ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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1. 新型钴基高温合金多尺度设计的研究现状与展望
刘兴军, 陈悦超, 卢勇, 韩佳甲, 许伟伟, 郭毅慧, 于金鑫, 魏振帮, 王翠萍
金属学报    2020, 56 (1): 1-20.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00159
录用日期: 2019-10-24

摘要638)   HTML56)    PDF (24999KB)(953)   

近年来,材料基因组工程以及多尺度材料设计理论和计算方法的发展,为新型钴基高温合金的研发提供了新的思路。本文基于国内外新型钴基高温合金多尺度设计方面的成果以及本研究室多年来在该领域的研究工作,系统总结了材料多尺度计算方法在新型钴基高温合金领域的研究现状,总结了包括第一性原理、CALPHAD、相场法和机器学习方法在合金成分筛选、工艺设计和组织优化领域的多尺度耦合设计。在此基础上,针对各个研究方法的优势,展望了多尺度材料设计在新型钴基高温合金领域的发展趋势。

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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486)   HTML5)    PDF (16289KB)(668)   

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. 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371)   HTML0)    PDF (1951KB)(280)   

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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4. 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335)   HTML6)    PDF (3903KB)(359)   

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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5. 高Fe、Cr含量多相Ni3Al基高温合金组织与性能研究进展
吴静,刘永长,李冲,伍宇婷,夏兴川,李会军
金属学报    2020, 56 (1): 21-35.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00137
录用日期: 2019-08-20

摘要289)   HTML5)    PDF (26034KB)(355)   

Ni3Al基高温合金因其较高的承温能力、优异的高温抗氧化/耐蚀性、较低的密度及生产成本,拥有广阔的应用前景而受到了大量的关注。Ni3Al基高温合金进一步的推广应用迫切需要在确保可焊性的同时提高其热强性,在此背景下,本文首先简要阐述了在Ni3Al基高温合金的成分设计中,Fe、Cr组元的添加可有效改善Ni3Al基高温合金的相组成及焊接性能。针对可焊性优异的合金成分调整,进一步分析了一种高Fe、Cr元素添加Ni3Al基高温合金凝固过程的多相转变特征,对其在不同高温冷却、高温退火、长期时效工艺下的多相组织(γ'+γ两相、枝晶间β相、γ'包覆层等)演变规律进行了总结,并探讨了复杂组织变量(初生γ'相尺寸、β相形态、β内相演化、γ'包覆层宽化)对其蠕变行为的影响。最后,总结了多相Ni3Al基高温合金连接工艺的最新研究进展,并对多相Ni3Al基高温合金的进一步发展进行了展望。

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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282)   HTML1)    PDF (3597KB)(167)   

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. 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280)   HTML0)    PDF (2906KB)(229)   

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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8. 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280)   HTML3)    PDF (5339KB)(255)   

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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9. 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268)   HTML4)    PDF (10980KB)(764)   

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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10. 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264)   HTML0)    PDF (4614KB)(234)   

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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11. 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264)   HTML3)    PDF (3487KB)(390)   

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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12. 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263)   HTML5)    PDF (11030KB)(408)   

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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13. 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250)   HTML3)    PDF (2537KB)(361)   

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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14. 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247)   HTML4)    PDF (1661KB)(120)   

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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15. 激光增材制造成型马氏体时效钢研究进展
谭超林,周克崧,马文有,曾德长
金属学报    2020, 56 (1): 36-52.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00129
录用日期: 2019-06-21

摘要239)   HTML4)    PDF (26345KB)(645)   

本文较全面地综述了国内外激光增材制造成型马氏体时效钢(MS)的研究和应用现状。分析了选区激光熔化(SLM)制备MS特有的优势,并从SLM成型MS参数与性能优化、成型各向异性、时效强化机理、梯度材料和模具应用5个方面进行了系统介绍。研究表明,SLM成型MS的工艺窗口较宽,易获得成型致密度>99%的试样;经过激光和热处理工艺参数优化后,其力学性能可达标准锻件水平。MS时效强化遵循Orowan位错绕过机制,成型方向对MS力学性能影响较小。此外,SLM能够制备高结合强度MS基梯度材料(MS-Cu和MS-H13等)零件,为制备梯度材料功能件开辟了新途径。最后,介绍了SLM成型MS面向随形冷却模具的应用,并提出了今后的研究展望。

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16. 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238)   HTML0)    PDF (4726KB)(242)   

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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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237)   HTML0)    PDF (1698KB)(119)   

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. 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237)   HTML1)    PDF (3391KB)(322)   

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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19. Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶钢微观组织与腐蚀行为
赵燕春, 毛雪晶, 李文生, 孙浩, 李春玲, 赵鹏彪, 寇生中
金属学报    2020, 56 (5): 715-722.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00275
录用日期: 2019-12-23

摘要235)   HTML2)    PDF (1970KB)(195)   

采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼-铜模负压吸铸法制备了Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料棒状试样,通过XRD和EBSD对合金的微观组织进行表征,并研究试样室温压缩力学性能;采用电化学工作站三电极体系测试试样在人工海水中的腐蚀行为,并利用SEM和EDS观察和分析电化学腐蚀后的形貌及腐蚀产物。结果表明,Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料试样组织由非晶相+晶体相(CFe15.1过冷奥氏体相和Fe-Cr铁素体相)组成,试样在室温环境下的综合力学性能优异,屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为978 MPa、2645 MPa和35.8%。试样在人工海水中表现出良好的耐蚀性,与304不锈钢相比,Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料自腐蚀电位大,自腐蚀电流密度低,极化电阻高,容抗弧半径大且只有一个高频容抗弧,只受电极电位的影响,腐蚀的动力学速率低,钝化膜稳定致密,具有成为新一代海洋工程耐蚀材料的潜力。

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20. 电磁搅拌对TiB2颗粒增强钢组织和力学性能的影响
张林, 郭晓, 高建文, 邓安元, 王恩刚
金属学报    2020, 56 (9): 1239-1246.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00019
录用日期: 2020-04-30

摘要222)   HTML0)    PDF (2815KB)(168)   

在立式线型电磁搅拌器的作用下凝固制备TiB2颗粒增强钢,研究了电磁搅拌对组织中的颗粒形态和尺寸分布,以及对材料的Vickers硬度分布和拉伸力学性能的影响。结果表明,电磁搅拌有效地细化了颗粒增强钢中的初生TiB2颗粒尺寸,颗粒平均尺寸随励磁电流的上升而逐步减小。较高的励磁电流下颗粒的分布更均匀弥散,且去除了颗粒周围的裂缝缺陷。电磁搅拌降低了TiB2颗粒增强钢的宏观偏析,减小了铸锭中不同高度组织的硬度差。较大的励磁电流有助于提高材料的平均硬度,在350 A励磁电流下硬度达到275 HV。电磁搅拌可提高TiB2颗粒增强钢的抗拉强度和断裂应变,励磁电流为350 A时,抗拉强度达到520.2 MPa,断裂应变约为8.5%。颗粒细化的主要原因是受到电磁搅拌下的熔体流动冲击和电磁力的作用。理论分析了颗粒所受电磁力的影响因素,电磁力随磁场强度升高而增大,随熔体温度的上升而减小,随颗粒尺寸的增加而增大。

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21. 热镀锌工艺中锌液表面流速的在线电磁测量
郑锦灿, 刘润聪, 王晓东
金属学报    2020, 56 (7): 929-936.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00024
录用日期: 2020-05-11

摘要208)   HTML0)    PDF (2009KB)(122)   

通过Lorentz力测速方法对热镀锌工艺中锌锅内锌液流速进行了测量研究。该方法具有非接触式、在线、连续测量的特点和优势。设计了适合镀锌工艺特点的电磁流速测量仪,通过数值建模和模拟实验进行了校准,并进行了工厂测试,分析了锌液的流动行为和流场特点。测量结果表明,该方法可对锌液的表面流速进行实时、在线、定量的测量,为冶金工业生产中高温金属液流速监测提供了一种新手段。

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22. 直接包套轧制铸态Ti-46Al-8Nb合金的组织特征及热变形机制
李天瑞, 刘国怀, 于少霞, 王文娟, 张风奕, 彭全义, 王昭东
金属学报    2020, 56 (8): 1091-1102.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00379
录用日期: 2020-05-07

摘要207)   HTML0)    PDF (5376KB)(114)   

根据热模拟实验结果和动态材料模型建立了Ti-46Al-8Nb合金的热加工图,确定了合理的热加工工艺制度,并采用包套轧制方法制备了TiAl合金板材,考察了轧制高铌TiAl合金的组织演变规律及流变软化机制。结果表明,在低应变时加工图中只存在2个失稳区,当应变增加到0.4时,在1250 ℃、0.006 s-1附近位置也出现了失稳;在1200 ℃、1 s-1和1150~1200 ℃、0.01 s-1附近存在典型的动态再结晶区域。最终结合应变速率敏感系数的分析,选择在1150~1200 ℃、0.01~0.03 s-1,每道次变形量约为18%的条件下进行复合包套轧制,获得厚度约为0.85 mm、变形均匀无裂纹缺陷的板材,其热轧组织局域流变软化严重,存在明显的轧制变形带,但整体组织均匀性较好。Ti-46Al-8Nb合金在热轧过程中的流变软化以γ相的动态再结晶以及热-力作用下L(α/γ)层片组织的相变分解为主,其中再结晶过程主要是通过位错塞积诱导亚晶界形成进而完成小角度晶界向大角度晶界的转化,L(α/γ)→γ+α+B2/βαγ转变是片层团分解的主要途径。此外,大量普通机械孪晶以及孪晶片层的出现,也可以显著提高热轧TiAl合金的组织均匀性。

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23. 基于中子衍射和同步辐射X射线衍射的TWIP钢位错密度计算方法
李亦庄,黄明欣
金属学报    2020, 56 (4): 487-493.   doi:10.11900/0412.1961.2020.00016
录用日期: 2020-03-16

摘要203)   HTML2)    PDF (2167KB)(475)   

本文详细梳理并介绍了被广泛应用于高强钢及其它结构金属材料位错密度计算的修正Williamson-Hall法,并结合中子衍射和同步辐射X射线衍射实验结果,以一种孪生诱发塑性(TWIP)钢为例,计算其在变形后的位错密度演化。本文详细介绍如何正确使用该方法以及如何避免常见的一些错误,并介绍其背后的原理及假设。

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24. 钛合金薄壁件选区激光熔化应力演变的数值模拟
柯林达,殷杰,朱海红,彭刚勇,孙京丽,陈昌棚,王国庆,李中权,曾晓雁
金属学报    2020, 56 (3): 374-384.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00198
录用日期: 2019-11-18

摘要203)   HTML2)    PDF (9051KB)(369)   

建立了选区激光熔化(SLM)热-结构耦合瞬时动态有限元模型,探究了激光扫描速率和铺粉层厚度对SLM成形钛合金薄壁件应力演变的影响。结果表明,在热循环作用下,SLM成形钛合金薄壁件的应力演变呈周期性变化。在热应力循环去应力退火作用下,热应力极大值在加热阶段先增加后减小,最后在冷却阶段趋于稳定并接近残余应力。SLM成形薄壁件最终残余应力小于加热过程中的瞬时应力峰值。随沉积高度的增加,热循环作用减弱,应力极大值下降幅度逐渐减小。经过多次热循环去应力退火作用后,SLM成形薄壁件过程中的热应力极大值下降幅度可达30%以上。

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25. 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203)   HTML3)    PDF (21659KB)(344)   

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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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202)   HTML2)    PDF (6927KB)(408)   

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. 选区激光熔化专用AlSiMg合金成分设计及力学性能
耿遥祥, 樊世敏, 简江林, 徐澍, 张志杰, 鞠洪博, 喻利花, 许俊华
金属学报    2020, 56 (6): 821-830.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00306
录用日期: 2020-01-03

摘要199)   HTML2)    PDF (4779KB)(370)   

应用“团簇+连接原子”模型,基于合金液-固局域结构相容性和金属选区激光熔化(SLM)工艺熔体急冷的技术特性,设计高Mg含量SLM专用AlSiMg1.5合金新成分,系统研究时效温度和时间对SLM成形AlSiMg1.5合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过调整工艺参数,可获得近乎全致密的SLM成形样品。当时效温度为300 ℃时,随着时效时间的延长,SLM成形样品岛状富Al组织中过固溶Si逐渐析出长大,网格状富Si组织逐渐分解球化,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐降低,塑性明显增加。当时效温度为150 ℃时,不同时效时间下SLM成形样品的显微组织没有发生明显变化,但硬度和屈服强度随时效时间的延长先增大后略有降低。SLM成形AlSiMg1.5样品经150 ℃时效处理后的最大显微硬度和压缩屈服强度分别为(169±1) HV和(453±4) MPa,样品延伸率超过25%。本工作设计获得了成形性和力学性能优异的SLM专用铝合金新成分Al91.0Si7.5Mg1.5 (质量分数,%)。

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28. 难变形高温合金GH4975的铸态组织及均匀化
向雪梅, 江河, 董建新, 姚志浩
金属学报    2020, 56 (7): 988-996.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00429
录用日期: 2020-04-13

摘要197)   HTML2)    PDF (3295KB)(203)   

应用FESEM、EBSD、萃取相分析及热模拟压缩等实验方法研究了难变形高温合金GH4975的铸态组织,铸态热压缩及均匀化过程中的组织演变。结果表明,GH4975合金铸态组织的主要析出相为γ′相、一次MC碳化物相及共晶相。合金中的主要偏析元素为Ti、Nb和W。铸态合金经热压缩后极易开裂,开裂主要由一次碳化物、共晶相及一次粗大γ′相的不协调变形导致。经1180 ℃、50 h均匀化热处理后,合金中的元素偏析完全消除。在1180 ℃均匀化过程中除共晶相回溶外,一次碳化物的数量和形态发生了明显的变化。均匀化后合金中的强化相和一次碳化物发生了综合互协调作用,使合金的热变形能力显著提高。

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29. 航空发动机整体叶环中纤维断丝超声检测方法
武玉鹏, 张博, 李经明, 张双楠, 吴颖, 王玉敏, 蔡桂喜
金属学报    2020, 56 (8): 1175-1184.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00441
录用日期: 2020-05-19

摘要192)   HTML0)    PDF (2938KB)(93)   

基于超声头波(head-waves)理论,当探头以一定角度激励出的折射纵波传播到界面时产生能量较高的爬波,据此建立了连续SiC纤维增强钛合金基复合材料(Ti-MMC)整体叶环中SiC纤维环断丝缺陷超声爬波检测的有限元仿真模型,分析了多层介质界面超声波传播特性及爬波遇到断丝缺陷时的衍射现象。仿真结果表明,在缺陷上方的水层中会产生明显的缺陷信号波。根据仿真结果,设计制作了超声爬波(5 MHz,20°)-水浸聚焦(5 MHz,直径6 mm)组合探头和带有纤维断丝的人工缺陷试样,采用超声C扫描设备进行了检测实验。结果表明,超声爬波法能够成功地检测纤维环试样中不同深层的3层断丝缺陷(裂纹自身高度约0.42 mm)。该方法简单、经济、快速,有望解决Ti-MMC整体叶环中深埋型纤维环断丝缺陷的无损检测难题。

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30. 超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系
孙飞龙, 耿克, 俞峰, 罗海文
金属学报    2020, 56 (5): 693-703.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00337
录用日期: 2019-11-20

摘要191)   HTML0)    PDF (2358KB)(247)   

以3种不同工艺工业生产的总O含量均≤6×10-6的超洁净GCr15轴承钢为研究对象,通过推力片实验测试这3种钢的滚动接触疲劳寿命并获得额定寿命(L10)和中值寿命(L50),通过ASPEX扫描电镜获得各工艺下的夹杂物样本数据并进行统计分析,使用极值法(SEV)和广义Pareto分布法(GPD)估算出样品中最大夹杂物特征尺(CSMI),然后将其与实测L10L50进行对比和分析。结果表明,SEV法仅检测每个样品的最大夹杂物,无法通过其获得的CSMI来合理解释3种钢L10L50的变化,2者之间相关性较差;而GPD法分析夹杂物时,需要对阈值尺寸以上的所有夹杂物进行表征和统计分析,可以获得夹杂物的数量密度以及不同类型夹杂物的CSMI,GPD法所预测出的最危险类型TiN夹杂物的CSMI可以合理解释L10的变化,2者之间有较好相关性,但无法据此解释L50的变化;但将总的夹杂物数量密度与TiN夹杂物最大特征尺寸相结合,能合理解释3种钢的L50差异,这是因为当更多样品失效时,裂纹萌生位置将不再仅仅局限于最危险类型夹杂物。因此,最危险类型夹杂物的CSMI与超纯净轴承钢中的早期疲劳失效的L10相关性最强,而夹杂物的数量密度对高概率的中值疲劳寿命L50也有重要影响。

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