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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2014年, 第50卷, 第5期 刊出日期:2014-05-20 上一期    下一期
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论文
超快速连续退火对低Si系Nb-Ti微合金化TRIP钢组织和力学性能的影响*
骆宗安, 刘纪源, 冯莹莹, 彭文
金属学报. 2014, 50 (5): 515-523.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00623
摘要   HTML   PDF (16853KB)

采用EBSD和TEM对不同超快速连续退火条件下的低Si系Nb-Ti微合金化TRIP钢进行了显微组织观察, 并探讨了拉伸性能. 结果表明, 100 ℃/s的加热速率和短时保温制度, 使铁素体晶粒细化, 并保留了热轧过程中的弥散细小的微合金元素碳氮化物析出, 因此提高了钢的强度和塑性. 缓冷制度对消除钢的屈服平台有显著作用, 而强度有所下降; 钢的强度随着退火温度的升高而升高. 退火温度在830 ℃时, 残余奥氏体形貌多呈膜状结构与贝氏体铁素体板条相伴出现, 使钢的强度和塑性达到了最佳的配合: 抗拉强度748 MPa, 屈服强度408 MPa, 均匀延伸率21.3%, 加工硬化指数0.27, 强塑积15932.4 MPa·%.

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V-Ti微合金钢的组织性能及相间析出行为*
陈俊, 吕梦阳, 唐帅, 刘振宇, 王国栋
金属学报. 2014, 50 (5): 524-530.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00681
摘要   HTML   PDF (8371KB)

采用热模拟实验研究了等温温度对V-Ti微合金钢组织性能及相间析出行为的影响规律, 利用OM和TEM分析了不同等温温度下实验钢的组织特征. 结果表明, 不同等温温度下均可得到大量铁素体组织, 随等温温度的降低, 铁素体体积分数增加, 铁素体晶粒尺寸减小. 不同等温温度下均可观察到平面相间析出, 且降低等温温度可显著细化相间析出列间距和析出粒子尺寸. 纳米碳化物具有NaCl型晶体结构, 晶格常数约为0.436 nm, 同铁素体基体满足(100)carbide//(100)ferrite和[011]carbide//[001]ferrite的B-N关系. 在680 ℃下等温30 min, 沉淀强化量可达到360.6 MPa.

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低碳高强钢合金元素配分行为对残余奥氏体和力学性能的影响
田亚强, 张宏军, 陈连生, 宋进英, 徐勇, 张士宏
金属学报. 2014, 50 (5): 531-539.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00709
摘要   HTML   PDF (18013KB)

采用双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺, 研究了合金元素配分行为对C-Si-Mn系高强钢微观组织和力学性能的影响. 结果表明, 在760 ℃随着保温时间的延长, 双相区中奥氏体相的体积分数逐渐增多直至达到饱和, 而铁素体向奥氏体扩散的Mn元素含量也逐渐增多直至在两相间达到化学势平衡, 后加热至930 ℃保温120 s, 再淬火至220 ℃, 配分过程中发生了C从马氏体向奥氏体中的扩散偏聚. 经该工艺处理后实验用钢的抗拉强度为1310 MPa, 延伸率可达12%, 强塑积达到15720 MPa·%, 相比传统淬火+碳配分工艺, 双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺过程中Mn配分和C配分共同作用能够显著提高钢中残余奥氏体的含量和稳定性, 从而提高高强钢的室温成形能力.

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N2流量对HIPIMS制备TiSiN涂层结构和力学性能的影响*
王振玉, 徐胜, 张栋, 刘新才, 柯培玲, 汪爱英
金属学报. 2014, 50 (5): 540-546.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00698
摘要   HTML   PDF (8648KB)

采用高功率脉冲磁控溅射 (HIPIMS) 技术在N2流量为10~50 mL/min下沉积TiSiN涂层, 利用台阶仪, XRD, XPS, SPM, SEM, HRTEM和纳米压痕仪对涂层的沉积速率、相结构、成分、形貌和力学性能进行了分析, 并研究了不同N2流量对等离子体放电特性的影响. 结果表明, 在不同N2流量下, TiSiN涂层均具有非晶Si3N4包裹纳米晶TiN复合结构, 涂层表面粗糙度Ra为0.9~1.7 nm; 随N2流量的增加, 等离子体的放电程度减弱, 离化率降低, TiSiN涂层沉积速率降低, 其Ti含量逐渐降低, Si含量逐渐增加, 但变化幅度较小; 涂层择优取向随N2流量的增加发生改变, 晶粒尺寸逐渐增大, 硬度和弹性模量逐渐降低, 涂层硬度最高为(35.25±0.74) GPa.

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Cu对TA15-2钛合金表面Stellite 12基激光合金化涂层组织结构及耐磨性的影响*
李嘉宁, 巩水利, 王娟, 单飞虎, 李怀学, 吴冰
金属学报. 2014, 50 (5): 547-554.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00458
摘要   HTML   PDF (10728KB)

在TA15-2表面进行激光同轴送粉合金化Stellite 12-B4C粉末制备耐磨复合涂层. 研究表明, 加入Cu可促使大量超细纳米多晶体及非晶相在涂层中产生, 从而增强涂层的耐磨性. Cu对激光合金化涂层的纳米化过程, 是利用Cu在激光熔池中原位化学反应生成的AlCu2Ti超细纳米晶相来抑制颗粒长大的过程, 也是大量纳米多晶体生成的过程. 含Cu涂层主要由g-Co, M12C, M23C6, W-C, Ti-B及AlCu2Ti晶化相、大量非晶相构成. AlCu2Ti超细纳米晶在高温熔池中具有较高的扩散率, 易引发晶格畸变, 使涂层发生非晶化转变.

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铁单元素基合金表面激光高熵合金化涂层的制备*
张松, 吴臣亮, 王超, 伊俊振, 张春华
金属学报. 2014, 50 (5): 555-560.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2014.00006
摘要   HTML   PDF (5169KB)

利用高功率半导体激光器进行合金化处理, 采用等摩尔比的Co, Cr, Al, Cu四主元合金粉末, 在Fe单元素基合金Q235钢表面成功制备出FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层. 利用SEM, XRD, EDS及显微硬度计对FeCoCrAlCu激光高熵合金化层的微观组织形貌、相结构、成分分布及性能进行系统研究. 结果表明: Q235基材主元素Fe在激光辐照时参与了表面合金化过程, 形成了FeCoCrAlCu五主元高熵合金涂层; 合金化层相组成为具有简单bcc结构的固溶体, 显微组织为典型的枝晶组织; 激光高熵合金化层仅在基体界面附近出现了少量s四方结构中间相, 从高熵合金化层表面到基材, 体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵梯度变化; FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层的显微硬度高达8.3 GPa, 为基材Q253钢的3倍以上.

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Sn对Al-Pb偏晶合金凝固过程及组织的影响*
陈书, 赵九洲
金属学报. 2014, 50 (5): 561-566.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00351
摘要   HTML   PDF (6248KB)

研究了添加第三组元Sn对定向凝固Al-Pb合金组织的影响. 结果表明, 添加微量Sn能降低Al-Pb合金液-液相变时两液相间的界面能, 促进富Pb相液滴形核和弥散型Al-Pb合金凝固组织的获得; 随着Sn添加量的增加, 弥散相体积分数增大, 液-液相变温度区间和液-液-固三相温度区间之和增大, 初生弥散相粒子和偏晶反应弥散相粒子的尺寸均增大; 添加Sn促进Al-Pb合金中凝固界面枝晶化, 这一方面促进弥散相液滴/粒子沿凝固方向均匀分布, 另一方面, 促进弥散相液滴/粒子沿定向凝固合金晶界分布.

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轧制-重熔SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料
王佳, 肖寒, 吴龙彪, 卢德宏, 周荣锋, 周荣
金属学报. 2014, 50 (5): 567-574.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00654
摘要   HTML   PDF (14900KB)

采用轧制-重熔的SIMA法制备了ZCuSn10合金半固态坯料, 先将铸态ZCuSn10合金加热到450 ℃保温15 min, 分别进行2~4道次轧制, 然后截取试样进行重熔处理后水淬. 比较了SIMA法和铸态-直接重熔工艺制备的ZCuSn10合金半固态组织, 并利用SEM的EDS测定了组织中Sn的分布情况, 用OM和TEM观察了SIMA法制备过程中试样组织变化, 综合分析了SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料过程中的组织演变机理. 结果表明: 采用轧制-重熔的SIMA法制备的ZCuSn10合金半固态组织固相晶粒均匀细小, 圆整度高, 19.7%预变形量875 ℃保温15 min半固态组织最优, 其平均晶粒直径75.8 μm, 形状因子1.62, 液相率17.28%; 用SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料, 预变形过程对晶粒细化及球化起到了关键作用, 随着预变形量和重熔保温温度的提高, 半固态组织晶粒尺寸减小, 圆整度提高, 液相率增加; 采用轧制-重熔的SIMA法制备ZCuSn10合金半固态组织球化的主要机理是预变形过程破碎了枝晶, 储备了变形能, 在重熔过程中促进了枝晶熔断, 同时, 由于Sn元素从液相中向a固相中扩散迁移, 液相逐渐吞噬固相的尖角突出部分, 最终生成细小、圆整的a相晶粒.

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Ti-V-Cr系阻燃钛合金的抗点燃性能及其理论分析*
弭光宝, 黄旭, 曹京霞, 曹春晓
金属学报. 2014, 50 (5): 575-586.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00501
摘要   PDF (14254KB)

建立定量描述阻燃钛合金抗点燃性能的摩擦接触压力P与预混气流氧浓度c0关系, 对比研究Ti-V-Cr系阻燃钛合金及常规钛合金的抗点燃性能, 并基于摩擦生热原理和着火热爆燃理论对阻燃钛合金的抗点燃机理进行模型计算分析. 结果表明, 当c0≥70%时, Ti40钛合金在室温下即会点燃. Ti40钛合金的抗点燃性能比Alloy C+钛合金低2.5%, 比TC4钛合金高40%. 阻燃钛合金的着火源为摩擦过程产生的微凸体, 氧的化学吸附是氧与微凸体相互作用的控制步骤, 阻燃钛合金的摩擦点燃临界温度Т *随等效压力Peq的增大而减小. 对于Ti40钛合金, 当Peq在0.1~0.5 MPa变化时, Т *的变化范围为1073~1323 K; 摩擦表面由TiO2, V2O5和Cr2O3等氧化物融合物构成, 厚度为2~5 μm. 摩擦过程中该层融合物改善了接触表面的润滑条件, 使摩擦区的温度大幅度降低, 从而提高了阻燃钛合金的抗点燃性能.

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Al-Mg-Si合金搅拌摩擦焊接头DSC测试过程中组织变化及能量释放分析*
戴启雷, 梁志芳, 吴建军, 孟立春, 史清宇
金属学报. 2014, 50 (5): 587-593.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00419
摘要   HTML   PDF (8171KB)

对Al-Mg-Si合金搅拌摩擦焊焊核区组织进行了差热扫描量热分析 (DSC), 同时运用EBSD和TEM观察了焊核区的微观组织, 并对存储能进行了定量分析. 研究表明, 焊核区为不稳定组织, 焊核区组织中小角度晶界占42%, 大角度晶界占58%, 同时晶粒内部分布有较高密度的位错结构. 焊核区含有较高的存储能 (8.565 J/g), 通过EBSD对焊核区较高存储能进行了定量分析, 结果表明, 位错存储在晶界和亚晶界的能量为0.0247 J/g, 存储在晶粒内部的能量为0.0712 J/g. 通过DSC定量分析的能量释放来自于焊核区晶粒内部位错的消失和析出相的析出, 其中由析出相析出所造成的能量释放占主导作用, 位错存储在晶界和亚晶界的存储能通过DSC加热并未释放.

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超高压凝固Mg82.13Zn13.85Y4.02合金的组织及室温压缩性能*
董允, 林小娉, 徐瑞, 樊志斌, 叶杰, 王哲
金属学报. 2014, 50 (5): 594-600.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00504
摘要   HTML   PDF (12128KB)

研究不同压力凝固条件下Mg82.13Zn13.85Y4.02 (质量分数, %)合金微观组织和力学性能, 发现合金的凝固组织是由a-Mg基体, W-Mg3Y2Zn3和I-Mg3YZn6相组成. 其中, 常压下凝固组织中的a-Mg枝晶间分布着由共晶组织形态和杆状第二相组成的网状结构. 随着凝固压力的增大, 共晶网逐渐断开, 其数量逐渐减少, a-Mg基体中Zn的溶解度逐渐增大. 常压凝固合金的室温压缩强度为344 MPa, 屈服强度为331 MPa, 相对压缩率为16%. 6 GPa, 1250 ℃凝固合金的室温压缩强度可达455 MPa, 屈服强度426 MPa, 相对压缩率为25%. 常压凝固合金的压缩断裂模式为典型的解理断裂, 且解理面大而光滑平整, 高压凝固合金的压缩断口解理面较小, 并出现撕裂岭和类似“撕裂韧窝”的形貌特征, 解理断裂的程度有所降低.

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砂型铸造Mg-6Al-xZn合金凝固行为及晶粒尺寸*
侯丹辉, 梁松茂, 陈荣石, 董闯
金属学报. 2014, 50 (5): 601-609.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00558
摘要   HTML   PDF (9805KB)

采用双电偶热分析技术和SEM表征了Mg-6Al-xZn合金(简称AZ6x合金, x=0, 2, 4, 6, 质量分数, %) 在砂型铸造过程中的凝固行为和显微组织; 采用背散射电子衍射(EBSD)分析对合金的晶粒尺寸进行定量表征. 利用Pandat热力学软件计算了合金的平衡截面相图、非平衡Scheil模型凝固过程, 以及枝晶生长抑制因子(growth restriction factor, 或称为 值). 结果表明, 在AZ6x合金的砂型铸造凝固过程中, AZ60合金中只有非平衡凝固的g-Mg17Al12, 而AZ62~AZ66合金的铸态组织中除了g-Mg17Al12相, 还出现了F-Mg21(Al, Zn)17相, 并且随着Zn含量的增加, g-Mg17Al12相减少而F-Mg21(Al, Zn)17相增多. 热力学计算结果表明, AZ60~AZ64合金中g-Mg17Al12相和F-Mg21(Al,Zn)17相在一定温度下能够完全固溶到a-Mg中, 而AZ66合金中的F-Mg21(Al, Zn)17相在任何温度下都不可能完全固溶. 研究结果还表明, Zn含量高的合金具有高的 值、小的晶粒尺寸及低的枝晶相干点固相分数fsDCP; 并讨论了 值、晶粒尺寸与fsDCP的关系.

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RE对过共晶Al-80%Si合金凝固特性的影响*
文强, 坚增运, 朱满, 常芳娥, 党博
金属学报. 2014, 50 (5): 610-618.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00659
摘要   HTML   PDF (14707KB)

利用高速摄影仪和SEM研究了RE对Al-80%Si合金凝固过程中再辉界面形貌、初生Si形貌和凝固后组织的影响. 结果发现, 加入RE前后的Al-80%Si合金均存在2个临界过冷度DT1和DT2, 在过冷度小于DT1时, 初生Si的形貌为粗大的长片状, 表面有明显的棱角; 过冷度大于DT2后, 合金在凝固过程中的再辉界面为平面状, 凝固后的初生Si形貌为均匀、细小、表面有光滑凸起的球状, 并且晶粒表面的棱角消失; 当过冷度在DT1与DT2之间时, 合金在凝固过程中的再辉界面为树枝状, 凝固后的初生Si形貌部分为表面有棱角的片状和块状, 部分为表面无棱角的球状. 对于Al-80%Si合金而言, DT1和DT2分别约为132和250 K. RE能降低Al-80%Si合金DT1和DT2的值, 对于Al-80%Si-1%RE而言, DT1和DT2分别约为60和199 K.

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Zr/Cu/Zr部分瞬间液相焊扩散连接Ti(C, N)-Al2O3陶瓷基复合材料*
吴铭方, 匡泓锦, 王凤江, 林红香, 胥国祥
金属学报. 2014, 50 (5): 619-625.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00777
摘要   HTML   PDF (8002KB)

采用Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层对Ti(C, N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行部分瞬间液相扩散连接实验, 研究保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响, 探讨了制约接头室温强度的因素, 对比分析了在部分瞬间液相扩散连接过程中, 辅助脉冲电流对元素扩散及接头强度的作用机制. 结果表明, 预置Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层通过部分瞬间液相扩散连接, 在加热温度950 ℃, 保温时间15~30 min条件下接头强度达到最大值. 保温时间过短, 活性元素Zr削弱基体强度, 保温时间过长, Zr与Cu在界面生成金属间化合物降低了接头的强度. 扩散焊过程中施加辅助脉冲电流能够有效缓解接头的残余应力, 防止裂纹在脆性基体材料中扩展; 但是同时促进了界面处的反应进程, 显著提高了界面处Cu-Zr金属间化合物的形成速度, 使得界面易成为接头的薄弱环节.

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退火温度对SUS304不锈钢焊接残余应力计算精度的影响*
邓德安, KIYOSHIMA Shoichi
金属学报. 2014, 50 (5): 626-632.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00565
摘要   HTML   PDF (7033KB)

采用热-弹-塑性有限元计算方法模拟了奥氏体不锈钢SUS304在单道堆焊时的温度场和应力场, 探讨了加工硬化和退火软化对焊接残余应力计算结果的影响, 重点考察了数值模型中的退火温度设定值对焊接残余应力计算精度的影响. 数值模拟结果表明: 退火软化效应对纵向残余应力的计算结果有明显影响, 随着退火温度设定值的升高, 纵向残余应力的峰值增大, 而且焊缝及其附近的纵向应力有整体升高的趋势.退火温度对横向残余应力的影响较小.比较计算结果与实验结果可知, SUS304钢的退火温度设定为1000 ℃时, 数值模拟结果与实测结果比较吻合.

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高性能再生硬质合金的短流程回收制备*
王瑶, 刘雪梅, 宋晓艳, 魏崇斌, 王海滨, 王西龙
金属学报. 2014, 50 (5): 633-640.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00585
摘要   HTML   PDF (9750KB)

以WC-16%Co (质量分数)废旧硬质合金块体为原料, 采用氧化-原位还原碳化的方法对其进行回收制备再生WC-16%Co复合粉, 并对再生复合粉进行低压烧结制备再生硬质合金块体材料. 通过热力学计算确定氧化物粉末和炭黑发生原位还原碳化反应的温度范围, 采用实验方法系统研究了原料粉末中配C量对再生复合粉和再生硬质合金的物相组成、力学性能等的影响, 并对再生合金的显微组织与性能的关系进行了分析. 结果表明: 随着原料粉中配C量的增加, 再生复合粉中的Co6W6C相逐渐减少, 总C和游离C含量增加; 当配C量为16.60%时, 可制备出化学成分符合原生WC-16%Co复合粉要求的再生复合粉, 经低压烧结可得到物相纯净, 断裂韧性达到23.05 MPa·m1/2, 横向断裂强度达到4020 MPa的高性能再生硬质合金; 再生硬质合金的Co相分布是否均匀, 对再生硬质合金的综合性能优良与否起到至关重要的作用.

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