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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4期 刊出日期:2017-04-07 上一期    下一期
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冷轧高强钢板淬火过程板形瓢曲缺陷演变规律研究
张清东,林潇,曹强,卢兴福,张勃洋,胡树山
金属学报. 2017, 53 (4): 385-396.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00261
摘要   HTML   PDF (2658KB)

针对已有板形瓢曲浪形缺陷冷轧高强钢板的淬火过程,应用ABAQUS有限元分析平台及其UMAT二次开发功能,建立淬火过程温度-组织-应力应变多场耦合的有限元仿真模型,研究淬火过程高强钢板的弹塑性变形行为及其对初始板形瓢曲缺陷的改变。通过热模拟实验结果对该有限元仿真模型进行了验证,模拟再现了已瓢曲高强钢板的淬火过程及弹塑性变形,获得了板形瓢曲浪形在淬火过程中的演变规律,指出钢板宽度方向上的温度梯度以及依先后顺序相变所引起的钢板纵向延伸变形沿宽度方向上分布不均匀,导致原有板形瓢曲浪形发生改变,甚至可以生成新的瓢曲浪形。定义了描述板形瓢曲浪形改变程度的指标,如浪高变化率、浪宽变化率、浪距变化率,定量揭示横向温差、张力等工艺参数对冷轧高强钢板淬火过程板形变化的影响规律。搭建实验室冷轧钢板淬火实验研究系统,开展具有单边浪板形瓢曲缺陷钢板的淬火实验,实验结果与仿真计算结果取得定性一致。

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6%Si高硅奥氏体不锈钢固溶处理过程中bcc相的演变机制研究
陈思含,梁田,张龙,马颖澈,刘政军,刘奎
金属学报. 2017, 53 (4): 397-405.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00294
摘要   HTML   PDF (4495KB)

利用OM、SEM、XRD和TEM等方法对6%Si铸态高硅奥氏体不锈钢在不同固溶处理温度下的bcc相的演变规律进行了研究,分析了不同固溶处理温度下组织中bcc相的回溶与重新析出过程中元素变化、形貌和结构特征,并制定合理的热处理制度。结果表明,6%Si高硅不锈钢铸态组织中的析出相主要为bcc相,该相沿晶界和枝晶间分布,并富含Mo、Si、Ni等元素,晶格常数a=0.8747 nm。样品在1050~1200 ℃、2 h固溶处理时,bcc析出相中的Mo、Cr元素含量随温度的升高而增加;当温度达到1200 ℃时bcc相发生回溶,在1250 ℃、2 h固溶处理时bcc相重新析出。

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凹坑深度对铝合金表面在不同润滑介质中摩擦学性能的影响
马明明,连峰,臧路苹,项秋宽,张会臣
金属学报. 2017, 53 (4): 406-414.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00257
摘要   HTML   PDF (2760KB)

采用激光刻蚀技术在5083船用铝合金表面分别构建出深度为15和30 μm的圆台形凹坑织构,利用涂覆SiO2和低表面能修饰改变表面润湿性,制备超疏水且疏油的双疏表面。采用HSR-2M高速往复摩擦试验机测试其在水、海水和油介质中的摩擦学性能。结果表明,凹坑深度为30 μm的表面的双疏性能强于凹坑深度15 μm的表面,摩擦学性能也更优。与单纯的织构表面相比,将织构和化学组分相结合的双疏表面可以更加显著地提高摩擦学性能。双疏表面在油介质中的摩擦系数和磨损量最小,在海水中的摩擦系数小于在水中,磨损量大于在水中。仿真计算结果表明,随着圆台形凹坑深度的增大,润滑膜承载力先增大后减小。当凹坑深度为75 μm时润滑膜承载力最大。研究结果表明,双疏表面可以显著提高铝合金在润滑介质中的摩擦学性能。

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TC16钛合金辊模拉丝过程中的显微组织和力学性能
张志强,董利民,关少轩,杨锐
金属学报. 2017, 53 (4): 415-422.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00424
摘要   HTML   PDF (5376KB)

利用XRD、SEM和TEM等手段分析了TC16钛合金辊模拉丝变形过程中的相组成和显微组织的变化情况,并对不同应变的辊模拉丝变形丝材进行了室温拉伸性能与显微硬度测试。结果表明,在辊模拉丝变形过程中,TC16钛合金丝材主要由α相和β相组成,部分β相发生应力诱发α''马氏体相变;随着辊模拉丝真应变的增加,TC16钛合金丝材的显微组织明显细化,当真应变达到2.14时,横截面和纵截面中的α相和β相纤维状组织厚度均约为0.3 μm,两相衍射斑点已经近似环状,表明两相显微组织也明显细化;随着辊模拉丝真应变的增加,TC16钛合金丝材的抗拉强度和显微硬度大幅提高,当真应变达到2.14时,TC16钛合金丝材的显微硬度由初始的266 HV提高到365 HV。

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Ru对一种高Cr镍基单晶高温合金凝固组织的影响
宁礼奎,佟健,刘恩泽,谭政,纪慧思,郑志
金属学报. 2017, 53 (4): 423-432.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00291
摘要   HTML   PDF (10721KB)

以一种新型高Cr镍基单晶高温合金为基础,调整Ru的添加量,通过对3种不同Ru含量合金铸态组织的观察,研究了Ru对合金相析出特征与元素分布规律的影响。结果表明,随着Ru含量(0、1.5%、3%,质量分数)的增加,合金一次枝晶间距与二次枝晶间距逐渐减小,(γ+γ′)共晶含量先增后降,γ′相尺寸逐渐变小;3%的Ru添加使合金凝固组织中析出β-NiAl相,该相除Ni、Al基本组成元素外,还包含一定量的Cr、Co和Ru;Ru对合金中其它元素具有典型的“逆分配”作用,β-NiAl相的析出降低了Ru对其它元素“逆分配”的影响程度;Ru提高了正偏析元素Ta、Al和负偏析元素Re的偏析程度,降低了正偏析元素Mo、Cr的偏析程度。

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加工条件对多相V-Ti-Ni合金的显微组织和氢渗透性能的影响
江鹏,袁同心,于彦东
金属学报. 2017, 53 (4): 433-439.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00370
摘要   HTML   PDF (3235KB)

将电弧熔炼V55Ti30Ni15合金在800 ℃热处理18 h,并在700 ℃下进行70%压下量的轧制,随后在950 ℃退火3 h,研究不同加工条件对合金显微组织的影响以及显微组织对合金H渗透率的影响。结果表明,不同加工条件导致的合金显微组织对H渗透率影响很大。热处理后,V基体析出了H渗透率较低的NiTi粒子,减少了作为H渗透主体的V基体体积分数,导致合金H渗透率降低。位错对合金H渗透率有很大影响,轧制后合金含有高密度的位错,极大降低了H渗透率;随后的高温退火工艺则使合金位错密度降低,提高了H渗透率。

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半固态烧结法制备高强韧新型双尺度结构钛合金
康利梅,杨超,李元元
金属学报. 2017, 53 (4): 440-446.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00491
摘要   HTML   PDF (5247KB)

提出了一种基于共晶转变形成液相的半固态烧结新技术,通过调控共晶转变的相组成(或共晶液相的含量),利用半固态烧结共晶复相系非晶粉末成功制备出高强韧新型双尺度结构Ti52.1Fe21.7Co8.2Nb12.2Al5.8合金。其双尺度结构为超细晶bcc β-Ti和超细晶bcc Ti(Fe, Co)构成的层片共晶基体包围细晶等轴状fcc Ti2(Co, Fe)第二相,与目前文献报道的双尺度结构明显不同。该双尺度结构合金具有超高的屈服强度(2050 MPa)和较大的塑性应变(19.7%),综合性能优于目前文献报道的双尺度结构钛合金。

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β-(Nb, Zr)第二相合金在360 ℃去离子水中的腐蚀行为
陈兵,高长源,黄娇,毛亚婧,姚美意,张金龙,周邦新,李强
金属学报. 2017, 53 (4): 447-454.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00389
摘要   HTML   PDF (7407KB)

为了研究锆合金中β-Nb第二相粒子的腐蚀行为,利用真空非自耗电弧炉熔炼了2种β-(Nb, Zr)第二相合金,分别为90Nb-10Zr合金和50Nb-50Zr合金,在静态高压釜中进行360 ℃、18.6 MPa、去离子水的腐蚀实验,利用带EDS的SEM和TEM分析腐蚀生成氧化膜的显微组织。结果表明:90Nb-10Zr合金与50Nb-50Zr合金的氧化产物都为非晶氧化物与晶态氧化物,其中90Nb-10Zr合金腐蚀生成的晶态氧化物为单斜结构的Nb2O5,而50Nb-50Zr合金腐蚀生成的晶态氧化物为四方结构的(Zr, Nb)O2

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核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测
郭舒,韩恩厚,王海涛,张志明,王俭秋
金属学报. 2017, 53 (4): 455-464.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00462
摘要   HTML   PDF (3893KB)

采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δi)由Dugdale模型计算确定;然后根据有限元计算结果,建立裂纹应力强度因子 (K) 随裂纹深度 (a) 及附加应力 (P) 变化的拟合公式,结合实验数据得到管材在2种冷变形量下的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dt)拟合公式,利用迭代方法计算了裂纹穿透管壁所需的时间,为核电站安全评估提供了有效依据。研究显示,当弯头部位的冷变形量较小(硬度为230~245 HV)且在理想情况下 (无初始附加应力),弯头被应力腐蚀裂纹穿透耗时最长(约57 a);当初始附加应力增加至200 MPa,此失效时间约缩减至前者的1/5 (无应力释放)、2/7 (应力释放一半) 以及3/7 (应力完全释放);保持初始附加应力不变(200 MPa)并提高弯头部位冷加工变形量(由硬度为230~245 HV提高到275~300 HV),弯头的大变形部位被穿透时间约缩短至小变形部位失效时间的2/5 (无应力释放)、3/8 (应力释放一半) 以及1/3 (应力完全释放),由此可见应力释放程度的降低和冷加工变形量的增加均导致了核电站316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。

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Cu对AlN/TiN-Cu复合多层膜微观结构和力学性能的影响
刘进,劳远侠,汪渊
金属学报. 2017, 53 (4): 465-471.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00259
摘要   HTML   PDF (6864KB)

采用多弧离子镀膜设备制备了掺杂Cu的AlN/TiN-Cu纳米复合多层膜,利用FESEM、HRTEM和XRD分别表征了薄膜的微观结构和相组成,用压入法和划痕法确定了薄膜的硬度和膜/基结合力,研究了Cu对AlN/TiN-Cu复合多层膜微观结构和力学性能的影响。结果表明,Cu的掺杂对薄膜的微观结构有较大的影响。薄膜的平均晶粒尺寸随Cu含量的增加而逐渐减小。掺入少量Cu后,薄膜的硬度均有提高,但不同种类的薄膜有不同的临界载荷变化趋势,纳米复合单层薄膜的临界载荷有所增大,而纳米复合多层膜的临界载荷反而有所减小。

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球墨铸铁表面激光熔覆TiC/钴基合金组织和性能研究
童文辉,赵子龙,张新元,王杰,国旭明,段新华,刘豫
金属学报. 2017, 53 (4): 472-478.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00288
摘要   HTML   PDF (5514KB)

采用激光熔覆方法在球墨铸铁表面制备30%TiC/钴基合金熔覆层,通过OM、SEM、EDS、XRD、TEM、MHV2000数显显微硬度计,分析了熔覆层的显微组织、成分、物相、熔覆层的硬度变化规律。结果表明,球墨铸铁基体与熔覆层能形成良好的冶金结合,熔覆层由表层的树枝晶和内部的胞状晶组成,从熔体中原位析出初晶TiC,且初晶TiC的量从熔覆层内部到表层逐渐增加,而未熔的TiC颗粒在晶间均匀分布,熔覆层主要由γ-Co、TiC、CoCx和少量的Cr7C3相组成,熔覆层的最高硬度是1278.8 HV0.2,提高到球墨铸铁基体的5倍以上。

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熔融6061/4043铝合金在TC4钛合金表面的反应润湿
靳鹏,隋然,李富祥,俞伟元,林巧力
金属学报. 2017, 53 (4): 479-486.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00289
摘要   HTML   PDF (5282KB)

利用改良座滴法研究了高真空条件下熔融6061和4043铝合金在600~700 ℃分别与TC4钛合金的润湿行为。研究表明,Al/Ti体系属于典型的反应润湿,且铺展动力学可由反应产物控制模型描述,整个润湿过程分为先非线性铺展和后线性铺展2个阶段,即:铝合金中微量的Si元素在界面上产生了明显的富集并在界面上形成了富Si的Ti7Al5Si12;铺展过程中Ti7Al5Si12的分解对应于非线性铺展阶段,Ti7Al5Si12分解的同时伴随Al3Ti形成,对应于线性铺展阶段;润湿过程中出现了明显的前驱膜并伴随着较好的最终润湿性。

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高浓度、高性能Pd胶体的制备及其活化机理
屈硕硕,祝清省,巩亚东,杨玉莹,李财富,高世安
金属学报. 2017, 53 (4): 487-493.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00388
摘要   HTML   PDF (5670KB)

通过一种小体积、连续性还原反应方法,制备出高浓度、大体积胶体Pd活化液,并采用SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征其形貌、结构及元素组成特征,采用化学镀Cu及其电化学测试研究胶体的催化性能。结果表明:该方法能够制备出平均粒径低于4 nm且分布均匀的Pd胶核颗粒;在Pd含量低于25 mg/L时,活化液仍具有化学镀催化性能。研究发现:Pd胶团的外壳结构对活化能力起着重要作用,胶团外壳由Sn2+、Sn4+及Cl-等组成,可形成2种络合体结构,即[PdSn2]Cl6和[PdSn3]Cl8,由于[PdSn3]Cl8在解胶中不能水解,可导致胶团丧失活性。该制备方法可减少[PdSn3]Cl8胶团结构的发生,提高了Pd胶体的活化性能。

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电渣重熔全过程的数学模型开发及过程模拟研究
李青,王资兴,谢树元
金属学报. 2017, 53 (4): 494-504.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00386
摘要   HTML   PDF (5216KB)

基于多物理场耦合计算,结合电渣重熔(ESR)工艺,开发了应用于ESR全过程数值模拟的数学模型。模型涵盖了熔炼过程的电磁场、流动、传热、熔化及凝固多个物理过程,给出了熔炼过程温度及液相体积分数分布、熔池及糊状区形状尺寸等过程控制所相关的特征信息。利用铸锭温度分布历史,该模型可以计算与铸锭质量密切关联的多种凝固参数信息。该模型可以实现对未知ESR过程的稳态模拟预测,也可以针对实际过程进行熔炼全程(包括模冷阶段)的瞬态模拟分析。模型计算的熔池形状及深度与剖锭分析的结果接近,预测的二次枝晶臂间距分布与枝晶组织分析照片相符合。本模型可应用于过程分析及优化,并为新产品和工艺研发提供重要的技术支撑。

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γ-TiAl金属间化合物铣削加工实验与有限元模拟
周丽,崔超,贾清,马英石
金属学报. 2017, 53 (4): 505-512.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00256
摘要   HTML   PDF (8772KB)

运用ABAQUS有限元软件建立了γ-TiAl 金属间化合物铣削加工的细观模型,分析了不同材料模型的加工表面形貌及边缘断裂形成机理。结果表明,由于片层之间的材料特性不同,加工过程中片层与片层之间更容易出现裂纹或凹坑。同时,由于其较低的延展性,γ-TiAl 金属间化合物加工出口处形成较大的负剪切平面,从而导致边缘断裂。通过与实验结果比较,发现γ-TiAl 金属间化合物铣削加工表面粗糙度和边缘断口尺寸均小于由正六边形片层细观模型所得的模拟值,且略高于由矩形片层细观模型所得的模拟值。同时,加工表面粗糙度和边缘断口尺寸随切削深度的增加而逐渐增大,而切削速率的影响较小。因此,为了得到更好的加工表面质量,γ-TiAl 金属间化合物加工过程中应尽可能地采用较高的切削速率,而不是切削深度。

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