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2011年, 第47卷, 第5期 刊出日期:2011-05-11
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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
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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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
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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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
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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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
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
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
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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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
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
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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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
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
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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