且以多方向变形配合直接时效的强化效果最为显著. 按多方向热模锻造+直接时效工艺, 可使FGH 4096合金的组织显著细化, 平均晶粒尺寸达6 μm, γ'相析出尺寸达80 nm. OM, SEM和TEM观察表明, 除多方向大变形可直接破碎晶粒、细化晶粒外, 反复再结晶也是细化晶粒的有效途径; 同时, 洁净的再结晶晶界完全取代了原始粉末颗粒边界. 直接时效处理后保留了多方向变形产生的位错缠结, 并且获得更为细小的γ'相. 热模锻造+直接时效处理后合金所表现出来的超高强度主要源自于细晶强化、晶界强化、形变强化和γ'相强化的综合作用.

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热处理对Ti-Ni-Cr低温超弹性合金相变行为的影响
贺志荣 王芳
金属学报. 2010, 46 (3): 329-333.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00554
摘要   PDF (917KB)

用示差扫描量热仪研究了退火和时效工艺对Ti-50.8Ni-0.3Cr(原子分数, %)低温超弹性合金相变行为的影响. 结果表明, 350-450 ℃退火态Ti-50.8Ni-0.3Cr合金冷却/加热时发生 A→R/R→A型可逆相变, 500 ℃退火态合金发生 A→R→M/M→R→A型相变, 550-600 ℃退火态合金发生 A→R→M/M→A型相变, 650 ℃以上退火态合金不发生相变. 退火时间对合金相变行为影响不大. 随时效时间tag延长, 300 ℃时效态合金的相变类型保持为 A→R/R→A, 400 ℃时效态合金发生由 A→R/R→A向A→R→M/M→R→A转变, 500 ℃时效态合金发生由A→R→M/M→R→A向 A→R→M/M→A转变. 随退火温度升高, 合金的R相变温度 δR先升高后降低, M相变温度δM升高, M相变热滞ΔδM降低. 合金经300-500℃时效后, δR400>δR300>δR500. 随tag延长, δRδM先快速升高后趋于稳定, ΔδM先快速降低后趋于稳定. 退火和时效态合金的R相变热滞均在4 ℃左右.

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新型Ni-Co基高温合金中平衡析出相的热力学研究
王衣 孙锋 董显平 张澜庭 单爱党
金属学报. 2010, 46 (3): 334-339.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00515
摘要   PDF (897KB)

利用热力学计算软件JMatPro和相应的镍基高温合金数据库, 研究了U720Li合金以及在此基础上研发的新型Ni-Co基高温合金的化学成分对平衡相的析出行为、加工性能和γ/γ'晶格错配度的影响. 结果表明: Ti/Al值(原子比)的增加提高了合金中γ/γ'相的晶格错配度, γ'析出相的含量随Ti+Al含量(原子分数)的增加而增加. 因此, 增加Ti/Al值和Ti+Al含量能提高合金的高温强度. Co含量的升高可以拓宽合金的加工窗口, 改善合金的加工能力, 并且还可以增加合金γ/γ'相的晶格错配度, 提高合金错配强化的效果. 同时, Ti/Al值的增加促进合金中η相析出, 而Co含量的增加具有抑制η相的效果. 因此, 在 Co含量较高的Ni-Co基高温合金中, 适当提高Ti含量, 增加Ti/Al值对提高合金高温强度有利.

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垂直电场下BaTiO3单晶的畴变与压痕裂纹的演化
赵显武 褚武扬 乔利杰
金属学报. 2010, 46 (3): 340-345.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00210
摘要   PDF (874KB)

利用微分干涉相衬显微镜, 在垂直于极化方向的电场下, 对BaTiO3单晶的畴变过程和单晶上压痕裂纹的变化过程进行了原位观察. 通过对压痕周围和远离压痕区畴变过程的对比, 研究了压痕对其周围畴变的影响. 结果显示, 面内极化试样在垂直于极化方向的面内电场作用下, 原有压痕和压痕裂纹随整个试样经历90o畴变后也要发生变化, 变化后其形貌与在新的极化状态下重新压制的压痕相似; 对离面极化试样加面内电场时, 畴变速度先增大后减小, 畴变完成一半时, 速度最大; 而且畴变初始阶段速度呈现大小相间的振荡性.

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Co-B合金粉体的制备和电化学行为
吕东生 李伟善 谭春林 曾荣华
金属学报. 2010, 46 (3): 346-351.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00386
摘要   PDF (1221KB)

通过NaBH4还原CoSO4溶液制备了Co0.68B0.32, Co0.55B0.45和Co0.50B0.50一系列超细非晶态Co-B合金粉体. 电化学测试表明, 在300 mA/g的高电流密度下, 3种合金电极的首次放电容量分别高达510.6, 666.4和667.2 mA?h/g, 经60次循环后, 放电容量仍分别有331.6, 379.5和390.5 mA?h/g. 3种合金电极还表现出良好的高率放电性能, 在1200 mA/g的放电电流密度下, 放电容量分别为336.2, 373.4和390.1 mA?h/g. 较高的B含量有助于提高合金的电化学性能, 这是因为B的氧化溶解能提高合金电极的实际电化学反应面积.

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Al 5083表面电泳沉积稀土改性膜制备和表征
项秋伟 曹思 孙道明 李劲 蒋益明
金属学报. 2010, 46 (3): 352-357.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00536
摘要   PDF (1064KB)

采用阴极电泳法在铝合金表面快速沉积Ce改性膜, 利用SEM, EDS和XRD研究稀土膜的形貌和结构, 用电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线方法评价改性铝合金在0.1 mol/L NaCl溶液中的耐蚀性能. 结果表明, 在0.1 mol/L Ce(NO3)3乙醇溶液中用12 V电压阴极电泳60 s后再经热处理获得了厚度约0.8 μm的均匀CeO2膜层. 电化学测试结果证实, 稀土改性膜对Al 5083基体具有优异的保护性能, 试样浸泡31 d未见明显腐蚀, 且表面膜层裂纹显著减少, 呈现自修复特性. 随浸泡时间的增加, 电荷转移电阻Rp逐渐增大, 表面电容Ct基本不变.

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含SO2大气中20碳钢腐蚀产物的演变
林翠 赵晴 刘月娥 梁健能
金属学报. 2010, 46 (3): 358-365.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00648
摘要   PDF (1637KB)

采用模拟大气腐蚀系统, 利用OM, SEM, XRD和局部交流阻抗测试(LEIS)等研究了20碳钢在高湿度SO2大气环境中腐蚀产物的形态变化和生长过程. 结果表明, 20碳钢表面首先生成Fe(OH)2膜, Fe(OH)2膜在酸性介质中发生破裂形成头部为绿色的丝状物, 丝状物沿晶界腐蚀并向铁素体内生长; 空气中SO2, O2和H2O不断进入破裂的Fe(OH)2膜内, 导致Fe不断溶解并形成FeSO4巢穴, FeSO4与O2和H2O作用在巢穴内生成FeOOH堆积物, 最后形成胞状腐蚀产物. 随腐蚀时间的延长, 胞状腐蚀产物增多, 锈层阻抗增加, 腐蚀产物层厚度不均匀; 继续腐蚀, 腐蚀产物变得均匀致密. SO2含量越高, 胞状物增加越快.

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Sn3.0Ag0.5Cu/Cu无铅焊点剪切断裂行为的体积效应
田艳红 杨世华 王春青 王学林 林鹏荣
金属学报. 2010, 46 (3): 366-371.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00688
摘要   PDF (1123KB)

采用直径范围为200-600 μm的Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料球在Cu焊盘上制作热风重熔焊点, 将重熔焊点在150 ℃下进行老化, 并对重熔和老化焊点进行剪切测试. 结果表明: 重熔和老化后焊点的剪切强度都随体积的增大而减小, 表现出显著的体积效应. SEM断面观察显示: 较小体积焊点剪切断裂发生在钎料块体内部, 表现出较好韧性; 较大体积焊点则发生在近焊盘的界面处, 呈现脆性断裂特征. 焊盘界面处和钎料内部微观组织SEM观察表明: 小体积焊点内部Ag3Sn化合物以小颗粒状弥散分布, 起到强化作用; 而大体积焊点内部Ag3Sn化合物为树枝网状分布, 表现出硬脆性. 金属间化合物(如Ag3Sn和Cu6Sn5)的形貌和分布对焊点的断裂行为有显著的影响, 是焊点剪切断裂行为体积效应的内在原因.

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轴对称磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响
郎文昌 肖金泉 宫骏 孙超 黄荣芳 闻立时
金属学报. 2010, 46 (3): 372-379.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00556
摘要   PDF (1212KB)

研究了轴对称磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响规律, 利用有限元分析软件FEMM对轴对称磁场的分布进行了模拟, 采用SHT-V型磁场测试仪测试了磁场强度, 分析了靶面不同磁场分量的分布规律. 从电弧斑点放电的物理机制出发, 探讨了不同磁场分量和轴对称磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响机制. 结果表明, 轴对称磁场通过影响空间正电荷密度n+的分布而作用于弧斑运动; 随着轴对称磁场横向分量的增加, 电弧斑点由随机运动逐渐转变为向靶面边缘扩展的旋转运动, 弧斑运动速度加快, 电弧电压升高, 电流下降; 当横向分量增加到临界强度(BT≈30 Gs)时,弧斑在靶材边缘稳定的快速旋转运动并在靶沿处上下抖动, 弧斑分裂, 靶面中心处每隔0.5 s左右出现多个细的圆斑线, 然后很快向外扩展消失; 靶材边缘出现明显的刻蚀轨道.

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DL-EPR法评价2205双相不锈钢晶间腐蚀敏感性
徐菊良 邓博 孙涛 李劲 蒋益明
金属学报. 2010, 46 (3): 380-384.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00598
摘要   PDF (921KB)

利用Thermo-Calc软件并结合金相显微镜, 定性研究了2205双相不锈钢在800 ℃下敏化不同时间后的微观组织演变过程. 通过研究扫描速率、介质成分、介质温度和试样表面状态优化了双环电化学动电位再活化法(DL-EPR), 并用该优化方法研究了2205双相不锈钢晶间腐蚀敏感性. 结果表明: DL-EPR法能定量评价σ相对2205双相不锈钢晶间腐蚀敏感性的影响, 随敏化时间延长, σ相含量增多, 晶间腐蚀敏感性也随之增加. 腐蚀形貌的观测验证了这一规律.

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