Please wait a minute...
ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
当期目录 More>>
  2013年, 第49卷, 第6期 刊出日期:2013-06-11 上一期    下一期
选择: 合并摘要
论文
Ti-45.5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金热挤压组织与拉伸性能研究
刘仁慈,王震,刘冬,柏春光,崔玉友,杨锐
金属学报. 2013, 49 (6): 641-648.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00762
摘要   PDF (4305KB)

采用包套近等温热挤压得到Ti-45.5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金棒材. 结合有限元数值模拟,研究了挤压变形组织的形成及各部位差异, 获得了棒材不同部位组织与室温拉伸性能的关系.结果表明, 热挤压变形有效细化了片层晶粒尺寸, 棒材轴向各部位组织和室温断后延伸率较为均匀,但径向芯部与边缘差别较大, 且这种径向组织性能差异未能通过后续α单相固溶热处理消除.挤压棒材各部位片层晶粒尺寸随有效应变的增大而减小, 本工作所得挤压棒材中有效应变大于2.25处具有细小均匀组织,而组织类型差异主要由变形过程中的坯料温度变化所致, 其中尾部边缘坯料温度受低温模具激冷作用而迅速下降,相应亚稳α相分解析出γ片层并在后续变形中失稳弯曲而形成界面扭曲的残余片层晶粒.各部位的断后延伸率随片层晶粒尺寸的增大而减小,但芯部断后延伸率较低主要归因于组织中存在片层界面与挤压方向接近垂直的片层晶粒.

References | Related Articles | Metrics
Zr55Cu33Al10Ni5块体非晶合金退火处理后脉冲激重熔晶化行为
杨高林,林鑫,胡桥,张莹,汪志太,李鹏,黄卫东
金属学报. 2013, 49 (6): 649-657.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00680
摘要   PDF (5809KB)

Cu模铸造得到的Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金分别在390, 430, 530, 792和902℃进行退火处理,并采用脉冲激光对其进行重熔, 研究基材晶化特征对熔池及热影响区晶化行为的影响.结果表明, 未晶化的退火处理试样(经390和430℃退火处理)在激光重熔后, 热影响区的晶化特征不受初始退火处理温度的影响.完全晶化的退火处理试样(经530, 792和902℃退火处理)在激光重熔后, 熔池基本上保持了非晶状态.经530和792℃退火处理后试样的熔池底部没有发现外延生长现象. 经902℃退火处理的试样在激光重熔后,单次激光重熔的熔池底部有少量的外延生长, 而经11次激光重熔的熔池底部无外延生长. 分析表明,外延生长是因为CuZr2初生相在重熔过程中在熔池底部产生了成分保留区域.由于熔池内非晶合金的扩散缓慢, 在激光重熔Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金过程中,熔池底部即使是晶态也难以产生外延生长, 所以激光加工Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金时,熔池内很容易保持非晶状态.

References | Related Articles | Metrics
预疲劳变形对粗晶纯Al单向拉伸行为的影响
颜莹,卢蒙,李小武
金属学报. 2013, 49 (6): 658-666.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00684
摘要   PDF (5734KB)

在恒应力幅下对粗晶纯Al进行不同疲劳寿命分数D(D=2%-75%)的预疲劳变形,研究预疲劳变形对其单向拉伸行为、断口表面变形特征和位错组态的影响.结果表明, 随着D的提高, 粗晶纯Al的表面挤出和侵入现象加重,晶内的不均匀变形程度增大, 导致沿滑移带和晶界萌生微裂纹和微孔洞以及随后的连接,当D高达75%时, 三叉晶界节点处产生较长的沿晶裂纹.疲劳位错组态由退火时松散的胞状结构演变成规整的胞状结构和亚晶,但亚晶尺寸并未发生明显变化. 预疲劳的粗晶纯Al单向拉伸后, 其屈服强度明显提高,但随D的提高, 屈服强度变化不大, 抗拉强度呈现先降低再升高和最终急剧下降的趋势,但其加工硬化能力较弱. 单向拉伸断口由纤维区和剪切唇区组成, 纤维区韧窝的数量随D的提高而增多,尺寸减小, 当D=50%时, 韧窝数量下降, 尺寸增大, 断口呈现撕裂特征.单向拉伸后的亚结构主要为亚晶和亚内的位错胞状结构, 随着D的提高,亚晶先减小后增大, 亚晶的细化和亚晶内位错胞状结构的形成使预疲劳后的粗晶纯Al具有较高的最大均匀延伸率.

References | Related Articles | Metrics
Al和铝合金激光冲击表面改性的位错机制
罗新民,陈康敏,张静文,鲁金忠,任旭东,罗开玉,张永康
金属学报. 2013, 49 (6): 667-674.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00035
摘要   PDF (4729KB)

用工业纯Al(α-Al)和Al-Cu-Mg系航空铝合金2A02进行了激光冲击表面改性实验,借助TEM从微结构响应的位错机制研究了不同靶材对强化效果的影响. 结果表明,2种材料的强化效果有显著差异. α-Al激光冲击强化机制可归因于位错增殖.随激光冲击次数增加, 新生位错发生塞积, 并与林位错发生交互作用,位错线逐步演变为曲折波形、位错网络和位错缠结,但其硬度曲线因Bauschinger效应(BE)和应力波阻尼而呈线性快速衰退.铝合金2A02的激光冲击强化机制可归结为,由于高的基体强度和弥散析出相的钉扎作用而增强位错的弹性能与激光冲击超高能量的匹配,以及冲击诱发的位错增殖在析出相之间形成的复杂位错网络. 随激光冲击次数增加,基体与析出相之间以增强的半共格关系协调形变;位错增殖和空位运动构成几何必须位错界面(GNBs),由其构成的亚晶界将基体金属细化至纳米级.复杂位错组态所致内应力和纳米化作用共同构成铝合金材料激光冲击表面改性的强化机理.

References | Related Articles | Metrics
工业纯Ti在模拟高放废物地质处置环境中的缝隙腐蚀行为
魏欣,董俊华,柯伟
金属学报. 2013, 49 (6): 675-681.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00090
摘要   PDF (2827KB)

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱、电偶电流监测及恒电位极化等电化学方法研究了温度和Cl-浓度对Grade-2 Ti在模拟高放废物处置环境中缝隙腐蚀行为的影响.结果表明, 浸泡初期, 带缝隙Ti电极在25-95℃时均呈现钝化特征.随浸泡时间延长, 缝隙内介质环境侵蚀性增强, 诱发Ti缝隙腐蚀. 随着温度的升高和Cl-浓度的增加,电偶电流增大, Ti的耐缝隙腐蚀性能下降. Ti缝隙腐蚀各阶段转变的临界温度随着Cl-浓度和外加电位的增加而降低.由于发生阳极活性溶解, 缝隙口处金属被严重破坏.

References | Related Articles | Metrics
Co-Sb合金定向凝固组织与相选择
孙洪元,李双明,冯松科,傅恒志
金属学报. 2013, 49 (6): 682-688.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00735
摘要   PDF (2882KB)

对Co-93.0%Sb(质量分数)合金进行了Bridgman定向凝固和激光快速凝固实验,利用XRD, SEM和EDS分析了合金凝固组织中的相组成和成分分布.结果表明, 在Bridgman定向凝固速率为2和5μm/s时, 合金凝固组织只有CoSb3和Sb 2相;而当凝固速率为20, 50, 100和500 μm/s时, 组织由初生相CoSb2, 包晶相CoSb3和Sb相组成,凝固组织中CoSb3体积分数随凝固速率的增加而减少. 激光快速凝固方法中, 当扫描速率为5 mm/s时,组织有CoSb2, CoSb3Sb 3相; 而当扫描速率增大到10, 20和50 mm/s时,包晶相CoSb3取代初生相CoSb2直接析出, 合金凝固组织只有CoSb3Sb 2相,根据凝固理论计算得出, 包晶相直接析出的临界速率为7.61 mm/s, 与实验结果相吻合.另外, 低定向凝固速率2-5 μm/s下获得CoSb3是因为有足够的凝固时间促进包晶反应进行,而激光快速凝固下, 凝固速率大于10 mm/s时, CoSb3是通过液相直接凝固获得的.要获得大体积分数的CoSb3, 需采用较低的定向凝固速率.

References | Related Articles | Metrics
X80管线钢高pH应力腐蚀开裂机制与电位的关系
范林,刘智勇,杜翠薇,李晓刚
金属学报. 2013, 49 (6): 689-698.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00744
摘要   PDF (5387KB)

采用慢应变速率拉伸实验和恒电位浸泡实验,分析了不同电位下X80管线钢在高pH环境中的应力腐蚀开裂(SCC)行为和机制.结合不同扫描速率下的动电位极化曲线的测量,从热力学角度对SCC的敏感电位区间进行了划分.在综合考虑材料的最大断裂强度和面缩率损失的前提下,提出了评价SCC敏感性的综合指标I,并将适用于酸性土壤模拟溶液中的SCC敏感性判据拓展到高pH环境中对其进行了验证.结果表明, X80钢在本实验溶液中的SCC敏感电位区间可以划分为: -600 — -569 mV, 受阳极溶解(AD)机制控制,沿晶应力腐蚀开裂(IGSCC)较为敏感, 铁素体晶界优先溶解; 在开路电位Eocp­ — -600 mV, SCC敏感性最低,以点蚀的发生和发展为特征,单纯的AD机制不会导致显著的穿晶应力腐蚀开裂(TGSCC)敏感性;在析氢电位-1046 mV—Eocp,在AD和氢脆(HE)机制的共同作用下, X80钢的SCC敏感性最高,裂纹以TGSCC的形式扩展, 点蚀对TGSCC裂纹的萌生和扩展起到关键作用;低于-1046 mV, X80钢在HE的作用下断裂, 表现出较高的脆性. 经计算验证,采用I作为评价SCC敏感性的指标是可行的.

References | Related Articles | Metrics
电沉积制备PtRu/MWCNTs和PtRuNi/MWCNTs及其在直接甲醇燃料电池中的性能
赵越,洪波,范楼珍
金属学报. 2013, 49 (6): 699-706.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00692
摘要   PDF (1916KB)

采用改进的电化学三步法制备铂钌/多壁碳纳米管(PtRu/MWCNTs)和铂钌镍/多壁碳纳米管(PtRuNi/MWCNTs)金属纳米复合材料,用透射电子显微镜、能量色散光谱、X射线多晶衍射和X光电子能谱对其形貌、成分和结构进行表征和分析.采用循环伏安法和计时电流法研究PtRu/MWCNTs和PtRuNi/MWCNTs金属纳米复合材料对O还原(ORR)和甲醇氧化的电催化活性和稳定性.结果表明, PtRuNi/MWCNTs的ORR起始电位发生明显正移, 峰电流增高, 甲醇氧化峰电流高, 氧化峰电位负移,具有高抗CO中毒性能且稳定性好, 是良好的直接甲醇氧化燃料电池阳极催化剂候选材料.同时, PtRuNi/MWCNTs的高ORR和甲醇氧化电催化活性, 是双功能工作理论、特殊三维结构和MWCNTs表面经电化学活化处理生成含O官能团多种因素的共同作用结果.

References | Related Articles | Metrics
表面纳米化对低活化钢的组织及其热稳定性的影响
柳文波,张弛,杨志刚,夏志新,高古辉,翁宇庆
金属学报. 2013, 49 (6): 707-716.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00742
摘要   PDF (5836KB)

通过表面机械研磨处理(SMAT)在低活化铁素体钢的表面形成了一层纳米晶.TEM和XRD结果显示, SMAT后的表层组织为纳米晶. 550℃的回火实验结果显示,SMAT后的纳米晶具有良好的热稳定性; 回火120 min后的晶粒异常长大,回火240 min后的晶粒比较均匀(约250 nm). SMAT后试样表层碳化物的衍射峰变宽变弱,表明SMAT过程中碳化物被细化, HRTEM观察显示SMAT后的表层组织中存在细小的MC类型碳化物;根据XRD结果, 计算了M23C6MC碳化物的晶格常数分别为1.0631和0.4306 nm.由于测试机理和测量深度不同以及纳米组织的尺寸随着深度变化, 利用XRD和TEM检测的晶粒尺寸不同,而TEM照片能更准确地反应晶粒的实际尺寸.

References | Related Articles | Metrics
Zr-0.4Fe-1.0Cr-x Mo合金在500℃和10.3 MPa水蒸汽中的腐蚀行为
韦天国,龙冲生,苗志,刘云明,栾佰峰
金属学报. 2013, 49 (6): 717-724.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00679
摘要   PDF (2553KB)

采用真空非自耗电弧熔炼方法制备了4种不同Mo含量的Zr-0.4Fe-1.0Cr-xMo(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 质量分数, %)合金材料,研究了其在500℃, 10.3 MPa过热水蒸汽中的耐腐蚀性能以及添加Mo对合金耐腐蚀性能的影响.结果表明, Zr-0.4Fe-1.0Cr-xMo合金中含有大量细小的第二相粒子, 其腐蚀速率远远低于Zr-4,N18和M5合金. Mo的添加促进了氧化膜生长过程中的演变, 降低了耐腐蚀性能.不含Mo合金的氧化膜生长动力学在整个腐蚀周期(2000 h)内一直保持近似立方规律,而含Mo合金的氧化膜生长动力学在500--1000 h内由近似立方规律向直线规律转变.

References | Related Articles | Metrics
基于熔池流动分析的高速激光焊驼峰焊道形成过程研究
裴莹蕾,吴爱萍,单际国,任家烈
金属学报. 2013, 49 (6): 725-730.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00058
摘要   PDF (3287KB)

利用高速摄像机观察了高速激光焊熔池的流动行为, 分析了驼峰焊道的形成过程及焊接速度对驼峰倾向的影响,并探究了驼峰焊道的抑制措施. 研究发现, 驼峰的形成经历了形核、长大、凝固3个阶段.形核阶段, 环小孔流淌的侧向金属流在小孔后方的汇聚造成了液态金属的起伏, 成为驼峰形成核心;长大阶段, 液态金属起伏的波谷率先冷却凝固并阻止波峰处液态金属继续向熔池尾部流动,波峰则被从其前方向熔池尾部流动的液态金属填充长大; 凝固阶段, 长大了的波峰自下而上凝固,固-液界面凸起, 接触角减小, 波峰处液态金属难以铺展. 焊接速度增大,小孔周围的2个侧向金属流在小孔后方的汇聚点与激光热源距离增大,小孔后方液态金属温度降低, 表面张力增大, 液态金属起伏难以铺展,驼峰易于形核, 驼峰倾向增大. 小光斑直径激光能够缩短激光热源与汇聚点的距离,双光束激光的副光束的后热作用使得小孔后方液态金属的冷却速率降低,这2种措施均减小了小孔后方液态金属的表面张力, 增加了液态金属的铺展能力, 从而抑制了驼峰的形核.

References | Related Articles | Metrics
表观的和基于物理的35Mn2钢奥氏体热变形本构分析
魏海莲,刘国权,肖翔,张明赫
金属学报. 2013, 49 (6): 731-738.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00033
摘要   PDF (669KB)

通过热压缩实验和3种本构分析方法, 系统研究了35Mn2钢的奥氏体热变形本构关系. 首先建立了传统的利用峰值应力求得表观材料常数的双曲正弦本构方程, 求得实验钢的热变形激活能为278 kJ/mol, 与奥氏体的自扩散激活能(270 kJ/mol)十分接近, 表明其热变形速率控制机制是扩散控制的位错攀移. 其次建立了考虑应变量对表观材料常数影响的改进型双曲正弦本构方程, 利用这种改进型本构方程预测实验钢的流变应力, 预测值与实验值相关系数为0.991, 平均相对误差为4.19%, 表明预测值与实验值吻合良好,可用以准确预测实验钢的热变形流变应力. 第三种方法是基于物理的本构模型, 考虑了Young’s模量和奥氏体的自扩散系数与温度的关系,利用这种方法同样可以获得峰值应力与变形条件的关系, 但拟合精度不及双曲正弦本构方程, 本工作对其进行一定的修正后, 其拟合精度有明显提高.

References | Related Articles | Metrics
Al元素对热轧316L不锈钢显微组织和力学性能的影响
喇培清,孟倩,姚亮,周毛熊,魏玉鹏
金属学报. 2013, 49 (6): 739-744.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00048
摘要   PDF (3176KB)

利用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)及X射线衍射(XRD), 研究了不同Al含量316L不锈钢热轧态显微组织,测试了其力学性能和抗腐蚀性能. 结果表明: Al含量小于2%时, 基体为γ, Al含量为4%时,基体转变为α+γ双相组织, Al元素分别以固溶和Al4C3沉淀相的形式存在.合金的抗拉强度、屈服强度随着Al含量的增加, 先降低后升高, 塑性略有下降.利用SEM分析合金的断口形貌表明, 其断裂形式均为延性断裂.含2%Al的316L不锈钢具有最低的均匀腐蚀速率和晶间腐蚀速率,基体中Al2O3钝化膜的形成及Al4C3析出减少了贫Cr区的出现是导致材料耐蚀性提高的主要因素.

References | Related Articles | Metrics
电流密度对V-4Cr-4Ti合金基体上电沉积W涂层显微结构的影响
李绪亮,张迎春,江凡,王莉莉,刘艳红,孙宁波
金属学报. 2013, 49 (6): 745-750.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00042
摘要   PDF (1548KB)

利用Na2WO4-WO3熔盐体系在V-4Cr-4Ti合金基体上电沉积制备了金属W涂层,在电流密度为10-160 mA/cm2范围内研究了电流密度对金属W涂层的显微结构和力学性能的影响.研究结果表明, 增大电流密度促进了W晶核的生长以及晶粒尺寸的增大. W原子更容易在V-4Cr-4Ti合金基体上形核,而在初始W晶核上继续沉积主要是W晶核长大的过程,电流密度较大(100 mA/cm2)时, W涂层的金相组织呈柱状和条状结构, 电流密度较小时,W涂层组织呈牙柱状. W涂层的硬度随着电流密度的增加而下降,W涂层与V-4Cr-4Ti合金基体的结合强度超过59.36 MPa. 电流密度为10 mA/cm2时, 虽然涂层厚度仅有10 μm, 但W涂层晶粒尺寸小于5 μm, 涂层硬度、电流效率以及涂层和基体的结合力达到最大值, 分别为628.42 HV, 99.71%和96 N.

References | Related Articles | Metrics
Cr层对低碳钢/CFRP激光连接接头剪切强度及界面结合特征的影响
谭向虎,单际国,任家烈
金属学报. 2013, 49 (6): 751-756.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00045
摘要   PDF (2437KB)

在低碳钢表面电镀一定厚度的Cr层,再利用光纤激光连接低碳钢与碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究镀Cr层对低碳钢/CFRP搭接接头剪切强度及界面结合特征的影响.结果表明, 低碳钢表面镀Cr层大大提高了接头的剪切力和剪切强度,剪切力由2237.37 N增加到6127.81 N, 剪切强度由9.32 MPa增加到22.14 MPa;未镀Cr的低碳钢/CFRP接头的剪切破坏主要发生在搭接接头的连接界面上,镀Cr后改善了界面结合质量,剪切破坏发生在靠近搭接接头连接界面的CFRP上,断裂位置与CFRP中的气孔区相吻合. 激光连接过程中,镀Cr层与CFRP在连接界面处发生反应, 形成了Cr-O-PA6T化学键合,是接头界面强度得以提高的重要原因.

References | Related Articles | Metrics
Gasar连铸工艺制备藕状多孔Cu-Zn合金
李再久,金青林,杨天武,蒋业华,周荣
金属学报. 2013, 49 (6): 757-762.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00723
摘要   PDF (2076KB)

利用自行研制的Gasar连铸装置,成功拉制出不同Zn含量的藕状多孔Cu-Zn合金试样,并研究了Zn含量和下拉速率对气孔结构的影响. 结果表明:在多孔Cu-2Zn合金中, 随下拉速率的增加, 孔隙率略有增大,而平均孔径逐渐减小. 随Zn含量的增加, 受糊状区增大的影响,气孔结构的规则性和均匀性变差, 气孔直径变大,而气孔率呈现先减小后增大的趋势.

References | Related Articles | Metrics
长期时效对C276合金组织和力学性能的影响
刘锦溪,张继祥,陆燕玲,李肖科,李志军,周兴泰
金属学报. 2013, 49 (6): 763-768.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00728
摘要   PDF (2998KB)

采用TEM和SEM研究了C276镍基高温合金在700℃长期时效过程中的组织变化,利用万能高温材料试验机研究时效后合金试样700℃高温力学性能,并利用SEM对拉伸断口进行形貌分析. 结果表明, 700℃长期时效后,C276合金在晶界和晶内析出大量块状μ相和M6C碳化物, 且随时效时间的延长,块状析出相长大, 晶界处的析出相向晶内呈针状生长.析出相对合金有一定的强化效果,高温长期时效, 合金强度不会降低.合金的塑性随时效时间的延长先降低后增加, 在时效720 h达到峰值后又随着时间延长而降低,但在较长时效时间内合金保持较好的塑性. 高温长期时效的C276合金高温拉伸断裂方式为韧性断裂.

References | Related Articles | Metrics