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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2010年, 第46卷, 第8期 刊出日期:2010-08-10 上一期    下一期
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论文
Ru和Cr对镍基单晶高温合金γ/γ'热处理组织演变的影响
陈晶阳 赵宾 冯强 曹腊梅 孙祖庆
金属学报. 2010, 46 (8): 897-906.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00108
摘要   PDF (3641KB)

通过对6种不同Ru (0-5.1%, 质量分数, 下同)和Cr (0-5.7%)含量的镍基单晶高温合金1100 ℃的时效和热处理组织观察与γ/γ'两相的成分分析,研究了Ru和Cr的独立和交互作用对合金元素成分分配比及热处理组织演变的影响.经1100 ℃/8 h时效后, 在枝晶干处, 不含Ru和Cr的基础合金γ'相接近球形,Re在该合金γ/γ'两相中的成分分配比较低, 错配度接近于0.在基础合金中加入高Ru后, γ'相立方度和Re的成分分配比略有增大,错配度变负; 在不含Ru合金与含Ru合金中, 随着Cr含量的增大, γ'相的立方度和Re的成分分配比均显著增大, 错配度明显变负.1100 ℃非加载下的长期热处理研究表明: γ'相接近球形且错配度接近于0的合金γ'相形貌稳定, 在2000 h内只出现了粗化,没有发生筏排化现象; γ'相呈中间态并且错配度较小的合金γ'相粗化趋势较为明显; γ'相接近立方体形且错配度中等的合金在热处理800 h后形成近似筏排组织; 同时加入Ru和Cr, 随着Re的成分分配比和错配度的增大,γ'相为立方体形或长方体形的合金筏排化时间提前; 其中高Ru中Cr合金热处理200 h就出现筏排化趋势, 而错配度最高的高Ru高Cr合金热处理仅50 h就形成筏排组织.

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DZ417G镍基定向凝固高温合金的再结晶
彭胜 周兰章 侯介山 郭建亭
金属学报. 2010, 46 (8): 907-912.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00130
摘要   PDF (2442KB)

研究了喷砂和机加工后DZ417G合金在热处理过程中的组织演化及其对拉伸、持久性能的影响. 结果表明: 喷砂和机加工后, DZ417G合金样品热处理后表面发生了再结晶. 扫描电镜观察发现固溶处理样品中的再结晶晶粒呈等轴晶晶粒, 而在时效处理后再结晶晶粒呈胞状形式生长. 表层再结晶使室温拉伸强度有一定程度的降低, 对高温拉伸强度影响不大. 表面再结晶厚度在持久过程中增加. 表层等轴晶再结晶组织使持久性能降低, 二次胞状再结晶组织将导致持久性能的进一步降低.

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热锻温度对TG6高温钛合金显微组织和力学性能的影响
王涛 郭鸿镇 张永强 姚泽坤 谭立军
金属学报. 2010, 46 (8): 913-920.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00851
摘要   PDF (2519KB)

在850-1075 ℃范围内, 采用恒定的应变速率和变形程度, 对TG6合金进行了近等温锻造实验.利用OM和金相图像分析软件等手段分别测定了TG6合金锻前保温、锻后空冷和锻后热处理试样的显微组织中初生α相的含量, 以及热处理锻件组织中次生片状$\alpha$相的厚度. 结果表明,与锻前保温的合金相比, 较低温度(低于1000℃)下锻造的锻件及其热处理锻件中初生α相含量减少, 且减少程度随锻造温度升高而降低; 而较高温度(大于1000℃)下锻造的锻件及热处锻件中初生α相含量增加, 且增加幅度随锻造温度的升高而增加. 提高锻造温度减小了次生α相形核密度, 造成片状α相厚度随锻造温度的升高而增加. 当在1075℃锻造时, 由于β晶粒过分长大,造成显微组织不均匀. 研究了合金锻件的室温和600℃拉伸性能、冲击韧性及断裂韧性.结果表明, 合金拉伸强度对锻造温度不敏感, 塑性随锻造温度升高而减小, 而室温断裂韧性则随温度升高而增加, 两相区锻造的合金冲击韧性无明显变化, 但当锻造温度接近β相变点时呈现降低趋势. 采用SEM, TEM及OM等手段分析了合金锻件力学性能变化的原因.

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外应力对NiTi合金中共格Ni4Ti3沉淀相长大行为影响的相场法模拟
柯常波 马骁 张新平
金属学报. 2010, 46 (8): 921-929.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00027
摘要   PDF (2412KB)

运用相场模型模拟了外加应力对NiTi形状记忆合金中Ni4Ti3沉淀相组织形貌及长大行为的影响。无外加应力作用的时效过程中,4组Ni4Ti3变体均沿着各自对应的(111)B2惯习面从NiTi基体相中析出;而在<111>B2方向施加压应力时,则只有一组Ni4Ti3变体从NiTi基体相中析出,其惯习面法线方向平行于外加应力方向;单轴压应力作用下时效时, Ni4Ti3形核数量明显增加。外加单轴压应力可促进Ni4Ti3变体的形核和长大,但并不改变变体的面积分数、长度、宽度以及长度-宽度比等参数随时效时间变化的趋势;相同时刻,压应力增大使变体长度及宽度均略微增加,但均小于无应力作用下的情形;而相同时刻,变体的面积分数随外加应力的增大而增加。相场模拟结果与实验观察能较好地吻合。

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马氏体形态的平行多层截面法研究
柳永宁 张贵一 李伟
金属学报. 2010, 46 (8): 930-934.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00007
摘要   PDF (1590KB)

设计了一种平行截面原位观察方法, 并研究了一种C含量(质量分数)为1.37%的高碳钢的马氏体形态. 采用激光打孔定位、超细抛光多层减薄方法原位追踪测量了目标马氏体的长度、宽度与减薄厚度的变化. 以厚度累加变化为横坐标, 测量的长度与宽度对称分布为纵坐标, 还原出的马氏体空间形态为扁椭球体, 而不是传统教科书中描述的透镜体, 椭球的几何参数为a/b≈3, a/c≈20.热力学分析表明: 形核能量除了与材料的物理特性有关外, 还与新相的形状有关. 在同等晶粒尺寸条件下, 扁椭球状新相的形核功明显低于透镜状新相的形核功.含C量降低会导致相变驱动力降低, 并使形核功增加, 马氏体新相晶核为板条形态时可弥补因含C量下降导致的形核功增加.

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原位TiC颗粒弥散强化304不锈钢的制备及组织性能研究
倪自飞 孙扬善 薛烽 白晶
金属学报. 2010, 46 (8): 935-940.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00144
摘要   PDF (1877KB)

用原位熔铸法制备了TiC颗粒弥散强化304不锈钢. 显微组织观察表明,原位合成的TiC颗粒尺寸在3-10 μm之间, 局部有轻微团聚现象. TiC颗粒的加入, 使304不锈钢的强度明显提高, 但塑性有所下降; TiC弥散强化304不锈钢铸锭经电渣重熔后, TiC颗粒细化, 分布更均匀, 且在显微组织中可观察到纳米尺度的TiC颗粒. 电渣重熔后强化钢的强度进一步提高, 塑性也有所改善. 在650℃/150 MPa的条件下, 引入TiC颗粒的强化钢抗蠕变性能远高于304母合金, 而电渣重熔后, 由于TiC颗粒的细化, 钢的抗蠕变性能进一步改善.

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时效析出相对铸造2507超级双相不锈钢力学及耐蚀性能的影响
向红亮 刘东 阮方如 何福善 黄利光
金属学报. 2010, 46 (8): 941-945.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00143
摘要   PDF (7008KB)

通过OM, SEM以及拉伸实验与电化学测试等手段, 研究了高温时效析出金属间相对铸造2507超级双相不锈钢力学及耐蚀性能的影响. 实验结果表明: 材料固溶后经650-950 ℃时效处理, 析出弥散颗粒χ相有提高抗拉强度的作用,σ相却使抗拉强度急剧下降; 二者均使塑性急剧恶化, 拉伸断口均表现为脆性断裂. 在人工海水中, σ相对材料的耐蚀性影响要比$\chi$相弱,其数量越多, 材料耐蚀性越差.

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高温高压水环境中锆合金腐蚀的原位阻抗谱特征
杨波 李谋成 姚美意 周邦新 沈嘉年
金属学报. 2010, 46 (8): 946-950.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00129
摘要   PDF (695KB)

利用电化学阻抗谱等技术研究了360 ℃/18.6 MPa的0.01 mol/L LiOH水溶液中退火态Zr-4合金在转折前后的腐蚀演化过程. 结果表明, 腐蚀转折前,锆合金氧化增重缓慢. 当Zr氧化生成ZrO2时, 由于体积发生膨胀而在氧化膜中产生压应力, 随着氧化膜逐渐增厚, 氧化膜外层的压应力因微观缺陷凝聚而得到松弛,使得氧化膜由均匀致密的单层结构演化为外层疏松、内层致密的双层结构, 阻抗谱也由单一容抗弧演变为双容抗弧, 并出现高频弧减小而低频弧增大的现象. 当氧化膜形成裂纹等宏观缺陷后, 腐蚀发生转折, 氧化增重加快, 阻抗谱的2个容抗弧均快速减小.腐蚀电位和电化学阻抗谱均能原位获得腐蚀转折点的突变信息.

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外加电位对X80钢及其焊缝在库尔勒土壤 模拟溶液中SCC行为的影响
陈旭 吴明 何川 肖军
金属学报. 2010, 46 (8): 951-958.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00102
摘要   PDF (5627KB)

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸实验研究了X80钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中的应力腐蚀行为, 并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.结果表明, X80管线钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中的极化曲线具有典型的活性溶解特征. 阳极极化及自腐蚀电位下, 裂纹萌生于点蚀坑及夹杂物处,X80钢及其焊缝的开裂机制为阳极溶解; 外加电位为-900 mV(vs SCE)时,母材处于阴极保护状态, 应力腐蚀敏感性较低, 而焊缝的应力腐蚀敏感性明显增加; 当外加电位负移至-1200 mV(vs SCE), 母材和焊缝均表现出较高的SCC敏感性,其开裂机制为氢和应力协同作用下的氢致开裂. 相同电位下, 焊缝的应力腐蚀敏感性高于母材, 其断裂位置多在热影响区, 这是由焊接过程中产生的冶金相变和残余应力造成的.

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冷却速率对变形与未变形X80管线钢组织的影响
邓伟 高秀华 秦小梅 高鑫 赵德文 杜林秀
金属学报. 2010, 46 (8): 959-966.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00005
摘要   PDF (4604KB)

通过相同温度、不同冷却速率下不变形和变形量为0.7的热模拟压缩实验,研究了冷却速率对变形和未变形X80管线钢组织的影响. 结果表明:与未变形试样比较, 真应变0.7的变形使X80管线钢的贝氏体转变开始温度提高了30-80 ℃, 且冷却速率越大, 相变点越低, 相变经历的时间越短. 无变形试样连续冷却时得到的组织主要为贝氏体, 且存在原始奥氏体晶界.真应变为0.7时, 在1-40 ℃/s范围内, 随冷却速率增加, X80管线钢的组织依次为: 多边形铁素体、准多边形铁素体、块状铁素体、粒状贝氏体、针状铁素体(+粒状贝氏体)和板条贝氏体. 淬火组织为马氏体. X80管线钢在真应变为0.7的条件下获得针状铁素体(贝氏体铁素体)的冷却速率范围为10-20 ℃/s. 在该范围内, 冷却速率越大, 大角度晶界比例越高, 晶粒越细小.

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晶粒尺寸和内应变不同的2种Fe粉的微加工过程与电磁性能
周静 王维 孙志刚 官建国
金属学报. 2010, 46 (8): 967-972.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00117
摘要   PDF (2015KB)

对比研究了2种内应变水平和晶粒大小不同的Fe粉在微加工过程中的形貌演变和微波电磁性能的变化规律. 结果表明, 与羰基Fe粉相比, 表面粗糙度和内应变水平较大, 晶粒较小的自制Fe粉在形状控制剂的协助下, 经10 h的微加工就能得到大而薄的片状Fe粉; 延长微加工时间($t$)至12 h, 存在的高内应变使片状结构破碎, 宽度减小; 进一步延长至t=24 h, Fe粉继续变薄, 制备出宽厚比较大、宽度较小的片状Fe粉. 该片状Fe粉同时具有高的磁导率和较低的介电常数, 用其组成的环氧树脂基复合材料在体积分数为20%, 厚度为1.5 mm时反射率小于-10 dB的带宽为8.2 GHz, 最低反射率为-14.6 dB.

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具有永磁性能的SmCo2纳米晶合金化合物的制备与表征
梁海宁 宋晓艳 张哲旭 卢年端 刘雪梅 张久兴
金属学报. 2010, 46 (8): 973-978.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00133
摘要   PDF (1296KB)

结合高能球磨和放电等离子烧结技术, 通过非晶合金粉末在烧结致密化的同时发生完全纳米晶化的机制, 制备出了致密的SmCo2纳米晶合金块体材料,其平均晶粒尺寸约22 nm. 对SmCo2纳米晶合金化合物的显微组织、晶体结构和相组成等的表征和分析表明, SmCo2纳米晶合金在室温下不能以单相的形式存在, 发生分解形成SmCo3, Sm9Co4和SmCo2多相共存的合金体系; 而粗晶合金可以SmCo2单相在室温下稳定存在.结合纳米晶热力学计算阐释了粗晶合金和纳米晶合金的相稳定性及其转变规律.对磁性能的测定表明, 与同种成分粗晶合金只有微弱的磁性能相比,SmCo2纳米晶合金表现出明显的永磁特性, 且具有良好的综合磁性能.

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Bi2O3涂覆Al18B4O33晶须增强铝基复合材料的阻尼性能
刘刚 孙雅丽 胡津 周科
金属学报. 2010, 46 (8): 979-983.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00067
摘要   PDF (4825KB)

采用挤压铸造方法制备了Bi2O3涂覆Al18B4O33晶须增强的铝基复合材料. 探讨了Bi2O3含量、应变振幅、温度以及频率对涂覆复合材料阻尼性能的影响. 并对涂覆后复合材料的阻尼机制作了初步的探讨.研究发现, 涂覆复合材料在80和285℃附近存在2个明显的阻尼峰. 涂覆复合材料的阻尼性能不仅强烈依赖于晶须表面涂覆物的含量, 而且依赖于应变振幅. 高温阻尼峰P2随涂覆物含量及应变振幅增加而提高的幅度更大. 低温阻尼峰P1在涂覆复合材料中的阻尼机制归因于位错运动及由Bi引起的界面滑移. 阻尼峰P2随应变振幅的增加阻尼机制由界面滑移机制向界面滑移与Al晶界滑移混合机制转变.

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等离子弧定点焊熔池穿孔过程的数值分析
王小杰 武传松 陈茂爱
金属学报. 2010, 46 (8): 984-990.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00021
摘要   PDF (1641KB)

利用Level-Set理论与方法追踪小孔界面的演变过程, 建立了等离子弧定点焊熔池与小孔的数学模型, 对不锈钢试件等离子弧定点焊熔池的穿孔过程进行数值模拟,获得了多种工艺条件下熔池与小孔形状和尺寸的动态变化数据. 结果表明,6 mm厚度不锈钢试件等离子弧定点焊, 当焊接电流为170和180 A时, 分别在2.7和2.5 s形成贯穿工件厚度的小孔; 等离子弧定点焊过程中, 小孔断面的形状由开始的U字型转为V字型, 穿透工件后又呈现类似双曲线型. 通过测量熔池穿孔时刻的等离子弧尾焰电压信号, 对数值分析结果进行了实验验证.

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受控脉冲穿孔等离子弧焊小孔热滞后效应的研究
贾传宝 武传松 高进强
金属学报. 2010, 46 (8): 991-996.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00073
摘要   PDF (1426KB)

利用自主研发的受控脉冲穿孔等离子弧焊接系统及其控制模式, 进行了等厚度板和变厚度板的受控脉冲穿孔等离子弧焊接工艺实验. 本文中定义小孔的热滞后时间(tL)为尾焰电压信号达到其峰值70\%时所需时间(tVE0.7)与焊接电流达到峰值所需时间(tIP)之差, 并测定了不同工艺条件下小孔的热滞后时间.实验结果表明, 等厚度不锈钢板焊接实验条件下, 小孔的热滞后平均时间是0.36 s; 变厚度不锈钢板焊接实验条件下, 随着试件厚度逐渐变薄, 焊接电流峰值不断降低,但各个周期内小孔的热滞后时间的波动幅度不大, 其平均值为0.22 s.

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含Ti复合第二相粒子对微合金钢焊接热影响区组织和性能的影响
舒玮 王学敏 李书瑞 贺信莱
金属学报. 2010, 46 (8): 997-1003.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00135
摘要   PDF (3630KB)

系统分析了含Ti的复合第二相粒子对微合金钢模拟焊接热影响区(WHAZ)组织和性能的影响.研究发现, 即使在较长的相变冷却时间t8/5=120 s下(对应焊接线能量为100 kJ/cm), Ti脱氧实验钢的模拟WHAZ低温冲击韧性也明显好于Al脱氧对比钢. 含Ti的第二相粒子对WHAZ性能的改善作用主要表现在以下两个方面: 首先, 钢中弥散分布着大量尺寸在几百纳米的含Nb的TiOx--MnS粒子以及尺寸小于50 nm的含TiOx$的NbC粒子,这两类小尺寸的第二相粒子有效地阻碍了焊接热循环过程中原奥氏体晶粒的长大,细化了焊接热影响区的微观组织; 此外, 尺寸在1---3 μm范围内的TiOx--MnS型复合粒子能够有效地诱导晶内针状铁素体(IAF)在其表面形核, 这些形核长大的IAF分割了原奥氏体晶粒, 从而进一步细化了微观组织.在以上两种因素的共同作用下, Ti脱氧实验钢经过不同模拟焊接热循环后, 组织得到明显细化, WHAZ的低温冲击韧性明显好于Al脱氧对比钢.

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冶金搅拌管式反应器内液/固两相流模拟的研究
赵秋月 张廷安 曹晓畅 刘燕 蒋孝丽
金属学报. 2010, 46 (8): 1004-1008.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00811
摘要   PDF (1918KB)

以新型冶金多相流搅拌管式反应器为研究对象, 建立了搅拌反应器内的液/固两相流动数学模型, 采用数值模拟的方法研究了管式反应器内两相流场的速度分布、浓度分布及临界悬浮转速, 并与实验结果进行对比. 结果表明, 增加搅拌装置的管式反应器与传统管式反应器相比, 湍流性能大大增强, 且不存在流动死区,在搅拌转速为150 r/min时, 两相流获得的最大速度为1.58 m/s; 搅拌转速为150和250 r/min时, 径向混合相对均匀, 较低转速(25 r/min)和较高转速(350 r/min)均不利于两相混合; 在固体浓度为2%和7.5%时, 临界悬浮转速分别为35和38 r/min.

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带钢热连轧机工作辊非稳态传热的数值模拟
冯明杰 王恩刚 赫冀成
金属学报. 2010, 46 (8): 1009-1017.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2009.00869
摘要   PDF (1397KB)

以Flunet 6.3为平台, 利用多重坐标系和自定义函数功能, 研究了3种常用复合轧辊在带钢热连轧过程中的非稳态温度波和热流波的传播特点, 并对其引起的热冲击现象进行了探讨. 结果表明, 辊内的温度分布和传播特点可以分为高频和低频2种非稳态温度波来进行研究. 高频温度波随着深度的增加快速衰减, 最大影响深度不超过7.5 mm,而低频温度波衰减较慢, 深度超过了20 mm. 热冲击随着深度的增加而快速减小,在同样的条件下, 高速钢复合轧辊的热冲击深度最大, 而高Ni--Cr铸铁复合轧辊的热冲击深度最小. 随着轧钢块数的增加, 工作辊每轧制一块带坯的吸热量减少,散热量增加, 留存的热量减少.

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复合磁场作用下金属液面行为的实验研究
邓安元 王恩刚 徐永义 张兴武 赫冀成
金属学报. 2010, 46 (8): 1018-1024.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00066
摘要   PDF (2028KB)

以低熔点Sn-32%Pb-52%Bi合金作为模拟介质, 实验研究了高频交变磁场以及复合磁场(交变磁场+静磁场)作用下结晶器内液面波动及其不稳定行为. 实验发现,单独施加交变电磁场时, 液态金属表面处于波动状态, 随着交变磁场磁感应强度增加,液面会依次出现稳定凸起圆台形变形和液柱的随机摆动现象; 发生摆动时的凸起液面主要呈柱状和三棱柱状, 此时液面中心波动略强于三相点处. 随交变磁场磁感应强度增加,中心点处的波动主频率逐渐增大. 横向水平静磁场(0-1.44 T)的施加能显著抑制交变磁场作用下变形液柱的不稳定摆动行为; 增加静磁场磁感应强度, 液柱的摆动幅度减弱.静磁场可以有效抑制液面的波动, 增加静磁场强度, 熔池自由表面出现拉伸现象,在强静磁场作用下, 液面出现规则层波. 实际应用中应有一个合理的静磁场磁感应强度范围,此时液面较稳定, 液面波动振幅和主频率均较小.

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