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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6期 刊出日期:2017-06-10 上一期   
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冷却速率对急冷Fe-Al-Nb三元合金凝固组织形成的影响
谷倩倩,阮莹,朱海哲,闫娜
金属学报. 2017, 53 (6): 641-647.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00415
摘要   HTML   PDF (4838KB)

采用单辊急冷技术研究了Fe67.5Al22.8Nb9.7三元合金的快速凝固和组织形成规律。当辊速从10 m/s增大到40 m/s时,合金条带厚度减少1个数量级,冷速增加了7倍;辊速为40 m/s时样品形状除规则条带外还出现了鱼骨状条带和球状液滴。合金显微组织由Nb(Fe, Al)2α-Fe组成,随着辊速增大,凝固组织特征发生变化并且显著细化。随着辊速的增大,合金条带近自由面凝固组织则由初生α-Fe相和层片共晶向碎断层片共晶转变,近辊面凝固组织始终由不规则共晶组成。辊速达到40 m/s时,规则条带完全由不规则共晶组成;合金液滴由于获得的冷速相对较低,其凝固组织主要由初生α-Fe相和层片共晶组成,且随着液滴直径的减小初生相由树枝晶向等轴晶转变。

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Nb对Ti-Mo微合金钢连续冷却相变规律及组织性能的影响
何仙灵,杨庚蔚,毛新平,余驰斌,达传李,甘晓龙
金属学报. 2017, 53 (6): 648-656.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00437
摘要   HTML   PDF (10892KB)

利用热模拟试验机、SEM、HRTEM及EDS研究了Ti-Mo和Ti-Mo-Nb低碳微合金钢的连续冷却转变规律,探讨了Nb对Ti-Mo微合金钢组织及性能的影响。结果表明:Nb元素能够提高钢的Ac1Ac3温度,降低冷却过程中奥氏体的分解温度,缩小铁素体-珠光体相区,使贝氏体相区向左下方移动。此外,Nb的添加能够细化Ti-Mo-Nb微合金钢中的组织,提高硬度。利用HRTEM对冷速为50 ℃/s的样品进行分析,发现:Ti-Mo和Ti-Mo-Nb微合金钢中均存在少量应变诱导析出的碳化物,分别为(Ti, Mo)C和 (Ti, Nb, Mo)C粒子,呈随机分布。2种析出物均为NaCl型结构,其晶格常数分别为0.432和0.436 nm,平均粒径分别为12.11和8.69 nm。Ti-Mo-Nb微合金钢中析出相体积分数更多,尺寸更小,是其组织细化、硬度提高的主要原因。

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Mn、Ni、Mo含量对K65热煨弯管焊缝组织转变和低温韧性的影响
董利明,杨莉,戴军,张宇,王学林,尚成嘉
金属学报. 2017, 53 (6): 657-668.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00403
摘要   HTML   PDF (15758KB)

以Mn-Ni-Mo为主要合金体系,研制了K65热煨弯管用高强高韧埋弧焊丝。采用该焊丝制得的直缝管焊缝金属抗拉强度达741~768 MPa,显微硬度为231~250 HV10,-40 ℃冲击功为90~185 J;直缝管焊缝经热处理后,-40 ℃冲击功为65~124 J,比直缝管焊缝出现较大幅度下降。利用OM、LePera、SEM (EBSD)及TEM观察焊缝组织,研究焊缝中Mn、Ni、Mo含量对K65热煨弯管组织转变和低温韧性的影响。结果表明:直缝管焊缝中Mn、Ni含量的增加会促进针状铁素体的形成,适当增加Mo含量,降低Mn、Ni含量能使焊缝达到最佳强韧性能;经过热处理后,焊缝中针状铁素体含量降低,上贝氏体含量增加,大尺寸沿晶分布的渗碳体是焊缝金属低温韧性下降的原因,但Mo含量为0.2%时仍能保证大角度晶界比例达67.1%,使焊缝金属的-40 ℃低温韧性达124 J。

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回火温度对26CrMo钻杆钢显微组织和力学性能的影响
舒志强,袁鹏斌,欧阳志英,龚丹梅,白雪明
金属学报. 2017, 53 (6): 669-676.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00406
摘要   HTML   PDF (6909KB)

采用力学性能测试、组织观察等方法研究回火温度对26CrMo钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,26CrMo钢经540~690 ℃回火,随回火温度升高,显微组织中α相基体逐渐发生回复与再结晶,组织中马氏体形态逐渐消失,碳化物先在马氏体板条边界呈片状或棒状析出,逐渐演变为颗粒状弥散分布,690 ℃时碳化物在晶界聚集长大、球化。随回火温度升高,26CrMo钢强度逐渐降低,塑性、韧性逐渐增大;不同回火条件下,抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功满足API 5DP标准中各级别钻杆要求。随回火温度升高,26CrMo钢总冲击功、起裂功和裂纹扩展功均逐渐增大,裂纹扩展功是起裂功的3倍以上,且两者比值变化不明显,表现出良好的抗裂纹扩展能力。不同回火温度下冲击性能的变化与其强度、塑性变化密切相关,冲击韧性好坏主要由塑性大小决定。

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Cr含量和pH值对低铬管线钢半钝化行为的影响
许立宁,朱金阳,王贝
金属学报. 2017, 53 (6): 677-683.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00412
摘要   HTML   PDF (1282KB)

针对油气管道CO2腐蚀环境,研究了Cr含量为1%~5% (质量分数)的5种低铬钢的阳极极化行为,讨论了半钝化行为受Cr含量的影响规律。测试了不同pH值下5种低铬钢的极化曲线,探究了不同Cr含量的低铬钢出现明显半钝化的临界pH值。利用Raman光谱,对比了在不同pH值溶液中极化生成的腐蚀膜的成分。结果表明,随着Cr含量的升高,低铬钢半钝化特征变得更加明显。在CO2环境下,溶液pH值的升高对Cr(OH)3沉积有利,基体中Cr的溶解导致低铬钢表面生成了Cr(OH)3膜,在极化曲线测试过程中,显示出半钝化的特征。

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一种高硼定向凝固合金的初熔行为及其对力学性能的影响
张洪伟,秦学智,李小武,周兰章
金属学报. 2017, 53 (6): 684-694.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00495
摘要   HTML   PDF (19817KB)

系统研究了高硼DZ444定向凝固合金的初熔行为及其对力学性能的影响。结果表明,在铸态合金中,枝晶间包含大量γ/γ′共晶、MC碳化物和由硼化物、Ni5Hf及η相组成的“团聚相”。在固溶处理期间,团聚相周围受硼化物显著影响的γ基体首先发生初熔。硼化物不是初熔的形核点,但是对初熔的形成具有关键作用。较高的B含量,使得合金具有较低的初熔温度,介于1160~1170 ℃之间,明显低于正常合金。提升温度或延长保温时间,初熔现象变得更加严重。采用水淬方式,初熔倾向于凝固为典型的γ枝晶和大量细小的沉淀相颗粒;而采用空冷方式时,初熔依次凝固为团聚相、γ基体和γ/γ′共晶相,团聚相形貌与铸态时没有明显差异。完整热处理时,固溶温度由1210 ℃提升到1230 ℃,初熔略微增加,而当温度达1250 ℃时,初熔区尺寸和面积分数剧烈增大,对合金造成严重破坏。由于温度较低,合金的高、低温时效对初熔组织影响不是很大。随着初熔区尺寸和面积分数增加,初熔区消耗了大量的固溶强化元素,同时初熔区内部易萌生大量微裂纹,从而使合金的拉伸性能稍有下降,持久性能显著降低。

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形变诱导GH3625合金热挤压管材δ相的析出行为
丁雨田,高钰璧,豆正义,高鑫,刘德学,贾智
金属学报. 2017, 53 (6): 695-702.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00508
摘要   HTML   PDF (6704KB)

采用XRD、SEM、EDS和Image-Pro Plus金相分析等方法测定了GH3625合金热挤压管材在不同冷变形量ε下经过800 ℃时效后δ相的析出含量,研究了冷变形对δ相的析出规律及析出动力学的影响。结果表明,δ相首先在形变孪晶界、晶界以及变形带上形核并析出,随后在晶内形核长大,并且随冷变形量的增加,δ相在变形带上析出量增加;随冷变形量的增加,δ相的形貌从针状向棒状或颗粒状转变;随着时效时间的延长,δ相的平均尺寸不断增大,长大规律符合LSW理论。当时效温度为800 ℃时,δ相的析出含量与时效时间的关系满足Avrami方程,且随冷变形量的增加,δ相的含量增加,时间指数n减小,δ相析出速率α增加,冷变形促进δ相的析出。Nb的溶质拖曳与δ相的钉扎共同作用抑制晶粒长大。ε=35%时,合金的硬度随保温时间的延长而增加,ε≥50%时硬度未发生明显变化。

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重熔工艺对K452合金高温拉伸性能的影响
杨金侠,徐福涛,周动林,孙元,侯星宇,崔传勇
金属学报. 2017, 53 (6): 703-708.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00286
摘要   HTML   PDF (3849KB)

采用不同重熔工艺制备K452合金试样, 测试试样在900 ℃下的拉伸性能。结果表明:当浇注温度为1430 ℃时, 试样的抗拉强度从410 MPa变化到 510 MPa,延伸率从 3.5% 变化到 22.0%,实验数据较分散;试样中O和N平均含量较高,尤其N含量达0.0028%之多;断口上存在大量疏松。当浇注温度提高到1500 ℃时,拉伸性能得到提高,试样中O和N的平均含量有所降低,断口上疏松减少。当合金经过1590 ℃保温5 min的高温净化处理,浇注温度仍为1500 ℃时,试样的拉伸性能大幅度提高,O和N的平均含量明显降低,断口上没有观察到疏松,实验数据具有较好的一致性。

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N掺杂对V-Al-C涂层微观结构、力学及摩擦性能的影响
王鑫,王振玉,冯再新,柯培玲,汪爱英
金属学报. 2017, 53 (6): 709-718.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00523
摘要   HTML   PDF (8662KB)

采用磁控溅射技术在Si片(100)和高速钢上制备V-Al-C和V-Al-C-N涂层,利用XRD、XPS、SEM、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对比分析了涂层的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构、力学性能以及不同介质中(大气、去离子水和海水)涂层的摩擦学性能。结果表明,V-Al-C涂层呈柱状晶结构生长,晶粒粗大;N的引入阻碍V-Al-C涂层的柱状晶结构生长,结构致密化,晶粒尺寸减小,形成非晶碳包裹纳米晶的纳米复合结构,使硬度从(14±0.48) GPa增加到(24.5±0.8) GPa,韧性得到大幅提高(H/E>0.1)。大气干摩擦条件下,V-Al-C涂层摩擦系数为0.70,引入N后摩擦系数降为0.42,这主要是由于在摩擦过程中V-Al-C-N涂层生成了具有润滑效果的V2O5,在非晶碳与V2O5耦合润滑作用下,涂层摩擦系数降低了40%;对于同一涂层,在去离子水和海水环境下的摩擦系数较大气干摩擦条件下降低,主要原因为:前者吸附的水分子可形成边界润滑作用。海水环境摩擦时,海水中Mg2+、Ca2+生成Mg(OH)2、CaCO3,均可提供进一步润滑效果,摩擦系数最低。3种环境摩擦过程中,30 min后V-Al-C涂层均因严重的磨粒磨损致磨穿而失效,且在腐蚀和磨损的协同作用下,海水环境中的磨损率最高。使用N掺杂制备的V-Al-C-N涂层均显示出良好的抗磨损性能,在干摩擦时磨损率为3.0×10-16 m3/(Nm),在海水中为1.4×10-15 m3/(Nm)。

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Al-Si-Ge钎料钎焊Cu/Al接头组织与性能研究
牛志伟,叶政,刘凯凯,黄继华,陈树海,赵兴科
金属学报. 2017, 53 (6): 719-725.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00342
摘要   HTML   PDF (5395KB)

首次采用Al-5.6Si-25.2Ge钎料对Cu/Al异种金属进行了炉中钎焊,分别从钎料的熔化特性、铺展润湿性、Cu侧界面组织以及钎焊接头强度等方面进行了系统研究,并与Zn-22Al钎料钎焊结果进行对比。结果表明,Al-5.6Si-25.2Ge钎料具有较低的熔化温度(约541 ℃),同时在Cu、Al母材上均具有良好的铺展润湿性。Al-5.6Si-25.2Ge/Cu界面由CuAl2/CuAl/Cu3Al2三层化合物组成,其中CuAl和Cu3Al2呈层状,厚度较薄,仅为1~2 μm;CuAl2呈胞状,平均厚度约为3 μm。Zn-22Al/Cu界面结构为CuAl2/CuAl/Cu9Al4,其中CuAl2层平均厚度高达15 μm。接头抗剪切强度测试结果表明,Zn-22Al钎料钎焊Cu/Al接头抗剪切强度仅为42.7 MPa,而Al-5.6Si-25.2Ge钎料钎焊Cu/Al接头具有更高的抗剪切强度,为53.4 MPa。

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Fe对SmCo基高温永磁体微观结构及矫顽力的影响
巩劭廷, 蒋成保, 张天丽
金属学报. 2017, 53 (6): 726-732.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00402
摘要   HTML   PDF (1989KB)

制备了在500 ℃下矫顽力为603.99 kA/m,最大磁能积为87.30 kJ/m3的高温磁体。研究发现,在室温下,Fe含量较高的SmCo基磁体矫顽力较大,而高温下Fe含量高的磁体矫顽力较小。对磁体的微观形貌、相组成及磁体胞壁胞内成分进行分析,结果表明,随Fe含量升高,胞尺寸变大,1:5H相含量减少,胞壁相中Cu含量及胞内相中Fe含量升高。Fe和Cu元素在胞壁和胞内两相中含量的改变,导致了室温及高温两相畴壁能差的改变,从而引起了矫顽力的变化。

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全淬透圆柱件淬火应力的有限元模拟及实验验证
刘玉, 秦盛伟, 左训伟, 陈乃录, 戎咏华
金属学报. 2017, 53 (6): 733-742.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00509
摘要   HTML   PDF (1871KB)

利用温度场、组织场和应力场相互耦合的数学模型对直径60 mm的40CrNiMo水淬圆棒的淬火应力进行研究。结果表明,有限元模拟的淬火应力及其分布与XRD测量结果相符,论证了所运用的温度场、组织场和应力场相互耦合的数学模型(包括建立的相变塑性函数)的正确性。通过计算机模拟分离了淬火马氏体钢中的热应力和组织应力,揭示了不同直径淬透圆棒试样的应力分布规律及其起因以及不同淬火介质对淬火应力的影响规律。

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取向硅钢低温加热工艺中渗氮工序的实验与数值模拟研究
曾贵民,罗海文,李军,龚坚,黎先浩,王现辉
金属学报. 2017, 53 (6): 743-750.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00463
摘要   HTML   PDF (1318KB)

通过在实验室模拟取向硅钢的渗氮生产工序,实测了不同渗氮时间下的渗氮量,并通过EPMA、FESEM等观察了渗氮后氧化层的变化、N在硅钢带厚度方向的浓度梯度。根据实测的组织形貌和渗氮动力学特点,首次建立了针对取向硅钢的渗氮动力学模型,并成功地进行了数值模拟计算。研究结果表明:(1) 取向硅钢带的平均N含量在渗氮初期增加缓慢,之后逐渐加快,直至90 s时渗氮速率达到最大值之后保持恒定;在750 ℃渗氮2 min时间内,在近表面0.04 mm范围内存在显著的N浓度梯度;(2) 脱碳退火后,取向硅钢的氧化层主要为层状氧化物,渗氮时氧化层被H2还原,层状氧化物转变为球状,氧化层的变化对渗氮动力学影响显著;(3) 分析了N由气相穿过表面氧化层至Fe基体的传质系数所遵循的可能模型,发现只有当传质系数遵循氧化层还原动力学模型时,即Avrami函数模型f=A(1-exp(-ktn)),计算结果才能与实测的渗氮动力学特征高度吻合。

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D019-Ti3Al中点缺陷浓度与相互作用的第一性原理研究
陶辉锦,周珊,刘宇,尹健,许昊
金属学报. 2017, 53 (6): 751-759.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00464
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采用Wagner-Schottky点缺陷热力学模型和第一性原理平面波赝势方法,计算研究了D019-Ti3Al金属间化合物中空位和反位2种类型点缺陷的形成焓、平衡浓度及相互作用。结果表明,这些缺陷的平衡浓度均随温度升高而增大,反位缺陷浓度均高于空位缺陷,Ti原子空位的浓度高于Al原子空位。在理想化学计量比成分下,Ti原子反位与Al原子反位缺陷浓度基本相当;在略偏离计量比的富Ti成分端,Ti原子的反位缺陷浓度高于Al原子;在富Al成分端则情形相反。计算结果表明,3种点缺陷对(AlTi-TiAl、TiAl-TiAlVAl-AlTi)在基体中具有较强的聚集趋势,而其它类型的点缺陷对则有向基体扩散的趋势。

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Fe-C-Mn三元合金中奥氏体-铁素体相变的相场模拟
张军,陈文雄,郑成武,李殿中
金属学报. 2017, 53 (6): 760-768.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00468
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采用相场法研究了Fe-C-Mn三元合金在临界区等温过程中发生的奥氏体-铁素体相变。基于Gibbs自由能守恒理论,在相场模型中考虑了替换型元素Mn在奥氏体/铁素体相界面内扩散所导致的自由能耗散,描述了Fe-C-Mn三元合金中因Mn在相界面偏聚所导致的相变停滞和相变不完全现象。利用相场模型研究了Mn含量对奥氏体-铁素体相变微观组织转变和相变动力学的影响。结果表明,随着Mn含量的增加,铁素体相的转变速率和体积分数降低,Mn在奥氏体/铁素体相界面内扩散所导致的溶质拖曳现象越明显,相变不完全程度加剧。

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