Please wait a minute...
ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
当期目录 More>>
  2017年, 第53卷, 第5期 刊出日期:2017-05-05 上一期    下一期
选择: 合并摘要 显示图片
论文
中国低活化马氏体钢在液态Pb-Bi中的脆化现象
杨旭,廖波,刘坚,严伟,单以银,肖福仁,杨柯
金属学报. 2017, 53 (5): 513-523.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00576
摘要   HTML   PDF (16832KB)

为了评价反应堆候选结构材料与液态金属的相容性,针对低活化马氏体钢在液态Pb-Bi共晶中的拉伸脆化现象,采用2种拉伸速率的拉伸实验,研究了中国低活化马氏体钢(CLAM)在200~500 ℃范围内的Ar气和液态Pb-Bi共晶环境中的拉伸断裂行为。结果表明,在Ar气环境中拉伸时,CLAM钢均为韧性断裂;而在液态Pb-Bi共晶环境中拉伸时,在300~450 ℃下会出现脆性断裂现象。在300~450 ℃脆化温度区间内试样强度变化不大,但总延伸率显著降低,出现“韧谷”现象。然而拉伸温度在低于或高于脆化温度区间时,脆断现象消失,总延伸率回复到与对比试样相同水平。在更低的拉伸速率下,CLAM钢发生“韧谷”现象的温度区间明显扩大,表明拉伸速率对CLAM钢在液态Pb-Bi共晶中的脆化也有影响。经低温回火硬化后,CLAM钢在液态Pb-Bi共晶中出现拉伸脆化现象是由于液态Pb-Bi接触裂纹尖端后造成表面能降低,进而降低临界解理应力而发生脆性断裂。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
物理真空去合金法制备微米级多孔不锈钢
李俊,刘文朋,任伊宾,沈明钢,杨柯
金属学报. 2017, 53 (5): 524-530.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00260
摘要   HTML   PDF (6978KB)

采用真空感应炉制备316L-50Mn初始合金,然后通过真空环境下Mn升华去合金制备多孔不锈钢,应用SEM、EDS和XRD等对物理真空去合金工艺方法制备的多孔不锈钢进行分析,并研究去合金过程中温度以及时间对孔的形成、发展以及孔的形貌的影响。结果表明,物理真空去合金工艺可以制备多孔不锈钢,其孔隙率为30%~60%,孔径为0.5~3 μm,多孔层深度达到15~60 μm。真空热处理温度和时间是物理真空去合金制备方法的2个关键因素,处理温度主要通过影响Mn元素挥发和体扩散速率进而影响孔的形貌,而处理时间对多孔层的深度起到主要作用。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
热加工对Z3CN20-09M双相不锈钢组织及热老化冲击断裂行为的影响
张海,李时磊,刘刚,王艳丽
金属学报. 2017, 53 (5): 531-538.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00321
摘要   HTML   PDF (7260KB)

铸态Z3CN20-09M双相不锈钢经1200 ℃热锻后,采用400 ℃热老化100、1000、3000 h处理。利用SEM和EBSD分析了铸态及锻态Z3CN20-09M双相不锈钢的显微组织和热老化1000、3000 h的冲击断口,采用纳米力学探针和冲击试验机测试了铸态及锻态Z3CN20-09M双相不锈钢热老化0、100、1000、3000 h微区力学性能和冲击性能。研究表明,经热加工后铁素体晶粒的取向呈现无序态,奥氏体晶粒由粗大的柱状晶经再结晶后变成细小的等轴晶。随热老化时间延长,铸态和锻态材料的冲击功都呈现下降趋势。热老化1000 h,铸态和锻态材料均呈现微孔聚集型断裂,断口出现大量韧窝花样。热老化3000 h,铸态和锻态材料均呈现韧窝/解理混合型断裂特征,铁素体发生脆性解理断裂, 奥氏体以撕裂或呈微孔聚集型断裂。铁素体区域内取向不同导致锻态材料冲击断口解理特征明显少于铸态材料。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Hi-B钢二次再结晶退火初期不同取向晶粒的三维形貌表征
徐洋,鲍思前,赵刚,黄祥斌,黄儒胜,刘兵兵,宋娜娜
金属学报. 2017, 53 (5): 539-548.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00494
摘要   HTML   PDF (6859KB)

利用定量逐层研磨和计算机辅助重建及可视化技术,并结合电子背散射衍射(EBSD)方法,研究了Hi-B钢二次再结晶退火初期不同取向晶粒的三维形貌。结果表明,Goss取向晶粒主要呈“塔状”,黄铜取向晶粒则类似“上大下小”倒锥状,{411}<148>取向晶粒也表现为“塔状”和倒锥状。而{111}<112>取向晶粒形貌各异,没有一致性。与其它取向晶粒相比,Goss取向晶粒在三维尺度上没有尺寸优势,Goss取向晶粒异常长大前,其长大主要受曲率控制。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
中厚板表层超细晶对止裂性能的影响
马江南,王瑞珍,杨才福,查小琴,张利娟
金属学报. 2017, 53 (5): 549-558.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00316
摘要   HTML   PDF (10594KB)

研究了返温轧制(TRRP)中厚钢板表层的组织特征及其对止裂性能的影响。力学性能测试结果表明,与传统的控轧控冷(TMCP)钢相比,TRRP钢表层的韧、塑性较好,韧脆转变温度低至-100 ℃,而在1/4厚度处,两者性能差异不大。显微组织分析表明,TRRP钢表层组织为等轴状铁素体晶粒+弥散分布的马氏体-奥氏体(M-A)组元,晶粒等效直径约2 μm。通过数值模拟分析了TRRP工艺中间坯温度场的变化,发现中间坯冷却时,表层被冷却到相变温度以下,形成以贝氏体为主的组织,返温后轧制,表层组织发生动态再结晶形成超细晶。示波冲击测试表明,TRRP钢表层试样启裂后,载荷-位移曲线斜率绝对值(|k|)由0.66降低到0.27,与止裂相关的冲击吸收功达到44.3 J,断口表层组织有明显的塑性变形,吸收了裂纹扩展的能量,有效地抑制了裂纹扩展。晶粒取向分析表明,TRRP钢表层超细晶粒取向呈随机分布,晶界角度平均值和大角度晶界(>15°)比例分别达到32.8°和69.8%,能够有效阻碍裂纹扩展。使用纳米压痕分析了实验钢的硬度,TRRP钢表层的纳米压痕硬度统计分布集中在2.0 GPa以下,组织特征为少量的硬质相弥散分布在较软的铁素体基体上,相界面处萌生的裂纹在基体中不易扩展。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
低偏析技术的发展
张玉妥,陈波,刘奎,李殿中,李依依
金属学报. 2017, 53 (5): 559-566.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00312
摘要   HTML   PDF (6319KB)

师昌绪先生领导的铸造高温合金团队80年代初开始了低偏析技术的研究。将低偏析技术扩展应用到火电大轴用30Cr2Ni4MoV钢、核电蒸发器传热管用690合金以及核燃料用铀合金。通过解剖3支百吨常压电弧炉熔炼的30Cr2Ni4MoV钢锭,发现控制微量元素O、Al含量可以显著减少偏析。研究了690合金、U-6Nb合金与高碳铀的凝固行为,S、N扩大了690合金的凝固温度区间,并且S的影响大于N的影响;通过控制微量元素S、N含量可使690合金组织中成分均匀。在具有放射性元素的U-6Nb合金和高碳铀中,计算了U-6Nb的凝固温度区间为183 ℃;在高碳铀中,当C含量由0.01%增加到0.03%时,其凝固温度区间由40 ℃增加到了75 ℃;C扩大了高碳铀的凝固温度区间。U-6Nb合金和高碳铀的凝固偏析严重,采用低偏析技术控制U-6Nb合金中的C、N、O含量及高碳铀中C、O含量,达到了减轻凝固偏析的效果,表明低偏析技术具有普适性。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
焊接温度对碳钢/奥氏体不锈钢扩散焊接头界面组织及性能的影响
王大伟,修世超
金属学报. 2017, 53 (5): 567-574.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00307
摘要   HTML   PDF (6361KB)

采用真空扩散焊接方法对Q235A低碳钢与AISI304奥氏体不锈钢进行固相扩散连接实验,研究了焊接温度对接头界面组织、力学性能和反应产物的影响。结果表明:Q235A低碳钢/AISI304奥氏体不锈钢复合界面附近形成了合金铁素体层(II区)和增C层(III区),界面两侧异相组织通过扩散结成共用晶界。在焊接温度850 ℃,焊接压力10 MPa,焊接时间60 min条件下,接头强度和韧性达到最大值,高于Q235A低碳钢母材。焊接温度过低(≤800 ℃),接头中析出碳化物Cr23C6,焊接温度过高(≥900 ℃),接头中会产生二次碳化物和金属间化合物,脆性的化合物偏析相使接头强韧性显著下降。严格控制焊接温度在850 ℃区间,并在焊后迅速淬火越过低温区,可有效避免脆性化合物偏析,从而保证扩散焊接头的性能。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
交流电对X80钢在近中性环境中腐蚀行为的影响
万红霞,宋东东,刘智勇,杜翠薇,李晓刚
金属学报. 2017, 53 (5): 575-582.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00500
摘要   HTML   PDF (8368KB)

通过数据采集、电化学测试、浸泡实验和表面分析技术研究了交流电对X80钢在近中性环境中腐蚀行为的影响。结果表明,交流电干扰下,随着交流电密度的增大,交流腐蚀形态发生变化,由全面腐蚀转变为局部腐蚀,且试样表面产生较多的点蚀坑。全波交流电正负半波交替干扰下,X80钢发生阴阳极极化,导致Fe的局部溶解和H的析出;负半波交流干扰下会导致析氢而发生氢致阳极溶解,产生的点蚀坑均较尖锐;正半波干扰下,只发生阳极溶解,产生的点蚀坑呈现凹形,且比较平滑。不同波形交流干扰下,X80钢表面产生的腐蚀产物不一致:全波和正半波干扰下,腐蚀产物较疏松且发生龟裂,无α-FeOOH;负半波交流干扰下,X80钢表面腐蚀产物较致密,腐蚀产物存在α-FeOOH,对基体具有一定的保护作用。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
直流电流对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织和性能的影响
陈占兴,丁宏升,刘石球,陈瑞润,郭景杰,傅恒志
金属学报. 2017, 53 (5): 583-591.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00502
摘要   HTML   PDF (8560KB)

将直流电流作用于定向凝固过程中的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,利用OM、XRD、SEM和TEM分析了合金的凝固组织、相组成和片层组织,测试了合金的显微硬度及800 ℃压缩力学性能。结果表明,电流在一定程度上促进了合金凝固组织的细化及成分的均匀性,减少或消除了片层间偏析。随着电流密度的增大,平均晶粒尺寸和片层厚度呈现先减小后增大的趋势,α2相相对含量先增大而后减小,合金的显微硬度、压缩断裂与屈服强度也呈现先增大后减小的趋势。平均晶粒尺寸最小约0.46 mm,片层间距最小为0.19 μm,分别比未加载电流时降低70%和29%,α2相相对含量从18.5%增至39.4%。片层间距或晶粒尺寸越小,合金的强度越高,变形能力越均匀,塑性也越好。合金的最大显微硬度达542 HV,合金的压缩屈服强度与断裂强度分别达到1200和1365 MPa,与未施加电流时相比均有所提高。加载直流电流引起固-液界面相前沿过冷度减小,可认为是TiAl二元相图中的L→β+L→α+β的包晶反应成分向富Al侧微小偏移,此时初生β相增多,从而造成了TiAl合金室温相组织α2相的相对含量增加。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Cu/Sn-52In/Cu微焊点液-固电迁移行为研究
张志杰,黄明亮
金属学报. 2017, 53 (5): 592-600.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00499
摘要   HTML   PDF (8645KB)

采用同步辐射实时成像技术对比研究了Cu/Sn-52In/Cu微焊点在120和180 ℃,2.0×104 A/cm2条件下液-固电迁移过程中In、Sn和Cu原子的扩散迁移行为及其对界面反应的影响。由于没有背应力,液-固电迁移条件下Sn-52In焊点中In原子的有效电荷数Z*为负值是其定向扩散迁移至阳极的物理本质,这与Sn-52In焊点固-固电迁移条件下背应力驱使In原子迁移至阴极的机理不同。基于液态金属焓随温度的变化关系,修正了计算液态金属Z*的理论模型,计算获得In原子在120和180 ℃下的Z*分别为-2.30和-1.14,为电迁移方向提供了判断依据。液-固电迁移过程中In和Cu原子同时由阴极扩散至阳极并参与界面反应使得界面金属间化合物(intermetallic compounds,IMC)生长表现为“极性效应”,即阳极界面IMC持续生长变厚,并且厚于阴极界面IMC,温度越高,界面IMC的“极性效应”越显著。液-固电迁移过程中阴极Cu基体的溶解与时间呈抛物线关系,温度越高,阴极Cu的溶解速率越快。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Cu的析出及其对FeCrMoCu合金阻尼性能和力学性能的影响
胡小锋,杜瑜宾,闫德胜,戎利建
金属学报. 2017, 53 (5): 601-608.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00504
摘要   HTML   PDF (3220KB)

采用扫描透射电镜(STEM)和动态机械分析仪(DMA)研究了FeCrMoCu合金(Cu添加量为1.0%和2.0%,质量分数)在不同冷速条件下Cu的析出行为及其对阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:1.0Cu合金中Cu主要以过饱和的形式固溶在基体,当冷速较慢(炉冷)时会析出少量的富Cu相,该相尺寸较小(<5 nm),Cu含量较低(3.7%);Cu增加到2.0%后,随着冷速的下降(从水冷到空冷,最后到炉冷),合金中先析出数量较少、尺寸较小的富Cu相,随后析出数量较多、尺寸稍大的球状第二相(10~15 nm),最后析出相粗化成圆棒状(100~400 nm)但数量显著减少,后2种析出相的Cu含量明显增加(30%~40%)。含Cu第二相的析出,明显增加合金平均内应力,使合金的阻尼性能显著下降,因此有第二相析出的2.0Cu合金阻尼性能明显低于1.0Cu合金。与此同时,合金的强度随着富Cu相的析出而明显提高,其中尺寸较小的富Cu相析出强化效果较好,且对塑韧性的影响相对较小。含1.0%Cu的FeCrMoCu合金可以同时获得较好的阻尼性能和力学性能。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Co含量对熔体快淬Fe55-xCoxPt15B30合金的组织结构与磁性能的影响
马殿国,王英敏,李艳辉,张伟
金属学报. 2017, 53 (5): 609-614.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00485
摘要   HTML   PDF (2786KB)

研究了Co含量对熔体快淬Fe55-xCoxPt15B30 (x=0~45,原子分数,%)合金热处理前后的组织结构和磁性能的影响。结果表明,添加Co可提高Fe55-xCoxPt15B30合金的非晶形成能力,使x=15~45的快淬合金形成非晶态。经适当热处理后,合金中形成了由有序面心四方结构的永磁(Fe, Co)-Pt (L10)相和软磁(Fe, Co)2B相及(Fe, Co)B相组成的纳米复相组织,显示出永磁性;添加Co的合金组织得到明显细化,x=15~45合金平均晶粒尺寸均约为18 nm;其中x=15合金具有最佳的永磁性能,磁能积达到94.4 kJ/m3。合金的矫顽力随Co含量的增加而增大,在x=30时达到最大值413.7 kA/m后,随Co含量的进一步增加而减小;这是由于不同Co含量使L10相的c/a值发生变化而导致其磁晶各向异性变化的结果。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Sn-Ag-Cu钎料焊接显微组织演化和性能研究
孙磊,陈明和,张亮,杨帆
金属学报. 2017, 53 (5): 615-621.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00332
摘要   HTML   PDF (5124KB)

利用DSC、微焊点强度测试仪、SEM、EDS及XRD,研究了Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu和Sn3.0Ag0.5Cu钎料的熔化特性、润湿性、力学性能、显微组织及相种类。通过TL-1000型高低温循环试验箱测试了-55~125 ℃循环条件下Sn-Ag-Cu焊点的界面层变化。结果表明,随着Ag含量的增加,钎料的熔点变化不大,钎料的润湿角显著降低,N2氛围条件下,3种钎料的润湿性均出现明显的提高。此外,3种焊点的力学性能也随着Ag含量的增加显著提高。Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的基体组织存在着少量的Ag3Sn和大颗粒Cu6Sn5化合物,且分布杂乱,Sn3.0Ag0.5Cu焊点的基体组织则相对较为均匀,这也是Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的力学性能低于Sn3.0Ag0.5Cu的主要原因。对焊点进行热循环处理,发现3种焊点界面金属间化合物的厚度明显增加,界面层的形貌也由原来扇贝状向层状转化。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Cr对Fe-Cr合金耐蚀性能影响的电子理论研究
王垚,李春福,林元华
金属学报. 2017, 53 (5): 622-630.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00269
摘要   HTML   PDF (1268KB)

基于固体与分子经验电子理论(EET),对Fe-Cr合金(Cr含量为0~30%,原子分数)的价电子结构进行了半定量分析,利用界面电子密度差Δρ的计算方法,计算了Fe-Cr合金与Cr2O3、Fe2O3钝化膜低指数晶面间的电子密度。结果表明,Fe-Cr合金固溶体的杂化原子轨道数σn、最强键共价电子数nA和最强键键能EA均大于纯Fe,Cr能提高Fe基体的稳定性。当Cr含量达到12.52%和24.3%时,Cr原子从低阶迁移到共价电子数少的高阶状态,不稳定性增加,此时Cr易偏离平衡位置与腐蚀介质作用形成钝化膜,造成Fe-12.52%Cr和Fe-24.3%Cr合金的耐腐蚀性能发生突变。Fe-Cr合金与Cr2O3、Fe2O3钝化膜的24个低指数界面中,只有Fe-Cr(112)/Cr2O3(0001)、Fe-Cr(112)/Cr2O3(101?0)Cr、Fe-Cr(112)/Fe2O3(112?0)界面的Δρ <10%,对于同等Cr含量的基体,Fe-Cr(112)/Cr2O3(101?0)Cr界面Δρ最小,满足Δρ<10%的杂化原子轨道数σ最大。随着基体中Cr含量升高,Fe-Cr(112)/Cr2O3(0001)和Fe-Cr(112)/Fe2O3(112?0)界面Δρ降低,σ增加,Cr2O3、Fe2O3与基体的界面更加稳定牢固,因此Fe-24.3%Cr合金的耐腐蚀性可跃迁至更高水平。价电子结构对Fe-Cr合金耐蚀性能变化的分析结果基本符合Tammann定律的描述。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
变极性等离子弧焊电弧物理特性的数值模拟
陈树君,徐斌,蒋凡
金属学报. 2017, 53 (5): 631-640.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00263
摘要   HTML   PDF (3720KB)

基于磁流体动力学及Maxwell方程组,建立了变极性等离子电弧的三维瞬态计算模型,依据变极性等离子弧焊对铝合金板材穿孔焊接过程的物理特性,提出了随电弧极性变化的分时导电模型,通过计算得到了变极性等离子电弧的温度场、流场、电流密度和电弧压力的分布情况,以及电弧压力随时间的变化过程。通过实验测量了工件表面电弧中心压力,得到了不同极性时的电弧形态。结果表明:相同电流条件下,正极性时电弧温度场分布比反极性时更加分散,但正极性时电弧最高温度范围小于反极性时;反极性电弧压力和电流密度在电弧中心处均大于正极性,在径向距电弧中心一定距离处,2种极性时的电弧压力和电流密度的大小出现反转;电弧压力对焊接电流响应迅速,正极性电弧压力小于反极性电弧压力,焊接电流过零时,电弧压力会降低到较低的值,电流增加时电弧压力变化存在“过冲”现象;对实验与计算得到的变极性等离子电弧正反极性时电弧图像和工件表面电弧中心压力进行了对比,结果吻合良好。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics