ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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1. 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487)   HTML5)    PDF (16289KB)(669)   

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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2. 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639)   HTML56)    PDF (24999KB)(955)   

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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3. 高熵合金的变形行为及强韧化
吕昭平, 雷智锋, 黄海龙, 刘少飞, 张凡, 段大波, 曹培培, 吴渊, 刘雄军, 王辉
金属学报    2018, 54 (11): 1553-1566.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00372
录用日期: 2018-09-25

摘要318)   HTML38)    PDF (3574KB)(7604)   

高熵合金是近年来涌现出的一种新型金属材料。不同于传统合金设计以1种或2种元素为主添加其它合金元素为辅的方案,高熵合金由多种元素以等原子比或近等原子比的成分组成,具有独特的原子结构特征,因而呈现出诸多不同于传统合金的独特性能。自高熵合金被首次报道以来,目前已经研发出了一系列的高熵合金体系,在物理、化学、热力学性能方面显示出独有的优势,尤其在力学行为方面显示出高强、高硬、耐磨、耐蚀、抗高温软化等优异的性能,在国际学术界引起了广泛的关注和研究兴趣,已经成为新的研究热点。本文从高熵合金变形机理研究存在的挑战出发,主要综述了高熵合金的力学性能和变形行为特点,已经提出的强韧化方案及相关机理,并对未来高熵合金变形行为的研究进行了简单展望。

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4. 镁合金搅拌摩擦焊接的研究现状与展望
马宗义, 商乔, 倪丁瑞, 肖伯律
金属学报    2018, 54 (11): 1597-1617.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00392
录用日期: 2018-09-07

摘要206)   HTML25)    PDF (10201KB)(1329)   

近年来,镁合金在汽车、轨道交通、航空航天等领域的应用需求快速增长,其可靠连接的重要性愈发突出。作为固相焊接技术,搅拌摩擦焊(FSW)对镁合金焊接具有独特优势,因此得到了广泛关注。本文重点综述了镁合金常规对接FSW的研究进展,就焊接工艺、微观组织演化、织构分布特征、接头力学性能及其之间的相互作用机制进行了详细分析与评述。研究表明,不同于铝合金,在变形镁合金FSW时,织构是影响接头性能的关键因素,焊后形成的特殊强织构分布是导致接头难以达到与母材同等强度的主要原因。同时,对其它焊接形式如搭接焊、点焊、双面焊的可焊性及接头性能的影响因素与变化规律进行了讨论,并对镁合金与其它镁合金、铝合金以及钢之间异种焊的可焊性、界面结合机制、接头性能的影响因素及调控方法进行了评述。最后,对镁合金FSW的未来研究方向进行了展望。

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5. 金属玻璃中隐藏在长时间尺度下的动力学行为及其对性能的影响
汪卫华, 罗鹏
金属学报    2018, 54 (11): 1479-1489.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00247
录用日期: 2018-07-19

摘要121)   HTML16)    PDF (2652KB)(638)   

金属玻璃微观结构无序,没有类似晶体材料中的缺陷,表现出一系列优异的力学和功能特性,具有广泛的应用前景。由于非晶结构上长程无序,难以建立结构和性能的关系。而弛豫动力学研究为认识金属玻璃提供了非常重要的窗口,对于理解其稳定性和形变行为极为关键,也一直是凝聚态物理和材料科学领域的核心问题。近年来,随着更多先进研究手段的使用和研究的不断深入,人们发现在玻璃态极长的时间跨度和不同空间尺度下蕴含着丰富的动力学行为,这些动力学模式之间彼此关联,同时也具有独特性。本文介绍了近期关于金属玻璃弛豫动力学研究的重要进展,及其对于认识和调控材料性能、优化材料制备等方面的影响。

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6. Al对M2高速钢凝固组织的影响*
周雪峰, 方峰, 涂益友, 蒋建清, 徐辉霞, 朱旺龙
金属学报    2014, 50 (7): 769-776.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00621
摘要1470)   HTML20)    PDF (8944KB)(2334)   

采用OM, TEM, SEM, EBSD, XRD等手段, 分析了不同Al加入量(0%, 0.6%, 1.2%)的M2高速钢的铸态组织,研究了Al对高速钢凝固组织转变特别是共晶碳化物形貌和微观结构的影响规律. 结果表明, M2高速钢铸态组织主要由位错型马氏体和M2C共晶莱氏体组成. 过量Al (1.2%)促进大量铁素体和针状碳化物形成. Al提高了共晶碳化物的分布均匀性, 促进M2C形貌由纤维状转变为片状, 并使碳化物微观结构发生明显改变. 片状碳化物表面平行于(0002)晶面, 内部存在微孪晶、层错等缺陷, 片层之间具有不同的晶体取向, 而纤维状碳化物内部缺陷极少, 呈单晶取向. 与纤维状碳化物相比, 加Al后形成的片状碳化物高温加热时不易团球化, 对碳化物尺寸细化不利. 添加过量Al (1.2%)形成的铁素体无法通过常规热处理消除, 使高速钢淬火硬度显著降低.

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7. GH4738合金涡轮盘锻造过程的集成式模拟及应用*
李林翰, 董建新, 张麦仓, 姚志浩
金属学报    2014, 50 (7): 821-831.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00675
摘要355)      PDF (8158KB)(830)   

基于GH4738合金的热流变应力模型及晶粒组织演变模型, 提出并实现了利用Deform 3DTM软件对该合金涡轮盘从自由锻前预热直至模锻完成的整个锻造过程的集成式模拟. 借助集成式模拟实现了对锻件在整个锻造过程中温度、平均晶粒尺寸等参数的定量控制.

同时采用直径300 mm涡轮盘的实际锻造结果验证了所用模型和该模拟方法的可靠性. 最后, 把集成式模拟运用于直径1450 mm涡轮盘盘件的锻造过程模拟, 并根据模拟优化方案在8×104 t锻压机下成功锻制直径1450 mm涡轮盘盘件. 为大型变形高温合金涡轮盘的锻造成型提供了工艺优化的理论依据和研究方法.

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8. 一种细晶铸造镍基高温合金的组织与力学性能*
杨金侠, 孙元, 金涛, 孙晓峰, 胡壮麒
金属学报    2014, 50 (7): 839-844.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00745
摘要332)   HTML28)    PDF (7395KB)(1334)   

通过传统铸造方法和细晶铸造工艺制备一种铸造镍基高温合金的6种不同形态与尺寸的晶粒. 结果表明, 细晶铸造工艺制备的样品心部为0.5 mm左右的等轴晶, 外部为柱状晶. 相比传统铸造方法, 细晶铸造工艺获得的晶粒较为细小. g '相和 碳化物随晶粒尺寸减小而变得细小. 室温拉伸性能和550 ℃下高周疲劳性能随晶粒尺寸降低而提高; 在760 ℃和应力662 MPa条件下, 合金的持久性能随晶粒尺寸减小而增加; 但在982 ℃和应力186 MPa条件下, 合金的持久性能随之降低. 细化晶粒提高了合金的中、低温力学性能, 但对其高温力学性能不利.

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9. 超快速冷却条件下碳素钢中纳米渗碳体的析出行为和强化作用*
王斌, 刘振宇, 冯洁, 周晓光, 王国栋
金属学报    2014, 50 (6): 652-658.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00584
摘要343)   HTML41)    PDF (3406KB)(932)   

利用超快速冷却技术对碳素钢中渗碳体的纳米析出行为和强化作用进行了研究. 实验结果表明, 在超快速冷却条件下, 0.17%C和0.33%C钢的组织中形成了大量弥散的纳米级渗碳体析出, 颗粒尺寸为10~100 nm, 实现了在无微合金元素添加的条件下渗碳体的纳米级析出. 随着超快速冷却终冷温度的降低, 钢的屈服强度和抗拉强度都逐渐增加, 当超快速冷却的终冷温度从890 ℃下降到600 ℃时, 0.17%C和0.33%C钢的屈服强度提高超过了100 MPa. 在超快速冷却之后采用形变热处理工艺, 可以进一步增加钢的位错密度, 促进渗碳体均匀形核, 实现了纳米级渗碳体颗粒在整个组织中更加均匀弥散的分布, 从而更好地实现均匀强化的效果. 在超快速冷却和形变热处理工艺条件下, 0.17%C钢的屈服强度提高到600 MPa以上.

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10. 2099合金热变形过程中的动态软化机制*
张飞, 沈健, 闫晓东, 孙建林, 蒋呐, 周华
金属学报    2014, 50 (6): 691-699.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00718
摘要308)   HTML16)    PDF (9891KB)(770)   

采用等温热压缩实验, 通过计算和对比热激活参数, 并利用EBSD和TEM分析技术, 研究了2099合金在热变形过程中的动态软化机制. 基于Zener-Hollomon参数(Z)和变形温度(T)并结合对热激活参数与微观组织的分析, 给出了2099合金在热变形中的软化机制. 在lnZ≥35.5和T≤380 ℃范围内, 变形以位错的交滑移为主. 在lnZ≤37.4和T≥340 ℃范围内, 由位错的交滑移、攀移以及三维位错网脱缠等变形机制共同控制. 在lnZ≤35.1和T≥420 ℃范围内, 发生了动态再结晶, 此时以位错的交滑移、攀移、动态再结晶以及位错的脱钉为主要软化机制. 动态再结晶形核机制以晶界弓出和亚晶合并共存, 并随着变形温度的升高和应变速率的降低, 亚晶合并形核得到强化.

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11. 锻态TC18钛合金棒材中b相组织和织构特征研究*
李凯, 杨平, 沙爱学, 颜孟奇
金属学报    2014, 50 (6): 707-714.   doi:10.3724/SP.J.1037.2014.00003
摘要364)   HTML16)    PDF (9449KB)(1061)   

针对a /b型TC18钛合金大型锻棒中心与边部的性能差异, 利用EBSD技术研究了b相的组织差异、织构差异及形变程度差异, 并考察了b相的这些差异对遵循Burgers关系的ap相取向及球化速率的影响. 结果表明, 锻态TC18钛合金中的b相处于不同程度的形变状态, 随位置不同而具有不同的织构, 中心位置b相具有再结晶织构<100>的特点, 并且存在显著的晶粒尺寸不均匀性, 这些因素对中心与边部的性能差异有主要贡献. ap相的球化过程主要在b相晶内亚晶界上完成, 前期随形貌由片状向方块状的变化, 取向关系变化很小; 后期向球形过渡时, 取向关系偏差较大. b相晶粒内的取向差是衡量加工硬化对强度贡献的有效参数, 而a /b两相的取向关系与理想Burgers关系的偏差是揭示球化速度和形变b相晶粒回复程度的有效参数.

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12. 超快速连续退火对低Si系Nb-Ti微合金化TRIP钢组织和力学性能的影响*
骆宗安, 刘纪源, 冯莹莹, 彭文
金属学报    2014, 50 (5): 515-523.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00623
摘要379)   HTML10)    PDF (16853KB)(693)   

采用EBSD和TEM对不同超快速连续退火条件下的低Si系Nb-Ti微合金化TRIP钢进行了显微组织观察, 并探讨了拉伸性能. 结果表明, 100 ℃/s的加热速率和短时保温制度, 使铁素体晶粒细化, 并保留了热轧过程中的弥散细小的微合金元素碳氮化物析出, 因此提高了钢的强度和塑性. 缓冷制度对消除钢的屈服平台有显著作用, 而强度有所下降; 钢的强度随着退火温度的升高而升高. 退火温度在830 ℃时, 残余奥氏体形貌多呈膜状结构与贝氏体铁素体板条相伴出现, 使钢的强度和塑性达到了最佳的配合: 抗拉强度748 MPa, 屈服强度408 MPa, 均匀延伸率21.3%, 加工硬化指数0.27, 强塑积15932.4 MPa·%.

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13. V-Ti微合金钢的组织性能及相间析出行为*
陈俊, 吕梦阳, 唐帅, 刘振宇, 王国栋
金属学报    2014, 50 (5): 524-530.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00681
摘要446)   HTML10)    PDF (8371KB)(940)   

采用热模拟实验研究了等温温度对V-Ti微合金钢组织性能及相间析出行为的影响规律, 利用OM和TEM分析了不同等温温度下实验钢的组织特征. 结果表明, 不同等温温度下均可得到大量铁素体组织, 随等温温度的降低, 铁素体体积分数增加, 铁素体晶粒尺寸减小. 不同等温温度下均可观察到平面相间析出, 且降低等温温度可显著细化相间析出列间距和析出粒子尺寸. 纳米碳化物具有NaCl型晶体结构, 晶格常数约为0.436 nm, 同铁素体基体满足(100)carbide//(100)ferrite和[011]carbide//[001]ferrite的B-N关系. 在680 ℃下等温30 min, 沉淀强化量可达到360.6 MPa.

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14. 低碳高强钢合金元素配分行为对残余奥氏体和力学性能的影响
田亚强, 张宏军, 陈连生, 宋进英, 徐勇, 张士宏
金属学报    2014, 50 (5): 531-539.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00709
摘要608)   HTML25)    PDF (18013KB)(4826)   

采用双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺, 研究了合金元素配分行为对C-Si-Mn系高强钢微观组织和力学性能的影响. 结果表明, 在760 ℃随着保温时间的延长, 双相区中奥氏体相的体积分数逐渐增多直至达到饱和, 而铁素体向奥氏体扩散的Mn元素含量也逐渐增多直至在两相间达到化学势平衡, 后加热至930 ℃保温120 s, 再淬火至220 ℃, 配分过程中发生了C从马氏体向奥氏体中的扩散偏聚. 经该工艺处理后实验用钢的抗拉强度为1310 MPa, 延伸率可达12%, 强塑积达到15720 MPa·%, 相比传统淬火+碳配分工艺, 双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺过程中Mn配分和C配分共同作用能够显著提高钢中残余奥氏体的含量和稳定性, 从而提高高强钢的室温成形能力.

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被引次数: Baidu(27)
15. 不同结构金属高速压缩力学行为及微观剪切结构差异*
孙秀荣, 王会珍, 杨平, 毛卫民
金属学报    2014, 50 (4): 387-394.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00634
摘要328)   HTML11)    PDF (8295KB)(965)   

针对高锰TRIP钢、纯Cu、IF钢及装甲钢, 利用Hopkinson杆在应变率为103~104 s-1进行动态压缩实验, 考察其抗冲击性能及剪切带形成时微观组织的差异. 结果表明: 动态剪切变形下, 纯Cu和IF钢不易形成绝热剪切带, 缺乏加工硬化能力, 从而抗冲击性差; 具有马氏体组织的装甲钢快速形成绝热剪切带, 但剩余强度高, 抗高速冲击性强; 以奥氏体为主的TRIP钢有最高的加工硬化性, 形变中产生的bcc马氏体(α′-M)可有效推迟绝热剪切带的产生且裂纹不易扩展, 适于作为抗冲击材料. 纯Cu及IF钢扩展的剪切组织为拉长的亚晶和小角晶界, 剪切微织构弱, 而TRIP钢及装甲钢绝热剪切带为细小的等轴晶和大角晶界, TRIP钢形成较强的{111}-{112}<110> fcc剪切微织构, 装甲钢则形成弱的{110}<111> bcc剪切微织构.

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16. Nb对中碳钢相变和组织细化的影响*
吴斯, 李秀程, 张娟, 尚成嘉
金属学报    2014, 50 (4): 400-408.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00538
摘要326)   HTML14)    PDF (7717KB)(1212)   

针对无Nb和添加0.06%Nb的2种中碳钢, 研究了Nb对0.47%C中碳钢相变及组织细化的影响规律. 2种实验钢正火组织均为铁素体+珠光体, Nb微合金化能够有效细化中碳钢的奥氏体晶粒, 从而导致正火后组织中铁素体体积分数明显增加. 含Nb中碳钢的屈服强度相对无Nb钢提高了18% (70 MPa), 抗拉强度基本保持不变, -20 ℃冲击韧性则由7 J提高到19 J, 呈现显著提高. 此外, 由连续冷却转变(CCT)曲线发现, Nb微合金化中碳钢可在冷速≤10 ℃/s时获得较高体积分数的铁素体, 因此, 可保证工件在较大冷速范围内不出现大块珠光体或贝氏体/马氏体组织. 结合TEM观察发现, Nb元素以微小析出物Nb(C, N)的状态均匀分布在钢中. Nb(C, N)析出物能有效细化奥氏体晶粒, 并因此提高铁素体形核率, 这是Nb在中碳钢中影响相变并提高韧性的主要机制.

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17. 应力松弛对应变诱发马氏体相变影响的有限元模拟*
冯瑞, 张美汉, 陈乃录, 左训伟, 戎咏华
金属学报    2014, 50 (4): 498-506.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00559
摘要366)   HTML9)    PDF (3924KB)(1020)   

在基于新型淬火-分配-回火(Q-P-T)钢微观组织的有限元模型中, 建立了产生马氏体相变的一维应变等效模型, 模拟了单轴拉伸条件下的相变诱发塑性(TRIP)效应, 由此揭示了该效应的微观机制. TRIP效应产生的应力松弛有效地缓解了未转变的残余奥氏体和邻近马氏体的应力, 阻止了裂纹的形成, 并使较多的残余奥氏体在较大的应变下存在, 这是TRIP效应的起因; 模拟结果还显示, 相变形成的新(应变诱发)马氏体比原始(热诱发)马氏体承载更大的应力, 由此预测裂纹首先在新马氏体中或其边界处形成. 应力松弛效应使应变诱发马氏体断续缓慢地生成, 这与实验观察结果相符. 通过比较有应力松弛效应和无应力松弛效应的有限元模拟结果发现, 无应力松弛效应使应变诱发马氏体相继快速地生成, 这与实验不符, 由此反证TRIP效应必然产生应力松弛.

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18. 焊接热循环及时效处理对一种Ni-Fe基高温合金的组织和力学性能的影响*
吴栋, 王鑫, 董文超, 陆善平
金属学报    2014, 50 (3): 313-322.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00355
摘要229)   HTML8)    PDF (16002KB)(1850)   
采用焊接热模拟实验, 研究了焊接热循环对一种700 ℃超超临界火电机组高温部件候选材料—Ni-Fe基高温合金组织和力学性能的影响. 结果表明, 固溶态Ni-Fe基高温合金在经过峰值温度为1249 ℃的焊接热循环后, 25和700 ℃屈服强度和抗拉强度都降低, 延伸率升高. 对经过焊接热循环后的合金再进行时效处理发现, 在25 ℃时, 焊接热循环后再时效样品的屈服强度和抗拉强度与母材时效态相当; 在700 ℃时, 焊接热循环后再时效样品的强度高于母材时效态的强度. Ni-Fe基高温合金在高温焊接热循环过程中, 强化相γ'以及难溶相MC发生溶解, 导致强度下降. 经过时效处理后, 强化相γ'再次大量析出, 同时晶界析出了M23C6. M23C6存在于晶界, 并没有造成拉伸性能的弱化. 高温焊接热循环使MC发生部分溶解, 为M23C6的时效析出提供了C元素.
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19. 海水温度和浓缩度对316L不锈钢点蚀性能的影响*
辛森森, 李谋成, 沈嘉年
金属学报    2014, 50 (3): 373-378.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00314
摘要205)   HTML14)    PDF (5138KB)(557)   
运用循环阳极极化曲线研究了不同温度和浓缩度的海水介质中316L不锈钢的点蚀行为. 结果表明, 在1~3倍浓缩度范围内, 316L不锈钢的点蚀电位和再钝化电位均随着温度的升高而线性降低, 但当浓缩度高于2倍、温度大于85 ℃时, 点蚀电位变化较小; 在25~95 ℃温度范围内, 点蚀电位和再钝化电位与海水浓缩度的对数呈线性关系. 浓缩度对316L不锈钢点蚀性能的影响比温度更小, 并根据点缺陷理论分析了二者对点蚀的作用机制.
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20. 亚共析U-Nb合金激光焊接接头的微观结构及力学性能*
李玉斌, 王巍, 何建军, 张志强, 张彤燕
金属学报    2014, 50 (3): 379-386.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00493
摘要206)   HTML8)    PDF (12526KB)(747)   
采用OM, XRD, TEM等分析手段, 并结合静、动态力学测试方法, 研究了亚共析U-Nb合金激光焊接接头的微观结构和力学性能. 结果表明, 等温热处理下的亚共析U-Nb合金焊接基材为α-U+γ-U珠光体结构, 激光焊缝在预热条件下为单相正交结构α'板条马氏体, 非预热条件下为单相正交结构α'孪晶马氏体. 两类焊接接头的抗拉强度皆约为400 MPa, 远小于基材和焊缝组织强度, 焊接接头未熔透和焊缝微观结构的断裂韧度较低是主要原因. 比较基材和焊接接头的动态冲击压缩性能, 相同冲击速率下, 焊接接头应变率低于基材, 而屈服强度高于基材. 应变速率在2000~4000 s-1间, 接头的流变应力均随应变速率的增加而增加, 表现出明显的应变率强化效应, 在2000 s-1 应变速率下, 接头发生了选择性塑性变形, 绝热剪切带仅形成于基材和热影响区.
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21. 纳米孪晶金属塑性变形机制*
卢磊, 尤泽升
金属学报    2014, 50 (2): 129-136.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00697
摘要331)   HTML27)    PDF (2381KB)(1971)   
本文综述了纳米孪晶金属材料的塑性变形机制. 通过分析纳米孪晶二维结构变形时可启动的滑移位错类型, 揭示纳米孪晶金属塑性变形的3种位错机制, 即位错塞积并穿过孪晶界机制, Shockley不全位错诱导孪晶界迁移机制以及贯穿位错在孪晶片层内受限滑移机制. 通过改变加载方向与孪晶界面的相对取向可实现这3类位错机制的可控转变.
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22. 纳米结构金属材料的塑性变形制备技术*
陶乃镕, 卢柯
金属学报    2014, 50 (2): 141-147.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00803
摘要218)   HTML47)    PDF (2183KB)(1201)   
本文总结了制备纳米结构金属材料的塑性变形技术, 包括大应变量变形技术(冷轧、累积叠轧、等通道挤压和高压扭转)、高应变速率变形技术(动态塑性变形)和高应变梯度变形技术(表面机械研磨和表面机械碾压), 分析了变形方式及变形参数对晶粒细化的影响规律, 展望了利用塑性变形技术制备纳米结构金属材料的发展趋势及挑战.
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23. 层错能对纳米晶Cu-Al合金微观结构、拉伸及疲劳性能的影响*
安祥海, 吴世丁, 张哲峰
金属学报    2014, 50 (2): 191-201.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00591
摘要228)   HTML22)    PDF (11089KB)(2046)   
总结了层错能对Cu-Al纳米晶合金微观结构、拉伸性能和疲劳行为的影响. 研究表明: 随着层错能的降低, 材料微观结构的演化逐步从位错分割机制主导转变为孪晶碎化机制主导, 导致其平均晶粒尺寸逐步减小, 而其均匀微观结构的形成经历先难后易的转变. 同时, 发现Cu-Al纳米晶合金的强度随层错能的降低得到明显改善, 其均匀延伸率存在一最优值, 使其均匀延伸率最佳. 对不同晶粒尺寸的样品进行力学实验证实, 随层错能降低, 其强塑性匹配得到明显提升. 在循环变形过程中, 随层错能降低, 晶粒长大导致的微观组织不稳定性和高度应变局部化的剪切带均有明显改善. 材料的疲劳损伤微观机制随之从晶界迁移主导的晶粒长大逐步转变为其它晶界行为, 如原子重组、晶界滑动和转动等. 纳米材料的综合疲劳性能(低周和高周疲劳)随层错能的降低呈现同步提高的趋势.
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24. 搅拌摩擦加工超细晶及纳米结构Cu-Al合金的微观组织和力学性能研究*
薛鹏, 肖伯律, 马宗义
金属学报    2014, 50 (2): 245-251.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00661
摘要174)   HTML24)    PDF (4287KB)(702)   
通过强制冷却的搅拌摩擦加工(FSP)技术在Cu-Al合金中得到了超细晶和纳米结构的微观组织, 利用电子背散射衍射、透射电子显微镜等技术研究了层错能对FSP Cu-Al合金微观组织和力学性能的影响. 结果表明, FSP Cu-Al合金为均匀、等轴的再结晶组织, 随着层错能的减小, 晶粒尺寸不断降低, 而且在低层错能的FSP Cu-Al合金中, 超细晶粒内部生成了丰富的纳米孪晶片层组织, 进一步细化了微观组织. 由于微观组织的逐步细化, FSP Cu-Al合金的强度随层错能的降低逐步提高, 而均匀延伸率呈现出先增加后减小的趋势.
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25. 不同变形工艺后0Cr32Ni7Mo4N双相不锈钢的组织及性能*
贺宏, 李静媛, 秦丽雁, 王一德, 房菲
金属学报    2014, 50 (1): 1-10.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00393
摘要466)   HTML12)    PDF (17483KB)(1742)   

研究了0Cr32Ni7Mo4N双相不锈钢热轧后冷轧和直接冷轧的成形性能, 分析了室温下α相和γ相的塑性变形机制以及经过热轧、冷轧及固溶处理后的组织演变规律, 并测试了2种成形工艺冷轧板热处理后的力学性能和耐蚀性能, 分别采用OM和SEM观察金相和腐蚀形貌. 结果表明: 实验钢在热轧后板边部开裂, 切边后经热处理再冷轧, 成形性良好; 铸态钢坯经过1100 ℃固溶处理后直接冷轧, 成形性能与其相当. 室温下α相的变形机制为多系滑移形成位错胞状结构, γ相为单系滑移和机械孪晶; 冷轧板随着热处理温度升高, 组织变得更均匀, 析出物颗粒数量减少; 直接冷轧的钢板经热处理后, 抗拉强度达到1082.9 MPa, 延伸率为29.3%, 在3.5%NaCl溶液中临界点蚀电位为1060 mV, 经过65%HNO3溶液腐蚀后失重率为0.05 g/(m2·h), 与常规热轧加冷轧后的钢板相当.

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26. 晶界角度对一种镍基双晶高温合金持久性能的影响*
曹亮, 周亦胄, 金涛, 孙晓峰
金属学报    2014, 50 (1): 11-18.  
摘要291)   HTML16)    PDF (16445KB)(3108)   

研究了晶界角度对一种镍基双晶高温合金持久性能的影响. 结果表明, 双晶试样的持久性能低于单晶试样. 随着晶界角度的增加, 试样的持久性能降低, 断裂方式逐步由穿晶断裂向沿晶断裂过渡. 随着温度的升高, 由穿晶断裂过渡到沿晶断裂的临界晶界角度变小. 871 ℃, 552 MPa条件下, 12°晶界断口开始出现沿晶断裂特征; 1100 ℃, 120 MPa条件下, 4.5°晶界断口开始出现沿晶断裂特征.

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27. 低温挤压Mg-4Zn-2Al-2Sn合金的组织与力学性能研究*
赵东清, 周吉学, 刘运腾, 董旭光, 王晶, 杨院生
金属学报    2014, 50 (1): 41-48.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00352
摘要449)   HTML39)    PDF (11253KB)(13101)   
研究了Mg-4Zn-2Al-2Sn合金在225, 250和275 ℃挤压变形后的微观组织、织构及其力学性能. 结果表明: 在3种挤压温度下合金均发生了完全动态再结晶, 晶粒尺寸分别为4.4, 7.1和10.5 μm. 挤压温度直接影响到晶粒内部第二相的析出, 在225 ℃挤压时, 在晶粒内部可观察到尺寸为20~60 nm的不规则形貌的Mg2Sn析出相, 挤压温度升高到275 ℃, 第二相析出增多, Mg2Sn颗粒长大到500 nm左右, 并观察到沿挤压方向呈流线分布的微米级Mg32(Al, Zn)49. 在225和250 ℃挤压时, 形成了单一的平行于挤压方向的基面织构, 当温度升高到275 ℃时, 棱柱面滑移临界剪切应力急剧降低, 棱柱面滑移系启动, 形成了除基面织构以外的棱柱面平行于挤压方向的{1010} <0002>织构, 这种取向在沿挤压方向压缩时, 压应力平行于c轴方向, 不利于拉伸孪晶{1012} <1011>的形成, 导致275 ℃挤压样品拉压不对称性不明显, 压缩与拉伸屈服强度之比为0.95.
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28. 晶界位错运动与位错反应过程的晶体相场模拟*
高英俊, 卢成健, 黄礼琳, 罗志荣, 黄创高
金属学报    2014, 50 (1): 110-120.  
摘要392)   HTML10)    PDF (13829KB)(1096)   

采用晶体相场模型模拟了小角度对称倾转晶界结构及其在外加应力作用下的晶界演化消失过程, 从位错的运动形式和体系自由能的变化, 分析晶界的消失过程和位错的反应机理, 并计算了位错分解的激活能. 研究表明, 具有二维三角晶格原子点阵结构形成的小角度对称倾转晶界是由配对的双位错按直线规则排列构成, 可以看成由2套位错Burgers矢量组成. 晶界的消失演化过程主要分为6个特征阶段, 包括如下几方面的特征过程: 首先晶界位错攀移, 然后发生位错分解, 晶界发射位错, 位错由攀移运动转化为作滑移运动;接着滑移位错穿过晶粒内部, 直到对面晶界上湮没, 即被晶界吸收与合并;剩余的晶界位错继续作攀移运动, 然后又出现位错分解, 晶界再次发射位错, 使得位错转为作滑移运动, 与其它作滑移运动的位错在晶内相遇湮没消失. 最后, 所有晶界和位错全部消失, 双晶结构变成为完整的单晶结构. 应用三角晶系的点阵位错的2套基本Burgers矢量的组合, 可以有效地表示位错的发射、分解、合并、吸收、湮没的反应过程, 并能够揭示出这些反应过程的新Burgers矢量的产生和原有的Burgers矢量的消失, 以及Burgers矢量方向发生变化的机理.

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29. 高性能NiAl共晶合金JJ­­—3
袁超,周兰章,李谷松,郭建亭
金属学报    doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00472
30. Nb微合金化Fe14Si2高硅钢温轧板织构演变规律
杨琨,梁永锋,叶丰,林均品
金属学报    doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00492
31. 连续退火工艺对含B搪瓷用钢组织性能的影响
董福涛,杜林秀,刘相华,薛飞
金属学报    doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00187
32. 铜合金在中国南海深海环境下的腐蚀行为研究
孙飞龙,李晓刚,卢琳,万红霞,杜翠薇,刘智勇
金属学报    doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00142
33. 原子探针层析技术(APT)最新进展及应用
刘文庆,刘庆冬,顾剑锋
金属学报    doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00362
34. Al-7%Si合金显微气孔形成的模拟研究
李正扬,朱鸣芳,戴挺
金属学报    doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00128
36. Cu低碳钢Q&P工艺处理的组织性能与强化机理
闫述,刘相华,刘伟杰,蓝慧芳,吴红艳
金属学报    2013, 49 (8): 917-924.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00176
摘要262)      PDF (1074KB)(806)   

在带钢连续退火实验机上, 对一种含Cu低碳实验钢进行了Q&P处理,并使用扫描电镜、电子背散射衍射、X射线衍射、透射电镜及室温拉伸实验等手段对其显微组织和力学性能进行了表征.结果表明, 富Cu粒子可以在Q&P处理过程中析出, 呈圆球形, 直径多为9-20 nm,弥散分布于马氏体板条内部. 根据Orowan机制, 该析出相对强度的贡献量约为134 MPa.同时观察到, 钢中残余奥氏体的形貌分布各异, 主要有薄膜状、小颗粒状和大块状.实验钢的综合力学性能良好, 强塑积可达21.2 GPa·%, 抗拉强度达到1326 MPa,延伸率16.0%, 其优异的综合力学性能主要得益于残余奥氏体的形变诱发相变, 即TRIP效应.

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37. 超塑性拉伸断裂分析
管志平,马品奎,宋玉泉
金属学报    2013, 49 (8): 1003-1011.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00078
摘要477)      PDF (630KB)(706)   

材料的拉伸断裂问题同时也是断裂延伸率问题,而材料的超塑性以其大的断裂延伸率为主要特征.自超塑性现象发现以来, 人们从来没有停止过对超塑性大延伸率变形本质的探索.这方面的文献特别多, 但主要集中在超塑性微观机理和变形机制方面,而对于超塑性变形力学规律方面的研究则相对较少. 实际上,超塑性大延伸率与其力学稳定性密切相关, 并由其特殊的断裂机制所决定.因此, 本文首先从超塑性 的微观断裂机制出发,着重回顾超塑性孔洞的形核、生长和连接的微观物理机制的研究进展. 然后,主要从宏观力学稳定变形出发,回顾国内外有关超塑性拉伸过程中颈缩的产生和发展导致的断裂延伸率或极限应变的力学分析的研究工作, 并作了相应的归类和评述.结论指出: 尽管超塑性断裂机制的研究很多, 但 是缺乏统一的认识,仍需要长期的基础性工作.目前的首要任务就是从超塑性拉伸宏观力学规律出发,依据现代数值分析技术深入研究其力学稳定变形机制,以便揭示超塑性大延伸率现象的力学本质. 在分析过程中,应采用精确定量的本构方程, 并考虑变形路径等外部条件的影响.

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38. 低合金马氏体钢中的ω
平德海,殷匠,刘文庆,宿彦京,戎利建,赵新青
金属学报    2013, 49 (7): 769-774.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00206
摘要532)      PDF (4567KB)(1336)   

利用TEM研究了一种低合金钢中马氏体的微结构.研究发现,淬火态的马氏体由铁素体基体和弥散于基体中的高密度纳米小颗粒组成,这种小颗粒的晶体结构可标定为六角结构的ω. ω相与铁素体基体(α-Fe)的取向关系为: [113]α//[2113]ω,(110)α //(1101)ω和(211)α//(0110)ω,点阵常数aω=21/2aα , cω=31/2/2aα.马氏体中的C原子呈非均匀分布, 铁素体基体具有很低的C含量,合金中的C原子主要富集在ω相中.

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39. 水下湿法FCAW焊缝成形的数值分析
赵博,武传松,贾传宝,袁新
金属学报    2013, 49 (7): 797-803.   doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00061
摘要400)      PDF (1617KB)(854)   

从陆上空气中气体保护焊接和水下湿法气体保护焊接的共性与特性入手,考虑水下湿法焊接热过程的特点, 应用有限元软件SYSWELD,建立了水下湿法药芯焊丝熔化极气体保护电弧焊接(FCAW)热过程和温度场的数值分析模型,计算了4组工艺参数下焊缝成形与形状尺寸的典型数据, 并与实验结果进行了对比,验证了所建立的热源分布模式和水下湿法焊接有限元模型能够模拟水下电弧的作用特点和水下湿法焊接接头的成形特点.实验结果表明, 水下FCAW焊接焊缝成形的规律与常规的熔化极气体保护电弧焊接相似,但同样焊接参数下水下焊接的焊缝更窄, 熔深更大.

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40. Ti-45.5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金热挤压组织与拉伸性能研究
刘仁慈,王震,刘冬,柏春光,崔玉友,杨锐
金属学报    2013, 49 (6): 641-648.   doi:10.3724/SP.J.1037.2012.00762
摘要665)      PDF (4305KB)(881)   

采用包套近等温热挤压得到Ti-45.5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金棒材. 结合有限元数值模拟,研究了挤压变形组织的形成及各部位差异, 获得了棒材不同部位组织与室温拉伸性能的关系.结果表明, 热挤压变形有效细化了片层晶粒尺寸, 棒材轴向各部位组织和室温断后延伸率较为均匀,但径向芯部与边缘差别较大, 且这种径向组织性能差异未能通过后续α单相固溶热处理消除.挤压棒材各部位片层晶粒尺寸随有效应变的增大而减小, 本工作所得挤压棒材中有效应变大于2.25处具有细小均匀组织,而组织类型差异主要由变形过程中的坯料温度变化所致, 其中尾部边缘坯料温度受低温模具激冷作用而迅速下降,相应亚稳α相分解析出γ片层并在后续变形中失稳弯曲而形成界面扭曲的残余片层晶粒.各部位的断后延伸率随片层晶粒尺寸的增大而减小,但芯部断后延伸率较低主要归因于组织中存在片层界面与挤压方向接近垂直的片层晶粒.

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