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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12期 刊出日期:2016-12-20 上一期    下一期
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Mg96.17Zn3.15Y0.5Zr0.18合金高压下固溶处理时效硬化研究*
樊志斌, 林小娉, 董允, 叶杰, 李婵, 李博
金属学报. 2016, 52 (12): 1491-1496.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00098
摘要   HTML   PDF (2566KB)

在4 GPa 高压下对Mg96.17Zn3.15Y0.5Zr0.18合金进行600~800 ℃固溶处理, 之后在200 ℃进行等温时效处理. 利用TEM, HRTEM, SEM, XRD等分析方法研究了高压固溶及随后时效处理后合金的显微组织, 并测试了4 GPa高压下固溶处理后合金的时效硬化曲线. 结果表明, 在4 GPa高压下固溶能大幅提高 Zn 在Mg基体中的溶解度, Zn的溶解度由常压下400 ℃固溶后的2.11% (质量分数,下同) 提高到4 GPa高压下700~800 ℃固溶后的约6.60%, 获得了过饱和α-Mg 固溶体. 在随后的200 ℃温时效过程中, 高压固溶合金在较短的时间内即可获得较高的近峰值硬度, 4 GPa下800 ℃固溶的合金近峰值时效硬度高达105 HV, 比400 ℃固溶处理合金近峰时效硬度(81 HV)提高了约30%. HRTEM观察表明, 4 GPa高压下固溶合金时效沉淀析出相具有很高的析出密度, 且析出相中含有粒状准晶I-Mg3Zn6Y相.

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淬火后预拉伸对自然时效状态Al-Li合金组织和性能的影响*
张显峰,李国爱,陆政,于娟,郝敏
金属学报. 2016, 52 (12): 1497-1502.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00207
摘要   HTML   PDF (3362KB)

通过拉伸试验机、腐蚀试验箱、DSC以及TEM等手段对淬火后预拉伸处理并自然时效至稳定状态的铝锂合金薄板的拉伸性能、腐蚀性能、时效响应特征以及微观组织进行了研究. 结果表明, 在0~6%范围内, 合金的屈服强度随预拉伸量的增加而逐渐提高; 预拉伸量低于3%时, 合金的抗拉强度随拉伸量增加逐渐降低, 在3%~6%范围内, 抗拉强度趋于平稳; 随预拉伸量增加, 合金由明显的晶间腐蚀转为点蚀, T34状态点蚀深度最小, 约为0.03 mm; 预拉伸改变了合金的时效响应特征, 使合金在100 ℃附近的吸热峰向高温移动, 180 ℃及260 ℃附近的放热峰向低温区移动. 淬火后的预拉伸在增加晶内位错密度的同时, 抑制了δ’相在晶内和晶界的析出, 预拉伸量越大, 晶内及晶界δ’相的数量越少. 位错及析出相的共同作用影响了合金的拉伸及腐蚀性能.

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7050铝合金淬火敏感性研究和微观组织分析*
吴书舟,易幼平,黄始全,李俊,李晨
金属学报. 2016, 52 (12): 1503-1509.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00050
摘要   HTML   PDF (4956KB)

通过分级淬火方法测定了7050铝合金的TTT曲线, 采用TEM和JMA方程等分析手段研究了固溶、等温淬火和时效过程中微观组织的演变规律及其动力学特性. 结果表明, 合金TTT曲线的鼻尖温度在330 ℃附近, 淬火敏感区间为300~380 ℃, 高温区(400~450 ℃)淬火敏感性低于低温区(210~270 ℃); 等温保温过程中过饱和固溶体主要析出以Al3Zr粒子为形核核心的片层状η平衡相及少量针状S相, 随保温时间延长析出相体积分数快速增加, 同时在晶界排列变得连续而粗化、无沉淀析出带(PFZ)宽化, 在远离鼻尖的温度下保温合金析出速率减慢, 在晶界排布连续化和粗化程度降低; JMA方程中反映析出相形态的常数n在0.50~0.65的范围内, 析出相特征以片层状相为主、针状相为辅.

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固态补缩机制及其在大高径比铸件上的应用*
陈龙飞,栾义坤,李殿中,李依依
金属学报. 2016, 52 (12): 1510-1516.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00075
摘要   HTML   PDF (2750KB)

鉴于液态补缩机制不能解决大高径比铸件中心缩孔疏松缺陷, 提出了固态补缩机制. 通过分析金属液静水拉力对内孔形核和固相屈服变形的作用, 阐明了固态补缩机制的原理, 并得出了影响铸件固态补缩能力的主要因素: 液体破裂压力值、金属液气体含量以及固相屈服强度. 在此基础上, 提出了降低铸件在径向上的温度梯度是减少大高径比铸件缩孔疏松缺陷的有效方法. 最后, 设计了铸件在不同模具温度下凝固的验证实验, 证实了固态补缩对于减少大高径比铸件缩孔疏松的作用.

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多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应*
田家龙,李永灿,王威,严伟,单以银,姜周华,杨柯
金属学报. 2016, 52 (12): 1517-1526.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00234
摘要   HTML   PDF (8366KB)

采用高分辨透射电镜(HRTEM)和原子探针层析技术(APT)等分析手段研究了一种多相强化型马氏体时效不锈钢时效过程中的元素偏聚特征及其与材料力学和耐蚀性能的关系. 结果表明, 马氏体时效不锈钢在时效过程中析出3种强化相: 富Mo的R′相、Ni3Ti金属间化合物η相和富Cr的α′相. 其中R′相与η相一起形成核壳状结构, α′相则单独弥散分布于基体中. 时效时间延长至40 h后, 主要强化相η相的成分、数量密度和等效半径基本稳定, 同时马氏体时效不锈钢的强度不再发生明显的变化, 这种优异的抗过时效能力是由于核壳状结构的形成. 腐蚀实验结果表明, 由于富Cr的α′相的析出, 导致贫Cr区的形成, 进而降低了马氏体时效不锈钢的耐蚀性能.

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冷轧及退火制备的超细晶粒双相Mn12Ni2MoTi(Al)钢*
尹炎祺,伍翠兰,谢盼,朱恺,田松栗,韩梅,陈江华
金属学报. 2016, 52 (12): 1527-1535.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00044
摘要   HTML   PDF (6019KB)

采用XRD, SEM, TEM, 硬度测试和拉伸实验研究了冷轧Mn12Ni2MoTi(Al)钢经不同工艺退火后的显微组织及力学性能. 结果表明, 马氏体Mn12Ni2MoTi(Al)钢经65%冷轧及710~745 ℃退火处理后转变成主要由奥氏体晶粒和铁素体晶粒组成的亚微米级超细晶粒双相组织, 并且弥散分布着第二相析出物颗粒; 在退火中形成的富Ti, Mo及Si的第二相颗粒阻碍了超细再结晶晶粒的粗化, 从而提高了钢的屈服强度和热稳定性; 经710 ℃, 24 h长时间退火后, 超细晶粒双相钢的平均晶粒尺寸仍然小于500 nm; 超细晶粒双相钢延伸率随室温奥氏体体积分数增加而增加, 室温奥氏体体积分数随退火温度升高或退火时间延长先增加后降低, 且在745 ℃, 0.5 h退火时达到最大值. 超细晶粒钢的屈服强度和总延伸率可达到900 MPa和23%以上, 比同种材料淬火马氏体钢提高了约一倍.

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冷拔珠光体钢的组织演变对其点蚀行为的影响*
何岳,向嵩,石维,刘建敏,梁宇,陈朝轶
金属学报. 2016, 52 (12): 1536-1544.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00186
摘要   HTML   PDF (11797KB)

通过OM, SEM, EBSD观察和EIS谱、动电位极化曲线测试等手段分析了不同应变下冷拔珠光体钢的腐蚀形貌、组织演变及点蚀在其演变组织中的分布和铁素体取向差分布, 研究了冷拔珠光体钢的横纵截面组织演变对其点蚀行为的影响. 结果表明, 由于横截面和纵截面组织演变规律的不同, 不同应变下冷拔珠光体钢的横截面和纵截面的耐蚀性分别表现出不同的变化规律: 随着应变的增加, 横截面耐蚀性持续下降, 而纵截面耐蚀性先降低后回升. 通过表征点蚀在冷拔演变组织中的分布规律, 发现珠光体组织的晶界、珠光体团界面、相界面对点蚀敏感性高, 是点蚀倾向于萌生和生长的区域, 冷拔变形造成界面面积增加, 使横截面和处于第一阶段应变ε ≤1.2的纵截面的耐蚀性显著下降. 铁素体<110>织构形成导致晶体取向差分布规律的改变会使纵截面在第二阶段ε =1.6的耐蚀性改善.

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基于微观组织演变的DZ125定向凝固高压涡轮叶片服役温度场的评估方法研究*
陈亚东, 郑运荣, 冯强
金属学报. 2016, 52 (12): 1545-1556.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00170
摘要   HTML   PDF (9498KB)

以服役900 h的DZ125合金叶片为研究对象, 通过对叶片服役前后的枝晶干、枝晶间、晶界及碳化物各类组织退化行为的研究, 确定了枝晶干γ’相的体积分数作为反映服役温度的可量化表征参量. 结合叶片用DZ125合金在900~1100 ℃下显微组织的演变行为, 研究了热暴露温度与枝晶干γ’相体积分数之间的量化对应关系. 在此基础上, 提出了一种基于显微组织的涡轮叶片服役温度的实验评估方法. 同时, 分别假设叶片服役温度恒定以及考虑叶片实际服役温度变化2种情况, 实现了对等效平均服役温度(Tave)及等效最高服役温度(Tmax)的定量评估. 评估结果表明: 叶片叶身中部服役温度最高, 由叶身中部向叶尖和叶根服役温度逐渐降低; 同一截面服役温度由高到低依次为: 进气边>叶盆>排气边>叶背; 服役温度最高的区域为叶身中部截面的进气边, 服役时经历的等效最高服役温度为1050~1100 ℃. 叶片等效平均服役温度及等效最高服役温度的分布规律一致, 但部分部位的等效最高服役温度高于等效平均服役温度, 本研究认为叶片的等效最高服役温度的评估结果更为合理.

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一种新型镍基合金在超临界多种离子共存环境下的腐蚀行为*
欧美琼,刘扬,查向东,马颖澈,程乐明,刘奎
金属学报. 2016, 52 (12): 1557-1564.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00113
摘要   HTML   PDF (4107KB)

研究一种新型镍基合金X-1#在550 ℃, 23 MPa含PO43-, Cl-和SO42-超临界水中分别腐蚀72, 159, 248, 429和537 h的腐蚀特性. 结合SEM, EDS, XRD和XPS等分析测试方法研究了X-1#合金氧化膜和反应釜沉积物的形貌、物相组成和元素成分分布等. 结果表明, X-1#合金在该环境下形成了均匀和完整的氧化膜, 氧化膜由疏松外层和致密内层组成, 外层主要包含NiO, Ni(OH)2和磷酸盐, 内层由NiCr2O4和Cr2O3组成. 腐蚀初始阶段腐蚀速率较快, 248 h后腐蚀速率明显下降, 这是由于氧化膜内层稳定性好且连续致密分布, 有利于X-1#合金抗高温氧化腐蚀.

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Zr-Sn-Fe-Cr-(Nb)合金在500 ℃过热蒸汽中的腐蚀各向异性研究*
张骏,姚美意,冯炫凯,王志刚,黄娇,戴训,张金龙,周邦新
金属学报. 2016, 52 (12): 1565-1571.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00043
摘要   HTML   PDF (5857KB)

选用无织构的Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr和 Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金大晶粒片状样品, 利用静态高压釜在500 ℃, 10.3 MPa过热蒸汽中进行500 h的腐蚀实验, 采用EBSD, SEM和TEM等方法研究了合金的显微组织以及氧化膜的厚度与金属晶粒表面取向的关系. 结果表明, Nb对第二相的晶体结构产生影响, Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr合金中的第二相主要为fcc的Zr(Fe, Cr)2, 而Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金中的第二相为fcc和hcp的Zr(Nb, Fe, Cr)2; 2种合金均未出现疖状腐蚀, 并且不同金属晶粒取向上的氧化膜厚度没有明显差别, 即没有表现出腐蚀各向异性特征.

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氘含量对Zr-4合金显微组织和力学性能的影响*
张诚,宋西平,刘敬茹,杨云,尤力
金属学报. 2016, 52 (12): 1572-1578.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00193
摘要   HTML   PDF (13380KB)

采用XRD, OM, BSE, SEM和显微硬度计等手段研究了氘含量对Zr-4合金显微组织及力学性能的影响. 结果表明, 随着氘含量(质量分数)从1.35%增加到2.21%, 氘化物数量增加, 其形态及分布也发生了显著变化: 在1.35%时, 主要以晶内针状氘化物析出为主; 随着氘含量增加, 晶界块状氘化物快速增长; 当氘含量进一步增加至2.21%时, 晶界块状氘化物开始相互衔接, 并逐渐向晶内生长. 在氘含量较高的样品表层, 有一定厚度的氘化物层形成, 且层内出现微裂纹. 所形成的氘化物以δ-氘化物为主, 而高氘含量样品表面有ε-氘化物出现. 样品心部至表面存在一定的硬度梯度, 且随着氘含量的增加, 样品的硬度增加, 其相应的硬度梯度增大. 随氘含量增加, 样品的屈服强度略有增加, 而抗压强度却显著下降, 由1.35%下的1176 MPa降低到了2.21%下的856 MPa. 抗压强度的降低与组织中微裂纹有关. 样品压缩后的裂纹主要沿晶界块状氘化物形成并扩展, 因此晶界块状氘化物是材料压缩性能下降的主要原因.

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TiAl/Ti3Al超薄多层复合材料的微观结构与力学性能*
申造宇,何利民,黄光宏,牟仁德,顾金旺,刘维众
金属学报. 2016, 52 (12): 1579-1585.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00091
摘要   HTML   PDF (6025KB)

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备出大尺寸、超薄、化学成分均匀的TiAl/Ti3Al微叠层复合材料. 通过XRD和SEM对材料的相组成和微观结构进行了分析. 结果表明: TiAl/Ti3Al微叠层表面状态良好, 具有明显的层状结构, 相结构由α2-Ti3Al和γ-TiAl组成. 利用热等静压技术对微叠层进行了致密化处理, 经热等静压处理后的试样具有较高的拉伸强度, 并表现出较好的延伸率. 根据拉伸断口形貌及结构特征, 探讨了微叠层材料薄板的微观变形机制和断裂机理. TiAl/Ti3Al微叠层薄板经热等静压处理后, 材料断裂方式由沿晶脆性断裂转变为具有一定韧性的准解理断裂和沿晶脆性断裂的混合断裂方式.

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水分子在Au和Cu及其合金表面的吸附与分解DFT计算研究*
蒋宗佑,赵宗彦
金属学报. 2016, 52 (12): 1586-1594.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00203
摘要   HTML   PDF (1622KB)

采用密度泛函方法研究了水分子在Au, Cu和AuCu二元金属合金表面的不同吸附状态和裂解反应路径, 并且比较不同表面的催化性能. 结果表明, 研究中所考虑4种模型的反应活性顺序如下(以反应活化能为比较标准): Au(111) < AuCu(111)-Cu < AuCu(111)-Au < Cu(111). 相对于AuCu(111)-Cu表面和Au(111)表面, 这与水分子的分子吸附状态在AuCu(111)-Au表面和Cu(111)表面的吸附能相对较小, 而解离吸附状态时的吸附能相对较大有关. 根据金属催化剂表面与吸附物的电子转移和成键电子结构, 认为电子转移越多, 与表面的相互作用越强; 而金属原子的d电子态与水分子1b1电子态或者裂解产物的类1b1电子态之间的重叠、杂化程度决定了两者之间相互作用的强弱. 在实际反应体系中, 用AuCu二元金属合金替代贵金属Au催化剂不仅可以降低材料成本, 还可以提高反应活性.

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粉末靶射频磁控溅射非晶Al2O3薄膜的制备与性能研究*
吴法宇,李建伟,齐羿,丁梧桐,樊子铭,周艳文
金属学报. 2016, 52 (12): 1595-1600.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00139
摘要   HTML   PDF (2486KB)

采用粉末靶射频磁控溅射方法制备非晶Al2O3薄膜, 分析了溅射工艺参数对Al2O3薄膜微观结构、表面形貌、光学性能的影响规律及机理, 并探究其抗菌特性. 研究结果表明: 增加氧通量、降低溅射功率和缩短溅射时间均会减小非晶Al2O3薄膜颗粒度与粗糙度, 同时也降低薄膜的沉积速率; 并且, 氧通量的增加和溅射时间的缩短均会使非晶Al2O3薄膜禁带宽度变宽(最大值可达4.21 eV)、透光率增大(超过90%); 光照条件下非晶Al2O3薄膜24 h抗菌率最高可达98.6%, 体现出了较好的光催化抗菌性.

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宽固溶区过渡金属氮化物MNx (M=Ti, Zr, Hf)硬质薄膜原子尺度强化机制研究*
韩克昌,刘一奇,林国强,董闯,邰凯平,姜辛
金属学报. 2016, 52 (12): 1601-1609.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00078
摘要   HTML   PDF (1966KB)

采用增强磁过滤电弧离子镀技术在单晶Si基片上制备了3组不同过渡金属的氮化物薄膜MNx (M=Ti, Zr, Hf). 利用FESEM, GIXRD, XPS, Nano Indenter等方法对MNx薄膜的形貌、厚度、相结构、成分、元素的化学态、残余应力、弹性模量和硬度等进行了表征. 结果表明, 3组MNx薄膜均在较宽的成分范围内表现为fcc单相结构, 并且同组薄膜间的择优取向、厚度、晶粒尺寸和残余应力等均基本保持一致; 特别是3组薄膜的硬度和弹性模量均随N成分x的变化而变化, 并且都在x=0.82附近出现性能峰值. 分析表明, MNx薄膜与成分相关的性能增强, 其决定性因素不在于介观尺度的晶粒细化、择优取向及内应力等, 而是取决于原子尺度的化学键合及电子结构等因素.

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基体材料力学性能对316L不锈钢颗粒沉积行为的影响*
马广璐, 崔新宇, 沈艳芳, NuriaCINCA, JosepM.GUILEMANY, 熊天英
金属学报. 2016, 52 (12): 1610-1618.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00154
摘要   HTML   PDF (2842KB)

研究了基体材料的力学性能对冷喷涂316L不锈钢单颗粒沉积行为的影响. 结果表明, 除硬度之外, 弹性模量和Poisson比也会影响颗粒的沉积行为. 这是由于基体性质对颗粒/基体的能量分配和结合机制造成了影响. 其中, 沉积颗粒的变形行为与颗粒吸收的能量有关, 而沉积效率与基体吸收的能量及结合机制有关. 根据沉积颗粒的变形行为, 将基体分为2类: 颗粒几乎不变形, 此时基体的硬度和弹性模量皆低于颗粒材料, 颗粒与基体的结合主要是机械咬合, 推导出可用于推断相同颗粒在基体上沉积趋势的参数Epara, 并以AZ91镁合金为基体进行验证; 颗粒发生强烈变形, 此时基体的硬度或弹性模量高于颗粒材料, 结合机制更为复杂, 此时增加颗粒/基体新鲜表面接触面积有利于提高沉积效率.

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