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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2016年, 第52卷, 第3期 刊出日期:2016-03-10 上一期    下一期
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论文
K416B镍基铸造高温合金的700 ℃高周疲劳行为*
谢君, 于金江, 孙晓峰, 金涛
金属学报. 2016, 52 (3): 257-263.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00281
摘要   HTML   PDF (9879KB)

通过高周疲劳性能测试和组织形貌观察, 研究了K416B镍基高温合金700 ℃的高周疲劳行为. 结果表明, 在700 ℃和应力比R=-1条件下, 合金疲劳寿命随着应力的升高而减小, 高周疲劳强度为175 MPa; 在低应力条件下, 形变位错在γ基体中发生不同取向滑移, 随着应力增加, 位错剪切γ'相, 形成层错; 在拉压高周疲劳期间, 合金中开动多个滑移系, 并沿不同方向发生扭曲变形, 在γ +γ'共晶及碳化物附近产生应力集中, 致使裂纹源萌生于合金表面附近的共晶及块状碳化物处. 随着高周疲劳进行, 裂纹在扩展区沿枝晶间扩展, 并在瞬断区发生典型的解理断裂.

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挤压态ZK60镁合金室温拉-压不对称性研究*
林金保,任伟杰,王心怡
金属学报. 2016, 52 (3): 264-270.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00324
摘要   HTML   PDF (3583KB)

基于室温轴向拉伸和压缩实验研究了挤压态ZK60镁合金的拉-压不对称性. 通过修正黏塑性自洽模型, 建立了耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型, 模拟了挤压态ZK60镁合金轴向拉,压力学行为, 分析了基面,柱面,锥面滑移及{1012}<1011>拉伸孪生和{1011}<1012>压缩孪生在塑性变形过程中的激活及演变情况. 结合实验与模拟, 从微观塑性变形机制角度分析了具有初始挤压态丝织构的镁合金产生拉-压不对称性的机理. 结果表明: 轴向拉伸过程中拉伸孪生和压缩孪生都较难激活, 变形初期以基面滑移为主, 由于基面滑移取向因子较低, 导致屈服应力较高; 随着晶粒转动, 基面滑移分切应力降低, 应力逐步升高, 变形机制转为以柱面滑移为主, 辅以锥面<c+a>滑移, 应变硬化率较低, 应力-应变曲线较平稳. 轴向压缩前期, 临界剪切应力较低的拉伸孪生大量激活, 导致屈服应力较低; 应变达到6.0%后拉伸孪生逐渐饱和, 相对活动量快速降低, 硬化率迅速提高, 由于大量孪晶界对位错滑移形成阻碍, 滑移机制未出现大量激活; 轴向压缩后期, 随着应力的持续升高, 压缩孪生启动, 相对活动量迅速上升, 塑性变形积累的应力得以释放, 硬化率降低. 因此, 挤压丝织构状态决定了镁合金在室温轴向拉,压变形过程中的变形机制存在明显区别, 从而导致挤压镁合金产生显著的轴向拉-压不对称性.

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不同浓度富Fe相粒子对Al-Mg-Si-Cu系合金弯边性能的影响*
邢辉, 郭明星, 汪小锋, 张艳, 张济山, 庄林忠
金属学报. 2016, 52 (3): 271-280.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00220
摘要   HTML   PDF (11108KB)

通过弯边变形, 拉伸实验, OM, SEM和TEM观察等手段研究了不同浓度富Fe相粒子对Al-Mg-Si-Cu系合金板材弯边性能的影响规律. 结果表明, 随着富Fe相浓度增加, 合金板材沿纵横向的弯边性能存在较大差异, 不含富Fe相粒子的合金板材沿2个方向弯边变形180°后外表面粗糙度增加, 处于中等浓度(含0.2%Fe)时沿2个方向弯边变形后均具有优异的外表面质量, 但是随着富Fe相浓度的进一步增加(至0.5%Fe), 合金板材沿横向弯边变形后在外表面出现微裂纹. 虽然富Fe相粒子浓度增加对合金板材纵横向延伸率影响不大, 但是拉伸断口,弯边和拉伸断裂后的侧表面组织均表明, 不含富Fe相的合金板材弯边变形后外表面粗糙度增加与剪切带组织密切相关, 而含有较高浓度富Fe相粒子的合金板材弯边变形后外表面出现的微裂纹与粗大富Fe相粒子的尺寸,形态以及分布状态密切相关. 此外, 根据不同浓度富Fe相粒子与合金弯边性能间的定量关系, 提出了合金弯边变形后外表面粗糙度增加和微裂纹形成的模型示意图.

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TA15钛合金薄壁焊接件热处理校形研究*
李永奎, 权纯逸, 陆善平, 焦清洋, 李世键, 孙忠海
金属学报. 2016, 52 (3): 281-288.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00314
摘要   HTML   PDF (2310KB)

针对飞机关键薄壁件焊接过程中产生的"簸箕"变形问题, 采用有限元结合实验验证的方法进行了焊接变形及焊后热处理校形的研究. 通过实验获得了材料的基础物性及高温蠕变行为, 验证了焊接及焊后热处理有限元模型. 利用可靠的热处理有限元模型进行了热处理工艺优化. 结果表明, 筋条焊后开槽导致沿筋条方向的应力释放及筋条-长衍焊点是导致"簸箕"变形的主要原因; 升高温度,增加载荷及延长保温时间能够改善热处理校形的效果, 并据此制定了面向工程应用的TA15钛合金薄壁构件的热处理工艺图.

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微结构相关的高循环疲劳分散性计算方法研究*
韩世伟, 石多奇, 杨晓光, 苗国磊
金属学报. 2016, 52 (3): 289-297.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00322
摘要   HTML   PDF (2355KB)

为了研究微结构对高循环疲劳分散性的影响, 发展了考虑多晶材料微结构特征的极值概率分析方法. 首先, 通过Voronoi算法构造了近似多晶合金微结构的随机多晶胞元模型. 其次, 应用基于内变量的晶体塑性本构理论, 模拟了不同应变幅下处于结构表面和内部多晶微结构胞元的循环应力应变响应. 通过计算有限数量的随机多晶微结构, 采用疲劳指示参数表征剪应变主导的裂纹萌生驱动力, 从而得到不同应变及边界约束情形下的疲劳指示参数分布. 最后, 应用极值概率理论分析了多晶胞元中疲劳指示参数的极值分布规律. 以TC4合金为例, 计算结果表明: 高循环疲劳分散性随应变幅降低而上升, 且在弹性极限附近变化显著; 此外, 相比于构件内部晶粒, 处于表面的晶粒具有更高的裂纹萌生驱动力.

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Al和Si对9Cr2WVTa钢力学性能及耐Pb-Bi腐蚀性能的影响*
鲁艳红, 宋元元, 陈胜虎, 戎利建
金属学报. 2016, 52 (3): 298-306.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00348
摘要   HTML   PDF (9615KB)

在9Cr2WVTa低活化铁素体/马氏体钢中添加合金元素Al和Si, 利用SEM, TEM, EPMA和显微硬度计研究了Al和Si对9Cr2WVTa钢显微组织,力学性能,冲击性能以及耐液态Pb-Bi共晶合金(LBE)腐蚀性能的影响. 结果表明, Al和Si缩小9Cr2WVTa合金的奥氏体相区, 促进δ铁素体的生成, 且Al元素的影响更加明显. 位于马氏体与δ铁素体界面的M23C6碳化物处易产生应力集中进而形成孔洞, 严重降低9Cr2WVTa合金的室温冲击性能, 断口呈现脆性断裂特征. 通过Al和Si的复合添加, 获得了具有较好力学性能和冲击性能的9Cr2WVTa合金, 合金在550 ℃静态液态Pb-Bi共晶合金中的耐腐蚀性能明显提高, 其原因在于合金内层氧化层中形成的Al和Si的氧化物, 提高了内层氧化层的致密性, 降低了合金元素及氧的扩散速率.

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异步轧制硅钢表面纳米结构稳定性与渗硅行为*
刘刚, 李超, 马野, 张瑞君, 刘勇凯, 沙玉辉
金属学报. 2016, 52 (3): 307-312.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00233
摘要   HTML   PDF (4194KB)

对3%无取向硅钢进行异步轧制以实现表面纳米化, 分别在真空和渗硅条件下进行不同参数的热处理, 研究显微组织,物相和成分的演变. 结果表明: 经过速比为1.31, 轧制道次为20, 总压下量为91%的异步轧制后, 板材表面形成了尺寸为10~20 nm, 取向呈随机分布的纳米晶; 在真空下升温, 表面纳米晶的再结晶温度明显提高; 在渗硅剂(Si粉+1% (质量分数)卤化物)中升温, 表面纳米晶的再结晶温度因外部Si原子沿着缺陷的快速扩散而进一步提高, 使得纳米晶界面能够在更高的温度下(750 ℃)发挥扩散通道作用, 促进Si原子的扩散, 并在显著地降低保温时间和(作为催化剂的)卤化物含量的同时获得致密的渗Si层.

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晶界特征对316不锈钢沿晶应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响*
张子龙, 夏爽, 曹伟, 李慧, 周邦新, 白琴
金属学报. 2016, 52 (3): 313-319.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00285
摘要   HTML   PDF (2912KB)

研究了晶界结构特征及晶界两侧晶粒的变形难易程度(Schmid因子)对316不锈钢(316SS)不同晶界萌生应力腐蚀开裂(SCC)裂纹的影响. 通过形变及热处理工艺获得晶粒尺寸较大的样品, 制作成薄样品, 使样品厚度相当于一个晶粒的尺寸. 采用三点弯曲加载方式, 在沸腾的酸化NaCl溶液中进行SCC实验来研究316SS不同晶界萌生SCC裂纹的倾向性. 结果表明, 沿晶型的SCC裂纹在随机晶界处萌生的倾向性最高, 而在Σ3晶界处的SCC裂纹萌生倾向性很低. 分别统计了大量随机晶界和Σ3晶界两侧晶粒的Schmid因子及其差值的绝对值(Δm), 结果表明, 随机晶界数量随Δm值的变化规律不明显, Σ3晶界数量随Δm值增大明显下降; 在0<Δm<0.1范围内, 随机晶界和Σ3晶界萌生SCC裂纹的倾向性都随着Δm的增加而增加.

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管线钢在沉积物下的腐蚀行为及有机膦缓蚀剂的作用效果*
徐云泽, 黄一, 盈亮, 杨飞, 李兵, 王晓娜
金属学报. 2016, 52 (3): 320-330.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00327
摘要   HTML   PDF (5286KB)

利用动电位扫描(PDS), 电化学阻抗谱(EIS)和线性极化电阻法(LPR), 研究了石英砂沉积物覆盖下的X65管线钢在含氧盐溶液中的腐蚀行为及有机膦缓蚀剂乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)的作用效果. 通过丝束电极(WBE)对沉积物所导致的电偶效应进行了测试. 结果表明, 沉积物覆盖下的X65钢平均腐蚀速率变缓, 但伴随有局部腐蚀发生. 在溶液中加注35 mg/L的EDTMPS后, 裸露的X65钢电极的腐蚀速率在3 h内由0.17 mm/a降低并稳定在0.082 mm/a, 沉积物覆盖下的X65钢电极在6 h内腐蚀速率由0.051 mm/a降低到0.026 mm/a并保持稳定, EDTMPS对裸钢和沉积物覆盖下的碳钢均有良好的缓蚀效果. WBE电偶效应测试结果表明, 沉积物覆盖区域电位较低, 表现为阳极区并伴随有严重的局部腐蚀发生. 在注入35 mg/L缓蚀剂后, WBE平均电位迅速下降, 阳极区域逐渐减小, 在加入EDTMPS缓蚀剂24 h后, 最大阳极电流密度和阳极总电流分别从0.21 mA/cm2和0.056 mA降低至0.078 mA/cm2和0.021 mA. 监测数据表明, EDTMPS对沉积物覆盖所引起的电偶效应也有一定的抑制作用.

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E690高强钢在SO2污染海洋大气环境中的应力腐蚀行为研究*
马宏驰, 杜翠薇, 刘智勇, 郝文魁, 李晓刚, 刘超
金属学报. 2016, 52 (3): 331-340.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00362
摘要   HTML   PDF (17201KB)

采用U形弯试样干湿交替腐蚀的实验方法, 结合电化学测试,裂纹形貌观察和锈层分析, 研究了E690钢在模拟SO2污染海洋大气环境中的应力腐蚀行为及机理. 结果表明, E690钢在SO2污染海洋大气环境中具有较高的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性, 其SCC机理为阳极溶解和氢脆(AD+HE)的混合机制. 大气环境中的SO2可通过促进α-FeOOH的形成以及Ni和Cr在内锈层中的富集促进内锈层的致密化, 促进Cl-在锈层底部的浓聚和酸化, 进而大大促进SCC裂纹的萌生与扩展, 提高了E690钢的SCC敏感性.

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阳极氧化铝膜中间层阻挡元素扩散研究*
黄祖江, 周敏, 杨阳, 陈泉志, 唐仕光, 李伟洲
金属学报. 2016, 52 (3): 341-348.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00385
摘要   HTML   PDF (4119KB)

对铌合金C103基体上真空蒸镀的Al膜进行阳极氧化处理获得阳极氧化铝(AAO)膜, 利用电镀技术在AAO膜上制备Ni表层, 通过高温处理研究元素通过AAO膜的扩散行为. 结果表明: 没有中间层的Ni/C103及以纯Al膜作为中间层的Ni/Al/C103样品, 涂层和基体间的元素扩散严重; 而以AAO膜为中间层的Ni/AAO/C103样品, 涂层和基体间的元素扩散受到明显抑制. 经900 ℃热处理后, Ni/C103, Ni/Al/C103及Ni/AAO/C103样品其外层中Nb含量分别为7.05%, 5.08%和3.55%; 基体中的Ni含量分别为6.84%, 3.62%和2.85%; AAO膜作为中间层有较强的元素扩散阻挡能力. 在900 ℃退火后, Ni/C103和Ni/Al/C103样品表面均生成了NbNi3相, 而Ni/AAO/C103样品并未出现Nb和Ni的反应生成物. 通过Fick定律计算得知, 900 ℃时Ni在AAO膜的扩散系数为3.28×10-14 m2/s, Nb为2.16×10-14 m2/s; 1000 ℃时Ni的扩散系数上升至1.03×10-13 m2/s, Nb为3.58×10-14 m2/s.

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Zn/CuxTiy体系固态反应周期层片型结构研究*
巩宇, 陈永翀, 刘丹丹, 张艳萍, CSERHÁTICsaba, CSIKAttila
金属学报. 2016, 52 (3): 349-354.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00289
摘要   HTML   PDF (8526KB)

采用液接法制备Zn/CuxTiy扩散偶, 利用SEM和EDS等对扩散偶在663 K保温不同时间后的反应区进行分析. 结果表明, 除Zn/CuTi2和Zn/CuTi体系以外, 其它5个扩散反应体系能够形成周期层片型结构, 分别是Zn/Cu9Ti, Zn/Cu4Ti, Zn/Cu7Ti3, Zn/Cu3Ti2, Zn/Cu4Ti3. Zn/CuxTiy体系靠近反应区前沿的周期层片结构由单相CuZn2和双相CuZn2+TiZn3交替构成, 而且周期层片型结构的层片厚度与CuxTiy合金的成分有关: CuxTiy合金中Cu原子含量越高, 对应反应区的周期层片厚度越小. 上述实验结果符合扩散应力模型的预测.

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金属连接体涂层材料MnCo2O4尖晶石的氧化动力学行为和电性能*
张文颖, 李俊, 周波
金属学报. 2016, 52 (3): 355-360.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00449
摘要   HTML   PDF (1842KB)

采用溶胶-凝胶法在SUS 430合金表面制备MnCo2O4尖晶石涂层, 研究在固体氧化物燃料电池(SOFCs)阴极气氛下涂层对于SUS 430合金氧化动力学行为和电性能的效用. 利用XRD, EDS和SEM对合金表面氧化物的相结构,表面和截面形貌以及成分进行表征, 并采用四探针直流技术测量表面氧化物的面比电阻(ASR). 结果表明, 涂层合金在750 ℃空气中氧化1000 h形成2 μm氧化物层, 其主要由内层Mn-Cr尖晶石和外层掺杂的Mn-Co尖晶石构成; Cr2O3和Fe2O3的形成受到了抑制. 氧化动力学曲线遵循抛物线规律, 2段氧化速率常数分别为3.74×10-15 g2/(cm4s) (0~200 h)和7.06×10-15 g2/(cm4·s) (200~1000 h), 与无涂层SUS 430合金相比降低了1个数量级. 在600~800 ℃范围内, 氧化物层的ASR介于5.21~22.65 mΩcm2范围内. MnCo2O4涂层有效地增强了SUS 430合金的抗氧化能力和电性能.

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合金成分和冷却速率对Al-Cu合金凝固过程中初生Al2Cu相生长形貌的影响*
王富鑫, 骆良顺, 王亮, 张东徽, 李新中, 苏彦庆, 郭景杰, 傅恒志
金属学报. 2016, 52 (3): 361-368.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00326
摘要   HTML   PDF (8110KB)

对Al-xCu (x=30, 40, 45, 50, 质量分数, %)合金凝固组织进行了系统的观察. 结果表明, 随合金中Cu含量由30% (质量分数, 下同)增加到50%, 合金中初生Al2Cu相形貌由枝晶状逐渐转变为棱面状, 表明Al2Cu相的生长方式由非小平面生长转变为小平面生长. 冷却速率对初生Al2Cu相生长形貌具有重要影响, 冷却速率较低时, 初生Al2Cu相为规则的棱面状; 随着冷却速率增大, 初生Al2Cu相逐渐转变为不规则的非棱面状, 表明Al2Cu相的生长方式由小平面生长转变为非小平面生长. 对凝固过程中初生Al2Cu相形貌转变研究发现, Cu含量为45%时, 初生Al2Cu相形貌由枝晶状向方形转变; Cu含量增加到50%时, 初生Al2Cu相形貌由枝晶状转变为网状.

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微量Fe对冷轧超细晶Cu-30Zn-0.15Fe合金等温退火组织演化的影响*
张笃秀, 李祎, 叶友雄, 沈阳志, 杨续跃
金属学报. 2016, 52 (3): 369-377.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00303
摘要   HTML   PDF (10704KB)

采用OM, TEM, SEM/EBSD及硬度测试等手段, 研究了微量Fe对冷轧Cu-30Zn-0.15Fe合金在573 K下等温退火过程中组织演化的影响. 结果表明, Fe与合金中的杂质P形成hcp结构的Fe2P第二相颗粒, 其粒子尺寸为50~300 nm. 冷轧Cu-Zn和Cu-Zn-Fe合金的硬度曲线在退火过程中均分为3个阶段, 后者与前者相比第二阶段出现较晚. 当硬度趋于稳定时, Cu-Zn-Fe合金的硬度比Cu-Zn合金提高约30 HV. Fe2P粒子阻碍晶界迁移和位错运动, 使得Cu-Zn-Fe合金退火过程中的Σ3孪晶界的增加速度缓慢,质量分数减少, 组织内位错密度,储能较大. Fe2P粒子延迟了Cu-Zn-Fe合金再结晶的发生并抑制再结晶晶粒长大, 使其平均晶粒尺寸保持在1.3 μm左右. 合金的主要强化机制为第二相强化,细晶强化和位错强化.

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In718晶粒尺寸对超声背散射信号的影响及其无损评价方法*
宋永锋, 李雄兵, 吴海平, 司家勇, 韩晓芹
金属学报. 2016, 52 (3): 378-384.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00367
摘要   HTML   PDF (3253KB)

制备晶粒尺寸不同的In718合金试样, 采用经验模态分解(EMD)研究超声背散射信号的时频域特征, 分析晶粒尺寸对不同频段固有模态函数(IMF)的影响, 并探求各IMF信号的功率与晶粒尺寸之间的相关性. 结果表明, 原始背散射信号和IMF1信号的频带宽受晶粒尺寸变化影响均不显著; IMF2信号频域分布较为集中, 峰值频率的幅值随晶粒的增大而增大, 其功率与晶粒尺寸相关系数达0.995, 显著高于其它模态, EMD过程实质上滤除了与晶粒尺寸无关的成分. 以充分反映晶粒散射强度的IMF2成分作为晶粒尺寸评价的特征信号, 建立面向In718晶粒尺寸的超声背散射EMD评价模型. 晶粒尺寸实测结果显示, 本方法的灵敏度是传统背散射法的3.7倍; 对2个验证试样的评价误差分别为-3.72%和2.87%, 精度显著高于声速法; 与衰减法相比, 本方法无需厚度信息, 评价结果不受测厚误差的影响; 此外, 相比于金相法具有效率高及无需破坏待测件的优势.

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