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2010年, 第46卷, 第5期 刊出日期:2010-05-11
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高温合金在能源工业领域中的应用现状与发展
郭建亭
金属学报. 2010, 46 (5): 513-527.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00860
高温合金在能源领域中有着广泛的应用. 煤电用高参数超超临界发电锅炉中, 过热器和再过热器必须使用抗蠕变性能良好, 在蒸汽侧抗氧化性能和在烟气侧抗腐蚀性能优异的高温合金管材; 在气电用燃气轮机中, 涡轮叶片和导向叶片需要使用抗高温腐蚀性能优良和长期组织稳定的抗热腐蚀高温合金; 在核电领域中, 蒸汽发生器传热管必须选用抗溶液腐蚀性能良好的高温合金; 在煤的气化和节能减排领域, 广泛采用抗高温热腐蚀和抗高温磨蚀性能优异的高温合金; 在石油和天然气开采, 特别是深井开采中, 钻具处于4-150 ℃的酸性环境中, 加之CO2, H2S和泥沙等的存在, 必须采用耐蚀耐磨高温合金. 本文简要介绍了国内外高温合金在上述领域中应用的现状与发展.
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稀土元素Gd对NiAl-Cr(Mo)-Hf共晶合金的组织和压缩性能的影响
梁永纯 郭建亭 盛立远 周兰章
金属学报. 2010, 46 (5): 528-532.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00747
采用真空电弧炉熔炼方法制备了添加稀土元素Gd的Ni-33Al-28Cr-5.9Mo-0.1Hf (原子分数, %)合金, 运用扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)及透射电镜(TEM)分析了该合金的微观组织形貌和相组成, 采用Gleeble 1500进行了室温及高温压缩性能测试. 研究表明, 稀土元素Gd极少部分固溶于NiAl与Cr(Mo)相中, 大部分参与形成Heusler相. 适量Gd可细化共晶合金的组织, 即减小NiAl/Cr(Mo)共晶胞的尺寸及共晶层片的间距, 因此提高了合金的室温压缩屈服强度与压缩塑性, 但对1373 K时的压缩强度影响较小. 当Gd含量达到0.1 (质量分数, %)时, 共晶胞界宽化, 且胞界的Cr(Mo)相出现粗化及不规则分布现象, 导致室温和高温压缩性能降低.
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X80管线钢的冲击断裂行为
邓伟 高秀华 秦小梅 赵德文 杜林秀 王国栋
金属学报. 2010, 46 (5): 533-540.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00461
在$-$20和$-$60℃对X80管线钢进行Charpy冲击实验, 用SEM--EDS对断口进行形貌和夹杂物成分分析, 并将断口切开进行金相和EBSD
观察, 研究X80管线钢的冲击断裂行为. 结果表明: 温度对X80管线钢最大冲击载荷影响较小, 但随实验温度降低, 裂纹形成功、裂纹扩展功和止裂后吸收的能量显著减小. 在冲击断裂过程中强烈的拉应力作用使断口附近产生变形带, 晶粒沿与主裂纹垂直的方向被拉长, 原始奥氏体晶界几乎不变形, 因而产生应力集中, 并产生沿晶界的断裂. 同时, 钢中的脆性第二相粒子也是裂纹源. 在裂纹扩展过程中, 强烈的内应力使主裂纹附近的晶粒产生剧烈的变形, 拉长直至破裂, 并形成新晶粒; 新形成的晶界表现为大角晶界. 裂纹扩展区附近的晶粒尺寸较原始组织细小而大角晶界比例有所增加. -20 ℃冲击断口裂纹扩展区附近的晶粒尺寸比原始组织小得多, 而-60℃断口裂纹扩展区附近的晶粒尺寸与原始组织相差不大.
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湿H2S环境中L360MCS钢焊接热影响区的应力导向氢致开裂行为
周成双 郑树启 陈长风
金属学报. 2010, 46 (5): 547-553.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00669
利用裂纹面分离及SEM和EDS研究了L360MCS钢焊接热影响区(HAZ)在湿H2S环境中的应力导向氢致开裂(SOHIC)行为. 结果表明: 应力导向氢致开裂裂纹由轴向和纵向两种裂纹组成, 先形成轴向裂纹, 后形成纵向裂纹, 两种裂纹均独立形核. 裂纹带有明显的阶梯状氢致开裂特征, 裂纹面呈现准解理型断口形貌. 拉应力在裂纹形核和扩展方面起主要作用, 拉应力不仅增加了拉伸区的过饱和氢浓度, 而且直接推动纵向裂纹的扩展. 轴向裂纹在MnS和CaS夹杂以及析出相处形核, 以氢压为主要的裂纹扩展动力. 而纵向裂纹则主要在析出相处萌生, 裂纹扩展受拉应力和氢压双重控制, 拉应力为主导.
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固溶处理后冷轧变形7050铝合金时效工艺研究
王东 马宗义
金属学报. 2010, 46 (5): 581-588.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00723
7050铝合金固溶处理后经67%冷变形, 在120 ℃一级时效时, 冷轧引入的大量位错增加了样品强度, 时效4 h样品的强度比T6状态样品提高12.6%. 随时效时间增加, 位错导致的不均匀形核的析出相粗化, 样品的拉伸强度逐渐降低. 但时效32 h样品的强度仍高于T6状态样品. 冷轧后时效样品的晶界析出相与T6状态相比分布较为分散, 并且随时效时间的增加逐渐粗化. 120 ℃时效4 h的样品, 经165 ℃二级时效处理, 随时效时间的增加, 样品中残留位错大量湮灭, 晶内、晶界析出相尺寸均逐渐增大, 导致样品的强度逐渐降低, 而延伸率逐渐升高, 165 ℃时效6 h样品的强度与T76样品相似. 在135-180 ℃二级时效1 h的样品中的位错密度随温度的升高而减小, 同时晶内、晶界析出相尺寸随温度的升高而增大, 导致样品强度逐渐下降.
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热镀锌TRIP钢中马氏体对力学性能的影响
定巍 唐荻 江海涛 黄伟
金属学报. 2010, 46 (5): 595-599.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00773
利用SEM, TEM, XRD, 相变实验和拉伸实验等方法, 分析测试了3种热处理工艺下热镀锌TRIP钢的微观组织、相变产物和力学性能, 并运用碳扩散平衡理论分析了不同热处理工艺下实验用钢的马氏体量, 研究了马氏体量对力学性能的影响. 研究表明: 贝氏体等温相变时间影响组织中的马氏体量, 当贝氏体转变时间由20 s增加到60 s时, 试样中马氏体量由7.08%减少到1.18%; 马氏体量对力学性能有显著影响, 马氏体量多, 马氏体强化效果占主导, 使试样拥有类似双相钢的力学性能, 同时拥有比双相钢更好的延伸率; 随着马氏体量下降, 马氏体强化效果逐渐下降, 当马氏体量减少到1.18%, 实验用钢逐渐呈现出典型的TRIP钢的力学特性.
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电弧离子镀CrN涂层盐雾腐蚀行为
万先松 师玉英 马军 李海庆 宫骏 孙超
金属学报. 2010, 46 (5): 600-606.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00759
采用电弧离子镀技术在38CrA调制钢上制备CrN涂层, 分析了涂层的组织及结构, 研究了工艺参数对CrN涂层中性盐雾腐蚀性能的影响. 结果表明: 3组不同工艺的CrN涂层均由fcc-CrN, hcp-Cr2N以及bcc-Cr相组成; 在N2压强较低时, CrN相表现为{100} 择优取向, N2压强较高时, 则表现为{110} 择优取向. 在高偏压低N2压强下沉积的 CrN涂层结构致密, 残余应力和孔隙率最小, 具有最佳的抗盐雾腐蚀性能. 通过扫描电子显微镜分析盐雾腐蚀后样品的表面腐蚀产物, 并结合极化曲线测量结果, 对其盐雾腐蚀机理进行了探讨.
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室温多向多道次压缩变形制备亚微米和纳米级镁合金
杨续跃 孙争艳 张雷
金属学报. 2010, 46 (5): 607-612.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00785
室温下对AZ31镁合金进行多向多道次变形, 制备亚微米和纳米级细晶镁合金. 通过OM, SEM/EBSD及TEM观察研究不同累积应变量的显微组织及取向演化. 发现低应变多向多道次压缩变形可避免镁合金室温变形下的迅速失稳断裂, 能够累积很大的真应变; 变形初期晶粒中产生大量{1012} c轴拉伸孪晶, 随后$c$轴压缩孪晶的密度逐渐增加且均匀分布于晶粒内, 孪晶分割细化原始晶粒的同时, 压缩孪晶诱发的动态再结晶开始沿孪晶密集与交叉处产生, 将组织进一步细化; 细晶区随着变形道次的增加逐渐增多, 15个道次后整个组织被均匀细化至80-150 nm; 且单道次变形量Δε在0.05-0.1之间取值越大, 晶粒细化效果越显著, 细晶分布越均匀.
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汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金薄板应变强化行为的研究
田妮 赵刚 左良 刘春明
金属学报. 2010, 46 (5): 613-617.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00799
针对汽车车身用Al-0.9Mg-1.0Si-0.7Cu-0.6Mn合金薄板, 通过固溶、T4及退火处理控制其合金相组态, 采用拉伸实验结合TEM/EDS观察研究了薄板在拉伸变形过程中的应变强化指数$n$值的变化规律及其应变强化行为. 结果表明, Al-0.9Mg-1.0Si-0.7Cu-0.6Mn合金薄板的拉伸真应力-真应变不完全满足Hollomon公式, 其对应于不同应变阶段的强化指数n各不相同; 塑性变形早期, 退火态合金薄板的应变强化效应最显著, 塑性变形后期, 固溶态合金薄板的应变强化效应最显著; 拉伸变形任意应变范围内, 固溶态合金薄板的应变强化指数n均高于T4态, 其原因是固溶态合金薄板位错滑移的切应力明显小于T4态合金薄板.
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Cu焊盘TiN/Ag金属化层超声键合性能及抗氧化性能
田艳红 王春青 赵少伟
金属学报. 2010, 46 (5): 618-622.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00807
通过磁控溅射沉积TiN/Ag金属化层作为Cu焊盘的保护层, 非晶态的TiN膜作为阻挡层, 阻止Cu原子的向外扩散; 选择能够与Au丝形成固溶体的Ag薄膜作为键合层, 提高超声键合性能. 超声键合性能测试和抗氧化性能测试表明, TiN/Ag金属化层结构作为Cu焊盘保护层, 具有较好的键合能力, 其键合能力和焊点剪切强度在20-180 ℃的温度范围内随着温度的升高而升高, 在180 ℃时获得了100\%的键合能力, 剪切断裂发生在Au球与TiN/Ag键合面. TiN/Ag金属化层较相同厚度的Ag膜具有更强的抗氧化性能, 原因在于非晶态TiN层对Cu原子的扩散起到了很好的阻挡作用.
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Ti36Zr40Ni20Pd4准晶的热稳定性与室温储氘性能
黄火根 陈亮 李嵘 罗德礼
金属学报. 2010, 46 (5): 629-633.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00821
在Ti40Zr40Ni20准晶合金中掺Pd制备了Ti36Zr40Ni20Pd4准晶合金, 利用X射线衍射(XRD)、金相(OM)、光电子能谱(XPS)、气固反应等对其组织结构和吸氘特性进行了研究. 结果表明, 在吸铸态下该合金形成了二十面体准晶相, 准晶格常数为0.5174 nm. 其热力学稳定性较差, 约400 ℃时转变为tI-Zr2Ni与C14-TiZrNiPd晶体相. 室温下, 其吸氘能力为11.0 mmol/g(相当于 2.2%的吸氢质量分数), 吸氘速率达到0.030 s-1, 准晶结构不变但准晶格膨胀5.5%. 添加的Pd起到催化作用, 与初始合金相比, Ti36Zr40Ni20Pd4准晶合金的活化与储氘能力明显提高.
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电磁引流技术的出钢效率及其影响因素
高翱 王强 李德军 金百刚 王凯 赫冀成
金属学报. 2010, 46 (5): 634-640.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00848
为了克服传统引流砂对钢水的污染, 提出一种采用与钢液成分相同或相近的Fe-C合金代替引流砂, 通过电磁感应加热使其熔化实现自动开浇的电磁引流方法. 利用实验和数值模拟研究了电磁引流装置中水口表面温度随时间的变化规律, 模拟结果与实验结果相吻合. 在此基础上, 考察了感应加热参数(电流强度、电源频率)和感应线圈直径对出钢效果的影响规律, 得出电流强度越大, 电源频率越高, 线圈直径越小, 加热到相同温度所需要的加热时间越短, 越有利于快速加热, 实现顺利出钢的结论. 各因素对出钢时间影响大小的顺序是: 电流强度、电源频率、线圈直径. 找出了可以满足出钢要求的最佳电流强度、电源频率和线圈直径参数, 实验验证了电磁引流技术可以在工艺要求的条件下完成出钢.
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