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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2012年, 第48卷, 第3期 刊出日期:2012-03-11 上一期    下一期
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论文
镍基粉末冶金高温合金中γ'相形态不稳定性研究
胡本芙 刘国权 吴凯 田高峰
金属学报. 2012, 48 (3): 257-263.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00731
摘要   PDF (7046KB)
较系统地研究了低错配度FGH98I和FGH96合金在热处理条件下γ'相的形态演化行为. 结果表明: γ'相的形态失稳形式可归纳为γ'相分裂和γ'相不稳定长出形态, γ'相分裂主要是γ/γ'相间弹性应变场的各向异性和溶质元素富集相互作用造成, 而形状不规则的不稳定长出形态主要是由于基体或晶界局部溶质原子浓度(或过饱和度)变化导致γ'相的非平衡性生长, 讨论了γ'相分裂和不稳定长出形态同时发生现象, 及不连续脱溶析出导致扇形结构的形成机理.
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超大热输入焊接用EH40钢的模拟熔合线组织与性能
张朋彦 高彩茹 朱伏先
金属学报. 2012, 48 (3): 264-270.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00518
摘要   PDF (4535KB)
通过实验室EH40船板钢的超大热输入焊接热模拟实验, 研究焊接熔合线部位的组织与性能, 分析钢中夹杂物对原奥氏体晶界及晶内组织的影响规律. 结果表明: 实验钢在采用800 kJ/cm(t8/5=730 s)的焊接热输入, 峰值温度为1400 ℃(保温30 s)的条件下, --20 ℃的冲击功能够达到150 J以上. 其金相组织由块状的晶界铁素体(GBF)、晶内多边形铁素体(IPF)、晶内针状铁素体(IAF)组成, 且IAF面积分数占50%以上, 无板条贝氏体和粒状贝氏体组织. 实验钢中夹杂物类型合理、密度大, 有效地抑制了GBF的粗化. 钢中存在的直径为5-8 μm的大尺寸夹杂物, 也具有IGF形核能力, 甚至会形成IAF组织, 表现出贫Mn区的形核机制.
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热变形对Fe-0.2C-2Mn合金γ→α转变动力学的影响及理论探讨
夏苑 杨志刚 李昭东 张玉朵 张弛
金属学报. 2012, 48 (3): 271-276.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00515
摘要   PDF (2542KB)
通过热处理实验和理论计算研究了热变形条件下Fe-0.2C-2Mn合金先共析铁素体转变动力学. 金相观察表明, 热变形细化铁素体组织, 并使铁素体形貌趋于等轴状. 在PLE/NPLE理论基础上, 运用Pillbox模型和抛物线长大模型计算了变形前后铁素体的晶界形核率和长大系数, 结果表明, 过冷奥氏体变形促进NPLE模式下铁素体形核的主要原因是奥氏体晶界面积增加和元素扩散加快, 而PLE模式下则是相变驱动力增大占主导. 最后对比分析了热变形对形核和长大的影响程度, 阐明了热变形细化不同温度区间转变的铁素体组织的机制.
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(Ti, Al)N涂层应力沿层深分布的调整及大厚度涂层的制备
赵升升 程毓 常正凯 王铁钢 孙超
金属学报. 2012, 48 (3): 277-282.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00504
摘要   PDF (2456KB)
利用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了(Ti, Al)N涂层, 研究了N2分压改变对涂层残余应力沿层深分布及相关
力学性能的影响. 结果表明, 低N2分压下, (Ti, Al)N涂层残余应力沿层深分布较均匀, 随N2分压的增加, 涂层应力沿层深呈
“钟罩型”分布, 且全膜厚的应力值也明显增大; 通过对涂层生长结构及微观成分分析, 初步探讨了应力分布机理. 随N2分压的增
加, 涂层硬度会显著增加, 而膜/基结合力则大幅下降; 采用改变N2分压工艺制备(Ti, Al)N涂层, 可有效调整涂层残余应力沿
层深分布趋势, 改善其力学性能, 并可成功制备厚度在130 μm以上的硬质涂层.
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高结晶度CrN纳米粒子掺杂的DLC薄膜的显微结构及力学性能
吴忠振 田修波 程思达 巩春志 杨士勤
金属学报. 2012, 48 (3): 283-288.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00512
摘要   PDF (1646KB)
采用高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积(HPPMS-PIID)和常规直流磁控溅射复合的方法设计制备了包含高结晶度的CrN纳米粒子的DLC薄膜, 并对不同C靶电流时制备的CrN-DLC薄膜的形貌、结构及性能进行了研究. 结果表明, 随C靶电流的增加, 薄膜中的含C量增加, 在较高的C含量时形成了明显的DLC薄膜特征, 掺杂相主要成分为高度200择优取向的CrN纳米晶, 其最小晶粒尺寸为42.39 nm. 薄膜中的C主要以C-sp2, C-sp3和CN-sp3键的形式存在, sp3键的总含量为sp2总含量的44.8%. 所制备的薄膜具有很好的膜基结合力(临界载荷Lc=66.8 N)和较高的纳米硬度(最高达24.3 GPa).
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铝基非晶纳米晶复合涂层研究
梁秀兵 张志彬 陈永雄 徐滨士
金属学报. 2012, 48 (3): 289-297.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00598
摘要   PDF (5660KB)
采用自动化高速电弧喷涂系统, 用自行研制的粉芯丝材, 在AZ91镁合金基体表面上制备出Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)分析了Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的微观形貌和组织结构, 结果表明Al--Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层是由非晶相和纳米晶化相共同组成的, 涂层结构致密, 孔隙率约为 1.8%. Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的平均显微Vickers硬度值为311.7 HV0.1, 结合强度为26.8 MPa. 涂层的抗磨损耐腐蚀性能优于Al涂层和AZ91镁合金基体; 其相对耐磨性约为Al涂层的10倍, 为AZ91镁合金的6倍; 其自腐蚀电位值正于Al涂层及 AZ91镁合金, 自腐蚀电流密度值约为Al涂层的1/2, AZ91镁合金的1/5; 其腐蚀后的表面形貌比Al涂层和AZ91镁合金平整, 点蚀较少. Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的耐磨防腐综合性能优异.
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铁素体/贝氏体(F/B)双相钢组织调控及其抗变形行为分析
聂文金 尚成嘉 关海龙 张晓兵 陈少慧
金属学报. 2012, 48 (3): 298-306.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00634
摘要   PDF (6286KB)
本文针对低C, 高Mn和高Nb化学成分, 采用轧后弛豫控制相变的组织调控技术得到5种不同铁素体/贝氏体(F/B)体积含量的双相组织
钢. 用改进的C-J分析方法分析了软相(铁素体)含量, 研究了晶粒尺寸对加工硬化性能的影响, 以及以铁素体和贝氏体为主的软硬相
混合组织的塑性变形协调关系. 并用电子背散射(EBSD)技术验证了双相组织在均匀塑性变形阶段的协调变形行为. 结果表明, 软硬相
的合理比例有利于提高加工硬化程度(高Rt1.5/Rt0.5), 降低屈强比, 同时能保证较高的均匀变形能力. 铁素体与贝氏体
之间的协调变形是提高双相组织钢应力比和均匀伸长率的主要机制.
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柱状晶对Fe-3%Si电工钢再结晶织构演变规律的影响
张宁 杨平 毛卫民
金属学报. 2012, 48 (3): 307-314.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00699
摘要   PDF (6566KB)
在对长轴分别平行于板法向(ND)、轧向(RD)、横向(TD)的柱状晶样品冷轧组织及织构演变规律分析的基础上, 利用XRD与EBSD技术, 对不同退火温度下各样品再结晶织构的形成规律进行分析. 结果表明, 柱状晶样品再结晶织构的演变, 一方面体现了初始取向晶粒的“遗传性”, 即立方织构与Goss织构的形成; 另一方面又展示了柱状晶样品不同于单晶及多晶的“特殊性”, 即{113} 织构的形成、Goss晶粒大大超过立方晶粒的生长能力及TD样品中{110}<110>取向晶粒的消失. 退火温度的变化在不同样品中可造成立方织构的增强或减弱, 这取决于再结晶时的形核及长大环境, 分析认为TD样品低温时形成最强的立方织构与其在冷轧过程中最强的晶界阻力有关. 综合考虑各再结晶织构的转变规律, 其形成与定向形核及定向长大均相关. 研究还证实, 3种柱状晶样品中等压下量冷轧并退火后都可抑制γ线织构的形成.
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取样方向对冷轧Cu板动态强迫剪切变形行为的影响
陈志永 唐林 詹从堃 杨续跃
金属学报. 2012, 48 (3): 315-320.  
摘要   PDF (2649KB)
分别沿与冷轧Cu板轧向成0°(RD-0°)、45°(RD-45°)和90°(RD-90°) 方向取帽形试样, 利用Split-Hopkinson压杆实验装置, 研究了强迫剪切条件下冷轧Cu板的动态变形特征, 结果表明: 冷轧Cu板强迫剪切动态力学行为呈现出明显的各向异性, RD-90°方向屈服强度和峰值应力最大, RD-45°其次, RD-0°方向最小. 不同方向的绝热剪切变形行为也表现出较大的差异, RD-0°方向的绝热剪切带内的变形相比其它两个方向均匀, 绝热剪切敏感性最弱. 基于剪切应力-剪切应变曲线和绝热剪切扩展所需能量, 定性解释了不同方向绝热剪切敏感性的差异. EBSD的实验观察表明三个方向上的剪切带内均有超细晶存在. 基于亚晶旋转动态再结晶机制, 理论计算结果证实了剪切带内发生再结晶的动力学可行性.
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电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响
黄明亮 陈雷达 周少明
金属学报. 2012, 48 (3): 321-328.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00601
摘要   PDF (5540KB)
研究了温度为150 ℃, 电流密度为5.0×103 A/cm2的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响. 回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了(Cu, Ni)6Sn5型化合物. 时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚, 时效800 h后两端的化合物并没有发生转变, 仍为(Cu, Ni)6Sn5型. 电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用. 当电子从基板端流向芯片端时, 电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解, 并导致裂纹在 Sn3.0Ag0.5Cu/(Cu, Ni)6Sn5界面产生, 溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散, 并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu6Sn5 化合物颗粒. 当电子从芯片端流向基板端时, 芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解, 在靠近阳极界面处的钎料中有少量的 Cu6Sn5化合物颗粒生成, 电迁移800 h后焊点仍保持完好. 电迁移过程中无论电子的运动方向如何, 均促进了阳极界面处(Cu, Ni)6Sn5的生长, 阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度. 与Ni相比, 当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.
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定向凝固多孔Cu热沉传热性能的实验研究
陈刘涛 张华伟 刘源 李言祥
金属学报. 2012, 48 (3): 329-333.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00703
摘要   PDF (1661KB)
利用定向凝固多孔Cu制备了气孔呈定向规则排布的多孔Cu热沉, 对沿孔长方向长度20 mm热沉的传热性能进行了实验研究. 实验结果表明, 定向凝固多孔Cu热沉具有优异的传热性能, 当气孔率为29%, 平均孔径为400 μm时, 热沉的换热系数可以达到5 W/(cm2·K), 沿孔长垂直方向将定向凝固多孔Cu切割成沿孔长方向排列的2段后, 其换热系数可以提高到\linebreak 6.5 W/(cm2·K). 这说明当定向凝固多孔Cu沿孔长方向的长度较大时, 通孔率降低限制了热沉的传热性能.
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低C含Cu NV-F690特厚钢板的精细组织和强韧性
刘东升 程丙贵 陈圆圆
金属学报. 2012, 48 (3): 334-342.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00528
摘要   PDF (7279KB)
本文通过板坯连铸、钢板控轧控冷(TMCP)、固溶淬火回火(QT)工业生产流程, 开发低C含Cu高强韧NV-F690特厚(厚度t为80 mm)船体和海洋平台用钢板. 使用SEM, EBSD和TEM分别研究了淬火(Q)态和QT态钢板的精细组织, 测试了距离钢板表面$t$/4处 (高冷却速率)和芯部$t$/2处(低冷却速率)的室温硬度和拉伸性能, 在-60和-80 ℃下进行了Charpy冲击(Charpy V notch, CVN)示波实验. 结果表明, 淬火速率较大有利于板条组织形成和提高大角度晶界比例, $t$/4处的组织为板条状贝氏体(LB), 板条间存在细小片状马氏体/奥氏体(M/A)组元, 晶粒间大角度晶界(>15o)体积分数为67.5%; t/2处的组织为粒状贝氏体(GB)+LB, 大角度晶界体积分数为63.0%; Q态下的LB具有高位错密度, 但晶粒内不存在Cu析出相. 经过650 ℃回火150 min, 钢板的强韧性匹配优良, 低温下呈韧性断裂, 大量含Cu弥散沉淀相在基体组织内析出. t/2处的M/A组元分解为Cr-Mo碳化物, 贝氏体板条宽度为0.4 μm, 大角度晶界分数为62.5%; t/4处的LB板条回复, 板条内存在与基体取向差较大的亚晶, 大角度晶界分数提高到71.7%, 板条平均宽度为0.2 μm. 在-80 ℃下, NV-F690钢板t/4处的韧性高于t/2处的韧性. 随着纤维断裂位移的增大, 韧窝断裂区比例和韧窝尺寸逐渐增大, NV-F690钢低温Charpy冲击能量逐渐提高.
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时效对7055铝合金厚板淬透性的影响
刘胜胆 李承波 邓运来 张新明
金属学报. 2012, 48 (3): 343-350.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00517
摘要   PDF (3505KB)
采用末端淬火实验、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和差示扫描量热法, 研究了时效制度对7055铝合金厚板淬透性的影响. 结果表明: 人工时效前进行长时间的自然时效可提高板材的淬透性, 自然时效和人工时效的淬透深度分别约为78和45 mm, 而自然+人工时效的淬透层深度可达100 mm. 冷却速率减小时, 析出了粗大的$\eta$平衡相, 溶质和空位浓度降低, 时效后的 η'沉淀强化相数量减少, 尺寸增加, 因此硬度降低. 人工时效前的长时间自然时效有利于慢速冷却处形成稳定的 GP区, 最终得到数量更多、分布更均匀弥散、尺寸更细小的$\eta^{\prime}$ 沉淀强化相, 硬度升高, 提高了淬透性.
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AA3104铝合金均匀化过程中的(Fe, Mn)Al6相向α-Al12(Fe, Mn)3Si相转变研究
张永皞 张志清 Robert E. Sanders 刘庆
金属学报. 2012, 48 (3): 351-356.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00689
摘要   PDF (2332KB)
采用SEM背散射电子(BSE)技术以及能谱(EDS)等手段定量研究了加热温度和保温时间对AA3104铝合金中(Fe, Mn)Al6相向α-Al12(Fe, Mn)3Si相转变作用规律, 通过连续截面方法对600 ℃保温条件下不同阶段的共晶相(即 (Fe, Mn)Al6相及α-Al12(Fe, Mn)3Si相)形貌进行三维重构, 从三维角度揭示了转化各阶段共晶相的三维形态. 对转变过程中标志性的铝点进行了定量表征, 结果表明在转化的不同阶段, 对应的铝点形貌特征也不尽相同, 在均匀化进行到一定阶段后, 大量铝点通过扩散而消失, 导致α相体积明显减小. 分析了转化后α相的微观形貌特征, 认为转化后存在的脆弱“双相”界面以及α相内部“疏松多孔”的状态, 将有助于其在轧制过程中的破碎.
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AZ31镁合金单轴压缩中孪生行为研究
黄洪涛 刘伟 A. Godfrey 唐瑞鹤 刘庆
金属学报. 2012, 48 (3): 357-362.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00587
摘要   PDF (3249KB)
本文采用EBSD技术研究了室温下AZ31镁合金单轴压缩实验中不均匀变形对孪生行为的影响. 死区、易变形区、自由变形区处孪生分数统计结果表明, 当应变小于8%时, 3处孪生分数不相等, 应变增加到8\%时, 3处孪生分数均达到90\%左右, 孪生基本完全, 不均匀变形在低应变下对3处孪生分数影响很大, 而在高应变下影响很小. 对2\%应变下3处孪生变体选择机制进行分析, 发现80%以上开动的孪生变体都是对应第一大和第二大Schmid因子变体, 表明3处孪生变体激活均满足Schmid定律. 由于应力状态不同, 自由变形区同时开动两个变体的晶粒百分数大于死区和易变形区.
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考虑固溶及时效处理的镁合金铸件微观组织模拟及力学性能预测
韩国民 韩志强 霍亮 段军鹏 朱训明 柳百成
金属学报. 2012, 48 (3): 363-370.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00586
摘要   PDF (2855KB)
基于改进元胞自动机(CA)模型, 综合考虑铸造、固溶处理和时效处理过程中的微观组织转变, 建立了镁合金铸件微观组织演化模型; 在分析Mg-Al系镁合金第二相析出过程和强化机理的基础上, 建立了镁合金铸件力学性能模型; 针对镁合金汽车轮毂, 采用建立的模型, 模拟预测了铸件关键部位的微观组织演化和力学性能. 结果表明, 铸态和固溶处理条件下屈服强度的预测值与实际测量平均值吻合较好, 而时效处理状态下的预测值与实测平均值有一定差别, 抗拉强度的模拟预测值与实际测量的平均值吻合较好.
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Zn含量对反挤压Mg-8Sn-Zn合金组织演变和力学性能的影响
程伟丽 阙仲萍 张金山 许春香 梁伟 YOU Bongsun
金属学报. 2012, 48 (3): 371-378.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00615
摘要   PDF (5601KB)
利用OM, SEM, TEM, EBSD, XRD和电子材料试验机研究了Zn含量(1%---4%, 质量分数)对反挤压Mg-8Sn-Zn合金组织、织构演化
和力学性能的影响. 结果表明, 所有合金均可在相对较低的挤压温度(250 ℃)和较高的挤压速度\linebreak (2 m/min)下成形. 在反挤压过程
中, 所有在均质化处理后残留的粗大第二相在挤压过程中破碎并沿着挤压方向被拉伸成条带状; 所有的粗大晶粒均转变为细小的等
轴晶, 其平均晶粒尺寸分别为7.4, 8.3和10.5 μm.  随着Zn含量的增加, 在挤压态合金晶内和晶间分布的细小弥散第二相的体
积分数增加, 这些第二相主要由亚微米级的Mg$_{2}$Sn相和纳米级的富Zn相组成. 弥散分布在晶界上的第二相有效地钉扎了晶界,
从而细化了晶粒尺寸. 另外随着Zn含量的增加, 合金的织构强度降低, 这和变形晶粒的体积分数减小有关. 组织细化、织构弱化和
第二相弥散化是Mg-Sn-Zn合金强度提高和拉伸/压缩屈服点各向异性减弱的主要因素.
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不同粒径Ti粉的高速压制行为和烧结性能
闫志巧 陈峰 蔡一湘
金属学报. 2012, 48 (3): 379-384.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00612
摘要   PDF (2538KB)
以平均粒径为150, 75, 48和38 μm的4种Ti粉为原料(依次定义为A, B, C和D粉末), 采用高速压制技术进行成形, 考察粉末粒径对压坯密度、最大压制力和脱模力的影响, 进一步研究粉末的高速压制特性和压坯的烧结性能. 结果表明, 高速压制的压坯密度与粉末粒径和松装密度有关. 冲击能量较小时, 压坯密度主要取决于松装密度, 而冲击能量较高时, 则主要取决于粉末粒径. 在冲击能量≦761 J下成形时, 具有最大松装密度的B粉末所获得的压坯密度最高; 进一步增大冲击能量, 平均粒径最大的A粉末所获得的压坯密度最高. 粉末粒径对压坯密度和最大压制力具有相似的影响, 并且4种粉末的最大压制力和压坯密度之间的关系均符合黄培云压制方程; 但粉末粒径对脱模力无明显影响. 试样的烧结密度随粒径的细化而增加, 同时伴随着不同程度的晶粒长大. 4种压坯经1250 ℃真空烧结后, 最终均获得了近全致密的试样.
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