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2010年, 第46卷, 第4期 刊出日期:2010-04-11
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冷喷涂过程中能量变化及沉积行为的模拟研究
巫湘坤 周香林 王建国 张济山
金属学报. 2010, 46 (4): 385-389.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00620
采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA, 模拟了超音速冷喷涂过程中的颗粒碰撞过程, 研究了高速颗粒与基板碰撞时的能量转化、分配以及颗粒沉积过程, 分析了碰撞速度和材料特性对它们的影响. 结果表明, 碰撞过程中, 颗粒和基板材料均发生塑性变形, 使颗粒的动能被消耗, 且绝大部分动能转变为材料内能. 碰撞完成之后, 颗粒动能被分配到颗粒和基板材料中, 定义碰撞之后分配到颗粒中的与分配到基板中的能量之间的比值为能量分配系数K, K值过高或过低, 均表明颗粒和基板之间变形能力相差较大, 不利于颗粒与基板结合形成良好的涂层. 系统初始动能以及颗粒与基板材料性能对K值都有影响.
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基于刚黏塑性本构关系的钛合金空心整体结构成形过程三维有限元分析
赵 冰 李志强 韩秀全 廖金华 侯红亮 白秉哲
金属学报. 2010, 46 (4): 396-403.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00035
建立了钛合金空心整体结构成形过程的三维有限元模型. 采用刚黏塑性本构关系, 基于Marc有限元程序, 分析了工艺参数对成形的影响. 研究表明, 扭转速度的提高使扭矩仅有较小的变化; 当模具速度和应变速率提高时, 热成形的成形力和超塑性成形的气压将提高. 随成形温度降低, 成形力显著提高, 当温度高于900℃时, 扭转成形的扭矩、热成形的成形力和超塑性成形的气体压力随温度的变化均不明显. 在有限元分析的基础上, 选取合适的工艺参数制备了钛合金空心整体结构模拟件,成形后的钛合金空心整体结构件面板厚度的实测值和模拟计算值具有相同的变化趋势, 两者吻合良好.
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冷轧退火后铁素体不锈钢的晶界面分布
方晓英 王卫国 Rohrer G S 周邦新
金属学报. 2010, 46 (4): 404-410.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00650
采用EBSD技术测定了冷轧退火铁素体不锈钢样品单一截面(轧面)的取向成像显微图(OIM),采用直线拟合法重构出晶界迹线, 利用五参数法对晶界面{hkl}的分布进行了统计分析.结果表明, 经85%冷轧变形的样品再经780℃退火后, 合金虽然不存在明显的晶粒取向织构, 也不存在以特定轴角对为特征的晶界择优分布, 但其晶界面{hkl}的分布却具有一定的择优特性, 而且在不同退火阶段, 随着平均晶粒尺寸由小变大, 择优分布的晶界面随之改变. 当平均晶粒尺寸为9 μm时, 择优分布的晶界面为{100}晶面, 其分布密度超过平均值12%左右; 随着晶粒的长大, 当平均晶粒尺寸达到15 μm时, 择优分布的晶界面以{111}为主, 其次为{100}和{112}晶面, 其最高分布密度超过平均值10%左右. 对于特定取向差晶界, 这种晶界面的择优分布特性明显增强. 分析认为, 退火过程中某些低能晶界由于迁移速率低而被保留下来是晶界面分布存在择优性的重要原因.
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强磁场对Cu--80%Pb过偏晶合金中富Cu颗粒 迁移行为的影响
张林 王恩刚 左小伟 赫冀成
金属学报. 2010, 46 (4): 423-428.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00629
将含有大量富Cu颗粒的Cu-80%Pb(质量分数)过偏晶合金在强磁场作用下进行不同温度的保温实验, 研究了富Cu颗粒在液固混合区的迁移行为. 结果表明, 无磁场作用时, 富Cu颗粒在800℃以上出现迁移而上浮, 900℃以上在试样顶部形成致密的富Cu分层, 颗粒尺寸及迁移速率随温度升高而增加; 富Cu颗粒在迁移过程中可通过熟化长大或合并, 其机制与富Cu液滴不同; 富Cu颗粒群整体向上迁移,颗粒区与枝晶区有明显边界, 颗粒间相互作用可使其迁移速率降低. 强磁场具有降低颗粒迁移速度, 抑制颗粒熟化及合并的作用, 降低了富Cu颗粒的偏析程度,抑制致密富Cu分层的形成. 考虑颗粒间相互作用, 对有无磁场作用下颗粒所受的作用力和运动终端速度进行了分析和计算.
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粉末冶金高温合金FGH97的低周疲劳断裂特征
张莹 张义文 张娜 刘明东 刘建涛
金属学报. 2010, 46 (4): 444-450.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00626
研究了粉末冶金镍基高温合金FGH97在650 ℃, 30-980 MPa, 1 Hz实验条件下的低周疲劳断口的宏观及微观特征, 裂纹源的类型及其形貌特征, 以及裂纹源的位置、缺陷类型、形状和尺寸对低周疲劳寿命的影响. 结果表明, 在本次实验条件下该合金的低周疲劳寿命均超过了5000 cyc; 统计得出, 低周疲劳断口裂纹源在表面的试样占23%, 在亚表面的占47%, 在试样内部的占30%; 裂纹源分平台、粉末颗粒、夹杂物3种类型, 其中平台类型约占5%, 粉末颗粒间断裂占15%, 夹杂物占80%.由统计分析和计算得出, 不同类型裂纹源对疲劳寿命的影响程度不同: 夹杂物最严重,其次为异常粉末颗粒, 再次为局部塑性变形.
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镁合金热变形下变形带的形貌和晶体学特征
杨续跃 姜育培
金属学报. 2010, 46 (4): 451-457.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00581
对不同温度单向压缩下AZ31镁合金不均匀形变组织的形貌和晶体学特征进行了研究. 结果显示: 形变组织具有很强的温度和应变敏感性; 250 ℃时, 晶粒内在变形初期出现大量的{10 12}拉伸孪晶和少数{1011}压缩孪晶, 随着应变量的加大, 拉伸孪晶因相同取向孪晶的合并而急剧减少, 而压缩孪晶明显变粗, 数量也有所增加; 300℃以上时, 非基面滑移被激活后, 出现了与压缩轴基本垂直的扭折带, 其晶体学方向垂直于(0001)基面, 扭折带两侧的主滑移系都为(0001)基面滑移, 变形初期扭折带界面取向差为2°-6°, 随着变形量的增加, 扭折带密度加大; 温度升高至400℃时, 扭折界面发生明显的弯曲. 对扭折带和其他变形带的特征进行了对比考察.
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高压扭转Cu试样微观组织的热稳定性分析
谢子令 武晓雷 谢季佳 洪友士
金属学报. 2010, 46 (4): 458-465.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00673
通过高压扭转对Cu试样施加不同程度的变形, 利用OM, TEM及差示扫描量热仪(DSC)对变形组织微观结构及其热稳定性进行了分析. 在较小的变形程度下, 变形组织为高位错密度的位错胞、亚晶组织, 试样的变形储能随变形量的增大而增大, 在切应变等于13时达到最大, 为0.91 J/mol, DSC曲线显示的放热峰随变形量的增大向低温方向偏移; 进一步变形, 动态回复加剧, 高位错密度的亚晶组织逐渐演化成无位错的等轴状晶粒组织, 试样的变形储能减小, 组织的稳定性提高. 显微硬度随退火温度的提高而减小, 晶粒的明显长大导致显微硬度急剧减小. 出现明显晶粒长大的温度较DSC曲线显示的放热峰起始温度低45℃左右, 这主要是由于变形组织的回复再结晶过程是退火温度与时间的函数,降低处理温度并延长处理时间能达到与高温短时处理相同的效果.
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0.02%Nb空冷仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相钢的相变及强韧性
冯春 方鸿生 白秉哲 郑燕康
金属学报. 2010, 46 (4): 473-478.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00646
采用Gleeble-1500D热模拟机进行热模拟实验和轧制实验,研究了添加0.02%Nb对仿晶界型铁素体(FGBA)/粒状贝氏体(BG)复相空冷钢相变及力学性能的影响. 结果表明, 0.02%Nb使该钢的连续冷却转变曲线右移, 淬透性增加; 0.02%Nb抑制了γ→α相变, 细化了仿晶界铁素体, 促进了粒状贝氏体转变,细化了粒状贝氏体及其内部的铁素体片条及马氏体-奥氏体(M-A)岛. 与不含Nb的FGBA/BG复相钢相比, 由于组织细化及强化相体积分数的提高,含0.02%Nb的复相钢经轧后空冷后抗拉强度上升了157 MPa, 屈服强度增加了93 MPa, 强化效果显著. 分析了添加0.02%Nb使复相钢的组织细化及强化相体积分数增加的原因.
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圆坯连铸电磁旋流水口的数值模拟
苏志坚 李德伟 孙立为 丸川雄净 赫冀成
金属学报. 2010, 46 (4): 479-486.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00713
在浸入式水口外部采用可移动的旋转电磁场装置, 使水口内钢液形成旋转流动.通过对磁场和流场的数值模拟, 分析了电磁参数和电磁旋流装置结构对钢液内磁感应强度和旋流速度大小及分布的影响. 结果表明, 钢液中心竖直轴线上的磁感应强度随线圈电流增大而增大, 随频率增大而减小. 采用圆形磁体时磁感应强度最大且分布均匀, 优于马蹄形磁体; 线圈电流500 A, 频率50 Hz时, 获得了在圆形装置作用下浸入式水口内及结晶器内的钢液的速度矢量分布, 此时结晶器内产生了较强的旋流流动. 从现场操作角度出发,提出了改进马蹄形电磁旋流装置. 通过低熔点合金的电磁旋流实验验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性.
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T6I6时效对6061铝合金拉伸及晶间腐蚀性能的影响
李 海 潘道召 王芝秀 郑子樵
金属学报. 2010, 46 (4): 494-499.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00570
对T6I6时效处理的6061铝合金的拉伸性能、晶间腐蚀性能和电导率进行了测试, 并采用OM和TEM对其组织进行了观察. 结果表明, 6061铝合金经180℃×8 h T6峰值时效后, 虽然强度较高, 但有严重晶间腐蚀倾向;T6I6预时效时间对拉伸性能影响不大, 但中断时效温度和时间对其影响显著.由于较高的中断时效温度和较长的中断时间能获得高密度的晶内析出相和呈球状不连续分布的晶界析出相, 因此, T6I6时效处理后的6061铝合金不仅能保持较高强度, 同时还能显著提高晶间腐蚀抗力. 经180 ℃×2 h+150 ℃×2160 h+180 ℃×8 h T6I6时效, 合金抗拉强度和屈服强度分别为348.5和326.9 MPa, 相对于T6状态, 仅分别下降了2.1%和1.4%,腐蚀类型由T6状态的晶间腐蚀转变为均匀腐蚀, 腐蚀深度约为30 μm.
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凝固速率跃迁对定向凝固Al-40%Cu过共晶合金初生Al2Cu相的影响
全琼蕊 李双明 傅恒志
金属学报. 2010, 46 (4): 500-505.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00706
采用高温度梯度定向凝固装置进行了Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金的定向凝固实验, 研究了凝固速率跃迁过程中的凝固组织演变. 结果表明, 当定向凝固速率从10 μm/s 跃迁减速到2 μm/s时, 由于固/液界面附近的液相成分向共晶点成分变化以及耦合共晶组织的界面生长温度高于初生Al2Cu相的界面生长温度, 合金凝固组织从初生Al2Cu枝晶和Al/Al2Cu共晶组织转变为全耦合层片共晶组织. 组织转变过程中, 板条状的初生Al2Cu相先分解成小尺寸的初生相, 然后小的初生相逐渐被共晶组织所取代, 这种组织转变是凝固界面前沿液相中溶质扩散不足造成的, 而不是由合金中存在的热及溶质对流引起的. 在初生相生长形态中, 由于凝固速率跃迁引起的界面前沿液相中Cu成分富集, 造成凝固界面生长温度升高, Jackson因子α变小, Al2Cu初生相由小平面相向非小平面相转变.
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凝固速率对Nb-Ti-Si基合金整体定向凝固组织及固/液界面形态的影响
王勇 郭喜平
金属学报. 2010, 46 (4): 506-512.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00696
在2050℃的熔体温度下, 在自行研制的定向凝固炉内实现了Nb-Ti-Si-Cr-Hf-Al-B-Y超高温合金的有坩埚整体定向凝固. 采用XRD, SEM, EDS等方法分析了凝固速率分别为2.5, 5, 10, 20, 50和100 μm/s时的整体定向凝固组织、组成相的择优取向及固/液界面形貌, 并讨论了其共晶生长机制. 结果表明: 合金的定向凝固组织主要由沿着试棒轴向排列的横截面为多边形的柱状初生(Nb, X)5Si3(X=Ti, Hf, Cr)相与耦合生长的层片状Nbss/(Nb, X)5Si3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成. 横截面上共晶胞界明显.当凝固速率由2.5 μm/s变化到100 μm/s时, 定向凝固组织细化, 固/液界面经历粗胞状→细胞状→胞枝的演化过程. Nbss/(Nb, X)5Si3共晶两相较低的熔化熵及其前沿较大的动力学过冷度是形成规则共晶的主要原因.
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