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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2019年, 第55卷, 第7期 刊出日期:2019-07-11 上一期    下一期
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基于同步辐射X射线成像的选区激光熔化Ti-6Al-4V合金缺陷致疲劳行为
吴正凯, 吴圣川, 张杰, 宋哲, 胡雅楠, 康国政, 张海鸥
金属学报. 2019, 55 (7): 811-820.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00408
摘要   HTML   PDF (14834KB)

基于自主研制的原位疲劳试验机和高分辨同步辐射X射线三维成像技术,采用Feret直径和极值统计方法定量表征选区激光熔化Ti-6Al-4V合金的缺陷特征尺寸、数量、位置及形貌,原位观测疲劳裂纹的萌生与扩展行为,通过辨识疲劳断口源区的缺陷特征,开展缺陷诱导的疲劳损伤评价研究,从而建立缺陷特征与疲劳寿命之间的关系。分析表明,缺陷主要为未熔合和气孔,等效直径小于50 μm的频率为90%,球度分布于0.4~0.65之间;在不考虑表面粗糙度的情况下,疲劳裂纹优先在试样表面或近表面缺陷处萌生,呈现出典型的半椭圆形貌;同时缺陷特征尺寸越大,疲劳寿命越低。研究结果为增材高性能部件的疲劳性能及寿命评估提供了重要的理论参考。

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Fe-BTC表面氨基化及对染料和重金属离子的吸附性能研究
曹梦薇,蔡桃,张霞
金属学报. 2019, 55 (7): 821-830.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00079
摘要   HTML   PDF (8080KB)

利用二乙烯三胺(DETA)对Fe-BTC结构进行改性,并系统研究了其对刚果红(CR)和重金属离子Pb(II)的吸附性能。应用SEM、XRD、Fourier变换红外光谱仪(FT-IR)、N2吸附-解吸实验、Zeta电位测定等方法对改性前后的Fe-BTC材料进行结构和表面性质表征。结果表明,在保持Fe-BTC晶体结构的前提下,DETA的掺杂可有效增加Fe-BTC表面—NH2并改变其表面的电性。在对CR和Pb(II)的吸附实验中,DETA-Fe-BTC对CR和Pb(Ⅱ)的吸附量明显提高,对比实验证明了DETA-Fe-BTC对于CR和Pb(II)的吸附选择性。对吸附条件进行了优化并对于吸附的热力学和动力学数据进行了拟合。在循环吸附脱附实验中,DETA-Fe-BTC表现出对于CR和Pb(II)优秀的吸附性能稳定性。

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Al-Bi合金凝固过程及微合金化元素Sn的影响
黎旺,孙倩,江鸿翔,赵九洲
金属学报. 2019, 55 (7): 831-839.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00450
摘要   HTML   PDF (16658KB)

实验研究了Al-Bi合金凝固过程及微合金化元素Sn的影响,发现添加微量Sn能有效改变Al-Bi合金的液-液相变过程、细化富Bi相粒子。Sn对富Bi相的细化效果随着Sn添加量的增加而增强,当添加量≥0.10% (质量分数)时即可达到最佳细化效果。建立了Al-Bi合金凝固过程中组织演变的动力学模型,模拟分析了微合金化元素Sn作用下Al-Bi合金凝固组织形成过程。结果表明,微量Sn可有效降低Al-Bi合金两液相间的界面能,提高富Bi相液滴的形核率,促进Al-Bi合金形成弥散型凝固组织。

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Mo元素及热处理对Ni2CrFeMox高熵合金在NaCl溶液中耐蚀性能的影响
魏琳,王志军,吴庆峰,尚旭亮,李俊杰,王锦程
金属学报. 2019, 55 (7): 840-848.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00558
摘要   HTML   PDF (15275KB)

利用循环极化曲线、激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)、 SEM和 XPS等测试方法研究了Mo元素及热处理对Ni2CrFeMox高熵合金在3.5%NaCl (质量分数)溶液中耐蚀性能的影响。结果表明,铸态Ni2CrFeMox高熵合金的耐蚀性能明显高于316L不锈钢,其中Ni2CrFeMo0.2合金具有最小的维钝电流密度和腐蚀电流密度,耐蚀性能最好。过量Mo元素导致合金中析出σ相,发生电偶腐蚀,降低合金的耐蚀性能。固溶处理后,σ相的溶解及元素分布的均匀化减弱了电偶腐蚀的发生,耐蚀性能明显提高。

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地质处置低氧过渡期X65低碳钢腐蚀行为研究
刘灿帅,田朝晖,张志明,王俭秋,韩恩厚
金属学报. 2019, 55 (7): 849-858.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00481
摘要   HTML   PDF (20380KB)

利用实验室自行搭建的低氧手套箱电化学测试体系系统,长期监测X65低碳钢在模拟地质处置过渡期80 ℃低氧饱和膨润土中的电化学腐蚀行为,发现X65低碳钢的开路电位在150 d内逐渐降低,阻抗模逐渐增加,腐蚀类型从初期的点蚀转变为均匀腐蚀;利用SEM、EDS和μ?XRD表征了X65低碳钢腐蚀产物的形貌、元素组成和物相组成,发现腐蚀产物有颗粒状、片状、杆状和胞状4种类型,腐蚀产物中的元素均匀分布,产物物相由Fe3O4α-Fe2O3组成;使用失重法测量X65低碳钢平均腐蚀速率,发现腐蚀速率(V)在150 d内逐渐从195.88 μm/a降低到20.58 μm/a,V随时间(t)的变化规律符合降幂函数关系式V=8.34t-0.88,腐蚀过程受扩散控制。

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静水压力对超纯Fe腐蚀行为的影响
马荣耀,王长罡,穆鑫,魏欣,赵林,董俊华,柯伟
金属学报. 2019, 55 (7): 859-874.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00044
摘要   HTML   PDF (16786KB)

采用失重测试、动电位极化和电化学噪声研究了静水压力对超纯Fe在3.5%NaCl中腐蚀行为的影响。利用离散小波分析方法去除噪声信号的直流漂移,然后进行散粒噪声和随机分析;利用Hilbert-Huang变换对噪声信号进行时频分析;用SEM观察腐蚀试样的表面形貌。失重测试和动电位极化的研究结果表明,增大静水压力提高了超纯Fe在3.5%NaCl中的腐蚀速率。电化学噪声分析结果表明,在整个浸泡期间,增大静水压力促进了点蚀的发展,提高了局部腐蚀的倾向。在浸泡初期,超纯Fe以发生局部腐蚀(如点蚀形核、亚稳态点蚀、点蚀)的模式为主,增大静水压力对点蚀形核过程有一定的抑制作用,降低了点蚀孕育速率,但对亚稳态点蚀和稳态点蚀的发展过程有促进作用,提高了点蚀生长概率;随着浸泡时间的延长,其逐渐转为以均匀腐蚀的模式为主,增大静水压力仍然促进亚稳态点蚀和稳态点蚀的发展,提高点蚀生长概率,但是却相对地抑制了均匀腐蚀过程。

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电磁旋流水口连铸技术对小方坯凝固组织形貌和宏观偏析的影响
吴春雷,李德伟,朱晓伟,王强
金属学报. 2019, 55 (7): 875-884.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00487
摘要   HTML   PDF (9338KB)

在不同工业实验条件下,研究了电磁旋流水口技术对小方坯的凝固组织和C、S元素宏观偏析特征的影响规律,并与结晶器电磁搅拌所得结果相比较。结果表明,仅用电磁旋流水口技术,在电流频率为50 Hz时,随着电流强度由200 A升至600 A,等轴晶逐渐增多,而中心偏析严重程度先减轻后加重,在凝固组织以细小柱状晶为主时出现最优值。研究还表明,可以通过调整电磁旋流装置的电流参数来改变浸入式水口内钢水的旋流强度,进而获得不同凝固组织形貌和宏观偏析严重程度的铸坯。在本实验条件下,当装置的电流参数达到一定值后,电磁旋流水口技术在提高铸坯质量方面可以达到与结晶器电磁搅拌相同甚至更优的效果。

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TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头界面研究
杜随更,高漫,徐婉婷,王喜锋
金属学报. 2019, 55 (7): 885-892.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00512
摘要   HTML   PDF (22210KB)

采用OM、SEM、TEM等手段对TC11和TC17钛合金线性摩擦焊接界面的显微组织进行了分析。结果表明,在焊合界面处发生了动态再结晶,形成了共有晶粒和共有晶界,共有晶粒内焊合界面处形成了一个相界面。合金元素在共有晶界和共有晶粒内相界面处均发生了相互扩散。在共有晶粒和共有晶界形成过程中对溶质元素的排斥、吸附与拖曳作用下,共有晶粒内相界面处合金元素的变化范围比共有晶界处宽,且焊合区相界面处的成分变化要大于相内部。焊合界面处形成了大量细小的针状α相,其内有大量的变形孪晶。共有晶粒内的焊合界面的微观结构包括2个界面(两侧材料各自的再结晶生长界面)和2个生长区(有序和无序),该处动态再结晶也有类似于凝固结晶的有序和无序结晶过程。

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GH984G合金在700 ℃水蒸气中的氧化行为
王常帅,郭莉莉,唐丽英,周荣灿,郭建亭,周兰章
金属学报. 2019, 55 (7): 893-901.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00440
摘要   HTML   PDF (18649KB)

从氧化动力学、氧化层相组成及微观结构角度,研究了700 ℃超超临界电站用Ni-Fe-Cr基合金GH984G在700 ℃水蒸气中的氧化行为。结果表明:氧化行为符合抛物线规律,氧化过程受扩散控制,稳态增重速率约为8×10-4 g/(m2·h),为完全抗氧化级。氧化过程中首先在基体表面形成Cr2O3外氧化层,随后形成根状Al2O3内氧化层并在Cr2O3外氧化层表面形成少量粒状TiO2,最终形成外层Cr2O3、内层Al2O3的双层结构,长达2000 h蒸汽氧化过程中无其它氧化物形成且氧化层具有优异的稳定性。氧化初期氧化层表面Cr2O3为针片状,随后针片状Cr2O3发生团聚转变为胞状Cr2O3,进一步延长氧化时间胞状Cr2O3发生连接,转变为连续、致密的Cr2O3外氧化层。连续、致密且稳定的Cr2O3外氧化层和根状Al2O3内氧化层的氧化层结构使GH984G合金在700 ℃蒸汽条件下具有较低氧化速率和优异抗氧化性。

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新型耐磨耐高温氧化NiCrAlSiC复合涂层的制备及性能研究
赵明雨,甄会娟,董志宏,杨秀英,彭晓
金属学报. 2019, 55 (7): 902-910.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00034
摘要   HTML   PDF (19875KB)

采用“电泳+电沉积”两步法在金属基体上先预沉积CrAlSiC电泳层,再电沉积Ni,制备了NiCrAlSiC复合涂层,并制备不含SiC的NiCrAl涂层为对比样品。采用XRD、SEM、EPMA和TEM对复合涂层进行形貌、结构和成分表征,并研究其高温氧化性能和摩擦磨损性能。结果表明:复合涂层致密并与基体结合良好,涂层内颗粒分散均匀。与不含SiC的NiCrAl复合涂层相比,NiCrAlSiC复合涂层的氧化膜由NiO、NiAl2O4和Al2O3三层结构转变为NiAl2O4和Al2O3两层结构,且氧化膜更薄;同时,涂层硬度提高26%,磨损速率下降52%,磨损机制由磨粒磨损转变为黏着磨损。SiC颗粒的加入同时提高了NiCrAl涂层的抗高温氧化性能和耐磨性能。

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B4C/6061Al复合材料热压缩断裂行为的多尺度研究
周丽,张鹏飞,王全兆,肖伯律,马宗义,于涛
金属学报. 2019, 55 (7): 911-918.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00453
摘要   HTML   PDF (17474KB)

运用实验和模拟仿真相结合的方法研究了B4C/6061Al复合材料的热压缩断裂行为,确定了损伤模型及损伤参数。建立了单向多尺度有限元模型,分析了B4C/6061Al复合材料的细观损伤机理。结果表明,由于B4C/6061Al复合材料内部不均匀的细观结构,剪切损伤模型不能预测其断裂行为,而GTN损伤模型能准确预测B4C/6061Al复合材料的热压缩断裂行为。通过与实验结果的比较,确定了31%B4C/6061Al (质量分数)复合材料的GTN模型损伤参数,从而使模拟和实验获得的裂纹深度和载荷-位移曲线高度一致。此外,利用单向多尺度有限元法准确地分析了B4C/6061Al复合材料热压缩过程的细观损伤机理,即热压缩过程中出现的宏观裂纹是由颗粒的脆性断裂、基体和界面的脱黏以及基体的延性损伤导致的。

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金属轧制复合过程微观变形行为的分子动力学建模及研究
张清东,李硕,张勃洋,谢璐,李瑞
金属学报. 2019, 55 (7): 919-927.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00524
摘要   HTML   PDF (13275KB)

基于分子动力学方法研究金属层合板轧制复合过程界面区材料的微观变形行为,从力学性能和位错运动的角度,对比研究双金属FeCrNi/Fe与单金属的压缩变形,揭示非共格界面对金属微观变形行为的影响。结果表明,双金属模型与2种单金属模型在应力-应变关系和变形行为规律方面都存在明显差异;由于复合界面的存在,变形过程中双金属模型纯Fe基体中的位错在界面附近积累,界面原子的局部剪切作用使FeCrNi基体中的位错形成变得容易,降低了FeCrNi基体的屈服强度;复合界面对于变形过程中位错传播的阻碍作用,使材料抵抗塑性变形的能力得到提高,变形过程中2种金属基体内位错密度的交替变化导致2种金属基体的变形量也对应呈现交替变化的特殊现象。

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双相钛合金高温变形协调性的CPFEM研究
李学雄,徐东生,杨锐
金属学报. 2019, 55 (7): 928-938.   DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00380
摘要   HTML   PDF (13091KB)

基于率相关滑移为主的晶体塑性本构模型,结合Voronoi方法创建双相多晶体集合,研究不同组织特征的Ti-6Al-4V合金的高温变形行为,重点关注双相组织中应力、应变空间分布特征及其演化,应力、应变相间分配,并提出一种变形协调性定量评估方法。结果表明,多晶变形过程中,晶界及其附近是变形的优先响应区域;β晶粒与α晶粒之间存在包围结构特征可加剧局域应变的差异分配;晶粒长短轴比越大,周围异相界面越多,则其局域变形协调性越低。αβ相应力频率统计呈双峰形态,α相中平均应变较高,而β相中应力较高。随α相体积分数增加,拉伸屈服强度和应力协调系数降低,而应变协调系数先降低后升高。随α基面织构体积分数增加,拉伸屈服强度和加工硬化率升高,且应力协调系数升高,而应变协调系数先降低后升高。

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