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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2017年, 第53卷, 第1期 刊出日期:2017-01-22 上一期    下一期
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C同时提高马氏体钢强度和塑性的原理和机制
戎咏华,陈乃录
金属学报. 2017, 53 (1): 1-9.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00231
摘要   HTML   PDF (5916KB)

自从淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺被提出以来,本课题组在低C至中C含量的范围内实现了通过增加C含量的同时增强Q-P-T马氏体钢的强度和塑性。最近本课题组致力于将C含量扩大到高C范围。在多次尝试失败的基础上,提出了反相变诱发塑性(anti-TRIP)效应的设计理念,并在该理念指导下进行高碳低合金马氏体钢的成分和工艺设计,使高碳Q-P-T 马氏体的强度和塑性均高于中碳Q-P-T马氏体钢,实现了通过C同时增强钢的强度和塑性。本文主要论述anti-TRIP效应提出的背景、高碳Q-P-T马氏体钢成分和工艺的设计及其微观组织、高碳Q-P-T马氏体钢的高强-塑性机制,最后分析Q-P-T工艺使C同时提高马氏体钢的强度和塑性的原理。

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热处理过程中界面固相反应控制锰硅类氧化物变性的机理研究
刘成松,叶飞
金属学报. 2017, 53 (1): 10-18.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00120
摘要   HTML   PDF (2660KB)

采用扩散偶的方法,利用高温共聚焦激光显微镜和高温感应炉研究了1473 K热处理过程中Fe-Mn-Si合金与MnO-SiO2-FeO氧化物的固相反应及其对二者成分及物相的影响规律,并分析了凝固过程中合金与氧化物平衡成分变化情况,揭示了高温界面固相反应控制MnO-SiO2-FeO氧化物变性的内在机理。结果表明,热处理过程中合金与氧化物发生的界面固相反应造成合金内Mn、Si元素的损耗,靠近界面处合金内会形成大量MnO-SiO2颗粒,而氧化物中由于FeO成分的分解,产生了单质Fe颗粒,随热处理时间的延长,MnO和FeO含量分别呈上升和下降的趋势。

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电工钢相变组织中的Σ3和取向梯度现象
章楼文,杨平,毛卫民
金属学报. 2017, 53 (1): 19-30.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00213
摘要   HTML   PDF (7059KB)

将超低碳无取向电工钢冷轧板在γ单相区加热,分别在H2和N2中使其发生α→γ→α相变,对超低碳无取向电工钢中的相变组织特征进行表征,并对其形成机理进行分析与讨论。结果表明,H2退火板中形成了强{100}取向单层饼状晶,且{100}取向晶粒的尺寸达到1 mm以上;而N2退火板表层为近{100}和{110}取向柱状晶,中心层则主要为{111}和{114}取向等轴晶。Σ3晶界普遍出现在发生取向择优的相变组织中,其形成机制与表面效应作用下诱发变体选择时所遵循的K-S关系密切相关;在N2退火板的柱状晶内部出现了近似线性的取向梯度,应为表层晶粒沿板材法向(ND)依靠γ→α相变长大受阻引起的相变应变累积造成的。

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MoC掺杂钌基合金无籽晶阻挡层微结构及热稳定性研究
邹建雄,刘波,林黎蔚,任丁,焦国华,鲁远甫,徐可为
金属学报. 2017, 53 (1): 31-37.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00082
摘要   HTML   PDF (1680KB)

采用磁控共溅射Ru和MoC靶制备非晶RuMoC薄膜。用四探针仪(FPPT)、X射线光电子能谱仪(XPS)、高分辨率透射电镜(HRTEM)和小角掠射X射线衍射仪(GIXRD)表征不同掺杂组分RuMoC薄膜和不同温度退火态Cu/RuMoC/p-SiOC∶H/Si多层膜系的方块电阻、成分和微观结构。结果表明,通过调控Ru膜中掺入Mo和C元素的含量能够实现RuMoC合金薄膜微结构设计及抑制膜体残余氧含量,且当MoC和Ru靶的溅射功率比为0.5时获得的RuMoC II薄膜综合性能最佳;500 ℃退火态RuMoC II薄膜中C-Mo和C-Ru化学键均未出现大量断裂,两者协同作用抑制了RuMoC薄膜再结晶和膜体氧含量升高,是Cu/RuMoC II/p-SiOC∶H/Si多层膜系具有高温热稳定性和优异电学性能的主要机制。

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粉末冶金制备Ti-Fe二元合金的耐腐蚀性能
徐伟,路新,杜艳霞,孟庆宇,黎鸣,曲选辉
金属学报. 2017, 53 (1): 38-46.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00123
摘要   HTML   PDF (2109KB)

采用粉末冶金模压烧结技术制备了Ti-(2~20)Fe二元合金,探讨了Fe含量对合金的力学性能及耐腐蚀性能的影响,并与铸造CP Ti和Ti-6Al-4V合金的耐腐蚀性能进行了对比。结果表明,随着Fe含量的增加,合金α相含量逐渐降低,β相含量逐渐提高。当Fe含量达到20%时,基本形成单一β相合金。随Fe含量的升高,粉末冶金Ti-(2~20)Fe二元合金的强度及塑性趋于升高,而弹性模量趋于降低。相对而言,Ti-15Fe合金的综合性能最佳,其抗压强度为2702 MPa,压缩率为32.7%,弹性模量为64.6 GPa。随着Fe含量在2%~15%范围内提高,合金的自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,极化电阻不断增大,腐蚀速率不断降低,耐蚀性能逐渐提高,而Ti-20Fe合金耐腐蚀性能与Ti-15Fe合金接近。Ti-15Fe合金在模拟口腔液(FAS)、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、模拟体液(SBF)以及0.9%NaCl溶液(SS)中的腐蚀速率分别为1.7×10-3、7.1×10-4、1.2×10-3和3.5×10-4 mm/y。与铸造CP Ti和Ti-6Al-4V合金相比,Ti-15Fe合金具有较正的自腐蚀电位、较小的腐蚀电流密度和腐蚀速率及较大的极化电阻,耐蚀性能明显优于CP Ti和Ti-6Al-4V合金。

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Nb含量对 Zr-xNb-0.4Sn-0.3Fe合金耐腐蚀性能的影响
杨忠波,赵文金,程竹青,邱军,张海,卓洪
金属学报. 2017, 53 (1): 47-56.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00136
摘要   HTML   PDF (6836KB)

用高压釜腐蚀实验研究了不同Nb含量的Zr-xNb-0.4Sn-0.3Fe (x=0~1,质量分数,%)合金在360 ℃、18.6 MPa纯水,360 ℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液以及400 ℃、10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能,用TEM和SEM分析了合金腐蚀前后的显微组织。结果表明,x从0增加至1时,合金在纯水和过热蒸汽中的腐蚀增重逐渐增加,但在LiOH水溶液中的腐蚀增重减少;Nb具有细化合金再结晶晶粒作用,随着Nb含量的增加,合金中第二相直径相接近,但第二相的面密度和Nb/Fe比增大,当x≤0.2时,第二相主要为不含Nb的ZrFe或含少量Nb的ZrNbFe相,0.3≤x≤1时,主要为ZrNbFe相;合金腐蚀速率越高,氧化膜断面平行裂纹越多,基体/氧化膜界面处呈“菜花”状凸起越严重。探论了Nb含量对Zr-xNb-0.4Sn-0.3Fe耐腐蚀性能影响的机理,认为含Nb第二相的析出量是引起合金耐腐蚀性能差别的主要原因。

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国产核电安全端异种金属焊接件的微观结构及局部性能研究
明洪亮,张志明,王俭秋,韩恩厚,苏明星
金属学报. 2017, 53 (1): 57-69.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00135
摘要   HTML   PDF (16657KB)

利用OM、SEM、显微硬度仪、微小试样拉伸实验及慢应变速率拉伸实验对国产带热丝隔离层核电安全端焊接件不同部位的微观结构及局部的力学性能和应力腐蚀敏感性进行了研究。发现,在SA508/52Mb界面处的52Mb中具有大量的对应力腐蚀敏感的I型晶界及II型晶界,导致此界面具有最高的应力腐蚀敏感性;SA508热影响区存在明显的组织过渡;316LN热影响区中随着距熔合线距离的增加,重位点阵(CSL)晶界的数量分数逐渐增大,Σ3晶界与理想的Σ3晶界的偏差角减小,残余应变逐渐减小,残余应变的最高值出现在对接焊底焊位置处的316LN热影响区中,导致316LN的热影响区也具有较高的应力腐蚀敏感性。焊接件不同部位的力学性能存在较大的差异。对于硬度分布而言,显微硬度变化最剧烈的位置在SA508/52Mb界面附近,且此界面附近的52Mb具有最高的硬度,此界面附近的SA508脱C区具有最低的硬度。强度的变化趋势与硬度的变化趋势类似。一般强度高的地方断裂应变低。焊接件不同位置的性能差异主要取决于不同部位的微观结构(包含组织、成分等)差异。

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多能氦离子注入对W金属微结构的影响
王康,邓爱红,龚敏,卢晓波,张元元,刘翔
金属学报. 2017, 53 (1): 70-76.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00266
摘要   HTML   PDF (2449KB)

利用SEM和慢正电子束分析(SPBA)方法研究了不同注量的多能氦离子注入和注氦后不同温度退火的多晶W中He相关缺陷的演化机制。结果表明,W材料中由多能氦离子注入引入的空位型缺陷数目随着He+注量的升高而增大;220 ℃退火引起注氦W样品中的间隙W原子与空位的复合,降低了材料中的空位型缺陷数目;450 ℃和650 ℃退火的注氦W材料中形成了He泡,He泡尺寸与退火温度有关,650 ℃退火的样品中观测到直径达600 nm的大尺寸He泡和孔洞结构。

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Sn的加入对MnFe(P, Si)合金显微组织和磁性的影响
耿遥祥,特古斯,汪海斌,董闯,王宇鑫
金属学报. 2017, 53 (1): 77-82.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00124
摘要   HTML   PDF (2621KB)

用高能球磨和固态烧结法制备了Mn1.3Fe0.7P0.5Si0.5-xSnx (x=0、0.02、0.04,原子分数)系列合金,系统研究了Sn的加入对合金显微组织、磁性和磁热效应的影响。结果表明,所有合金中都存在少量的(Fe, Mn)3Si相,在含Sn的合金中,Sn原子并没有进入到Fe2P晶体结构的晶格点阵位置,而是与Mn和Fe形成了Sn2(Mn, Fe)相。Sn的加入也使合金中形成了2种成分的(Fe, Mn)2(P, Si)相,导致样品在升温过程中出现2次铁磁-顺磁转变,对应为2个连续磁熵变峰,从而有利于合金磁制冷温区的扩展和制冷容量的提升。Mn1.3Fe0.7P0.5Si0.5合金具有优异的室温磁热效应,1.5 T磁场变化下的最大磁熵变为12.1 J/(kgK),最大绝热温变为2.4 K,合金的热滞为3 K,Curie温度为273 K,可作为室温磁制冷的理想候选材料。

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Ni-Mn-Ga-Cu铁磁形状记忆合金的晶体结构、相稳定性和磁性能的第一性原理研究
白静,李泽,万震,赵骧
金属学报. 2017, 53 (1): 83-89.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00142
摘要   HTML   PDF (1370KB)

采用第一原理计算方法系统地研究了Cu含量对Ni-Mn-Ga-Cu铁磁形状记忆合金的晶体结构、相稳定性和磁性能的影响。形成能的计算结果表明,在Ni2MnGa合金中,添加的第四组元Cu将优先占据Mn的亚晶格格点,从而为实验中的成分设计提供了理论依据。随着Cu含量的增加,铁磁性奥氏体的相稳定性逐渐减弱,而顺磁性奥氏体的相稳定性则逐渐增强,导致顺磁性奥氏体和铁磁性奥氏体的基态总能量之间的差值减小,这是此类合金Curie温度TC随Cu含量的增加而降低的本质原因。而实验上观察到的马氏体相变温度Tm随合金元素Cu含量的增加而升高的现象本质上是由于奥氏体与马氏体两相之间的能量差增大,从而提高了马氏体相变的驱动力所致。此外,Ni-Mn-Ga-Cu合金的磁性能随Cu含量的增加而减弱,并从电子态密度的角度阐释了磁性能降低的原因。

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Fe81Ga19二元合金薄板的再结晶织构与磁致伸缩性能
付全,沙玉辉,和正华,雷蕃,张芳,左良
金属学报. 2017, 53 (1): 90-96.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00271
摘要   HTML   PDF (7277KB)

通过调控冷轧压下率,在退火后获得3种不同的Fe81Ga19二元合金初次再结晶状态,采用XRD和EBSD宏微观织构分析技术研究了初次再结晶状态对高温退火后晶粒尺寸及织构的影响。结果表明:初次再结晶阶段形成更多的大尺寸η (<001>//RD)取向晶粒,有利于后续高温退火过程中的η取向晶粒择优长大甚至发生异常长大,最终在晶粒尺寸相对较小的再结晶组织中获得强η织构,饱和磁致伸缩系数可达到220×10-6

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电磁连铸对Incoloy800H合金铸坯内TiN分布和内裂纹的影响
王菲,王恩刚,贾鹏,王韬,邓安元
金属学报. 2017, 53 (1): 97-106.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00255
摘要   HTML   PDF (7511KB)

研究开发了Incoloy800H耐腐蚀合金立式电磁连铸制备方法,成功制备出截面为100 mm×100 mm的Incoloy800H连铸坯,并研究了其内部凝固组织、内部裂纹和TiN分布等物理现象。结果表明,常规立式连铸Incoloy800H铸坯的内部组织粗大、存在严重的内部裂纹和大量TiN夹杂物;采用立式电磁连铸后,制备的Incoloy800H合金连铸坯的中心等轴晶率从2.45%增加至41.45%,且中心等轴晶的平均晶粒尺寸由10.83 mm 减小至1.28 mm,并有效地消除了内部裂纹。TiN数量与分布的研究结果表明,立式电磁连铸条件下,铸坯中心的大尺寸TiN (大于2 μm)数量由3.71×10-4 μm-2降至1.59×10-4 μm-2,使易于诱发内裂纹的TiN数量显著减少,并抑制了TiN团簇的形成,有助于枝晶间的液态合金的补缩;另一方面,电磁连铸促使Incoloy800H合金连铸坯形成细小的等轴晶,减轻了合金元素偏析并减少了大尺寸TiN的数量,从而减少了萌发裂纹的机率,有效地抑制了内部裂纹的形成。

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强织构AZ31镁合金板材深低温轧制过程中微观组织演变及力学性能控制研究
闫亚琼,罗晋如,张济山,庄林忠
金属学报. 2017, 53 (1): 107-113.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00134
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取初始织构为c轴与板面法向垂直的强织构AZ31镁合金板材为初始样品,经液氮温度深低温轧制多道次至不同变形量,研究所得轧制板材的显微组织与织构演变,及其对轧制力学性能的影响。利用SEM、EBSD和XRD表征分析了轧制板材的显微组织和织构,应用准静态单轴拉伸实验分别测试了深低温轧制板材沿轧向(RD)和横向(TD)的室温力学性能。研究表明,{101?2}拉伸孪晶是深低温轧制强织构AZ31镁合金板材中的主导孪晶类型,其对轧制板材的微观组织和织构影响较为显著。轧制变形后,大量的拉伸孪晶晶界不但对晶粒起到了分割碎化作用,并且由于孪晶对取向的剧烈改变,使得板材在轧制变形后c轴平行于ND的织构组分加强。深冷轧制板材的强度有所提高,但是延伸率却急剧下降,沿着RD方向的强度要高于TD方向的强度。

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基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究
初冠南,林艳丽,宋伟宁,张林
金属学报. 2017, 53 (1): 114-122.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00178
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针对铝合金焊缝性能低于母材、现有成形极限分析方法不适宜分析铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限的现状,提出了一种基于二次多项式新本构模型的铝合金拼焊板成形极限理论模型。核心思想为利用材料自身的性能差异替代经典M-K理论模型的沟槽假设。针对铝合金硬化指数低、幂指数回归精度差的问题,将二次多项式新本构模型应用于M-K理论模型,最终建立了适合于铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的成形极限理论预测模型。对铝合金搅拌摩擦焊板材进行了成形极限实验,并通过XJTUDIC三维数字散斑应变变形测量系统实时测量变形过程中的应变值,得到了铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的实验成形极限图。最后对实验结果和理论分析结果进行了对比。相比传统的幂指数本构模型,二次多项式对应力-应变曲线的回归,无论在初试屈服阶段或后期变形阶段均有很好的吻合精度。幂指数最大拟合误差超过12%,而二次多项式的拟合误差小于1%,二次多项式回归模型能很好地拟合铝合金搅拌摩擦焊接接头的应力-应变关系;采用二次多项式本构关系的理论模型能很好地预测铝合金搅拌摩擦焊板材的成形极限,第一主应变的预测误差小于0.01;而幂指数理论模型则导致平面应变状态下的极限应变预测结果明显不准,在相同应变路径下第一主应变的预测误差达0.14。

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一种第二相析出-温度-时间曲线计算模型的建立
杨永,王昭东,李天瑞,贾涛,李小琳,王国栋
金属学报. 2017, 53 (1): 123-128.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00274
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基于经典形核长大理论和Johnson-Mehl-Avrami方程,假定过饱和沉淀的球形第二相分子式为Mx1Mv2M1-x-v3CyN1-y,采用平均扩散速率表征合金原子对第二相形核长大过程影响的思想,建立了计算第二相析出-温度-时间(PTT)曲线的模型。基于Adrian模型提出计算多元系全固溶温度的方法,针对Fe-0.09C-0.011Ti-0.03V-0.025Nb (质量分数,%)钢计算得到的铁素体区PTT曲线呈典型的“C”形,得到的最快析出温度为628 ℃,其值与实验结果吻合。本模型计算效率高,计算析出相体积自由能变化时无需求取复合相的溶解度公式;适用性高,适用于不同基体中不同类型析出相PTT曲线的计算。

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