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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2015年, 第51卷, 第2期 刊出日期:2015-02-10 上一期    下一期
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钛铝金属间化合物的进展与挑战*
杨锐
金属学报. 2015, 51 (2): 129-147.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00396
摘要   HTML   PDF (5410KB)

按照起步(1974~1985年), 热潮(1986~1995年), 兴起(1996~2005年)和特定应用(2006年~) 4个阶段回顾了钛铝金属间化合物的研发历程, 评述了各阶段对钛铝合金发展起到主导作用的里程碑事件, 简要总结了在合金化、显微组织类别、一次加工(熔炼)、二次加工(热加工)、性能、三次加工(成形)等6个方面的主要进展. 提出了钛铝合金未来发展面临的5方面挑战: 铸造合金与技术的进一步发展、低成本变形合金技术、第三代合金研制、基于新制备技术的新应用以及新成形工艺研发。

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球墨铸铁凝固显微组织的元胞自动机模拟*
张蕾, 赵红蕾, 朱鸣芳
金属学报. 2015, 51 (2): 148-158.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00313
摘要   HTML   PDF (2795KB)

改进了前期工作建立的多相元胞自动机(multi-phase cellular automaton, MCA)模型, 模拟以离异共晶方式凝固的球墨铸铁的显微组织演化. 在模型中采用局部溶质平衡法计算石墨和奥氏体的生长动力学, 并在石墨的生长模型中考虑石墨与Fe的密度比. 该模型可以模拟出与实验观测相符合的显微组织形貌. 应用该模型模拟分析了石墨与奥氏体的相互作用和竞争生长机制, 讨论了冷却速率对凝固结束时石墨球大小和尺寸分布的影响, 将模拟结果与实验结果进行了比较. 结果表明: 奥氏体的析出促进邻近石墨在液相中的生长; 奥氏体和石墨两相的生长受C扩散控制; 当石墨被奥氏体包围后, 生长速度减慢. 此外, 随着冷却速率的增大, 凝固时间缩短, 石墨球平均半径减小, 不同冷速条件下石墨球尺寸分布的变化规律与实验结果吻合较好。

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铝合金熔焊微气孔的三维同步辐射X射线成像*
喻程, 吴圣川, 胡雅楠, 张卫华, 付亚楠
金属学报. 2015, 51 (2): 159-168.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00334
摘要   HTML   PDF (4056KB)

基于同步辐射X射线成像技术, 对激光复合焊7020-T651铝合金接头内部的微气孔进行了研究, 对气孔的体积、圆整度、扁平度及气孔形心至自由表面的距离等三维特征参数进行了统计分析与拟合. 结果表明, 铝合金熔焊微气孔主要为近球形的冶金型气孔, 圆整度在0.65以上, 以焊缝中心近似呈现对称分布, 且焊缝上部气孔尺寸较大, 热影响区和下部气孔密集且尺寸较小. 等效直径在20 mm范围内的气孔, 在接头上部和下部的频率分别高达65%和85%, 并且100 mm以上的大尺寸气孔较少见. 此外, 由于熔池的下塌倾向和快速凝固, 残留于枝晶网络间液相导致焊缝下部形成垂直于焊缝且层叠分布的形状复杂的热裂纹, 少部分气孔之间以及气孔和热裂纹之间存在着连通现象, 从而使得下部微气孔的圆整度平均值变小. 此外, 焊接速率越大, 整个接头内部气孔体积分数越小, 但对气孔形貌和位置的分布影响并不明显。

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不同尺寸粒子对Al-Mg-Si-Cu系合金组织、织构和力学性能的影响*
彭祥阳, 郭明星, 汪小锋, 崔莉, 张济山, 庄林忠
金属学报. 2015, 51 (2): 169-177.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00276
摘要   HTML   PDF (11081KB)

通过拉伸实验, OM, SEM, TEM观察以及EBSD测试等手段研究了不同尺寸粒子对Al-Mg-Si-Cu系合金板材力学性能、组织和织构的影响规律. 结果表明, 随着溶质元素浓度的增加, 合金屈服强度和抗拉强度均不断增加, 但是延伸率却略有降低, 且3个方向存在一定差异. 此外, 合金的平均塑性应变比 r - 也随溶质元素浓度增加而增加. 3种合金基体内的不同尺寸粒子主要为Mg2Si, Al15Mn3Si2α-Al(Fe, Mn)Si富铁相, 这些粒子尺寸和浓度搭配合理不仅可以诱发粒子刺激形核效应(particle stimulated nucleation, 简称PSN), 而且可有效抑制晶粒长大, 最终使得合金固溶时形成大量细小再结晶晶粒, 而织构组分以旋转立方织构CubeND18, Goss织构{011}<100>, P{011}<122>和Cu{112}<111>为主. 此外, 根据合金成分、热加工工艺以及显微组织间的定量关系提出了不同尺寸粒子影响再结晶形核和长大过程的模型示意图。

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双钨极TIG电弧-熔池传热与流动数值模拟*
王新鑫, 樊丁, 黄健康, 黄勇
金属学报. 2015, 51 (2): 178-190.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00401
摘要   HTML   PDF (7672KB)

针对双钨极TIG电弧热源, 在已建立的双钨极电弧-熔池统一的三维数学模型的基础上, 以SUS304不锈钢为母材, 模拟得到了双钨极TIG电弧和熔池的温度、速度、电流密度、磁通密度和电磁力等分布, 模拟结果与已有的实验结果吻合良好. 考虑了熔池所受浮力、电磁力、等离子流拉力和Marangoni剪切力以及湍流效应, 分析了熔池热输入的分布和熔池表面剪切力的变化, 并分别比较了这几个力单独作用下的熔池流动与传热, 同时结合无量纲数Pe, 比较了熔池热传导和热对流的相对强弱. 结果表明, 双钨极电弧的非轴对称特性导致熔池表面的电流密度、热流密度、等离子流拉力和Marangoni剪切力等出现非轴对称分布, 最终形成了熔池的非轴对称形貌, 而熔池的发展演化对电弧行为无明显影响. 与TIG电弧相比, 双钨极TIG电弧的等离子流拉力明显减小. Marangoni剪切力决定不锈钢熔池的流动状态, 且对流传热主导不锈钢熔池的热传递, 这两者的共同作用决定熔池的传热过程, 是形成不同熔池形貌的根本原因。

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模拟工业-海岸大气中pH值对Q235B钢腐蚀行为的影响*
陈文娟, 郝龙, 董俊华, 柯伟, 文怀梁
金属学报. 2015, 51 (2): 191-200.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00407
摘要   HTML   PDF (1109KB)

采用干/湿交替腐蚀增重模拟实验、XRD以及EIS等方法, 研究了模拟工业-海岸大气中pH值变化对Q235B钢腐蚀行为的影响. 结果表明, 当SO2浓度较低时, pH值变化对Q235B钢腐蚀速率的影响不明显; 当SO2浓度较高时, pH值变化对Q235B钢腐蚀速率的影响存在极值现象, 即: 当pH值处于“较高”和“较低”之间某一值时, Q235B钢的腐蚀速率达到极大值. 当模拟工业-海岸大气中SO2浓度一定时, pH值变化对Q235B钢表面锈层相组成的影响不明显. 分析表明, 模拟工业-海岸大气环境中SO2的存在一定程度上抑制了β-FeOOH的形成. 随着SO2浓度的升高, 锈层中β-FeOOH和ϒ-FeOOH的相对含量在减少, ϒ-FeOOH可能发生了向Fe3O4的还原或向α-FeOOH的相变转化. 随着腐蚀时间的延长, 锈层相组成的演化呈现出相似的规律. 此外, 当模拟工业-海岸大气中SO2浓度较低时, Q235B钢腐蚀主要遵循Cl-的循环机制, 改变pH值对钢腐蚀行为的影响不明显; SO2浓度较高时, Q235B钢腐蚀初期主要遵循Cl-的循环机制, 随着腐蚀时间的延长, SO2对腐蚀的影响逐渐显著, 并以H2SO4再生循环的方式加速钢的腐蚀。

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Mn含量对Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金记忆效应的影响机制*
张成燕, 宋帆, 王珊玲, 彭华备, 文玉华
金属学报. 2015, 51 (2): 201-208.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00394
摘要   HTML   PDF (4868KB)

采用OM, EBSD, XRD, TEM和SQUID研究了3种不同Mn含量的固溶态Fe-(14~21)Mn-5.5Si-8.5Cr-5Ni合金在马氏体转变开始温度Ms以上10 K (Ms+10 K)变形前后的形状记忆效应和微观组织. 结果表明, 固溶态Fe-(14~21)Mn-5.5Si-8.5Cr-5Ni合金的形状记忆效应随Mn含量增加而增加. 这是由于: 一方面, 奥氏体屈服强度与应力诱发e马氏体临界应力的差值随着Mn含量的增加而增大, 即提高Mn含量增强了奥氏体抵抗塑性变形的能力; 另一方面, Mn含量的提高减小了应力诱发e马氏体的宽度, 抑制了α' 马氏体的引入, 从而提高了应力诱发e马氏体的可逆性。

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中间层金属对Al2O3/1Cr18Ni9Ti钎焊接头组织及剪切强度的影响*
刘毅, 江国锋, 许昆, 罗锡明, 陈登权, 李伟
金属学报. 2015, 51 (2): 209-215.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00343
摘要   HTML   PDF (4599KB)

采用Ag-Cu-Ti活性钎料连接Al2O3陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢, 研究了Cu, Ni和表面镀Ni的Cu 3种中间层金属对钎焊接头组织和剪切强度的影响. 结果表明, Cu作为中间层时, 陶瓷与钎料能形成良好的界面反应; Ni作为中间层时, 焊缝中形成大量的Ni3Ti金属间化合物, 导致陶瓷/钎料不能形成良好的反应层, 降低了接头的剪切强度; 表面镀Ni的Cu片作为中间层金属时, 少量Ni的存在不影响钎料中活性元素Ti的含量, 钎料与陶瓷能形成良好的界面反应, 同时Ni层的存在降低了钎料对Cu的溶蚀作用, 该种中间层更能有效地缓解钎焊接头的残余应力. 当Ni层的厚度为30 mm, Cu片的厚度为0.2 mm时, 接头剪切强度可达到109 MPa。

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磨球级配对MA-SPS原位合成Al13Fe4/Al复合材料的组织结构及力学性能的优化*
胡娜, 薛丽红, 顾健, 李和平, 严有为
金属学报. 2015, 51 (2): 216-222.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00283
摘要   HTML   PDF (4052KB)

采用机械合金化-放电等离子体烧结(MA-SPS)技术原位合成近全致密的Al13Fe4/Al复合材料. 在MA过程中采用磨球级配对材料的组织结构和性能进行了优化. 利用XRD, SEM, TEM, 显微硬度计和力学性能测试系统等手段对粉末及烧结试样的组织结构和性能进行了分析表征. 结果表明, 相同MA时间下, 采用磨球级配可有效提高球磨效果, 其粉末粒径分布更均匀, 固溶度也得到很大的提高. SPS烧结后, 复合材料的组织由α-Al和金属间化合物Al13Fe4 2相构成. 金属间化合物Al13Fe4相的形态分为大颗粒(1~2 mm)、超细颗粒(0.1~1.0 mm)和纳米颗粒(20 nm) 3种, 其中大颗粒和超细颗粒Al13Fe4由未固溶的Fe与Al直接反应原位生成, 纳米颗粒Al13Fe4是Fe从过饱和Al(Fe)固溶体中析出生成. 采用磨球级配处理的Al-10Fe合金含有更多大颗粒α-Al和超细颗粒Al13Fe4, 因此它具有更优的综合力学性能, 显微硬度为227 HV, 抗压强度为845.8 MPa, 最大塑性变形量为13.6 %。

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渗碳体石墨化制备无铅易切削石墨黄铜的组织及性能*
薛滢妤, 唐建成, 卓海鸥, 叶楠, 吴桐, 周旭升
金属学报. 2015, 51 (2): 223-229.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00380
摘要   HTML   PDF (5282KB)

以共晶铸铁 (eutectic cast iron, ECI) 作为C源, 通过熔铸时渗碳体的原位生成及渗碳体石墨化工艺制备石墨黄铜. 利用SEM和EDS分析石墨黄铜的显微组织, 探讨了显微组织与力学性能和切削性能的关系. 结果表明: 铸造过程中原位生成的渗碳体通过石墨化退火后分解成石墨颗粒均匀弥散地分布于黄铜基体上, 颗粒尺寸为3~6 μm, 铸铁添加量为7%时石墨颗粒出现偏聚. 随着铸铁添加量的增加, 基体组织不断细化, 抗拉强度和显微硬度增加, 伸长率降低; 随着石墨体积分数的增大, 石墨黄铜的切屑形貌得到不断改善. 当铸铁添加量为5%时黄铜的切屑形貌最好, 为短片状和C型, 其切削性能与铅黄铜HPb59-1相当。

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Nb含量对NiCrFe-7焊缝金属组织、缺陷和力学性能的影响*
莫文林, 张旭, 陆善平, 李殿中, 李依依
金属学报. 2015, 51 (2): 230-238.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00288
摘要   HTML   PDF (11389KB)

采用相图计算、焊材设计、焊材制备、现场焊接和焊缝金属解剖的方法, 研究Nb含量对NiCrFe-7焊缝金属组织、缺陷和力学性能的影响. 结果表明, 随焊缝金属中Nb含量增加, 焊缝金属晶内MX (M=Nb, Ti, X=C, N)析出相增加, 晶界M23C6(M=Cr, Fe)的初始析出温度降低, 晶界M23C6析出相减少, 且M23C6由多列连续分布转变为单列离散分布; 焊缝金属中的高温失延裂纹(ductility-dip-cracking, DDC)的数量和尺寸减少; 焊缝金属的强度、塑性和弯曲性能显著提高。

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W和Re对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响*
濮晟, 谢光, 郑伟, 王栋, 卢玉章, 楼琅洪, 冯强
金属学报. 2015, 51 (2): 239-248.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00292
摘要   HTML   PDF (7711KB)

镍基单晶高温合金固溶处理后, 分别经过Brinell硬度计压痕和吹砂引入变形, 热处理后观察再结晶, 研究了W和Re元素对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响. 结果表明, 加入W和Re后, 单晶高温合金变形后位错密度增大, 位错缠结增多, 再结晶形核时间滞后, 即再结晶孕育期延长, 再结晶深度明显减小. 单晶高温合金经吹砂后, 表面显微硬度明显增加, 加入W和Re后, 变形深度减小, 再结晶晶界迁移速率最大值降低, 且沿着再结晶深度方向, 晶界平均迁移速率的变化与显微硬度变化趋势一致。

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一种新型镍基耐蚀合金与625合金异种金属焊接接头的组织和力学性能*
赵霞, 查向东, 刘扬, 张龙, 梁田, 马颖澈, 程乐明
金属学报. 2015, 51 (2): 249-256.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00285
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对一种新型镍基耐蚀合金X-2#与625合金手工氩弧焊接接头进行拉伸性能和硬度的测试, 并结合OM, SEM和EDS分析等手段研究了焊接接头的组织和性能. 结果表明, X-2#/625异种金属焊接焊缝重熔区等轴晶组织增多, 有利于提高焊缝区强度. X-2#合金一侧熔合区组织过渡良好, 而625合金一侧晶界有NbC和Laves相析出, 影响材料的力学性能. 热影响区在靠近重熔区附近的晶粒由于受2次热循环的影响, 出现晶粒长大现象, 而X-2#合金一侧热影响区的热稳定性较好. 625合金母材晶粒细小导致其热影响区晶粒长大明显, 从而使625合金一侧热影响区的Vickers硬度值降低. X-2#/625焊接接头在室温到700 ℃下的抗拉强度均低于2侧母材, 焊缝区为接头最薄弱环节, 断口形貌均为韧窝状的韧性断口。

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