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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9期 刊出日期:2011-09-11 上一期    下一期
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论文
枝晶生长的三维元胞自动机模拟
赵九洲 江鸿翔
金属学报. 2011, 47 (9): 1099-1104.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00050
摘要   PDF (1975KB)
通过将元胞自动机和有限差分方法相耦合, 建立了立方体系金属和合金枝晶生长的三维模型. 应
用该模型, 模拟了Al-Cu合金过冷熔体中自由枝晶的生长和定向凝固条件下Al-Cu合金凝固组织演变过程.
模拟结果清楚展现了过冷熔体中自由枝晶的生长过程和定向凝固过程中枝晶的形成与淹没, 与理论预测和
实验结果相吻合, 表明所发展的模型能够较准确地描述立方体系金属和合金的凝固组织演变过程.
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纳米SiC颗粒增强NiTi形状记忆复合材料制备及其力学性能和阻尼行为
江鸿杰 柯常波 曹姗姗 马骁 张新平
金属学报. 2011, 47 (9): 1105-1111.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00281
摘要   PDF (1671KB)
采用粉末冶金梯级烧结法成功制备出轻质、高强且具有一定孔隙率的纳米SiC颗粒增强NiTi合金基形状记忆复合材料(SiC/NiTi). 研究发现, 所制备的SiC/NiTi复合材料具有稳定的线性超弹性; SiC颗粒的引入使SiC/NiTi复合材料具有较高的压缩强度和等效压缩强度, 且强度随SiC含量的增加而提高. 研究还表明, SiC颗粒对合金相组成有一定影响, 但复合材料仍具有NiTi合金的马氏体转变特征, 并保持NiTi合金的高阻尼特性及较高的存储模量.
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加工工艺对N18锆合金在360 ℃/18.6 MPa LiOH水溶液中腐蚀行为的影响
张欣 姚美意 李士炉 周邦新
金属学报. 2011, 47 (9): 1112-1116.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00238
摘要   PDF (2653KB)
将经过不同加工工艺处理的N18锆合金样品放入高压釜中, 在360 ℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行310 d的长期腐蚀, 用TEM和SEM观察样品的显微组织, 研究加工工艺对N18合金腐蚀行为的影响. 结果表明, 样品在冷轧退火处理之前进行$\beta$相水淬处理, 得到尺寸在几十纳米均匀弥散分布的第二相, 其耐腐蚀性能最好; 提高加工过程中的中间退火温度至740 ℃, 样品由于第二相长大到数百纳米使耐腐蚀性能明显变坏, 腐蚀到150 d时发生转折, 转折后的腐蚀速率急剧增加; 样品经780 ℃保温2 h和800 ℃保温2 h处理后, 其显微组织中存在β-Zr, 这对N18锆合金的耐腐蚀性能是有害的, 但只要在后续的加工热处理过程中能使β-Zr分解, 获得细小的第二相, 则合金的耐腐蚀性能可恢复到较好的水平.
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变形温度对Fe-23Mn-2Al-0.2C TWIP钢变形机制的影响
秦小梅 陈礼清 邸洪双 邓伟
金属学报. 2011, 47 (9): 1117-1122.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00217
摘要   PDF (3304KB)
利用控温拉伸实验, 结合微观组织形貌观察和层错能的计算, 分析了在-60-600℃温度范围变形时高锰TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C力学性能和显微组织的变化规律及变形温度对其变形机制的影响. 结果表明, 随着变形温度的升高, TWIP钢的强度和延伸率总体上呈现先降低后增加, 然后又降低的趋势. 在300℃变形时, 强度和延伸率均出现峰值; 随着变形温度由-60 ℃升高到600℃, 层错能逐渐增加, 其变形机制由孪生为主转变为以滑移为主; 低温变形时, 组织中存在大量形变孪晶, 随变形温度升高, 形变孪晶数量逐渐减少. 当变形温度达到600℃时, 未发现孪晶, 主要存在位错, 并出现大量的位错胞, 试样发生软化; 低温变形时产生的高密度形变孪晶诱发的塑性使TWIP钢具有良好的低温力学性能.
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半固态SCN-5H2O模型合金流变性与组织特征的耦合分析研究
王红艳 林鑫 王理林 马良 杨东辉 黄卫东
金属学报. 2011, 47 (9): 1123-1128.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00252
摘要   PDF (1953KB)
采用旋转流变仪研究了剪切速率和不同工艺(连续冷却和重熔加热)对半固态SCN-5H2O(摩尔分数, %)透明模型合金流变性与微观组织的耦合影响规律. 结果表明, 剪切速率的跃变升高会导致合金熔体的表观黏度呈现出暂态的剪切稠化和稳态剪切稀化现象. 而随着剪切速率的增加, 相应的组织呈现出非枝晶颗粒尺度逐渐减小, 团聚体的分布更加分散的特征, 但微观组织的形状因子随剪切速率变化不大. 半固态合金熔体在重熔加热过程中的微观组织比连续冷却过程所获得的组织, 颗粒尺度更大、形状因子略有减小, 同时, 团聚体的聚合作用更加强烈, 这也导致合金熔体在重熔加热过程中的表观黏度高于连续冷却过程所获得的数值.
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3种铸造镍基高温合金热疲劳行为研究
肖旋 许辉 秦学智 郭永安 郭建亭 周兰章
金属学报. 2011, 47 (9): 1129-1134.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00066
摘要   PDF (4636KB)
研究了3种铸造镍基高温合金在不同温度下的热疲劳行为, 利用OM和SEM对合金的组织和热疲劳裂纹形貌进行了观察. 结果表明: 3种合金的热疲劳裂纹均萌生于V型缺口尖端处, 应力诱导下氧化孔洞的产生、聚集和相互连通是裂纹萌生的主要方式, 晶界、碳化物及共晶促进了裂纹的萌生和扩展. IN738和DZ444合金的热疲劳裂纹分别沿晶界和枝晶间扩展, DZ445合金的裂纹扩展方式随着温度升高由沿枝晶间扩展转变为沿晶体学取向扩展. 高温氧化和热应力的交互作用是热疲劳的主要损伤机制, 各合金在较高温度 (950℃) 下发生的微观组织演化促进了热疲劳性能的降低.
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三元合金单相凝固路径的统一解析模型
赵光伟 李新中 徐达鸣 傅恒志 杜勇 贺跃辉
金属学报. 2011, 47 (9): 1135-1140.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00195
摘要   PDF (1216KB)
基于合金枝晶凝固微观偏析统一模型, 导出一种新的描述三元合金单相凝固路径的解析模型. 该模型具有统一性, 不仅可涵盖平衡、非平衡和准平衡3种极限凝固路径模式, 而且可考虑任意凝固相的反扩散、冷速和枝晶几何形貌等因素的影响. 通过对 Al-1.0Cu-6.3Mg, Al-1.49Si-0.64Mg和Al-1.49Si-2.90Mg(质量分数, %)合金在不同凝固反扩散条件下凝固路径的实例计算, 证明了本文三元合金单相凝固路径统一解析模型与算法的可行性.
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含等离子喷涂ZrO2热障涂层的Ti3XC2(X=Al, Si)性能研究
刘静 盛洪飞 张保山 彭良明
金属学报. 2011, 47 (9): 1141-1146.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00266
摘要   PDF (2343KB)
在1450 ℃真空下保温1.5 h进行热压反应烧结制备了纯度为90%以上的Ti3AlC2和Ti3SiC2层状结构陶瓷, 研究了它们的物相组成、微观结构、力学性能及热物理特性, 并在2种陶瓷基体上进行了无金属粘结过渡层等离子喷涂ZrO2 热障涂层处理, 考察了涂层的结合强度与热冲击特性. 结果表明, Ti3AlC2和Ti3SiC2基体材料的抗弯强度和断裂韧性分别为536 MPa, 7.8 MPa·m1/2和457 MPa, 6.8 MPa·m1/2, 在25-1000 ℃温度范围内的平均线膨胀系数分别为8.77×10-6和9.14×10-6/℃, 前者的力学性能与热稳定性均优于后者; 等离子喷涂后, 整体材料的热导率下降幅度达60%以上, 涂层与基体结合牢固且具有良好的抗热冲击特性; 对2种基体的涂层隔热效应的计算表明, 0.3 mm厚ZrO2涂层外表面与内界面的温差分别为341和358 ℃, 可显著提高工件的使用温度.
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光电化学法研究镍基合金在288℃高温水中生成氧化膜的半导体性质
张胜寒 檀玉 梁可心
金属学报. 2011, 47 (9): 1147-1152.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00270
摘要   PDF (1240KB)
采用光电化学法研究了Incoloy800HT和Inconel600镍基合金在288℃高温水中形成的氧化膜的半导体性质. 组成镍合金氧化膜的物相为 Ni的氢氧化物或镍铁氧化物、Cr2O3和FexNi1-xCr2O4, 它们的特征带隙宽度分别为2.3, 2.9/3.5和4.1-4.3 eV. 在-400 mV至+400 mV范围内, Incoloy800HT合金表面氧化膜的光电化学响应表现为n型半导体性质, Inconel600合金表面氧化膜的光电化学响应表现为n/p型半导体性质, 同时, 在半导体性质从n型转变为p型的临界电压下, 光电化学响应相角发生180o转变.
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核电用1Cr13厚壁管材内表面裂纹产生原因分析
苏国跃 张振
金属学报. 2011, 47 (9): 1153-1154.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00204
摘要   PDF (625KB)
分析了热轧后空冷产生的淬火效应、退火缓冷引起的回火脆性和轧制对裂纹生长方向的影响. 不合理的热处理制度使材料发生马氏体相变和回火脆性, 在冲击性冷轧后产生开裂. 而轧制压扁造成的内表面切向拉应力是产生纵向裂纹的原因.
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核电站控制棒驱动机构驱动杆用1Cr13厚壁管材成分选择与工艺优化
都祥元 苏国跃
金属学报. 2011, 47 (9): 1155-1158.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00209
摘要   PDF (870KB)
通过优化设计与控制C, Ni, Cr主合金元素和H, O, N气体元素含量, 优化管材冷轧工艺, 有效防止了1Cr13管材加工时的开裂现象, 保证了管材表面质量良好; 通过调整成品热处理工艺, 使试制的管材样件的力学性能完全满足了技术条件要求.
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基于随机过程的镍基690合金点蚀建模方法
周炳海 翟子青
金属学报. 2011, 47 (9): 1159-1166.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00039
摘要   PDF (1287KB)
以随机过程理论为基础, 结合实验数据和分析结果, 提出了基于非齐次Poisson过程和非定态Gamma过程的点蚀萌发和生长建模方法, 建立了一套系统的关于镍基690合金蒸汽发生器传热管点蚀失效的实验方法、建模方法和仿真方法. 对由点蚀引起的镍基690合金蒸汽发生器传热管破损失效的衰退过程进行了有效仿真, 得到了不同工作环境下镍基690合金蒸汽发生器传热管的寿命概率分布. 结果表明, 在不考虑传热管内具体流体动力学和辐照因素的前提下, 本文建立的点蚀引起的衰退过程模型可有效地模拟镍基690合金蒸汽发生器传热管的点蚀萌发和生长, 对预测其寿命和制定相关的维修计划具有重要的参考价值.
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AZ31镁合金连续强流变轧制成形过程温度场模拟与优化
管仁国 张秋生 戴春光 赵占勇 刘春明
金属学报. 2011, 47 (9): 1167-1173.  
摘要   PDF (2014KB)
采用数值模拟与实验相结合,对AZ31镁合金连续强流变轧制成形过程温度场进行了模拟与优化.结果表明,在倾斜板表面,合金温度从浇注口到出口逐渐趋于线性降低;在横断面上,接触倾斜板一侧合金温度比上侧低,当浇注温度大于690℃时,熔体在倾斜板出口温度高于AZ31合金液相线温度,容易发生制品断裂.在轧制变形区后滑区,主要发生半固态金属变形,合金从孔型入口到出口温度逐渐降低,半固态区间随着浇注温度的升高而增长,温度等值线发生两次弯曲,表层合金温度等值线向孔型出口凸出,而中心合金温度等值线向孔型入口凸出,其弯曲程度从中性面到孔型入口越来越明显;在轧制变形区的前滑区,主要发生固态金属的变形,温度等值线发生一次弯曲,且向孔型出口凸出.在本实验条件下,较合理的浇注温度范围在670~690℃之间.
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Mg-Zn-Y-Zr合金在NaCl溶液中的腐蚀行为
张亚丛 王锦程 吕文泉
金属学报. 2011, 47 (9): 1174-1180.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00036
摘要   PDF (4793KB)
研究了Zn含量(质量分数)分别为4.3%, 6%和8.6%的Mg-Zn-Y-Zr合金在5%(质量分数)NaCl溶液中的质量损失腐蚀和电化学腐蚀行为, 并对不同腐蚀时间的合金表面腐蚀形貌、微观组织和相成分进行了分析. 结果表明, Mg-Zn-Y-Zr合金中的第二相和Zn含量可显著影响合金的耐腐蚀性能, Zn含量为4.3%的Mg-Zn-Y-Zr合金表现出良好的抗腐蚀性能. 随着Zn含量的增加, 合金晶界上形成了电偶腐蚀加速效应更强的W相, 同时使α-Mg基体中的Zn含量增加, 从而导致合金的耐蚀性能逐渐变差.
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钢质蜂窝夹芯板的弯曲疲劳损伤模型
邹广平 芦颉 曹扬 刘宝君
金属学报. 2011, 47 (9): 1181-1187.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00253
摘要   PDF (1243KB)
研究了钢质蜂窝夹芯板的室温四点弯曲疲劳行为, 得到疲劳寿命(S-N)曲线. 结果表明, 在载荷比R=0.20时, 钢蜂窝夹芯板疲劳行为体现明显的方向性. L向芯子排列试件较W向易于承受循环载荷, 疲劳强度极限分别为1369和859 N. 基于等效剪切模量退化理论, 建立了寿命预测和损伤演化模型. 结果发现, L向试件损伤开始萌生的循环次数约占总寿命的86%-90%, W向试件高载荷时为73%, 较低载荷时退化为48%. 在不区分芯子排列方向时, 可分别用二阶多项式和指数模型描述高、低载荷水平的损伤演化规律, 模型体现出较强的材料相关性.
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超细晶硬质合金显微组织参数与力学性能定量关系的研究
赵世贤 宋晓艳 刘雪梅 魏崇斌 王海滨 高杨
金属学报. 2011, 47 (9): 1188-1194.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00262
摘要   PDF (1009KB)
对超细晶WC-Co硬质合金的复相显微组织进行了系统的定量化表征和分析, 获得了WC晶粒尺寸dWC, Co相平均自由程LCo和WC晶粒邻接度CWC-WC等显微组织参数与力学性能的定量关系, 模型预测结果与实验测定结果符合很好. 结果表明, 当CWC-WC基本相同时, 超细晶硬质合金的硬度分别与dWC-1/2LCo-1/2成线性正比关系, 断裂韧性KIC分别与dWC-1/2LCo-1/2成确定性函数关系. 在Co含量一定、WC平均晶粒尺寸基本相同的情况下, 随着 CWC-WC的增大, 超细晶硬质合金的横向断裂强度降低, 且当CWC-WC>0.5时, 硬质合金的强度随CWC-WC增加显著下降.
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Ni-Cr-Mo耐蚀合金在CaCl2-CaF2熔盐中的腐蚀行为
彭海健 金军 李德富 胡捷
金属学报. 2011, 47 (9): 1195-1199.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00108
摘要   PDF (3415KB)
通过全浸腐蚀实验, 采用XRD, OM, SEM 和 EDS研究了Hastelloy C276和Hastelloy N合金在80%CaCl2+20%CaF2(质量分数)熔盐中的腐蚀行为. 结果表明, Hastelloy C276和 Hastelloy N合金均发生晶间腐蚀, 其具体形式为Cr和Mo元素沿晶界发生选择性脱溶腐蚀. 由于腐蚀层和腐蚀产物对元素扩散的阻碍作用, Hastelloy C276和Hastelloy N合金在熔盐中的腐蚀速率均逐渐减缓, 其腐蚀失重$C$与腐蚀时间$t$符合C=Ktn关系.
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含Nb锆合金中第二相的吸放氢性能
王锦红 王荣山 翁立奎 张晏玮 耿建桥
金属学报. 2011, 47 (9): 1200-1204.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00103
摘要   PDF (808KB)
参照含Nb锆合金中第二相的成分, 熔炼了(Zr, Nb)2Fe, Zr(Nb, Fe)2β-Nb合金. 成分测试结果表明, 所炼合金的成分与锆合金中的第二相相同. XRD分析结果表明, 除(Zr, Nb)2Fe外, Zr(Nb, Fe)2β-Nb合金的相结构也与锆合金中的第二相相同. 各合金的压力-成分-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学曲线表明, 3种合金和纯Zr的可逆吸放氢能力按Zr(Nb, Fe)2, (Zr, Nb)2Fe, β-Nb和Zr顺序依次减弱.
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小冲杆测试辐照对反应堆压力容器钢力学性能的影响
钟巍华 佟振峰 张长义 乔建生 杨文
金属学报. 2011, 47 (9): 1205-1209.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00214
摘要   PDF (2403KB)
利用小冲杆(SP)对辐照前后压力容器钢(A508-3钢)在-150-20℃的温度范围内进行了力学性能测试, 拟合出拉伸和冲击的SP数据标准化经验公式, 并对SP测试后的断口进行了SEM分析. 研究结果表明, SP测试获得的断裂能可较好地表征材料韧--脆转变特性; SP测试与标准冲击测试获得的辐照前后韧--脆转变温度(DBTT)变化趋势一致, SP测试获得的拉伸性能呈明显的硬化和脆化趋势, 能够较好地表征A508-3钢的辐照硬化和脆化.
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加热过程中硫系易切削钢中MnS夹杂物行为的动态原位观察
邵肖静 王新华 姜敏 王万军 黄福祥 冀云卿
金属学报. 2011, 47 (9): 1210-1215.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00183
摘要   PDF (2775KB)
以高硫易切削钢轧材中大尺寸、长条状MnS为例, 利用高温激光共聚焦扫描显微镜观察了加热过程中MnS夹杂物的演变过程, 并分析了升温速率对MnS形态演变的影响. 研究表明, 在加热过程中, 经轧制伸长的大尺寸MnS发生了径向收缩、轴向分裂, 使其长度减小、形态趋近纺锤形. 当升温速率在0.5-2℃/s时, 随着升温速率的增加大尺寸细长MnS的分裂程度逐渐降低; 当升温速率增加至6-10℃/s后MnS基本不再发生分裂.
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3种锆合金的高温氧化行为
邱军 赵文金 Thomas Guilbert Jean-Luc Bechade
金属学报. 2011, 47 (9): 1216-1220.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00211
摘要   PDF (2309KB)
对Zr-A和Zr-B锆合金在700-1200 ℃的O2中进行了等温氧化实验, 观察了合金的氧化动力学行为和基体微观结构演变, 并与低Sn的Zr-4合金作了对比. 结果表明,  700-1200 ℃氧化时, 3种锆合金的动力学曲线基本服从抛物线规律, Zr-B合金在700 ℃氧化1200 s后速率出现转折; 800 ℃时Zr-A和Zr-B 合金的氧化速率出现转折; 1000 ℃时3种合金动力学曲线由抛物线变为近似直线; 1100 ℃以上氧化时, 动力学曲线呈抛物线规律, 未出现转折. 在1100 ℃以上氧化时, 合金成分对3种合金的高温氧化性能影响甚微. 依据氧化增重数据得到了3种合金在700-1200 ℃氧化反应的抛物线速率常数Kp的表达式.
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外磁场下MIG焊梯度功能材料制备模拟及实验研究
张海鸥 王超 王桂兰
金属学报. 2011, 47 (9): 1221-1226.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00640
摘要   PDF (2341KB)
建立了梯度功能材料MIG焊熔积成形制备时磁场环境、焊枪及金属焊样的三维有限元模型. 采用Maxwell涡流场及瞬态场对永磁场、交变磁场以及无外加磁场3种MIG焊工艺进行了模拟, 并进行了相关实验验证. 模拟结果表明, 永磁场条件下, 熔池受恒定强磁力作用, 对熔化金属的搅拌能力弱, 无法充分使Al粉和合金钢焊丝融合, 不能实现制备梯度功能材料的目的; 交变磁场条件下, 因熔池受到轴向振荡磁力和横向挤压磁力的共同作用, 对熔池的搅拌作用强, 有助于梯度功能材料的熔积成形. 实验结果与模拟结果符合良好, 无磁场条件下, 制备出的材料Al含量梯度功能不佳; 永磁场条件下, Al粉无法进入焊样中; 交变磁场条件下熔积成形的焊样中Al含量呈梯度分布.
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