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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2005年, 第41卷, 第6期 刊出日期:2005-06-11 上一期    下一期
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论文
HVOF喷涂成形纳米晶FeAl厚涂层的结构和热稳定性
嵇罡; T.Grosdidier; 高泰瑞; 郝胜智; 廖汉林; 董闯
金属学报. 2005, 41 (6): 561-567 .  
摘要   PDF (485KB)
采用超音速火焰喷涂(HVOF)成形工艺喷涂球磨粉末, 成功制备了纳米晶FeAl厚涂层(5 mm). 分别利用SEM、图像分析、TEM以及Vickers硬度表征了该涂层的微观结构,并与用相同的喷涂参数和原料粉末制备的纳米晶薄涂层(300 $\mu$m)进行了比较, 研究了不同的喷涂条件对涂层的结构及其硬度的影响. 同时, 探讨了厚涂层的热稳定性. 结果表明, 由于涂层中较好地保留了未融粒子中的纳米晶, 从而在600℃仍能保持原有的高硬度.
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金属Cu体熔化与表面熔化行为的分子动力学模拟与分析
王海龙; 王秀喜; 梁海弋
金属学报. 2005, 41 (6): 568-572 .  
摘要   PDF (191KB)
采用Mishin嵌入原子势, 通过分子动力学方法模拟了金属Cu原子体系的体熔化 和表面熔化行为, 分析了体熔化过程中系统结构组态和能量变化以及表面熔 化过程中固-液界面迁移情况. 模拟结果表明: 在体熔化过程中, 结构组态与能 量在1585 K处发生突变; 在表面熔化过程中, 固-液界面在1380 K保持静止. 两 种熔化过程的不同发生机制是导致体熔点1585 K高于热力学熔点1380 K的原因. 在实际熔化中, 表面熔化处于支配地位, 实验测量的是热力学熔点. 得到的热力 学熔点与实验结果吻合良好, 验证了本文所采用方法是正确和有效的, 同时也 说明了Mishin嵌入原子势适合处理复杂无序体系.
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马氏体预相变的临界驱动力及非线性特征
万见峰; 王健农; 陈锦松
金属学报. 2005, 41 (6): 573-576 .  
摘要   PDF (118KB)
基于电子-声子相互作用计算了马氏体预相变的临界驱动力. 计算结果表明, 临界相 变驱动力的大小和凝聚声子的能量处于同一数量级. 充分考虑这种相互作用和声子 软化, 得到关于原子位相角的double sine-Gordon方程, 以此分析预相变的非线性 特征, 并认为电子-声子耦合机制可作为预相变的形核机制.
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表面机械研磨处理后316L不锈钢的表层结构及硬度的热稳定性
王爱香; 刘刚; 周蕾; 王科; 杨晓华; 李瑛
金属学报. 2005, 41 (6): 577-582 .  
摘要   PDF (425KB)
对316L不锈钢进行表面机械研磨处理 (SMAT), 获得表面为纳米晶、晶粒尺寸 沿厚度方向逐渐增大的梯度组织. 对SMAT前、后样品进行不同温度和时间的 真空退火. 结果表明: 当退火温度低于0.5Tm (Tm为熔点)时, 梯度组织中晶粒尺寸未发生明显变化, 只是在表面纳米晶层及其相邻的 亚微晶层上因残余应力释放而发生了马氏体相变, 对应的硬度沿深度分布也 未见明显的改变; 当退火温度高于0.5Tm时, 梯度组织发生回复 和再结晶, 加之残余应力大幅度下降, 使硬度明显下降. 与退火温度相比, 退火时间对梯度组织和硬度的影响不大.
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枝晶生长的数值模拟
朱鸣芳; 陈; 晋; 孙国雄; 洪俊杓
金属学报. 2005, 41 (6): 583-587 .  
摘要   PDF (422KB)
对朱、洪已发展的一种微观尺度cellular automaton(CA)模型做了进一步改进. 在改进的模型中用二元合金的Gibbs-Thomson方程建立固/液界面的平衡关系. 考虑了动力学和表面能各向异性对枝晶择优生长方向的影响. 应用改进的模型 模拟了不同择优取向的单枝晶在过冷熔体中的自由生长、定向凝固过程中柱状 晶的竞争生长以及等轴晶的演变过程. 模拟结果表明, 改进后的模型成功地模 拟出各种不同择优取向的单枝晶和多枝晶的生长形貌.
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纵向强磁场对MnBi/Bi共晶定向凝固组织的影响
李喜; 任忠鸣; 邓; 康; 壮云乾; 徐匡迪
金属学报. 2005, 41 (6): 588-592 .  
摘要   PDF (434KB)
进行了纵向强磁场下MnBi/Bi共晶定向凝固实验研究, 并从热力学的角度分析了强磁场对 MnBi/Bi共晶定向凝固组织的影响. 发现磁场有利于纤维状MnBi/Bi共晶定向凝固组织的 形成, 扩大了形成纤维状共晶组织的速度范围; 在同一生长速度下随着磁场强度的增加, MnBi/Bi共晶纤维组织变得更加规则, MnBi纤维粗化, 纤维间距增大; 而且强磁场的施 加, 使MnBi的形态发生了变化, 小平面生长特性增强.
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定向凝固包晶合金带状组织的形成机制及相选择 I.带状组织的形成机制
李新中; 郭景杰; 苏彦庆; 吴士平; 傅恒志
金属学报. 2005, 41 (6): 593-598 .  
摘要   PDF (217KB)
对定向凝固包晶合金在不同生长条件下, 初生相和包晶相分别作为单相和充分形核相以 低速平界面生长时, 从初始到稳态的整个过渡区间, 两相在界面及界面前沿液相中的 溶质分布进行了分析. 利用充分形核假设和成分过冷准则以及相稳定生长的最高界面温 度判据, 分析了初始过渡区内可能发生的第二相形核转变, 确定了形成带状组织的成 分条件. 考虑到相生长的历史相关性, 将带状组织区分为周期性带状组织区和单一带状 组织区, 更能够对实验现象进行合理的解释. 对Ti--Al合金的计算结果与理论分析一致.
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定向凝固包晶合金带状组织的形成机制及相选择 II.相选择
郭景杰; 李新中; 苏彦庆; 吴士平; 傅恒志
金属学报. 2005, 41 (6): 599-604 .  
摘要   PDF (226KB)
利用充分形核假设和成分过冷准则以及相稳定生长的最高界面温度判据, 对包晶合金低速平界面凝固前沿尚未确立稳态成分分布的情况进行了分析, 并考虑到相生长的历史相关性, 建立了从初始到稳态的整个过渡区间, 随凝固距离变化的相选择模型. 与Hunziker模型相比, 更清楚地分析了 整个凝固过程中发生的相和组织形态的转变, 对实验现象进行了更合 理的解释. 对Ti-Al合金相选择图的计算结果与理论分析一致.
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低碳钢SS400形变强化相变组织演变的动力学
齐俊杰; 杨王玥; 孙祖庆; 章晓中; 董志锋
金属学报. 2005, 41 (6): 605-610 .  
摘要   PDF (234KB)
采用Gleeble l500热模拟机进行压缩实验, 研究了Q235级别低碳钢SS400在 750和780 ℃形变强化相变组织演变及动力学的定量特征. 过冷奥氏体形变过程的形变强化相变 按照其转变动力学的特征可分为3个阶段: 前2个阶段的转变动力学方程形式与 J-M-A方程的形式相符, 而第3阶段的转变动力学与J-M-A方程的形式不相吻合. 第1阶段符合Cahn的“位置饱和”机制, 动力学参数n值为4, 对应于铁素体在原奥氏体 晶界及三叉界的形核及快速长大. 第2阶段不符合Cahn的“位置饱和”机制, n值在1.0-1.5之间, 对应于晶内奥氏体/铁素体前沿畸变区的大量形核. 第3阶段对应于剩余少量形核位置时的转变变缓过程. 变形提高了晶粒的形核 率, 同时促进了晶粒的长大速率; 形变强化相变铁素体晶粒转变初期的长大速 率随应变速率的增加而增大.
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形变温度对中碳钢组织转变的影响
惠卫军; 田鹏; 董瀚; 苏世怀; 于同仁; 翁宇庆
金属学报. 2005, 41 (6): 611-616 .  
摘要   PDF (417KB)
热模拟单向压缩下中碳钢形变温度低于Ad3 (786 ℃)点时, 析出形变诱导铁素体(DIF), DIF量随形变温度 降低而提高; 在低于750 ℃形变时, DIF量远高于平衡 态铁素体含量54%. DIF析出时碳原子高度富集在铁素体晶界 和铁素体/奥氏体界面. 在低于A1 (719 ℃)等温处理时, 高于Ad3点形变试样中, 奥氏体转变为铁素体+片层状珠光体; 低于Ad3点但高于Ar3 (645 ℃)点形变时, 未转变奥氏体转变为铁素体+片层状珠光体+晶界渗碳体; 稍高于Ar3点形变时, 将获得铁素体+弥散渗碳体的球化组织.
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钢铁材料晶界性质和冲击断裂特征的电子结构表征
章晓中; 张丽娜; 马钺; 齐俊杰; 袁俊
金属学报. 2005, 41 (6): 617-621 .  
摘要   PDF (246KB)
采用电子能量损失谱(EELS)研究了不同商用钢铁材料的晶界, 计算了晶界处和晶粒 内铁原子的3d电子占据态密度, 并将其和晶界性质以及材料的宏观断裂性能相联系. 结果表明: 当样品晶界处铁原子的3d电子占据态密度高于晶粒内时, 晶界结合强度低于晶 内, 晶界表现出脆性, 材料的冲击断裂方式主要为脆性的沿晶断裂; 反之, 如果晶 界处铁原子的3d电子占有态密度与基体没有明显的差异, 则晶界结合强度与晶内相当, 晶界表现出韧性, 材料的断裂方式主要为韧性的穿晶断裂.
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硼含量对镍基合金GH4049晶界析出相和高温性能的影响
陈国胜; 金鑫; 周奠华; 王世普; 谢伟; 王林涛
金属学报. 2005, 41 (6): 622-626 .  
摘要   PDF (330KB)
在晶界面上用萃取碳复型技术研究了镍基合金GH4049 (Ni-15Co-10Cr-5.5W-5Mo-4.2Al-1.5Ti)中与B和C的晶界 偏聚效应密切相关的二次析出相特征. B含量低于0.008%时, 因固溶 B/C(原子比)很低, 晶界析出大尺寸MC薄膜和M6C枝晶片以及薄膜状 M23C6, 不利于高温塑性和持久寿命. B含量为0.011%和 0.018%时, 固溶B/C(原子比)虽仅为0.667和0.941, 已可减少和全部 抑制上述碳化物的析出, 代之以弥散M3B2颗粒, 高温性 能大幅度上升. 但B含量过高, M3B2密集析出, 高温性能 下降. 降低固溶冷却速度而使B和C原子向晶界长程偏聚, 可促进 M3B2析出, 改善MC的形貌并抑制M6C和M23C6析出.
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低Nb含量Ni-Ti-Nb形状记忆合金的组织及相变特征
杨亚卓; 赵新青; 孟令杰; 杨尚林; 徐惠彬
金属学报. 2005, 41 (6): 627-632 .  
摘要   PDF (392KB)
系统研究了低Nb含量(原子分数为4.5%)的Ni-Ti-Nb形状记忆合金的微 观组织形态和相变特征以及预变形对相变滞后的影响. 结果表明, Ni/Ti比的微小变化对合 金的微观组织产生重要影响, 从而影响合金的相变特征. 低Nb含量的Ni-Ti-Nb形 状记忆合金仍然具有宽滞后效应. 研究了在相同温度下分别处于马氏体和奥氏 体状态时低Nb合金的变形行为, 并结合热弹性马氏体相变动力学作了相关解释.
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形状记忆合金Ti444Ni47Nb9的抗高温氧化性能
陶斌武; 刘建华; 李松梅
金属学报. 2005, 41 (6): 633-637 .  
摘要   PDF (349KB)
采用恒温氧化法, 结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段, 研究了Ti44Ni47Nb9形状记忆合金(SMA)的抗高温氧化性能. 结果 表明, Ti44Ni47Nb9合金在450 ℃下轻微氧化; 600-800 ℃高温下 氧化增重曲线符合抛物线规律, 氧化膜外层主要是金红石型TiO2, 中间为富 Nb层, 内层为富Ni的Ni3Ti层. 研究表明, Ti44Ni47Nb9合金 中的Nb元素减少了TiO2中的氧空位, 形成的富Nb阻挡层, 能有效地抑制Ti元素 的外扩散, 同时也阻挡了氧的内扩散, 降低了氧的固溶度, 从而抑制了 Ni3Ti层中Ni元素的进一步氧化, 提高了合金的抗高温氧化性能.
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圆坯连铸结晶器传热的反算法
尹合壁; 姚曼
金属学报. 2005, 41 (6): 638-644 .  
摘要   PDF (342KB)
基于圆坯连铸结晶器实测温度数据, 建立了结晶器传热反问题数学模型, 通过确定结晶器和铸坯之间局部热阻大小及其分布, 计算出结晶器热流 场和坯壳厚度, 且分析了结晶器热流分布特征和铸坯凝固状态, 并比较 两者之间的关系. 计算结果准确地反映了实际生产过程中沿结晶器周向 非均匀传热特征, 为将数值模拟技术应用于连铸凝固过程监控和“可视 化结晶器”技术提供了可借鉴的实用方法.
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单晶与多晶NbSi2在1023 K氧化行为的对比
张芳; 张澜庭; 郁金星; 吴建生
金属学报. 2005, 41 (6): 645-648 .  
摘要   PDF (219KB)
选择NbSi2的单晶、放电等离子烧结(SPS)多晶和电弧熔炼多晶样品在 1023 K下氧化, 研究了微裂纹、孔隙和晶界对NbSi2氧化行为的影响. 结果表明, 含有大量微裂纹的电弧熔炼多晶样品经3 h氧化后完全粉化, 而单晶 和SPS样品经89 h氧化亦未出现粉化. 无论是单晶还是多晶样品, 氧化产物均为 Nb2O5和SiO2, 生成的Nb2O5易剥落, 样品的氧 化动力学曲线均呈直线规律, 证明NbSi2的氧化过程是一种本征无保护 条件下氧元素与基体元素直接反应的过程. 多晶样品的氧化速率明显高于单 晶样品的氧化速率, 分析表明晶界和孔隙相当于增加了氧化反应的有效面积, 提出了相应模型.
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Fe-xCr-10Al (x=0, 5, 10)合金在900 ℃的氧化: 第三组元作用的新例子
张志刚; P.Y.Hou; 牛焱
金属学报. 2005, 41 (6): 649-654 .  
摘要   PDF (282KB)
通过研究Fe-10Al, Fe-5Cr-10Al和Fe-10Cr-10Al(原子分数, %) 合金在900℃的氧化行为, 分析了二元Fe-Al合金形成选择性 氧化铝膜所需的临界铝浓度. 讨论了三元Fe-Cr-Al 合金形成保护性氧化膜的机理, 对于不发生Al的内氧化的 情况, 提出合金中第三组元Cr的作用机制的新解释.
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P2O5对熔渣界面氧迁移反应的影响及机理
胡晓军
金属学报. 2005, 41 (6): 655-658 .  
摘要   PDF (153KB)
利用同位素交换法测定了熔渣表面CO2与氧化铁熔渣之间氧迁移反应的 速度常数, 并基于电化学反应机制, 分析了添加P2O5对该过 程的影响, 建立了一个新的反应动力学模型. 该模型认为P2O5 作为易挥发组分参与对电子的竞争, 抑制氧迁移 (CO2+2e=CO+O2-)主反应的进行. 对实验数据的 分析和拟合表明了模型的可用性, 也辅证了反应的电化学机制.
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FePt/Cu多层膜化降低L10-FePt有序化温度
李宝河; 黄阀; 杨涛; 冯春; 滕蛟; 朱逢吾
金属学报. 2005, 41 (6): 659-662 .  
摘要   PDF (152KB)
采用直流磁控溅射方法制备FePt/Cu多层膜, 再经不同温度下真空热处理得到有 序L10-(FePt)100-xCux薄膜. 结果表明, Cu的添加可以降低FePt 薄膜有序化温度. [FePt(4 nm)/Cu(0.2 nm)]10多层膜在350 ℃热处理1 h后, 有序度增至0.6, 矫顽力达到421 kA/m. 对插入极薄Cu层促进有序化在较低的温度 下进行的热力学和动力学因素进行了讨论.
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铁电陶瓷畴变的原位Raman谱观测
张飒; 程璇; 张颖
金属学报. 2005, 41 (6): 663-668 .  
摘要   PDF (221KB)
从Raman光散射原理出发, 提出原位Raman谱观测畴变原理, 探索建立铁电畴变的 原位、无损和微区观测技术. 通过对PLZT铁电陶瓷试样的90 deg原位旋 转前、后Raman谱变化的观测, 以及电场作用下PLZT铁电陶瓷试样畴变后Raman谱 峰强变化的观测, 证实可以利用Raman谱的变化来检测铁电陶瓷材料电 畴的畴变.
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水热法合成负热膨胀材料ZrW2O8
邢奇凤; 邢献然; 杜凌; 于然波; 陈骏; 邓金侠; 罗君
金属学报. 2005, 41 (6): 669-672 .  
摘要   PDF (146KB)
采用水热法在500 ℃的低温条件下成功地合成了具有负热膨胀系数的 材料ZrW2O8. X射线衍射结果表明, 当加入的盐酸溶液浓度c HCl≥6 mol/L时, 可用水热法合成出多晶前驱体ZrW2O7(OH)2(H2O)2. 运用 热重-差热分析法研究了前驱体ZrW2O7 (OH)2 (H2O) 2 和产物ZrW2O8的热稳定性. 结果表明, 前驱体在较低温度(500 ℃) 下灼烧即可获得产物ZrW2O8. 经X射线衍射和红外光谱分析证明, 所获得的产物为单一立方相ZrW2O8.
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