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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2013年, 第29卷, 第4期 刊出日期:2013-04-11 上一期    下一期
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论文
利用第一原理研究合金化对γ-TiAl,抗氧化性能的影响
平发平,胡青苗,杨锐
金属学报. 2013, 29 (4): 385-390.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00694
摘要   PDF (2549KB)

利用第一原理平面波赝势方法, 计算了含不同过渡族合金原子时Al2O3TiO2的氧化能, 据此分析了合金化对Al2O3TiO2相对稳定性的影响. 计算结果表明, 几乎所有合金元素均增加Al2O3TiO2的氧化能, 使其稳定性下降. Al2O3TiO2氧化能的差值表明, Nb, Mo, W, Re等显著降低Al2O3相对于TiO2的稳定性, 因此, 可抑制γ-TiAl中Al组分的内氧化, 提高γ-TiAl的高温抗氧化性能.

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Ni-Fe-Ga-Co磁性形状记忆合金定向凝固稳定生长区的组织及择优取向
刘庆华,黄裕金,刘剑,胡侨丹,李建国
金属学报. 2013, 29 (4): 391-398.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00683
摘要   PDF (2807KB)

采用区域熔炼液态金属冷却定向凝固法制备具有择优取向的 Ni52Fe17Ga27Co4磁性形状记忆合金,借助OM, SEM和EBSD研究了稳定生长区的组织特征和择优取向. 结果表明, 在低温度梯度和高凝固速率下, 晶体沿<100>方向生长, 但生长不稳定, 存在初生γ; 当提高温度梯度和降低凝固速率后, 晶体沿<110>方向生长, 柱状晶大小均匀, 无γ, 室温时为沿 (222) 面取向的马氏体单相组织. 马氏体孪晶孪生面为 (110)和(110), 内部无微孪晶; 在马氏体组织中, 观察到了条状分布的磁畴.理论分析结果表明, 晶体稳定生长的条件为高的温度梯度和低的凝固速率. 在该条件下获得了大体积稳定马氏体单变体区.

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贝氏体相变温度对含Ti和Mo低碳热轧TRIP钢的组织与力学性能影响及析出相的微观结构表征
王长军,孙新军,雍岐龙,李昭,张熹,江陆
金属学报. 2013, 29 (4): 399-407.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00745
摘要   PDF (5449KB)

采用SEM与HRTEM对不同贝氏体相变温度下的热轧TRIP钢进行了显微组织观察和含Ti析出相特征分析. 结果表明:贝氏体相变温度对钢的组织形貌、残余奥氏体含量和力学性能均有较大影响, 在400 ℃贝氏体相变温度下, 钢的残余奥氏体含量和强塑积均达到最佳值, 分别为17.13%和23.87 GPa·%. HRTEM表征和分析发现, 钢中存在两类纳米级(Ti, Mo)C析出粒子: 一类为奥氏体内析出且与铁素体基体满足(100)(Ti, Mo)C//(110)α-Fe,[011](Ti, Mo)C//[111]α-Fe 位向关系; 另一类为铁素体内析出且与铁素体基体满足Baker-Nutting位向关系:(100) (Ti, Mo)C//(100)α-Fe,[011] (Ti, Mo)C//[001]α-Fe.

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C含量对冷轧C-Mn-Al-Si,系TRIP钢组织及力学性能的影响
付波,杨王玥,李龙飞,孙祖庆
金属学报. 2013, 29 (4): 408-414.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00656
摘要   PDF (1435KB)

通过OM显微组织观察、XRD和室温单轴拉伸实验对不同C含量(0.1%和0.2%, 质量分数)的冷轧C-Mn-Al-Si系低合金TRIP钢不同热处理工艺下所得组织及其力学行为进行了研究. 结果表明: 在相同的贝氏体区等温时间下, 与低C含量的钢相比, C含量较高的钢获得了相对较少的贝氏体和较多的马氏体, 并且表现出较高的强度和延伸率; 钢组织中较高的C含量和残余奥氏体含量使其在拥有高强度的同时具有更高的延伸率. 拉伸变形过程中应变诱导马氏体相的生成速率与增量应变硬化指数n曲线具有很好的对应关系, 体现了TRIP效应对其变形过程中加工硬化能力的决定作用.

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核电站主管道Z3CN20.09M不锈钢中金属间相的析出行为
王永强,韩军,杨滨,武焕春,王西涛
金属学报. 2013, 29 (4): 415-420.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00730
摘要   PDF (3499KB)

研究了压水堆核电站一回路主管道用Z3CN20.09M铸造奥氏体不锈钢中金属间相的析出行为. 利用Image-pro Plus 6.0 软件统计了时效处理后不锈钢中析出金属间相的数量,获得了金属间相的时间-温度-转变(TTT) 曲线. 结果显示, Z3CN20.09M中析出的金属间相为M23C6σ, 析出温度范围分别为600-900 ℃和600-840 ℃, 其中750 ℃时析出最快. 研究表明, M23C6首先在α/γ相界析出, 然后σ相在铁素体相内形成.M23C6σ相在Z3CN20.09M中固溶化的温度分别为900和850 ℃. 850 ℃时, M23C6相的析出量随时间延长先增多后减少.

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B和P对GH984合金组织和力学性能的影响
肖旋,赵海强,王常帅,郭永安,郭建亭,周兰章
金属学报. 2013, 29 (4): 421-427.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00002
摘要   PDF (5413KB)

利用真空冶炼制备了微合金化Ni-Fe基GH984合金并热锻、轧制成棒材, 采用OM, SEM和TEM观察了标准热处理后B和P微合金化GH984合金的微观组织, 并研究了B和P微合金化对合金力学性能的影响. 结果表明: B或P的微合金化对GH984合金中的析出相影响不大, 合金中的析出相为γ'相、Ti(C, N)相、MC型和M23C6型碳化物. 然而, B和P同时添加使M23C6型碳化物形貌由块状向粒状转变并均匀分布于晶界; B和P的添加对合金的室温和700℃拉伸强度无明显影响,但可成倍提高合金的高温拉伸塑性. 持久寿命随B和P的添加显著提高, 此外, 相对单独添加B, B和P的同时添加可以更好地改善合金的持久性能. 持久试样的断口观察表明, B和P微合金化明显改善了晶界强度, 断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂.

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Al-Mg-Si系合金均匀化过程中β→α相转变动力学研究
曹零勇,郭明星,崔华,蔡元华,张巧霞,胡晓倩,张济山
金属学报. 2013, 29 (4): 428-434.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00608
摘要   PDF (1265KB)

根据已有的实验结果提出了Al-Mg-Si系合金均匀化过程中片层状β-AlFeSi相向球形α-Al(FeMn)Si相转变过程模型图, 并据此采用稳态扩散理论对其转变动力学过程以及555 ℃不同时间相转变过程等进行了系统深入的研究. 结果表明, 均匀化温度Tβ→α相转变的动力学影响很显著, 温度越高, 转变速率越快; 而α相原始核心的大小只略微影响β相溶穿时间; α相核心间距l主要影响转变过程中β相的边界溶解阶段; β相的厚度对β→α相转变过程的影响最大, 特别是溶穿阶段, 随着厚度的增加,转变过程由β相边界溶解为主导的方式向由β相溶穿为主导的方式发生转变; 当β相厚度分别为0.1,0.2和0.3 μm时, 理论预测发生熔断所需均匀化时间分别大于5, 10和15 h, 这与实际的实验结果非常吻合. 此外,β相厚度小于0.3 μm时, 经16-24 h很容易达到转化率f(α)0.9, 因此, 除了优化均匀化过程进而更好地控制β→α相转变之外, 合金熔铸工艺也应该尽量保证基体内的β相厚度小于0.3 μm.

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机械合金化和放电等离子烧结制备Al-Fe合金的微观组织演变
顾健,古飒飒,薛丽红,吴树森,严有为
金属学报. 2013, 29 (4): 435-442.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00647
摘要   PDF (3707KB)

采用机械合金化 (MA) 和放电等离子烧结 (SPS) 工艺制备致密的块体Al-Fe合金. 微观结构分析表明, MA 0和10 h的粉末经过SPS后, 在Al基体上分布着Al/Al13Fe4/Al5Fe2/Fe层状结构的大颗粒铝铁金属间化合物相和细小的条状或点状的Al13Fe4金属间化合物相; MA 20 h的粉末经过SPS后只有单一的Al13Fe4相均匀弥散分布于Al基体上.对Al-Fe二元体系进行热力学和动力学分析, 在SPS过程中Al/Fe界面上的初生形核相为Al13Fe4, 但由于Al5Fe2Gibbs自由能比Al13Fe4, 大颗粒中心部分的Fe与接触的Al13Fe4能进一步发生反应,生成Al5Fe2的同时Fe颗粒自身尺寸相应减小, 这是大颗粒铝铁金属间化合物中Al/Al13Fe4/Al5Fe2/Fe层状结构形成的原因.

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Zr-1Nb-0.7Sn-0.03Fe-xGe合金在360 ℃ LiOH水溶液中耐腐蚀性能的研究
张金龙,谢兴飞,姚美意,周邦新,彭剑超,梁雪
金属学报. 2013, 29 (4): 443-450.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00638
摘要   PDF (4770KB)

对添加微量合金元素Ge的Zr-1Nb-0.7Sn-0.03Fe-xGe (x=0, 0.05, 0.1, 0.2, 质量分数, %) 合金在360 ℃, 18.6 MPa和0.01 mol/L LiOH水溶液中进行静态高压釜腐蚀实验. 利用TEM和SEM研究了合金和氧化膜的显微组织. 结果表明: 添加适量Ge可以显著提高Zr-1Nb-0.7Sn-0.03Fe合金在360 ℃, 18.6 MPa和0.01 mol/L LiOH水溶液中的耐腐蚀性能; 在Zr-1Nb-0.7Sn-0.03Fe-xGe合金中, 除了存在bcc结构的β-Nb型第二相和四方结构的Zr-Nb-Fe-Cr第二相, 还存在四方结构的Zr-Nb-Fe-Cr-Ge和四方结构的Zr3Ge型第二相; 这些第二相的氧化速率比α-Zr基体慢. 腐蚀190 d后, Zr-1Nb-0.7Sn-0.03Fe-0.1Ge合金氧化膜中微裂纹较少, 并且存在较多的Zr2O柱状晶; 添加Ge既可以有效延缓氧化膜中的缺陷形成微孔隙和微裂纹的过程, 又可以延迟Zr2O柱状晶向等轴晶的演化, 因而可以提高合金的耐腐蚀性能.

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气动悬浮冷速控制及Al-7.7Ca共晶合金的凝固组织
张龙,张曙光,余建定,李建国
金属学报. 2013, 29 (4): 451-456.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00718
摘要   PDF (2229KB)

分析了气动悬浮金属样品在凝固过程中的激光能量吸收、热辐射以及对流换热特性, 推导出激光功率调控下的冷速控制公式. 根据气动悬浮Al-7.7Ca共晶合金样品的温度-时间曲线, 验证了计算与实测结果符合较好. 金相观察表明, 气动悬浮Al-7.7Ca共晶合金在低冷速下凝固时呈现规则层片共晶形态;随着冷速提高, 过冷度增大, 晶粒细化, 层片间距减小, 不规则粒状共晶的体积分数不断增加, 证实不规则共晶形成于凝固初期的快速凝固阶段. 规则共晶的层片间距与过冷度的关系符合经典的JH理论, 说明其形成于再辉后的慢速凝固阶段.

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Al70Bi11Sn19合金颗粒的核壳组织
张俊芳,王予津,卢温泉,张曙光,李建国
金属学报. 2013, 29 (4): 457-463.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00729
摘要   PDF (1477KB)

利用Al70Bi11Sn19难混溶合金, 基于相分离制备了Al/Sn-Bi核壳型颗粒. 利用SEM, EDS和DSC研究了颗粒的组织形貌、成分和相变行为, 并结合温度场模拟, 探讨了核壳形貌的形成机理. 结果表明,合金颗粒以具有良好导电导热性的铝合金为内核, 以Sn-Bi亚共晶无铅合金为壳层, 表现出两阶段熔化特征; 随粒径从0.5 mm增大到0.9 mm, 核壳形貌从多核月偏食型向单核同心型及月偏食型转变, 这是由于表面偏析、Marangoni和Stokes运动、Ostwald熟化以及冷速等多种因素相互竞争的综合作用.

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一种快速凝固粉末冶金高温钛合金微观组织特征研究
李少强,陈志勇,王志宏,刘建荣,王清江,杨锐
金属学报. 2013, 29 (4): 464-474.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00654
摘要   PDF (10271KB)

研究了一种快速凝固粉末冶金高温钛合金的微观组织及其影响因素. 结果表明: 热等静压 (HIP)成形温度可以显著地改变钛合金粉末的显微组织, 当HIP成形温度为700 ℃时, 粉末中的α'马氏体相开始微量分解,900 ℃时大量分解, 分解产物为等轴/板条α相和晶界β. α+β两相区HIP成形后的显微组织主要由等轴α相、板条α相和β相组成, 随着温度升高, 等轴相略有长大, 板条α相的长宽比显著降低; β单相区HIP成形后的显微组织为片层组织, 主要由粗大的片层α相和沿原始β晶界分布的晶间α相组成. 粉末粒度越小, HIP成形后的显微组织越细小. α+β两相区HIP成形并在α+β两相区进行热处理后的显微组织主要是由等轴α相和β转变组织组成的双态组织; β单相区HIP成形并在α+β两相区进行热处理后的显微组织是由等轴α相、板条α相和β转变组织组成的三态组织; α+β两相区或者β单相区HIP成形并在β单相区进行热处理后的显微组织均为较细的网篮组织. 稀土Nd含量增加, 显微组织的组成没有发生变化, 但基体中弥散析出的稀土相数量增加, 原始β晶粒尺寸明显减小.

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深过冷Ni-30Sn合金凝固组织演化及反常共晶的形成机制
郭雄,林鑫,汪志太,曹永青,彭东剑,黄卫东
金属学报. 2013, 29 (4): 475-482.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00614
摘要   PDF (3159KB)

采用熔融玻璃净化法+循环过热法, 考察了Ni-30%Sn (质量分数) 亚共晶合金在深过冷快速凝固条件下的再辉行为和组织演化规律. 结果表明, 当过冷度较小时, 合金熔体无明显再辉过程, 随着过冷度增大, 合金熔体凝固逐渐呈现由α-Ni枝晶和(α-Ni+Ni3Sn)层片状共晶或羽毛状共晶向完全(α-Ni+Ni3Sn)反常共晶转变, 在再辉曲线上呈现出由两次再辉向单次再辉的转变. 通过分析Ni-30%Sn亚共晶合金中两相的形核行为、生长速度随过冷度的变化规律以及再辉过程中两相的结晶分数变化, 解释了反常共晶的形成机制. Ni-30%Sn亚共晶合金深过冷凝固反常共晶的形成主要体现在两个方面: 较大过冷度下, 率先形成的细化的α-Ni枝晶骨架在再辉过程中充分熟化、熔断,被依附析出的Ni3Sn相包围, 形成反常共晶; 随着过冷度的增大, 单相枝晶生长向双相枝晶生长转变, 细化的双相枝晶组织在大的再辉度下充分熟化、熔断, 也会形成反常共晶.

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δ相对GH4169合金高温拉伸变形行为的影响
张海燕,张士宏,程明
金属学报. 2013, 29 (4): 483-488.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00620
摘要   PDF (2016KB)

针对GH4169合金的Delta工艺, 通过950 ℃高温拉伸实验研究了δ相对GH4169合金的高温拉伸变形行为的影响. 结果表明: 初始δ相含量为8.21%的GH4169合金的拉伸应力-应变曲线为典型的弹性-均匀塑性型; 且在均匀塑性变形阶段表现为2个不同的变形阶段, 其中第1阶段的加工硬化指数n为0.494, 大于第2阶段的加工硬化指数0.101; 其拉伸断裂机制为延性断裂的微孔聚集型断裂机制, 其中δ相和碳化物是变形断裂中微孔形成的核心, 因此δ相的存在使得合金的高温塑性降低, 在GH4169合金的Delta工艺中必须控制δ相的析出含量.

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DD407单晶高温合金760℃屈服强度的LCP模型分析
张龙飞,燕平,赵京晨,韩凤奎,曾强
金属学报. 2013, 29 (4): 489-494.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00624
摘要   PDF (1204KB)

760℃下, 对22种不同晶体学取向的DD407单晶高温合金进行了拉伸断裂实验, 得到了产生0.2%塑性变形时对应的屈服强度. 使用SEM观察了各取向试样的断口形貌, 并使用XRD辨别了断口的晶体学特征. 结果表明, 靠近[111]取向的试样变形时启动立方滑移系, 而其它取向的试样均启动八面体滑移系. 使用LCP模型建立并分析了屈服强度与晶体取向的关系. 结果表明, 在760℃下, DD407单晶高温合金发生八面体滑移变形时, 屈服强度与晶体取向的关系符合LCP模型; 而沿[111]取向发生立方滑移变形时, 屈服强度与取向的关系偏离LCP模型. 基体γ相的参与变形导致LCP模型应用于γ/γ’双相的单晶高温合金时, LCP参数项b2为正.

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Ti或Al添加对Zr50Cu50非晶合金W润湿行为和界面特性的影响
马国峰,贺春林, 李正坤,张波,李宏,张海峰,胡壮麒
金属学报. 2013, 29 (4): 495-500.  
摘要   PDF (1869KB)

采用座滴法研究了在真空条件下, Al或Ti对Cu50Zr50非晶合金与W基片之间的润湿行为和界面结合状态的影响. 借助SEM和XRD分析了添加Al或Ti对Cu50Zr50非晶合金/W界面微观结构和界面结合机制的影响. 结果表明: Al或Ti的添加有利于降低Cu50Zr50非晶合金熔体的表面张力 , 从而改善了其与W之间的润湿性;在实验范围内, Cu50Zr50非晶合金/W界面附近有新相ZrW2生成, 添加Al或Ti对Cu50Zr50非晶合金/W界面微观结构的影响不同, Al的添加促进了界面反应的进行, 随着Al的添加量增加, 界面反应产物ZrW2相在界面处形成的连续反应层减小, 而在熔体中富Al且贫Cu的相中析出的量增大. Ti的添加抑制了界面反应的进行, 随着Ti的添加量增加, 界面反应物ZrW2逐渐消失, 进而使界面结合机制由最初的溶解扩散和界面反应型混合机制转变为单独的溶解扩散型.

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Al3Sc和Al3Zr金属间化合物热力学性质的第一性原理计算
张旭东,王绍青
金属学报. 2013, 29 (4): 501-505.  
摘要   PDF (444KB)

应用以密度泛函理论和密度泛函微扰理论为基础的平面波赝势方法, 利用第一性原理ABINIT软件, 采用模守恒赝势和局域密度近似计算了L12结构Al3Sc和Al3Zr金属间化合物的结构和热力学性质. 合金形成焓和结合能的计算结果表明,2种金属间化合物都有比较强的合金化能力, Al3Zr较Al3Sc具有更强的结构稳定性. 通过热力学性质的计算, 给出了2种金属间化合物的自由能、定容比热、熵、体积弹性模量和热膨胀率随温度的变化趋势. 体积弹性模量随温度变化关系的结果表明, Al3Sc和Al3Zr析出相有利于提高铝合金的高温抗蠕变性能. 热膨胀随温度的变化关系及Sc和Zr在Al基体中的扩散速率解释了采用Sc和Zr复合微合金化的铝基合金焊丝改善焊缝的强度和提高抗热裂能力的机理.

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Eu掺杂ZnO结构光电性质的第一性原理及实验研究
李泓霖,张仲,吕英波,黄金昭,刘如喜
金属学报. 2013, 29 (4): 506-512.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00667
摘要   PDF (1082KB)

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了稀土Eu掺杂ZnO结构的能带结构、态密度以及光学性质,并与未掺杂体系进行了对比分析. 结果表明, Eu掺杂的ZnO结构引入了由Eu贡献的导电载流子,体系的电导率增强, Fermi能级上升进入导带并表现n型导电性. 光学性质上, 掺杂结构在低能区域的吸收系数要比纯净ZnO高. 在随后的实验部分, 通过烧结法制备了Eu掺杂的ZnO粉体, 并利用SEM, XRD和光致发光光谱(PL)表征了掺杂前后ZnO结构的变化. 结果表明, Eu的掺入使得ZnO的晶格常数变大, 结晶程度变弱.

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