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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2012年, 第48卷, 第2期 刊出日期:2012-02-11 上一期    下一期
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论文
AZ21镁合金降温多向压缩过程中的组织和微观织构演化
杨续跃 孙欢 吴新星 马继军 秦佳 霍庆欢
金属学报. 2012, 48 (2): 129-134.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00755
摘要   PDF (923KB)
对AZ21镁合金进行了降温多向压缩变形, 利用OM及SEM/EBSD技术观察和分析了其显微组织和微观织构的演化. 结果表明, 随着变形道次的增加,晶粒尺寸迅速减小, 经4道次的变形晶粒可细化至0.8 μm.高温变形时生成的相互交叉的扭折带可将原始晶粒有效地分割而细化.673 K第1道次变形至ε=1.2时, 几乎所有的晶粒都发生了90°的转动, 基面由变形前平行于压缩方向转至与压缩方向垂直,基面织构强度先减小后增大; 第2道次变形时, 织构变化与第1道次基本一样,表现为与变形温度无关, 仅取决于变形程度. 第2道次变形后织构强度低于第1道次,变形道次的增加可以弱化织构.
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粉末冶金制备SiCp/2009Al复合材料的相组成和元素分布
张琪 王全兆 肖伯律 马宗义
金属学报. 2012, 48 (2): 135-141.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00472
摘要   PDF (962KB)
采用粉末冶金法制备SiCp/2009Al复合材料热压锭, 并对热压锭进行了热挤压,分析了热压态和挤压态复合材料的相组成和元素分布. 结果表明: 热压锭存在轻微的元素偏析, 下部Cu和Mg含量略高于上部. 热压态复合材料组成相主要为Al, SiC, Al2Cu和Mg2Si, 另外还含有少量的Al7Cu2Fe和Mg的氧化物. 经固溶处理后, Al2Cu和Mg2Si溶解, Cu在基体中均匀分布, 但Mg仍偏聚于原始铝颗粒边界和SiC团聚处. 挤压变形不改变复合材料的相组成, 但使SiC分布更均匀并破碎了铝颗粒表面的氧化膜.挤压态复合材料经固溶处理后, Cu和Mg均在基体中均实现了均匀分布.
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低碳钢表面激光直接镀Ti层中裂纹形成的研究
许恒栋 赵海燕 S¨orn Ocylok Igor Kelbassa
金属学报. 2012, 48 (2): 142-147.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00591
摘要   PDF (844KB)
在不添加中间层的基础上, 通过调控激光熔覆工艺在低碳钢表面获得均匀、无裂纹、Ti含量超过99\%的镀Ti层, 并采用数值方法模拟激光熔覆过程,分析了镀Ti层内的温度场和应变场. 结合实验和模拟结果、相图和EDS分析,发现熔覆过程中镀Ti层和基体间形成可能由TiFe、共晶金属间化合物(TiFe+β-Ti)和少量α-Ti组成的界面层, 该界面层具有本征脆性, 极易形成裂纹, 且此裂纹无法消除; 镀Ti层内裂纹产生的根本原因是在脆性温度区内产生的拉伸应变超过了金属的临界塑形. 可通过减少线能量而减少裂纹驱动力, 从而消除镀Ti层内的裂纹, 获得均匀、无裂纹的镀Ti层.
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Ti-6Al-4V中界面能对α相片层生长的影响三维相场模拟
杨梅 王刚 滕春禹 徐东生 张鉴 杨锐 王云志
金属学报. 2012, 48 (2): 148-158.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00308
摘要   PDF (1235KB)
采用相场方法定量模拟了界面能各向异性对Ti-6Al-4V合金片层α相生长的影响.模拟所需的动力学与热力学数据分别来自DICTRA和Thermo-Calc数据库. 结果表明, 在高温热处理条件下, 界面能各向异性是控制α相形貌的重要因素.温度越高α相沿长度方向生长越慢, 片层的宽度和厚度越大.定量研究了新生α相和残余β相的宽度和厚度随模拟条件的变化,统计结果表明, 对应于不同的界面能各向异性, α相的宽厚比演化规律不同, 界面能各向异性越强, 生成的α相越宽, 残余β相宽度也越大. 溶质场分析表明, 生长过程中溶质分布不均匀, 在相界β侧形成了Al贫瘠区和V富集区, 且界面能各向异性越强, 溶质场不均匀越明显.
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混合焓对激光多层沉积Ti-6Al-4V合金凝固组织的影响
张凤英 谭华 陈静 林鑫 黄卫东
金属学报. 2012, 48 (2): 159-163.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00351
摘要   PDF (720KB)
分别以预合金粉末和混合元素粉末为原料进行激光多层沉积Ti-6A-4V合金, 采用XRD研究了预合金粉末、混合元素粉末和沉积试样的相组成,采用金相显微镜研究了沉积试样的凝固组织. 结果表明, 预合金法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织由外延生长的柱状晶组成,且随激光功率的提高, 合金凝固组织倾向于由柱状晶转变为等轴晶; 随着激光功率由1600 W增加至2700 W, 混合元素法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织则由粗大等轴晶逐渐转变为外延生长的柱状晶.扫描速率对合金凝固组织的影响较小. 对混合焓对合金凝固组织的影响进行了讨论.
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室温等径转角挤压对18Ni(C-250)马氏体时效钢微观组织和拉伸性能的影响
杨沐鑫 杨钢 刘正东 王昌 胡超 黄崇湘
金属学报. 2012, 48 (2): 164-169.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00420
摘要   PDF (1043KB)
采用等径转角挤压(ECAP)工艺在室温下对18Ni (C-250)马氏体时效钢进行单道次冷变形.对比固溶处理试样480 ℃时效曲线、固溶+ECAP处理试样的460和480 ℃时效曲线发现,一道次ECAP变形及随后的时效处理能够使马氏体时效钢的峰值时效时间明显缩短,峰值强度提高约100 MPa. 结构分析表明, ECAP态实验钢的马氏体板条宽度为100-200 nm, 随后的时效过程对马氏体板条宽度影响不大, 而ECAP工艺对棒状δ-Ni3Mo相析出尺寸有显著影响. 统计结果表明, 经4 h时效处理后, 固溶+480 ℃时效态、固溶+ECAP+480 ℃, 460 ℃时效态的δ-Ni3Mo宽度(直径)分别为4.92,12.33和3.54 nm. 此外, ECAP工艺还促使18Ni马氏体钢中δ-Ni3Mo相在时效后期加速分解, 使强度迅速衰减.
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DD98M镍基单晶高温合金900℃高周疲劳行为
韩国明 张振兴 李金国 金涛 孙晓峰 胡壮麒
金属学报. 2012, 48 (2): 170-175.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00433
摘要   PDF (887KB)
研究了无Re第二代单晶高温合金DD98M在900℃时的高周疲劳性能. 结果表明: 该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小, 且缺口降低了合金的疲劳强度和疲劳寿命, 900℃时光滑和缺口试样的疲劳强度分别为574和360 MPa; 利用扫描电镜(SEM)观察疲劳试样的断口形貌, 发现缺口试样为多裂纹源断裂,裂纹主要萌生于缺口根部应力集中区域, 而光滑试样为单一裂纹源断裂, 裂纹源起始于试样表面、次表面疏松处或碳化物处; 利用透射电镜(TEM)观察疲劳变形后的位错组态, 发现光滑试样中主要以基体通道中的位错滑移为主, 高应力水平下会出现位错对切割γ'相, 而缺口高周疲劳在高应力下主要变形机制为不全位错切割γ'相形成层错.
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快速加热连续退火对超高强TRIP钢显微组织与力学性能的影响
许云波 侯晓英 王业勤 吴迪
金属学报. 2012, 48 (2): 176-182.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00476
摘要   PDF (1704KB)
研究了快速加热连续退火工艺对V微合金化低Si含P系TRIP钢显微组织特征与力学性能的影响. 结果表明, 快速连续退火过程中, 随着退火温度的升高, 拉伸强度增加明显, 然而为了保证其综合性能, 并不能一味地提高其临界退火温度.加热速率80℃/s, 退火温度为880℃时, 残余奥氏体形态不仅仅局限于细小的块状结构, 而且在贝氏体铁素体板条间能观察到大量的薄膜状残余奥氏体. 细小、弥散的V(C, N))分布于铁素体或贝氏体基体中, 大部分析出粒子直径在4-9 nm之间, 实验钢具有优异的强度与塑性配合: Rm=1010 MPa, RP0.2=690 MPa, δ=23.6%, n=0.27, r=1.17, 强塑积达到23836 MPa?%. 退火温度过高或过低, 都会减少残余奥氏体的体积分数、改变其形貌并增大其尺寸, 导致综合力学性能下降.
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CaCl2-NaCl-CaO熔盐中电解精炼Si的研究
王淑兰 陈晓云
金属学报. 2012, 48 (2): 183-186.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00547
摘要   PDF (475KB)
以冶金级Si和电解Cu为原料, 制备了Cu-31Si(摩尔分数, %)合金. 以Cu-31Si合金为阳极、Mo为阴极和参比电极, 采用循环伏安和计时电位方法研究了1173 K下熔盐 81CaCl2-8.0NaCl-8.5CaO-2.5Si(摩尔分数, %)的阴极行为, 讨论了熔盐中Si电解精炼过程的还原步骤. 用SEM, EDS和电感耦合等离子原子发射光谱仪(ICPAES)分析和表征了Si晶体的形貌和组成.电解精炼后得到了多晶Si, 与冶金Si原料相比, 主要杂质含量都显著降低,特别是对太阳能级Si危害较大的杂质B和P去除效果明显, 分别从42×10-6和25×10-6降至4.5×10-6和8.2×10-6.电解精炼过程的电流效率为84.4%.
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Hf在粉末冶金镍基高温合金中的相间分配及对析出相的影响
张义文 王福明 胡本芙
金属学报. 2012, 48 (2): 187-193.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00558
摘要   PDF (943KB)
利用三维原子探针(3DAP), SEM, TEM和相分离方法, 研究了5种Hf含量的FGH97粉末冶金高温合金中 Hf在γ基体、γ'相和MC相中的分配,以及Hf对γ'和MC析出相的数量、组成和形貌的影响. 结果表明:Hf主要进入γ'相和MC型碳化物,γ'相变为(Ni,Co)3(Al,Ti,Nb,Hf),MC碳化物变为(Nb, Ti, Hf)C. 随着合金中Hf含量的增加, Hf进入γ'相的比例基本不变, 进入MC相的比例逐渐增大, 进入γ相的比例逐渐减小,即Hf在γ'和MC相的分配比R1逐渐减小, 在γ'和γ相的分配比$R_{2}$逐渐增大, R1R2的平均值分别为1∶0.1和1∶0.05,这表明Hf主要分配在γ'相中, 其次分配在MC相中. Hf促进γ'相和MC相析出, 影响γ'相的尺寸和形貌, 对MC碳化物的尺寸和形貌的影响并不明显.
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磨削工艺对渗碳M50NiL钢表面变质层微观结构和性能及疲劳性能影响
罗庆洪 李春志 娄艳芝 赵振业
金属学报. 2012, 48 (2): 194-198.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00560
摘要   PDF (748KB)
本文以渗碳热处理后的M50NiL钢为研究对象, 利用Vickers硬度计、XRD, TEM, HRTEM以及旋转弯曲疲劳试验仪对普通磨削和精密磨削后试样表面变质层微观结构和硬度及试样的疲劳性能进行了研究. 结果表明: 进刀量不同的2种磨削工艺获得的试样表面粗糙度不同, 表面变质层微观结构和硬度以及试样疲劳性能差别较大. 精密磨削对试样硬度产生影响的深度较小. 普通磨削表面变质层奥氏体含量较多, 呈现明显的奥氏体“有效晶粒”现象;精密磨削表面变质层则为非常细小的变形马氏体组织, 呈现明显的纳米级 马氏体“有效晶粒”现象; “有效晶粒”之间无明显的界面, 且晶面扭转现象明显,相邻“有效晶粒”之间转动角度最大可达14°, 同时“有效晶粒”内部晶面 也存在轻微扭转现象; 精密磨削工艺试样的旋转弯曲疲劳寿命约为普通磨削的13倍.
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TCS不锈钢复合热源焊接热影响区晶粒长大的预测
张转转 武传松 高进强
金属学报. 2012, 48 (2): 199-204.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00571
摘要   PDF (844KB)
根据等温条件下的铁素体晶粒长大公式, 推导出了焊接热影响区(HAZ)铁素体晶粒长大的动力学方程, 并结合焊接热循环的数值分析结果对TCS不锈钢热影响区晶粒长大进行了预测. 在此基础上, 对复合焊新型焊接工艺条件下TCS不锈钢HAZ的晶粒长大情况进行了数值计算, 得到了3种工艺参数下TCS不锈钢复合焊HAZ内的晶粒尺寸. 基于TCS不锈钢复合焊接接头的金相图片,测量了HAZ内的平均晶粒尺寸, 对数值模拟结果进行了验证.初步讨论了晶粒尺寸随热循环温度的长大情况和热循环温度差异对晶粒长大的影响规律.
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2024铝合金薄板激光冲击波加载的实验研究
冯爱新 聂贵锋 薛伟 曹宇鹏 徐晓翔 李彬 施芬
金属学报. 2012, 48 (2): 205-210.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00577
摘要   PDF (706KB)
采用高功率激光束单次冲击3种厚度(1.3 mm, 1.7 mm, 2.1 mm)的2024铝合金薄板靶材, 利用STSS-1应力检测模块采集靶材背面应变片的动态与静态应变信号, 并用XRD技术检测了靶材表面残余应力. 建立了2024铝合金薄板靶材激光冲击波加载模型,并利用该模型描述了靶材内部应力波结构及传播规律, 解释了冲击区域残余拉应力产生的原因. 结果表明, 激光冲击2024铝合金薄板靶材时,激光诱导的冲击波和约束层对冲击波的反射波透射到靶材内部各部位的应力波具有不同的特性和强度变化规律. 激光功率密度远超出2024铝合金最佳激光功率密度范围和靶材厚度较薄这2个条件同时存在是冲击区域残余拉应力产生的根源所在.
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Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu铸造铝合金的组织和室温力学性能
杨光昱 孟宏帅 齐元昊 刘少军 介万奇
金属学报. 2012, 48 (2): 211-219.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00579
摘要   PDF (1130KB)
研究了Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu铸造铝合金的组织和室温力学性能. 研究表明,在金属型铸造条件下, Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu合金的铸态组织为近等轴晶,相组成为α(Al)基体、枝晶间α(Al)+η(MgZn2)共晶、晶内游离η相(MgZn2)、少量T相(Mg3ZnxCu3-xAl2)及少量颗粒状Al7Cu2Fe. 固溶处理后, 原铸态组织中的η(MgZn$_{2}$)相大部分溶解消失, 但形成新的沿晶界分布的S相(Al2CuMg).实验确定了固溶态Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu合金较优的单级和双级时效工艺. 与单级时效工艺相比, 采用双级时效工艺处理后, 抗拉强度由480 MPa增加至490 MPa,延伸率由0.2%增加至2.2%.
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激光悬浮区熔定向凝固Al2O3/YAG/ZrO2 三元过共晶合金的微观组织
宋衎 张军 贾晓娇 苏海军 刘林 傅恒志
金属学报. 2012, 48 (2): 220-226.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00594
摘要   PDF (1059KB)
利用自行研制的激光悬浮区熔设备制备了Al2O3/YAG/ZrO2 三元过共晶自生复合材料. 在过共晶成分下获得了不含初生相的全共晶层片状组织.详细分析了固/液界面形貌形成原因, 并由界面形貌出发阐述了Al2O3/YAG/ZrO2 三元过共晶组织织构化趋势.结果表明, 低凝固速率下, 三元过共晶成分下层片间距大于三元共晶成分下层片间距,而在高凝固速率下则相反, 这主要是由于ZrO2的加入影响了体系的传热及传质条件, 通过经典非规则共晶模型综合分析了传输条件对层片间距的影响.过共晶平均层片间距(λav)与凝固速率(V)满足λavV0.5=14.7 μm1.5s-0.5,符合JH模型. 对于激光加工中经常出现的带状组织形成机理也进行了讨论.
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相场法模拟不同形状的硬质颗粒对两相晶粒长大的影响
周广钊 王永欣 陈铮
金属学报. 2012, 48 (2): 227-234.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00609
摘要   PDF (947KB)
采用相场方法研究了不同颗粒体积分数及尺寸条件下不同形状的硬质颗粒对两相系统晶粒长大的影响, 结果表明: 球形颗粒大多处于三角晶界处, 片状颗粒处于晶界处且沿晶界分布. 不同形状的硬质颗粒对体积占优的α相晶粒长大无明显影响, 对体积分数较小的β相晶粒长大的影响主要取决于颗粒数目. 颗粒数目较少时, 不同形状的硬质颗粒对β相晶粒长大无明显影响; 颗粒数目较多时, 片状颗粒比球形颗粒对β相晶粒长大的阻碍作用强烈. 颗粒体积分数越大,颗粒对晶界的钉扎作用越强, 稳态时晶粒的半径越小; 颗粒尺寸越大,单个颗粒对晶界的钉扎作用越强, 但总的钉扎作用越弱, 稳态时晶粒的半径越大.
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光学浮区定向生长Ti-43Al-3Si合金
刘荣华 滕春禹 崔玉友 徐东生 线全刚 杨锐
金属学报. 2012, 48 (2): 235-239.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00620
摘要   PDF (870KB)
采用光学浮区定向凝固炉, 对Ti-43Al-3Si合金进行引晶定向生长研究.从直径70 mm铸棒中切取直径9 mm多晶棒为籽晶, 在5 mm/h的速度下引晶生长出了微观片层平行于生长方向的定向合金. 采用OM对获得试样的组织进行观察,结果表明, 在开始凝固的L+α+β三相共存区中, 多晶棒有效引晶并控制了心部α相, 并在曲面生长条件下逐渐发展成为占据主导地位的组织结构. 对实验中多晶籽晶的选取、三相共存及曲面生长原理进行了深入讨论.
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高溶质浓度(伪)三元系金属玻璃原子密堆垛模型
吕宝臣 刘海涛 任鑫 王晓亮 李刚 孙跃军
金属学报. 2012, 48 (2): 240-244.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00676
摘要   PDF (479KB)
以溶质原子为中心, 并在第一配位壳层堆垛不同原子, 构造了一个新的原子密堆垛模型,用于预测像高溶质浓度Ti-Ni-Al等(伪)三元合金体系中玻璃形成能力最佳的合金.此模型不仅在Ti-Ni-Al, Ti-Ni-Sn等具有条带玻璃形成能力的三元体系中,而且在其它一些具有块体玻璃形成能力的体系中对玻璃形成能力最佳的合金成分预测结果与实验结果吻合良好.
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二次离子质谱仪测量扩散曲线时“零曲线”的分离
王海丽 王镇波 卢柯
金属学报. 2012, 48 (2): 245-249.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00687
摘要   PDF (510KB)
二次离子质谱仪测量的元素深度分布曲线受离子注入引发的原子混合、坑壁、晶体取向以及表面粗糙度等因素的影响, 使得实测曲线偏离真实元素分布曲线. 通过测量扩散退火前溶质原子在样品中的分布曲线, 即“零曲线”,可以表征各种因素的综合效果. 本文提出一种使用Fourier级数解卷积的方法有效地从实测曲线中分离“零曲线”的影响, 得到元素的真实分布曲线的方法.并利用此法分析了Zn在粗晶Cu及用动态塑性变形方法制备的纳米结构纯Cu中扩散的浓度-深度分布曲线.
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超轻β固溶体Mg-11Li-3Zn合金的准超塑性与变形机理
曹富荣 丁桦 王昭东 李英龙 管仁国 崔建忠
金属学报. 2012, 48 (2): 250-256.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00721
摘要   PDF (677KB)
采用铸造和轧制的方法获得了1.2 mm厚密度为1.43 g/cm3的超轻Mg-11Li-3Zn合金板材, 在573 K和1.67×102 s-1条件下拉伸获得了200%的延伸率,其在高应变速率下呈现准超塑性; 在拉伸过程中试样发生显著的动态再结晶导致晶粒细化,晶粒尺寸由平均27 μm减小到9 μm; 此条件下的应力指数为4.4, 流动激活能112.6 kJ/mol. 分析表明,573 K和1.67×10-2 s-1条件下试样拉伸过程中的变形机理为晶格扩散控制的位错攀移.
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