ISSN 0412-1961
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创刊于 1956 年 (月刊)
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1. 中国材料基因工程研究进展
宿彦京, 付华栋, 白洋, 姜雪, 谢建新
金属学报    2020, 56 (10): 1313-1323.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00199
录用日期: 2020-08-28

摘要1091)   HTML5)    PDF (1951KB)(1147)   

材料基因工程是材料领域的颠覆性前沿技术,将对材料研发模式产生革命性的变革,全面加速材料从设计到工程化应用的进程,大幅度提升新材料的研发效率,缩短研发周期,降低研发成本,促进工程化应用。本文从基础理论与方法、关键技术与装备、新材料研发与工程化应用、人才培养以及材料基因工程新理念的形成和推广等方面,综述了中国材料基因工程的研究进展,并提出了未来发展方向建议。

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2. 钢铁耐磨材料研究进展
魏世忠, 徐流杰
金属学报    2020, 56 (4): 523-538.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00370
录用日期: 2019-12-24

摘要1020)   HTML12)    PDF (16289KB)(1002)   

本文介绍了钢铁耐磨材料的发展历史,重点综述了高锰钢、高铬铸铁、高钒高速钢3类典型耐磨材料的成分、显微组织、磨损性能、抗磨机理和改性技术。以高锰钢为代表的耐磨钢依靠高强韧性的基体抵抗磨损,而以高铬铸铁和高钒高速钢为代表的耐磨合金主要依靠高硬度的耐磨相抵抗磨损,高钒高速钢比高铬铸铁具有更优良的耐磨性,与VC硬度高、形态好的特性有关。提出了高性能耐磨材料应具备3个要素:高强韧基体,高硬度多尺度协同作用的优质耐磨相,耐磨相与基体良好结合。

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3. 二元互不固溶金属合金化的研究进展
黄远, 杜金龙, 王祖敏
金属学报    2020, 56 (6): 801-820.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00451
录用日期: 2020-04-16

摘要481)   HTML6)    PDF (3903KB)(510)   

基于二元互不固溶金属体系的材料在航天、核聚变工程、电子封装以及反装甲武器等领域中有着广泛的应用,但由于反应热为正、组元性质差异较大,其直接合金化以及相应的材料制备都十分困难。针对于此,国内外开发了多种用于二元互不固溶金属直接合金化的方法,并对合金化过程的热力学和扩散机制进行了研究。本文首先综述了机械合金化、物理气相沉积和离子束混合3种已有合金化方法的原理、热力学机制及其在二元互不固溶金属粉末合金和纳米多层膜等材料中的应用。然后,介绍了近些年来本研究组提出并发展的辐照损伤诱发合金化、高温结构诱发合金化等新型互不固溶金属合金化方法,详细阐述了这2种方法的原理、合金化界面显微结构、热力学机制、扩散机制和应用。最后,展望了二元互不固溶金属体系合金化研究的发展趋势。

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4. 1.4%CuHSLA钢的组织和力学性能
杜瑜宾, 胡小锋, 张守清, 宋元元, 姜海昌, 戎利建
金属学报    2020, 56 (10): 1343-1354.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00012
录用日期: 2020-05-26

摘要456)   HTML2)    PDF (4726KB)(478)   

以不含Cu (0Cu)和含1.4%Cu (1.4Cu)的HSLA钢为研究对象,利用OM、SEM、EBSD等技术手段研究了Cu对HSLA合金钢显微组织的影响,利用APT表征了纳米富Cu团簇的析出特征,并通过拉伸和冲击实验测定了合金钢的力学性能。结果表明,淬火态Cu固溶在基体中,经回火后则以富Cu团簇的形式在基体和界面处析出。Cu对回火态HSLA合金钢的原始奥氏体晶粒尺寸、显微组织及有效晶粒尺寸均无明显影响,但对其强度和冲击功影响较大。1.4Cu钢经过450 ℃回火处理后获得最佳强化效果,其屈服强度比0Cu钢提升了143 MPa,此时1.4Cu钢的室温冲击功仅为24 J,断口以河流花样为主,其断裂方式为准解理脆性断裂;而0Cu钢的室温冲击功高达127 J,其断裂方式为韧窝的韧性断裂。APT实验结果表明,2种回火态合金钢的板条界面处均存在C、Cr、Ni、Mn元素的富集。与0Cu钢相比,1.4Cu钢的板条界面处存在大量富Cu团簇,从而导致较大的应力集中,有利于裂纹的萌生,并且板条界面处析出的富Cu团簇会排斥Mo元素,抑制了Mo元素在板条界处的偏聚,相对降低了板条界面处的结合强度,有利于裂纹沿板条界扩展。此外,富Cu团簇在强化基体的同时,也会降低基体的韧性,加快裂纹在基体内的扩展。因而,1.4Cu钢在获得最佳强化效果时其冲击性能较差。

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5. 超高强高韧化钢的研究进展和展望
罗海文,沈国慧
金属学报    2020, 56 (4): 494-512.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00328
录用日期: 2019-11-15

摘要426)   HTML7)    PDF (10980KB)(958)   

超高强韧钢同时拥有超高强度和优良韧性,因而在国防和民用工程机械领域中广泛应用。本文首先综述了各类型传统超高强韧合金钢的典型钢种、成分、性能及应用和发展历程,并重点阐述了各典型钢种的组织和强韧化机理;然后介绍了近年所研发的具有代表性的新型超高强韧钢的成分、组织、强韧化机理及力学性能;接着梳理了我国近年来由于快速发展的经济需求和地理、资源等特点,出现了对现役超高强韧钢进行升级换代的迫切需求,包括新型轻质装甲防护钢、大型球磨机用钢、高山隧道挖掘的盾构机刃具用钢以及石油工程机械中的高压压裂泵用钢等;最后介绍了作者团队近期在超高强韧钢的一些最新研究成果,并据此提出超高强韧钢未来发展的思路。

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6. 热等静压对铸态及固溶态第二代镍基单晶高温合金显微缺陷及持久性能的影响
和思亮, 赵云松, 鲁凡, 张剑, 李龙飞, 冯强
金属学报    2020, 56 (9): 1195-1205.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00020
录用日期: 2020-05-21

摘要426)   HTML1)    PDF (3597KB)(248)   

以初始组织分别为铸态组织和固溶态组织的第二代镍基单晶高温合金为研究对象,通过进行1300 ℃、30 MPa、2 h+1300 ℃、100 MPa、3 h两阶段的热等静压处理,对比热等静压前后显微缺陷及微观组织的变化,并在980 ℃、250 MPa条件下进行高温持久性能实验,明确了热等静压处理对不同初始组织状态下镍基单晶合金组织状态及持久性能改善的影响机制。结果表明:固溶处理显著促进Re、W、Al、Ta等合金元素的扩散,降低铸态组织共晶面积分数但显著提高显微孔洞平均面积分数及平均尺寸。热等静压处理可以显著降低显微孔洞平均面积分数及平均尺寸且对固溶态组织的作用更为显著,但热等静压对共晶组织的消除作用不如固溶处理明显。固溶态组织经热等静压处理后,显微孔洞面积分数降低至0.005%;共晶组织基本消除;Re、W、Al、Ta等元素枝晶偏析程度显著缓解;其980 ℃、250 MPa高温持久寿命相比未经热等静压处理的标准热处理态合金提高了40%左右。对固溶态组织进行热等静压处理的工序安排有利于提高显微孔洞闭合作用,促进成分均匀化并显著提高合金高温持久寿命。

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7. 汽车用先进高强钢的氢脆研究进展
李金许,王伟,周耀,刘神光,付豪,王正,阚博
金属学报    2020, 56 (4): 444-458.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00427
录用日期: 2020-01-15

摘要416)   HTML8)    PDF (11030KB)(545)   

本文总结了第一代~第三代先进高强钢的各自典型代表钢种——相变诱发塑性钢(TRIP钢)、孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)、淬火配分钢(QP钢)和中锰钢的氢脆研究现状和重要结果。主要结论为,TRIP钢的氢脆敏感性主要体现在塑性降低,而强度损失不大。TWIP钢的氢脆敏感性严重依赖于应变速率,即随应变速率降低而显著增加;形变孪晶界和ε/γ相界面易发生氢致开裂,而Σ3退火孪晶界不易开裂;深入研究表明,当ε/γ相界面满足西山取向关系时,则与Σ3孪晶界类似,能够阻碍氢致裂纹扩展,这一结论将不同学者的结果统一起来。QP钢的氢脆敏感性与TRIP钢相似。中锰钢因含有较多的奥氏体相,变形时伴随着强烈的TRIP效应,氢脆敏感性较大,既有明显的塑性损失也有较大的强度损失。对含有奥氏体组织的TRIP钢、QP钢和中锰钢等,调控奥氏体组织的形态和分布是改善其氢脆的主要对策;而对TWIP钢则可通过控制预应变速率和Al合金化等措施来改善氢脆。

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8. 650 ℃时效对9Cr-ODS钢显微组织和性能的影响
彭艳艳, 余黎明, 刘永长, 马宗青, 刘晨曦, 李冲, 李会军
金属学报    2020, 56 (8): 1075-1083.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00445
录用日期: 2020-06-01

摘要392)   HTML2)    PDF (2906KB)(334)   

采用粉末冶金工艺制备了9Cr-ODS钢,采用XRD、SEM、TEM、硬度测试等方法对9Cr-ODS钢在650 ℃下时效不同时间后的组织演变与热稳定性进行了研究。结果表明:原始烧结态组织主要由板条马氏体和Y2O3析出相组成;随着时效时间的增加,9Cr-ODS钢的板条马氏体逐渐粗化,位错减少,同时Cr23C6碳化物开始析出并长大。大尺寸Laves相在时效中逐渐析出并随时效时间延长而长大。尺寸较大的Y2O3粒子在时效中进一步增大,而尺寸稍小的Y2O3在时效中析出数量增多。显微硬度随时效时间的增加先下降然后逐渐趋于稳定。

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9. 形变及退火工艺对Fe47Mn30Co10Cr10B3双相高熵合金组织演变的影响
刘怡, 涂坚, 杨威华, 尹瑞森, 谭力, 黄灿, 周志明
金属学报    2020, 56 (12): 1569-1580.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00154
录用日期: 2020-08-24

摘要387)   HTML0)    PDF (5664KB)(281)   

利用电子通道衬度显像(ECCI)和EBSD等表征设备研究形变及退火工艺对Fe47Mn30Co10Cr10B3双相高熵合金组织演变的影响。结果表明,随形变量的增加,形变机制分为3个阶段:fcc相内位错滑移主导,相变诱导塑性和位错滑移共同主导,hcp相内位错滑移主导。随退火时间的增加,组织发生部分再结晶到完全再结晶的转变。在晶界处的第二相可有效抑制再结晶晶粒长大,从而获得混晶组织。退火孪晶变体受fcc晶粒取向的影响:<101>取向的晶粒内易形成多孪晶变体,<111>和<100>取向的晶粒内易形成单孪晶变体。退火孪晶变体数量影响单变体hcp相的形态特征:无孪晶变体时有利于块状hcp相形成,单个孪晶变体时有利于条状hcp相形成。fcc晶粒尺寸影响hcp变体数量:大尺寸晶粒有利于多个hcp变体形成,而小尺寸晶粒有利于单个hcp变体形成。

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10. 回火对钒钛微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢组织和性能的影响
王占花, 惠卫军, 谢志奇, 张永健, 赵晓丽
金属学报    2020, 56 (11): 1441-1451.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00139
录用日期: 2020-07-27

摘要385)   HTML0)    PDF (5869KB)(293)   

为了进一步优化贝氏体非调质钢锻件的组织和性能,采用组织观察、力学性能测试等方法研究了回火温度(200~500 ℃)对一种钒钛微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢锻后微观组织及力学性能的影响。结果表明,实验用钢锻态时的组织为板条状下贝氏体+粒状贝氏体的混合组织。随着回火温度升高,组织逐渐发生回复,马氏体/奥氏体(M/A)组元逐渐分解,并析出细小的渗碳体;回火温度提高到500 ℃时,M/A组元完全分解,渗碳体球化。随着回火温度升高,实验用钢的抗拉强度逐渐降低,从锻态的1418 MPa逐渐降低到500 ℃回火时的1094 MPa;而屈服强度则呈现先缓慢增加后降低的变化趋势,在400 ℃回火时达到峰值;屈强比由锻态时的0.73逐渐升高至500 ℃回火时的0.93。与强度变化趋势不同,实验用钢的冲击功随回火温度呈现先增加后降低,最后再增加的变化特征,在400 ℃回火时冲击吸收功最小,呈现出一定的回火脆性;而500 ℃回火后冲击功最大,较锻态样品提高约27%。因此,对实验用钢锻后进行适当的回火处理,有利于获得与调质合金钢相当的良好综合力学性能,从而有助于扩大其应用范围。

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11. 先进热成形汽车钢制造与使用的研究现状与展望
金学军,龚煜,韩先洪,杜浩,丁伟,朱彬,张宜生,冯毅,马鸣图,梁宾,赵岩,李勇,郑菁桦,石朱生
金属学报    2020, 56 (4): 411-428.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00381
录用日期: 2020-03-09

摘要384)   HTML7)    PDF (2537KB)(523)   

汽车采用超高强钢是实现轻量化兼顾安全性的必由之路,热冲压成形是高强汽车零件成形的关键工艺。近10年来,热成形钢及其零件制造技术迅速发展。本文从以下几方面对热成形钢/零件制造与使用现状进行了综述:(1) 热成形钢材料(从传统MnB钢到最近新发布的一些热成形新钢种);(2) 工艺(热成形传统工艺到工业4.0智能化生产);(3) 热成形淬火配分(Q&P)创新工艺研究现状及形变热处理基本原理;(4) 热成形过程的仿真模拟(热/力场、组织场、工艺等的模拟);(5) 热成形零件的使用服役评价。并对今后热成形汽车钢制造与使用前景作出展望。

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12. 基于原位TEM拉伸的稀土H13钢塑性形变行为和断裂机制
朱健, 张志豪, 谢建新
金属学报    2020, 56 (12): 1592-1604.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00141
录用日期: 2020-09-01

摘要384)   HTML0)    PDF (6221KB)(499)   

采用原位TEM拉伸结合离位EBSD分析,研究了稀土H13钢在拉伸过程中的组织演化和裂纹扩展行为。结果表明,稀土H13钢拉伸试样晶界处的应力集中和粗大的颗粒状夹杂物是裂纹萌生的主要来源;拉伸过程中多处裂纹萌生后汇聚成较大的主裂纹,主裂纹沿着与拉伸方向垂直的方向扩展到试样边缘,主裂纹具有“Z”字形的锯齿状特征。裂纹附近区域的应力分布不均匀,与应力相对较低的区域相比,应力相对较高区域的V1/V2变体对的晶界长度分数从56.5%增加到58.8%,V1/V3&V5变体对的晶界长度分数从16.3%增加到21.6%;变体对的晶界长度分数增加表明了孪生马氏体含量的提高,从而有效缓解晶界处的应力集中,有利于减少裂纹萌生并提高塑韧性。拉伸过程中,稀土H13钢试样晶界处的残余奥氏体发生应力诱导相变;马氏体基体内的位错发生大量增殖,并在大角度晶界和碳化物析出处形成明显的位错塞积,其中晶界处的位错塞积促进了残余奥氏体的应力诱导相变。

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13. 690合金在模拟核电高温高压水中的电化学及原位划伤行为研究
郦晓慧, 王俭秋, 韩恩厚, 郭延军, 郑会, 杨双亮
金属学报    2020, 56 (11): 1474-1484.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00091
录用日期: 2020-06-08

摘要383)   HTML0)    PDF (3121KB)(161)   

利用自行搭建的高温高压水循环回路系统和高温高压原位划伤装置,研究了690合金在不同温度下的极化行为和在空气中单道划伤、在高温高压水中原位11和100 h往复划伤行为,并采用SEM和EDS对划伤后的样品进行了观察和分析。结果表明:690合金基体在单道划伤过程中划痕底部产生微裂纹,部分粒径较大TiN夹杂物易发生碎裂,而粒径较小的TiN夹杂物和基体结合处易发生开裂。在高温高压水往复划伤过程中,划痕底部沟槽内的部分金属基体碎屑脱落并有大量氧化物和微裂纹。同样存在粒径较大TiN夹杂物发生碎裂,而粒径较小的TiN夹杂物与基体结合界面易发生开裂的现象。通过高温高压原位电化学技术,测量了690合金在往复划伤过程中的电化学信号,推算了划伤过程中划痕处的瞬时峰值电流密度是基体的149~326倍。

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14. Al42CrMo螺栓钢淬透性及组织的影响
吕超然, 徐乐, 史超, 刘进德, 蒋伟斌, 王毛球
金属学报    2020, 56 (10): 1324-1334.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00045
录用日期: 2020-05-26

摘要382)   HTML0)    PDF (5761KB)(470)   

在42CrMo钢基础成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素,通过末端淬火实验和截面硬度实验对比分析3种42CrMo钢淬透性的差异,并通过OM、SEM等手段观察晶粒形貌以及不同部位淬火后显微组织,利用三维原子探针(3DAP)分析元素分布,通过常规力学性能实验检测其常温拉伸和低温冲击性能。结果表明,Al-Ti、Al-B的添加均使42CrMo钢淬透性提高,Al-B钢增加淬透性作用更大,淬火后距淬火端25 mm处的硬度增加6 HRC,直径42、48和56 mm截面的心部硬度分别增加7、10和14 HRC,并且使钢的抗拉强度Rm≥1200 MPa,-40 ℃下冲击吸收功KV2≥27 J,力学性能满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。通过化学相分析实验和TTT曲线测定,表明Al-Ti配合添加,Ti发挥固氮作用形成TiN,使Al固溶于铁素体中,抑制贝氏体产生;Al-B配合添加,一部分Al发挥固氮作用,另外一部分Al与B共同固溶于钢中,抑制珠光体和铁素体的转变,增加实验用钢在较低的冷速下获得马氏体的能力,提高钢的淬透性。通过3DAP实验分析钢中各元素的分布情况,其中Al元素在钢中弥散分布,抑制C的扩散,从而抑制贝氏体的形成,提高钢的淬透性。实验结果表明,Al在钢中添加既可作为固N元素促进B的固溶,也可由其自身固溶于钢中,提高材料的淬透性。

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15. K4169合金循环加载过程中的微观组织演变
吴贇, 刘雅辉, 康茂东, 高海燕, 王俊, 孙宝德
金属学报    2020, 56 (9): 1185-1194.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00026
录用日期: 2020-06-05

摘要382)   HTML2)    PDF (4614KB)(322)   

通过熔模精密铸造、循环加载和微观组织表征等方法研究了K4169合金循环加载过程中的微观组织演变特征,重点分析了不同循环周次后Laves相和δ-Ni3Nb相的变形和断裂特征。结果表明,在室温380 MPa应力幅值循环加载实验中,循环寿命主要取决于显微疏松体积分数,裂纹优先萌生于试样表面的显微疏松位置。Laves相的断裂不受循环周次的影响,在循环加载初期,显微疏松附近的长带状Laves脆性相容易开裂,其内部还产生平行排列的二次裂纹,成为裂纹扩展的敏感区域。δ-Ni3Nb层片呈现2种变形和断裂特征:沿长度方向的开裂;层片表面滑移和断裂。循环加载初期,显微疏松附近的δ-Ni3Nb层片容易产生沿长度方向的开裂,而随着循环周次的增加,远离显微疏松的δ-Ni3Nb层片表面滑移迹线逐渐增多直至滑移断裂。γ-Ni基体在循环加载过程中产生孪生变形特征,导致应变局部化程度加剧,进而使Laves相和δ-Ni3Nb层片周围产生应力集中。

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16. 超高速激光熔覆镍基WC涂层的显微结构与耐磨性能
张煜, 娄丽艳, 徐庆龙, 李岩, 李长久, 李成新
金属学报    2020, 56 (11): 1530-1540.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00033
录用日期: 2020-07-14

摘要375)   HTML0)    PDF (2847KB)(222)   

采用超高速激光熔覆技术制备了镍基WC涂层,通过SEM、EDS和XRD等对比研究了超高速与低速激光熔覆镍基WC涂层的表面形貌、组织结构与耐磨性能。结果表明,相较于低速激光熔覆,超高速激光熔覆热输入更小、冷却速率更高,制备的镍基WC涂层拥有更好的表面质量;同时,有效减小了基体元素对涂层的稀释,显著降低了WC颗粒的热损伤,使得涂层中碳化物的析出与孔隙生成得到抑制,WC陶瓷颗粒均匀分布,进而显著降低涂层残余应力,避免涂层中裂纹的产生;超高速激光熔覆镍基WC涂层耐磨性能更为优良,磨损机制为磨粒磨损。

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17. CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究
丁文, 王小京, 刘宁, 秦亮
金属学报    2020, 56 (8): 1084-1090.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00404
录用日期: 2020-05-07

摘要375)   HTML7)    PDF (1698KB)(238)   

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800~900 ℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。

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18. 选区激光熔化316L不锈钢的拉伸性能
余晨帆, 赵聪聪, 张哲峰, 刘伟
金属学报    2020, 56 (5): 683-692.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00278
录用日期: 2019-09-25

摘要367)   HTML5)    PDF (3487KB)(493)   

对选区激光熔化(selective laser melting,SLM) 316L不锈钢的拉伸性能及断裂机制进行了研究,并对拉伸断裂后的试样进行显微组织表征与分析,探究了拉伸变形过程中微观组织的演化规律。结果表明:采用选区激光熔化技术制备的316L不锈钢具有较好的强塑性匹配,其中晶粒内部纳米尺度胞状结构有助于强度的提升;其拉伸性能明显优于传统手段制备的316L不锈钢。选区激光熔化316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体晶粒内部产生形变孪晶,并且形变孪晶的出现存在取向相关,在取向接近<001>的晶粒中不易出现,而在取向接近<110>-<111>的晶粒中较易出现。

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19. 不锈钢堆焊层稀释率对核电接管安全端试环焊接接头组织和力学性能的影响
张茂龙, 鲁艳红, 陈胜虎, 戎利建, 陆皓
金属学报    2020, 56 (8): 1057-1066.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00449
录用日期: 2020-05-25

摘要364)   HTML8)    PDF (5339KB)(336)   

利用OM、SEM、XRD、EPMA和EBSD等手段,分析了2种堆焊工艺制备核电接管安全端试环中309L堆焊层的微观组织及其对焊接接头力学性能的影响。结果表明,不同堆焊工艺制备试环的309L堆焊层组织均为奥氏体和马氏体,但堆焊稀释率决定了马氏体的形态和数量。较低的堆焊稀释率下,堆焊层组织为奥氏体和板条马氏体,而较高的堆焊稀释率会显著提高板条马氏体的数量,当稀释率超过某一临界值后,促进针状马氏体的形成。堆焊稀释率直接影响试环接头的力学性能,较高的堆焊稀释率下,接头经180°侧弯后出现309L堆焊层引起的开裂现象,同时拉伸强度和延伸率显著降低。变形过程中,高的堆焊稀释率下309L堆焊层中形成的针状马氏体与奥氏体之间变形不协调,进而在界面处产生应力集中,易诱发裂纹,导致309L堆焊层成为优先开裂位置,是造成接头力学性能下降的主要原因。

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20. 难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的机遇与挑战
李天昕, 卢一平, 曹志强, 王同敏, 李廷举
金属学报    2021, 57 (1): 42-54.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00293
录用日期: 2020-09-17

摘要355)   HTML1)    PDF (4755KB)(540)   

传统反应堆结构材料性能已趋于极限,亟需开发新型材料。难熔高熵合金是以多种难熔元素作为主元的新型金属材料,具有独特的力学、物理和化学性质,尤其在高温力学、抗辐照等方面表现出优异的性能。难熔高熵合金在第4代核裂变反应堆包壳材料、核聚变堆面向第一壁材料等关键领域具有广阔的应用前景。本文结合具有代表性的文献,围绕难熔高熵合金的力学性能、抗辐照性能、抗氧化性能阐述了其强化机制与抗辐照机理,梳理了难熔高熵合金的发展脉络,在此基础上展望了难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的应用前景。

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21. 热轧变形量对高钛耐磨钢组织与力学性能的影响
许帅, 孙新军, 梁小凯, 刘俊, 雍岐龙
金属学报    2020, 56 (12): 1581-1591.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00124
录用日期: 2020-07-06

摘要340)   HTML1)    PDF (3955KB)(213)   

通过不同总压缩比的实验室热轧、微观组织和析出相表征及力学性能测试等实验,研究了热轧变形量对经过轧后热处理的高钛耐磨钢组织和力学性能的影响。随着轧制变形量的增大,高钛耐磨钢的强度、韧性和塑性均有提高:屈服强度、抗拉强度和总延伸率从压缩比为3∶1时的1202 MPa、1437 MPa和7.4%分别提高到压缩比为30∶1时的1311 MPa、1484 MPa和9.9%,而室温Charpy冲击功从压缩比为3∶1时的11 J大幅提高到压缩比为10∶1时的24 J。随着轧制变形量增大,铸态析出的微米级网状TiC逐渐细化和均匀化,同时尺寸小于15 nm的TiC颗粒占比增加,热处理后的原奥氏体晶粒尺寸则不断减小。通过对高钛耐磨钢各种强化方式的定量分析表明,采用沉淀强化和位错强化均方根叠加方式计算得到的高钛耐磨钢屈服强度与实测值吻合较好,高钛耐磨钢屈服强度随轧制压缩比增加而上升主要是由于晶界强化和沉淀强化作用增加所致。高钛耐磨钢的韧性和塑性随强度的提高不降反升,主要是因为大颗粒TiC在轧制变形过程中发生细化和均匀化。

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22. 高强度不锈钢的研究及发展现状
刘振宝,梁剑雄,苏杰,王晓辉,孙永庆,王长军,杨志勇
金属学报    2020, 56 (4): 549-557.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00453
录用日期: 2020-03-10

摘要336)   HTML9)    PDF (1599KB)(550)   

高强度不锈钢作为强度、韧性及服役安全性俱佳的金属结构材料,广泛应用于航空、航天及海洋工程等领域。本文系统地梳理了高强度不锈钢的研究及发展历程,重点阐述了以析出强化和奥氏体韧化为代表的强韧化机理,及以氢致开裂和H原子扩散富集为主要因素的应力腐蚀及氢脆敏感性问题。认为高强度不锈钢的未来发展将重点关注计算模拟设计,多类型、高共格度析出相复合强化,高机械稳定性的薄膜状奥氏体韧化,综合显微组织和服役环境加深对应力腐蚀及氢脆机理的理解,从而为设计兼备超高强韧性、优良综合服役性能的高强不锈钢提供实际的理论依据。

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23. Al含量对Mg-Sn-Ca合金微观组织与力学性能的影响
武华健, 程仁山, 李景仁, 谢东升, 宋锴, 潘虎成, 秦高梧
金属学报    2020, 56 (10): 1423-1432.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00086
录用日期: 2020-07-30

摘要329)   HTML3)    PDF (3084KB)(256)   

系统研究了Al含量对铸态和挤压态Mg-2.5Sn-2Ca-xAl (x=2、4、9,质量分数,%)合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着Al含量的升高,合金的强度有所降低,延伸率增加。Mg-2.5Sn-2Ca-2Al、Mg-2.5Sn-2Ca-4Al和Mg-2.5Sn-2Ca-9Al合金的屈服强度分别约为370、325和290 MPa,延伸率分别约为6.2%、11.0%和12.0%。第四组元Al元素的加入改变了Mg-Sn-Ca合金中纳米尺寸第二相的类型和含量。Mg-2.5Sn-2Ca-2Al和Mg-2.5Sn-2Ca-9Al合金中分别形成高密度的G.P.区和Mg17Al12第二相,Mg-2.5Sn-2Ca-4Al合金中未见明显的纳米相析出。高密度的G.P.区阻碍再结晶晶粒长大的效率较Mg17Al12纳米相更为显著,因此Mg-2.5Sn-2Ca-2Al合金的再结晶晶粒更为细小(约0.5 μm)。同时TEM观察表明,Mg-2.5Sn-2Ca-2Al合金的晶粒内部还存在较高密度的位错,且这些位错一般与G.P.区伴生,因而合金内部还保留有较高密度的亚晶片层组织(片层厚度0.2~1.0 μm)。大量G.P.区以及残余位错的存在会成为新产生位错运动的障碍,这些均会对Mg-2.5Sn-2Ca-2Al合金高的屈服强度做出贡献,但同时也会损伤合金材料的塑性。在Mg-2.5Sn-2Ca-9Al合金中,由于高含量Al元素的存在以及Mg17Al12纳米相阻碍位错运动能力相对较弱,导致残余位错密度更低,所以Mg-2.5Sn-2Ca-9Al合金表现出了更大的晶粒尺寸、较低的屈服强度以及更高的塑性。

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24. 金属Mg二阶锥面<c+a>刃位错运动特性的分子动力学模拟
李美霖, 李赛毅
金属学报    2020, 56 (5): 795-800.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00305
录用日期: 2020-03-23

摘要320)   HTML4)    PDF (1661KB)(173)   

采用分子动力学方法模拟金属Mg的二阶锥面<c+a>刃位错在温度为300 K下的运动过程,研究不同大小及方向的外加剪切应力作用下的位错运动特性和结构演化规律。结果表明,实际驱动位错运动的有效剪切应力低于外加剪切应力;位错运动速率随外加剪切应力的增大而线性增大,在同等剪切应力下,对应于c轴拉伸变形时的位错运动速率高于c轴压缩,相应的拖曳系数显著高于同等温度下基面和柱面刃位错。位错运动特性的拉-压非对称性本质上与外加剪切应力对扩展位错宽度的影响有关。

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25. CMT增材制造TC4-DT合金组织均匀性与力学性能一致性研究
杜子杰, 李文渊, 刘建荣, 锁红波, 王清江
金属学报    2020, 56 (12): 1667-1680.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00104
录用日期: 2020-06-17

摘要317)   HTML1)    PDF (7538KB)(208)   

研究了采用多道搭接形式冷金属过渡(CMT)增材制造的TC4-DT合金试块不同区域的宏观、微观组织和晶体取向差异,及其对力学性能的影响。低倍组织观察表明,堆积试块底部由尺寸较小的柱状晶和等轴晶组成,随着沉积高度的增加,转变为粗大的等轴晶,层界线呈弧形并在搭接区交叠。堆积区高倍组织主要由编织状α板条组成,搭接线两侧为细编织状组织、粗大的α片层组织和粗编织状组织组成的混合组织。普通堆积区存在由{001}β //Z丝织构转变形成的α转变织构。搭接区由于热传导的复杂性,还存在由{001}βZ方向呈22.5°~67.5°的丝织构转变而成的α转变织构。EBSD分析显示,搭接线处存在<0001>α //X方向的强织构,使得搭接线处柱面滑移和基面滑移Schmid因子均比较小,阻碍位错滑移,结合Hall-Petch关系分析表明,原始β晶界和搭接线是影响力学性能一致性的主要因素,在2种因素的共同作用下,各区域的平均有效位错滑移程呈现以下关系:搭接区<普通堆积区底部<普通堆积区顶部,导致不同区域屈服强度具有以下关系:搭接区>普通堆积区底部>普通堆积区顶部。

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26. 高强度高塑性第三代汽车钢的M3组织调控理论与技术
王存宇,常颖,周峰峦,曹文全,董瀚,翁宇庆
金属学报    2020, 56 (4): 400-410.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00371
录用日期: 2020-01-07

摘要316)   HTML4)    PDF (6927KB)(475)   

高强度、高塑性是汽车钢的重要发展方向,本文综述了高强度高塑性第三代汽车钢的“多相(multiphase)、亚稳(metastable)和多尺度(multiscale)” M3组织性能调控理论和技术,以及面临的新挑战。M3组织与性能调控理论为高强度高塑性钢提供了理论支持,亚稳奥氏体的相变诱发塑性(TRIP)效应能够提高加工硬化率并推迟颈缩的发生,从而提高了钢的强度与塑性,同时产生了剪切边裂纹敏感性提高,氢致延迟断裂性能下降,循环载荷下亚稳奥氏体的转变行为复杂等新的问题和挑战。当前,含亚稳奥氏体高强度高塑性钢的质量一致性和应用基础研究缺乏,而汽车钢作为量大面广的产品,需要从它的成分设计和组织调控-冲裁切割-成形制造-连接涂装-服役评价等全链条环节中开展组织演变和性能评估,充分考虑产品的技术适用性和成本,进而为组织调控理论和技术的完善提供依据。

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27. 热冲压成形钢的强度与塑性及断裂应变
易红亮,常智渊,才贺龙,杜鹏举,杨达朋
金属学报    2020, 56 (4): 429-443.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00003
录用日期: 2020-03-11

摘要315)   HTML6)    PDF (21659KB)(494)   

轻量化是支撑汽车电动化和智能化的重要赋能技术之一。抗拉强度为1500 MPa的热冲压成形用硼钢(22MnB5)是目前最经济有效的车身轻量化技术解决方案,而汽车工业对轻量化需求的日益提高正引领热冲压成形钢向着更高强度、更高塑性及更高断裂应变的方向发展。本文首先分析了车身轻量化对碰撞过程中构件变形抗力和断裂抗力的要求,解释了强度与塑性及断裂应变等材料的力学性能参量对碰撞变形抗力和断裂抗力的影响,然后介绍了作者及其他研究人员在研究开发更高强度、更高延伸率、更高断裂应变的新一代热冲压成形钢的最新进展:(1) 提出了一种新的强韧化方法,在热冲压成形钢的马氏体基体组织内引入大量纳米级的VC析出物,从而在获得2000 MPa强度的同时保持了与常规1500 MPa热冲压钢22MnB5相当的延伸率和断裂应变。(2) 在热冲压成形钢的微观组织中引入残余奥氏体,利用相变诱导塑性效应显著提升热冲压成形钢的延伸率;具体的工艺实施途径包括模具外淬火-配分工艺、淬火-闪配分工艺、淬火-回火配分工艺等。(3) 介绍了热冲压成形钢的新一代Al-Si镀层技术以及Al-Si镀层板断裂应变改善方面的最新研究进展;通过降低Al-Si镀层与钢板基体之间的合金化扩散来减少界面C富集,从而达到显著提高Al-Si镀层热冲压成形钢断裂应变的目的。

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28. 1100 MPa级高强钢的低周疲劳行为
周红伟, 白凤梅, 杨磊, 陈艳, 方俊飞, 张立强, 衣海龙, 何宜柱
金属学报    2020, 56 (7): 937-948.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00291
录用日期: 2020-03-13

摘要314)   HTML2)    PDF (3391KB)(395)   

研究了在对称应变控制条件下1100 MPa级调质态高强钢的低周疲劳性能,借助OM、SEM、TEM等手段对高强钢在低周疲劳载荷下的微观组织、断口形貌、裂纹扩展特性、夹杂物形态等进行了研究。结果表明,调质态1100 MPa高强钢具有优异的低周疲劳性能,主要有2个原因:一是由于夹杂物形态为近圆形,直径为2~5 μm,低于夹杂物引起疲劳裂纹萌生的临界尺寸,裂纹萌生于试样表面,提高了疲劳裂纹萌生寿命;二是原奥氏体晶界、马氏体板条包/束界、夹杂物/孔洞都会诱导裂纹偏转,使裂纹走向曲折,降低了裂纹扩展速率,提高了疲劳裂纹扩展寿命。

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29. ODS钢在600700 ℃静态Pb-Bi共晶中的腐蚀行为及机理
包飞洋, 李艳芬, 王光全, 张家榕, 严伟, 石全强, 单以银, 杨柯, 许斌, 宋丹戎, 严明宇, 魏学栋
金属学报    2020, 56 (10): 1366-1376.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00035
录用日期: 2020-06-03

摘要314)   HTML2)    PDF (3522KB)(205)   

以一种极具潜力的先进核能候选氧化物弥散强化(ODS)钢为研究对象,以不控制氧浓度的液态金属Pb-Bi共晶(LBE)为腐蚀介质,研究了静态下高温(600和700 ℃)不同腐蚀时间对ODS钢腐蚀行为的影响及其微观机制。结果表明,600 ℃腐蚀至2000 h,ODS钢表面生成总厚度约为10 μm的典型双层氧化膜,同时在内氧化层下方形成了一层较薄的富Al氧化层。基于致密的尖晶石内氧化层及富Al氧化层的保护作用有效减缓了腐蚀氧化速率,ODS钢显示优异于其它材料的耐LBE腐蚀性能。ODS钢在700 ℃腐蚀所形成的氧化膜结构及厚度与600 ℃明显不同:腐蚀100 h主要形成了厚度约为500 nm的Al2O3保护膜,大幅降低了腐蚀速率;腐蚀时间延长至500 h,大部分区域Al2O3氧化膜仍然存在,但同时出现的少量“疖状氧化物”破坏了Al2O3保护膜的连续性,从而成为了腐蚀的突破口。

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30. 先进钢铁材料焊接性研究进展
彭云,宋亮,赵琳,马成勇,赵海燕,田志凌
金属学报    2020, 56 (4): 601-618.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00369
录用日期: 2020-02-22

摘要313)   HTML3)    PDF (19246KB)(487)   

进入21世纪以来,随着各工程领域对高性能钢铁材料需求的多样性和要求的提高,新一代先进钢铁材料研发随之展开。其相应的焊接材料和焊接技术成为材料应用的关键。本文重点介绍了超细晶粒钢、低碳贝氏体钢、高氮奥氏体不锈钢、高强汽车钢等先进钢铁材料的焊接工艺与接头组织性能的研究现状与进展。就焊接接头的微观组织演化、焊接接头性能、夹杂物和马氏体-奥氏体(M-A)组元的形成与影响、合金元素和热输入对焊缝组织性能的影响等进行了详细评述。研究表明,焊接热影响区是影响焊接接头性能的主要区域,同时要采用适当的焊材及工艺才能获得性能匹配的焊缝。并对焊接接头的强韧化机理、疲劳裂纹扩展机理、焊接热过程对钢材组织和性能的影响等方面的研究进行了评述。最后,对焊接材料和工艺的未来研究方向进行了展望。

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