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2011年, 第47卷, 第9期 刊出日期:2011-09-11
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加工工艺对N18锆合金在360 ℃/18.6 MPa LiOH水溶液中腐蚀行为的影响
张欣 姚美意 李士炉 周邦新
金属学报. 2011, 47 (9): 1112-1116.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00238
将经过不同加工工艺处理的N18锆合金样品放入高压釜中, 在360 ℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行310 d的长期腐蚀, 用TEM和SEM观察样品的显微组织, 研究加工工艺对N18合金腐蚀行为的影响. 结果表明, 样品在冷轧退火处理之前进行$\beta$相水淬处理, 得到尺寸在几十纳米均匀弥散分布的第二相, 其耐腐蚀性能最好; 提高加工过程中的中间退火温度至740 ℃, 样品由于第二相长大到数百纳米使耐腐蚀性能明显变坏, 腐蚀到150 d时发生转折, 转折后的腐蚀速率急剧增加; 样品经780 ℃保温2 h和800 ℃保温2 h处理后, 其显微组织中存在β-Zr, 这对N18锆合金的耐腐蚀性能是有害的, 但只要在后续的加工热处理过程中能使β-Zr分解, 获得细小的第二相, 则合金的耐腐蚀性能可恢复到较好的水平.
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变形温度对Fe-23Mn-2Al-0.2C TWIP钢变形机制的影响
秦小梅 陈礼清 邸洪双 邓伟
金属学报. 2011, 47 (9): 1117-1122.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00217
利用控温拉伸实验, 结合微观组织形貌观察和层错能的计算, 分析了在-60-600℃温度范围变形时高锰TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C力学性能和显微组织的变化规律及变形温度对其变形机制的影响. 结果表明, 随着变形温度的升高, TWIP钢的强度和延伸率总体上呈现先降低后增加, 然后又降低的趋势. 在300℃变形时, 强度和延伸率均出现峰值; 随着变形温度由-60 ℃升高到600℃, 层错能逐渐增加, 其变形机制由孪生为主转变为以滑移为主; 低温变形时, 组织中存在大量形变孪晶, 随变形温度升高, 形变孪晶数量逐渐减少. 当变形温度达到600℃时, 未发现孪晶, 主要存在位错, 并出现大量的位错胞, 试样发生软化; 低温变形时产生的高密度形变孪晶诱发的塑性使TWIP钢具有良好的低温力学性能.
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半固态SCN-5H2O模型合金流变性与组织特征的耦合分析研究
王红艳 林鑫 王理林 马良 杨东辉 黄卫东
金属学报. 2011, 47 (9): 1123-1128.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00252
采用旋转流变仪研究了剪切速率和不同工艺(连续冷却和重熔加热)对半固态SCN-5H2O(摩尔分数, %)透明模型合金流变性与微观组织的耦合影响规律. 结果表明, 剪切速率的跃变升高会导致合金熔体的表观黏度呈现出暂态的剪切稠化和稳态剪切稀化现象. 而随着剪切速率的增加, 相应的组织呈现出非枝晶颗粒尺度逐渐减小, 团聚体的分布更加分散的特征, 但微观组织的形状因子随剪切速率变化不大. 半固态合金熔体在重熔加热过程中的微观组织比连续冷却过程所获得的组织, 颗粒尺度更大、形状因子略有减小, 同时, 团聚体的聚合作用更加强烈, 这也导致合金熔体在重熔加热过程中的表观黏度高于连续冷却过程所获得的数值.
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含等离子喷涂ZrO2热障涂层的Ti3XC2(X=Al, Si)性能研究
刘静 盛洪飞 张保山 彭良明
金属学报. 2011, 47 (9): 1141-1146.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00266
在1450 ℃真空下保温1.5 h进行热压反应烧结制备了纯度为90%以上的Ti3AlC2和Ti3SiC2层状结构陶瓷, 研究了它们的物相组成、微观结构、力学性能及热物理特性, 并在2种陶瓷基体上进行了无金属粘结过渡层等离子喷涂ZrO2 热障涂层处理, 考察了涂层的结合强度与热冲击特性. 结果表明, Ti3AlC2和Ti3SiC2基体材料的抗弯强度和断裂韧性分别为536 MPa, 7.8 MPa·m1/2和457 MPa, 6.8 MPa·m1/2, 在25-1000 ℃温度范围内的平均线膨胀系数分别为8.77×10-6和9.14×10-6/℃, 前者的力学性能与热稳定性均优于后者; 等离子喷涂后, 整体材料的热导率下降幅度达60%以上, 涂层与基体结合牢固且具有良好的抗热冲击特性; 对2种基体的涂层隔热效应的计算表明, 0.3 mm厚ZrO2涂层外表面与内界面的温差分别为341和358 ℃, 可显著提高工件的使用温度.
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AZ31镁合金连续强流变轧制成形过程温度场模拟与优化
管仁国 张秋生 戴春光 赵占勇 刘春明
金属学报. 2011, 47 (9): 1167-1173.
采用数值模拟与实验相结合,对AZ31镁合金连续强流变轧制成形过程温度场进行了模拟与优化.结果表明,在倾斜板表面,合金温度从浇注口到出口逐渐趋于线性降低;在横断面上,接触倾斜板一侧合金温度比上侧低,当浇注温度大于690℃时,熔体在倾斜板出口温度高于AZ31合金液相线温度,容易发生制品断裂.在轧制变形区后滑区,主要发生半固态金属变形,合金从孔型入口到出口温度逐渐降低,半固态区间随着浇注温度的升高而增长,温度等值线发生两次弯曲,表层合金温度等值线向孔型出口凸出,而中心合金温度等值线向孔型入口凸出,其弯曲程度从中性面到孔型入口越来越明显;在轧制变形区的前滑区,主要发生固态金属的变形,温度等值线发生一次弯曲,且向孔型出口凸出.在本实验条件下,较合理的浇注温度范围在670~690℃之间.
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钢质蜂窝夹芯板的弯曲疲劳损伤模型
邹广平 芦颉 曹扬 刘宝君
金属学报. 2011, 47 (9): 1181-1187.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00253
研究了钢质蜂窝夹芯板的室温四点弯曲疲劳行为, 得到疲劳寿命(S-N)曲线. 结果表明, 在载荷比R=0.20时, 钢蜂窝夹芯板疲劳行为体现明显的方向性. L向芯子排列试件较W向易于承受循环载荷, 疲劳强度极限分别为1369和859 N. 基于等效剪切模量退化理论, 建立了寿命预测和损伤演化模型. 结果发现, L向试件损伤开始萌生的循环次数约占总寿命的86%-90%, W向试件高载荷时为73%, 较低载荷时退化为48%. 在不区分芯子排列方向时, 可分别用二阶多项式和指数模型描述高、低载荷水平的损伤演化规律, 模型体现出较强的材料相关性.
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超细晶硬质合金显微组织参数与力学性能定量关系的研究
赵世贤 宋晓艳 刘雪梅 魏崇斌 王海滨 高杨
金属学报. 2011, 47 (9): 1188-1194.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00262
对超细晶WC-Co硬质合金的复相显微组织进行了系统的定量化表征和分析, 获得了WC晶粒尺寸dWC, Co相平均自由程LCo和WC晶粒邻接度CWC-WC等显微组织参数与力学性能的定量关系, 模型预测结果与实验测定结果符合很好. 结果表明, 当CWC-WC基本相同时, 超细晶硬质合金的硬度分别与dWC-1/2和LCo-1/2成线性正比关系, 断裂韧性KIC分别与dWC-1/2和LCo-1/2成确定性函数关系. 在Co含量一定、WC平均晶粒尺寸基本相同的情况下, 随着 CWC-WC的增大, 超细晶硬质合金的横向断裂强度降低, 且当CWC-WC>0.5时, 硬质合金的强度随CWC-WC增加显著下降.
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含Nb锆合金中第二相的吸放氢性能
王锦红 王荣山 翁立奎 张晏玮 耿建桥
金属学报. 2011, 47 (9): 1200-1204.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00103
参照含Nb锆合金中第二相的成分, 熔炼了(Zr, Nb)2Fe, Zr(Nb, Fe)2和β-Nb合金. 成分测试结果表明, 所炼合金的成分与锆合金中的第二相相同. XRD分析结果表明, 除(Zr, Nb)2Fe外, Zr(Nb, Fe)2和β-Nb合金的相结构也与锆合金中的第二相相同. 各合金的压力-成分-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学曲线表明, 3种合金和纯Zr的可逆吸放氢能力按Zr(Nb, Fe)2, (Zr, Nb)2Fe, β-Nb和Zr顺序依次减弱.
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外磁场下MIG焊梯度功能材料制备模拟及实验研究
张海鸥 王超 王桂兰
金属学报. 2011, 47 (9): 1221-1226.
DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00640
建立了梯度功能材料MIG焊熔积成形制备时磁场环境、焊枪及金属焊样的三维有限元模型. 采用Maxwell涡流场及瞬态场对永磁场、交变磁场以及无外加磁场3种MIG焊工艺进行了模拟, 并进行了相关实验验证. 模拟结果表明, 永磁场条件下, 熔池受恒定强磁力作用, 对熔化金属的搅拌能力弱, 无法充分使Al粉和合金钢焊丝融合, 不能实现制备梯度功能材料的目的; 交变磁场条件下, 因熔池受到轴向振荡磁力和横向挤压磁力的共同作用, 对熔池的搅拌作用强, 有助于梯度功能材料的熔积成形. 实验结果与模拟结果符合良好, 无磁场条件下, 制备出的材料Al含量梯度功能不佳; 永磁场条件下, Al粉无法进入焊样中; 交变磁场条件下熔积成形的焊样中Al含量呈梯度分布.
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