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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2011年, 第47卷, 第5期 刊出日期:2011-05-11 上一期    下一期
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论文
回火温度对Mn系低碳贝氏体钢的低温韧性的影响
高古辉 张寒 白秉哲
金属学报. 2011, 47 (5): 513-519.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00550
摘要   PDF (1408KB)
研究了回火温度对Mn系低碳贝氏体钢(LCMB)组织及低温冲击韧性的影响. 显微组织分析表明, LCMB钢的轧态组织以贝氏体板条为主, 经460 ℃回火2 h后, 部分贝氏体板条开始粗化, 经600 ℃回火2 h 后, 出现准多边形铁素体组织, 并观察到少量铁素体再结晶现象. 对力学性能的测试结果表明, LCMB钢板经460 ℃回火2 h后达到最佳的强韧性配合, 屈服强度保持在725 MPa, -40 ℃ Charpy冲击功 AKV为146 J, 冲击断口呈现明显的韧性断裂形貌, 韧脆转变温度由轧态的-18 ℃降低至-48 ℃. EBSD和TEM分析表明, 低温韧性的改善是由于在回火过程中贝氏体板条的回复引起的大角度晶界比例增加及有效晶粒尺寸降低造成的.
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桥梁耐候钢在含Cl-离子环境中的腐蚀行为
高新亮 朱苗勇 付贵勤 汪峰 邓志银
金属学报. 2011, 47 (5): 520-527.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00496
摘要   PDF (1534KB)
选择3种Ni含量为3.5%的桥梁钢, 采用干湿周浸加速腐蚀实验模拟海洋大气环境下桥梁钢的耐腐蚀性能变化, 并利用金相显微镜、 XRD和SEM等分析了不同Mn和Cu含量桥梁耐候钢组织以及其腐蚀不同时间的腐蚀形貌和锈层特征. 结果表明: 桥梁耐候钢的组织由准多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体组成; 随着Mn含量的增加, 钢的耐蚀性能增加; Ni和Mn在锈层中均匀分布, Cu在锈层的缝隙或孔洞等缺陷处富集. 锈层主要由Fe3O4γ-FeOOH和α-FeOOH组成, 腐蚀不同时间后的试样锈层组成相有所不同; γ-FeOOH和α-FeOOH与钢的腐蚀速率密切相关; 增加Mn含量可以促进 γ-FeOOH和α-FeOOH的生成, 同时抑制γ-FeOOH和α-FeOOH的晶粒长大.
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考虑压室预结晶的镁合金压铸组织实验及模拟研究
吴孟武 熊守美
金属学报. 2011, 47 (5): 528-534.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00004
摘要   PDF (1365KB)
针对镁合金压铸件表层晶粒细小均匀而心部晶粒较粗大且不均匀的特点, 开展一系列压铸实验, 研究镁合金压铸工艺对压室预结晶和压铸件最终凝固组织 (特别是对晶粒大小、压室预结晶组织的含量及分布形态)的影响. 采用数值模拟方法, 以压铸实验统计数据为基础, 建立了考虑压室预结晶的镁合金压铸形核模型, 以此模拟更接近实际的压铸组织. 应用所建立的形核及生长模型, 模拟了不同压铸工艺下AM50镁合金“阶梯”压铸件的凝固组织, 模拟结果与实验结果吻合较好.
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热处理过程大型铸钢件变形的三维动态测量
康进武 聂刚 喻海良 龙海敏 郝小坤 黄天佑 胡永沂
金属学报. 2011, 47 (5): 535-539.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00617
摘要   PDF (929KB)
本文提出了一种新的铸件变形三维动态测量方法---固定方位角测量法, 解决了热处理过程高温无标志点情况下大型铸钢件变形的三维动态测量问题, 并建立了相应的数据分析方法. 采用该方法对某工厂正火过程强制风冷阶段大型水轮机叶片铸件的翘曲变形行为进行了三维动态测量, 获得了整个叶片的翘曲变形过程, 并对叶片翘曲变形的测量误差进行了分析. 测量结果表明, 固定方位角法能有效用于高温和无标志点情况下大型弱刚度铸件翘曲行为的三维动态测量, 为研究热处理过程的铸件变形提供了新的方法.
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激光快速熔凝Ni-Sn共晶合金的组织演变
曹永青 林鑫 汪志太 杨海欧 黄卫东
金属学报. 2011, 47 (5): 540-547.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00494
摘要   PDF (1241KB)
采用Ni--28\%Sn, Ni--30\%Sn, Ni--33\%Sn和Ni--35\%Sn(质量分数)共4种成分的亚共晶和过共晶合金, 考察了Ni--Sn共晶合金在激光快速熔凝过程中的组织演化过程. 当激光扫描速率较低时, Ni--28\%Sn亚共晶合金和Ni--35\%Sn过共晶合金的熔凝组织主要由细化的初生枝晶(亚共晶合金为α-Ni相, 过共晶合金为Ni3Sn相)和枝晶间共晶(α-Ni+Ni3Sn)组成; 近共晶合金Ni-30%Sn和Ni-33%Sn的熔凝组织基本相似, 熔池从底部到顶部存在柱状共晶团向等轴状共晶团的转变. Ni-Sn亚共晶和过共晶合金熔池底部皆存在少量粗大的残留初生相. 激光快速熔凝后, 相比基材中所存在的层片和棒状共晶的混合组织, 熔池内的共晶组织皆为层片状共晶, 层片间距相比基材明显减小, 并呈现垂直于熔池底部外延生长的特征. 通过对比4种成分合金在不同激光扫描速率下的熔凝组织, 获得了激光快速熔凝条件下 Ni-Sn合金共生生长区的成分范围以及临界激光扫描速率. 应用描述快速枝晶生长的 KGT模型和快速共晶生长的TMK模型对熔凝组织进行了分析, 模型计算结果与实验结果符合良好.
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20g纯净钢中氢陷阱对氢扩散系数的作用
陈业新 常庆刚
金属学报. 2011, 47 (5): 548-552.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00610
摘要   PDF (735KB)
对理想晶体中的H扩散通量与充H时间的关系式进行修正, 并用修正后的公式直接从实验数据中拟合H在材料中的扩散系数和穿透时间, 结果表明, 用理想晶体中H扩散通量随充H时间变化的修正关系式可以表征实际材料在电化学充H过程中的H原子扩散通量随充H时间变化的关系曲线, 也可以用以研究实际材料中H陷阱对H原子扩散系数的作用. 用修正后的公式对20g纯净钢电化学充H实验数据进行最小二乘法拟合, 直接得到H原子在不同H陷阱状态20g纯净钢中的扩散系数和穿透时间. 拟合结果显示: 20g纯净钢中的不可逆H陷阱对H原子的扩散系数没有影响, 只是延长了H原子的穿透时间, 而可逆H陷阱则降低了H原子的扩散系数.
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用质子导体传感法研究钢在脱氢热处理中氢的行为
厉英 丁玉石 胡井涛 王常珍
金属学报. 2011, 47 (5): 553-558.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00615
摘要   PDF (1013KB)
采用CaZr0.9In0.1O3-α质子导体传感法测定了钢脱H热处理过程中H的行为. 氢传感器的阻抗谱表明氢传感器工作稳定, 测定的数据精确可靠. 测量了2钢种的pH2随温度的变化, 及在600和800℃恒温时, pH2随时间的变化, 分析了不同温度下钢脱H的效果, 研究了H析出过程的速度限制步骤.实验结果表明, 所研究的钢样去H热处理温度应高于600℃才能有效脱H, 而温度大于727℃并不能进一步脱H.本文实验说明质子导体传感器可以用于在线、连续地检测固体钢中pH2的变化.
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动态压缩LY12铝合金微结构的XRD线形分析
樊志剑 宋振飞 肖大武 陈波
金属学报. 2011, 47 (5): 559-565.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00650
摘要   PDF (1002KB)
用Hopkinson杆实验装置在不同温度下对LY12铝合金进行动态压缩实验. 采用XRD线形分析对压缩试样的微细观结构演化进行研究. 由XRD的积分宽度确定试样中位错为刃型位错. 衍射峰形的Fourier分析表明, 在动态加载下, 材料内部的位错密度在塑性流动的初期迅速趋于饱和, 且随着测试温度的升高, 位错密度呈递减趋势, 同时亚结构的尺寸不断增加. 衍射峰形分析结果显示在280-300℃之间亚结构尺寸迅速增长, 与LY12铝合金在280℃附近发生第二相粒子的溶解对应.
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轴对称磁场对电弧离子镀TiN薄膜结构及摩擦性能的影响
肖金泉 郎文昌 赵彦辉 宫骏 孙超 闻立时
金属学报. 2011, 47 (5): 566-572.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00686
摘要   PDF (1237KB)
利用轴对称磁场增强电弧离子镀工艺制备TiN薄膜, 对薄膜表面大颗粒尺寸、数量及大颗粒与薄膜的面积比进行了分析统计, 研究了轴对称磁场横向分量强度对薄膜表面大颗粒尺寸和数量、薄膜组织结构及摩擦性能的影响. 结果表明, 随着轴对称磁场横向分量强度的增加, 大颗粒的尺寸和数量大幅度减少, 不同尺寸大颗粒的形貌差别很大, TiN薄膜的(111)择优取向增强, 薄膜的晶粒尺寸减小且分布均匀; 同时, 薄膜的摩擦系数及其随时间的波动减小, 耐磨性增强.
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Al-Mg合金中层错和孪晶形变能的第一性原理研究
董明慧 韩培德 张彩丽 杨艳青 张莉莉 李洪飞
金属学报. 2011, 47 (5): 573-577.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00715
摘要   PDF (869KB)
通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了纯金属 Al和Al-Mg合金在(111)[112]滑移系的层错能和孪晶形变能, 分析了Mg含量、占位对层错能和孪晶形变能的影响. 计算选用了局域密度近似(LDA)和广义梯度近似 (GGA-PW91)2种近似方法, 发现GGA-PW91所获得的层错能与实验结果符合较好. 研究结果表明, 纯Al的层错能高于孪晶形变能, 随着孪晶层厚度的增加孪晶形变能略有提高, 6层呈完全镜面对称孪晶具有的孪晶形变能最低; Mg含量增加可使Al-Mg合金的层错能、变形孪晶形变能明显降低; Mg在Al-Mg合金中占位对结合能和形成热的影响很小, 当Mg处于层错层时略使层错能和孪晶形变能提高.
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NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂层恒温氧化行为
王维新 姜肃猛 卫广智 马军 宫骏 孙超
金属学报. 2011, 47 (5): 578-586.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00649
摘要   PDF (1787KB)
采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金基体上制备了NiCoCrAlYSiB涂层和(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层, 对比研究了 2种涂层退火态的组织结构和在1000, 1100和1150℃下的恒温氧化行为. 结果表明: 退火处理后, NiCoCrAlYSiB涂层是由 γ'/γ相和弥散其中的点状β-NiAl相构成; (NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层分为两层, 外层以 β-NiAl相为主, 含有少量的Cr3Si相, 内层和NiCoCrAlYSiB涂层的结构相似. NiCoCrAlYSiB涂层在1000℃下有良好的抗氧化性能, 在1100和1150℃下因表面生成保护性较差的尖晶石相而快速退化; (NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层在 1000-1150℃下均表现出良好的抗高温氧化性能, 1100℃度下氧化300 h后仍有大量的β-NiAl相存在, 1150℃下氧化 300 h后涂层中Al含量仍在8%(质量分数)以上, 少量的β-NiAl相和过饱和的γ'/γ相可维持表面 Al2O3膜的形成和\linebreak 修复.
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高Nb-TiAl合金高温塑性变形行为及微观组织演化
王刚 徐磊 王永 郑卓 崔玉友 杨锐
金属学报. 2011, 47 (5): 587-593.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00005
摘要   PDF (1606KB)
对Ti-45Al-8Nb-0.2Si-0.3B(原子分数, %)合金进行热压缩实验, 采用基于动态材料模型建立的加工图研究了在变形温度为950-1300 ℃, 应变速率为0.001-10 s-1条件下的热变形行为. 结果表明: 在热压缩过程中, 高Nb-TiAl合金在不同变形温度和应变速率下表现出不同的流变行为. 该合金在温度为950-1200 ℃, 应变速率为1-10 s-1 和温度为1250-1300 ℃, 应变速率为10 s-1 两个区域内易产生流变失稳现象. 在温度为 950-1100 ℃, 应变速率为0.1-0.001 s-1的区域和温度为1250-1300 ℃, 应变速率为0.001-1 s-1的区域内合金发生了动态再结晶. 在动态再结晶区域内功率耗散效率在40%-55%之间, 热变形后组织细小均匀. 该合金的功率耗散效率的峰值区为1150-1200 ℃, 应变速率为0.001 s-1, 峰值效率为64%, 在此区间内合金发生超塑性变形.
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基于内聚力模型的AISI4135高强钢氢致滞后断裂数值模拟
王艳飞 巩建鸣 蒋文春 姜勇 唐建群
金属学报. 2011, 47 (5): 594-600.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00711
摘要   PDF (1336KB)
基于有限元ABAQUS软件, 利用内聚力模型和与H相关的线性内聚力-张开位移率关系, 开发了顺次耦合的氢致滞后断裂有限元计算程序, 预测了预充H的AISI4135高强钢圆柱缺口试样在常载荷拉伸条件下的滞后断裂时间和裂纹萌生位置, 同时考察初始H含量、缺口尖端应力集中系数和拉伸载荷对滞后断裂的影响, 并和文献报道的相关实验结果进行比较. 结果表明, CZM模型能够较好地模拟预充H高强度钢的氢致滞后断裂过程, 预测结果和实验结果基本一致. 氢致滞后断裂存在 H临界值, 当缺口尖端高应力区聚集的H浓度达到临界值时, 裂纹才会在此萌生, 此临界值与材料所受的载荷大小、缺口尖端的应力集中系数(缺口半径)有关, 而与初始H浓度无关. 随着缺口尖端应力集中系数、拉伸载荷的降低, 滞后时间将显著增大, 临界H浓度也增大.
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交流电作用下Au薄膜热疲劳失效行为的研究
王鸣 张滨 刘常升 张广平
金属学报. 2011, 47 (5): 601-604.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00668
摘要   PDF (817KB)
本文研究了交流电致循环热应变作用下200 nm厚Au薄膜的失效行为. 结合实验结果和理论计算, 确定了交流电作用下6 μm宽Au薄膜导线上的温度分布, 并由此确定了Au互连线在交流电作用下达到稳定状态后的循环热应变范围. 结果表明, 应变范围Δε≦0.35%, 经过5×106 cyc热循环后, Au互连线中的晶粒出现不同程度的增长, 晶界损伤导致Au互连线的最终失效. 对Au薄膜热疲劳、机械疲劳失效行为及其机制进行了分析.
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外场作用下BaTiO3单晶裂纹扩展和畴变
姜冰 郭志猛 邢献然
金属学报. 2011, 47 (5): 605-610.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00665
摘要   PDF (767KB)
通过偏振光显微镜对连续应力和恒电场作用下的BaTiO3单晶中的裂纹扩展和畴变过程进行原位观察. 结果表明, 在连续应力的作用下, 裂尖处应力集中导致出现畴变带, 裂纹与畴变带垂直相交, 畴带和裂纹一起向前移动, 畴变在先, 裂纹扩展在后; 在恒电场作用下, 畴变引起的不协调应变导致电致裂纹扩展, 畴变始终发生在裂纹扩展之前, 裂纹向前扩展时不断的切过前方的畴带, 直到不再有畴变发生时裂纹停止扩展.
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界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-Ag-Cu/Cu(Ni)\,BGA焊点界面IMC形成与演化的影响
李勋平 周敏波 夏建民 马骁 张新平
金属学报. 2011, 47 (5): 611-619.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00063
摘要   PDF (1606KB)
研究了焊盘材料界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu(Ni) BGA(Ball Grid Array)结构焊点焊后态和125℃等温时效过程中界面金属间化合物(IMC)的成分、形貌和生长动力学的影响. 结果表明, 凸点下金属层(UBM) Ni界面IMC的成分与钎料中Cu含量有关, 钎料中Cu含量较高时界面IMC为(Cu, Ni)6Sn5, 而Cu含量较低时, 则生成(Cu, Ni)3Sn4; Cu-Ni耦合易导致 Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni焊点中钎料/Ni界面IMC异常生长并产生剥离而进入钎料. 125℃等温时效过程中, Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的生长速率常数随钎料中Cu含量增加而提高, Cu-Cu耦合降低一次回流侧IMC生长速率常数; Cu-Ni耦合和Ni-Ni耦合均导致焊点一次回流Ni侧界面IMC的生长速率常数增大, 但Ni对界面IMC生长动力学的影响大于 Cu; Ni有利于抑制Cu界面Cu3Sn生长, 降低界面IMC生长速率, 但Cu-Ni耦合对Cu界面Cu3Sn中Kirkendall空洞率无明显影响.
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定向凝固过程中NH4Cl-H2O枝晶生长的数值模拟
石玉峰 许庆彦 龚铭 柳百成
金属学报. 2011, 47 (5): 620-627.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00642
摘要   PDF (1294KB)
建立了一种改进的元胞自动机模型(MCA), 通过考虑成分过冷、曲率过冷、择优取向系数、温度梯度和抽拉速度等因素, 模拟了不同温度梯度方向、不同择优取向及不同抽拉速度对柱状晶形态的影响. 模拟结果较好地刻画了温度梯度和生长方向夹角的变化对一次枝晶臂间距的影响, 不同择优生长取向的柱状晶竞争生长过程以及柱状晶尖端分叉机制. 为了验证模型的可靠性, 使用NH4Cl-H2O透明合金进行了定向凝固实验, 实验结果和模拟结果吻合较好.
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磁控溅射Al-Mg-B薄膜成分优化
曲文超 吴爱民 吴占玲 白亦真 姜辛
金属学报. 2011, 47 (5): 628-633.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00712
摘要   PDF (1002KB)
采用多靶磁控共溅射技术, 利用高纯度Al, Mg和B单质靶材为溅射源, 室温下在单晶Si(100)表面上成功制备了低摩擦系数的非晶态Al-Mg-B硬质薄膜. 通过改变Al/Mg混合靶体积配比及靶材溅射功率来调控薄膜成分, 最终制备的Al-Mg-B薄膜成分接近 AlMgB14相的元素成分比, 其Vickers硬度约为32 GPa. XRD及HR-TEM分析表明, 制备的薄膜均为非晶态. XPS测试表明薄膜内部存在B-B及Al-B单键; FTIR进一步测试表明, 在波数1100 cm-1处出现较为明显的振动吸收峰, 证明制备的薄膜中含有B12二十面体结构, 这也是薄膜具有超硬性的主要原因. 薄膜摩擦磨损测试表明薄膜摩擦系数在0.07左右.
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间接超声振动制备5052铝合金半固态浆料
吕书林 吴树森 戴维 安萍 毛有武
金属学报. 2011, 47 (5): 634-640.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00552
摘要   PDF (1695KB)
采用一种新型的间接超声振动装置制备5052铝合金半固态浆料, 研究了启振温度和振动时间对浆料组织的影响. 结果表明, 在液相线温度643℃及以上开始对5052铝合金熔体进行50 s的间接超声处理, 能获得晶粒细小圆整的半固态浆料. 在液相线温度开始通过杯底对合金熔体进行间接超声处理, 可在杯底附近大量形核, 随后初生晶粒以球状方式生长; 在60 s的制浆时间内, 晶粒平均直径先减小后增大, 平均形状系数则一直增大. 熔体温度降至液相线以下3℃时再进行间接超声处理, 亦能破碎发达的枝晶获得蔷薇状组织和球状晶粒共存的半固态浆料, 晶粒平均直径为105 μm.
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