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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9期 刊出日期:2015-09-16 上一期    下一期
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论文
SiCf/TC17复合材料拉伸行为研究
张旭, 王玉敏, 杨青, 雷家峰, 杨锐
金属学报. 2015, 51 (9): 1025-1037.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00127
摘要   HTML   PDF (16436KB)

研究了SiCf/TC17复合材料的室温、高温(773 K)拉伸性能及其断裂机制. 结果表明: SiCf/TC17复合材料室温、高温应力-应变曲线受纤维线弹性变形和基体屈服程度影响呈现不同的形状; 室温断裂机制主要是反应层多次断裂、纤维一次断裂和基体脆性断裂等, 高温断裂机制主要是纤维多次断裂、基体韧性断裂和大范围的界面脱黏等; 纤维累计损伤理论适合于对SiCf/TC17复合材料断裂强度的估测, 其中室温断裂强度符合临界断裂纤维数大于或等于3时的局部承担载荷模型, 高温断裂强度符合均匀承担载荷模型. 结合断裂机制和强度估算结果, 详细论述了SiCf/TC17复合材料室温、高温拉伸断裂过程.

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定向凝固DD6单晶高温合金枝晶组织均匀性研究
王玉敏,李双明,钟宏,傅恒志
金属学报. 2015, 51 (9): 1038-1048.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00035
摘要   HTML   PDF (9068KB)

采用一次枝晶间距、最小生成树(minimum spanning tree, MST)、Voronoi多边形、FFT以及RO-XRD和EBSD等方法, 研究了DD6单晶高温合金枝晶分布的均匀性. 结果表明: DD6单晶高温合金一次枝晶平均间距为325.7 mm, 变化率7.38%. Voronoi多边形法给出的最近邻枝晶个数对应在5.87~5.93, 所占比例变化率超过30%; 另外, MST的枝干长度变化也比较明显, 达到26.95%, 不同位置处的FFT频谱也不同, 说明实验中选晶法获得的DD6单晶高温合金组织均匀性有待于进一步提高. 上述结果也表明, 定向凝固单晶高温合金枝晶生长是一个动态调整的过程, 通过测量一次枝晶间距结合Voronoi多边形和MST法可量证枝晶生长过程的变化程度, 而通常采用一次枝晶平均间距来衡量凝固过程稳定性是不充分的. 对选晶法获得的DD6单晶高温合金择优取向与轴向(Z轴)之间的偏离角进行了测量, 发现其值在10°以内, EBSD测试的结果比RO-XRD相应结果大, 这是由于RO-XRD在计算偏离角时选用了强度最大值所对应的衍射峰所致.

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Zr含量对Nb-Ti-Si基超高温合金组织及抗氧化性能的影响
曾宇翔,郭喜平,乔彦强,聂仲毅
金属学报. 2015, 51 (9): 1049-1058.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00092
摘要   HTML   PDF (10943KB)

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了成分为Nb-22Ti-15Si-5Cr-3Hf-3Al-xZr (x=0, 0.5, 1, 2, 4和8, 原子分数, %)的合金, 研究了Zr含量对合金电弧熔炼态组织及高温抗氧化性能的影响. 结果表明, 6种不同Zr含量的合金均由Nb固溶体和g-(Nb, X)5Si3 (X为Ti, Hf, Cr 和 Zr)组成, 添加Zr并未改变合金的相组成, 但随着Zr含量增加, 合金中初生g-(Nb, X)5Si3的尺寸增大, 含量提高. 对不同Zr含量合金在1250 ℃分别氧化1~50 h发现, 随着Zr含量的增加, 合金氧化膜黏附性及致密性均得到显著改善, Zr含量较高的合金(x=4和8)氧化50 h后, 氧化膜出现明显的分层现象: 最外层为致密的单相TiO2层, 中间层主要由ZrO2, TiNb2O7和TiO2组成, 而内层主要由Si的氧化物组成. 随着合金中Zr含量增加, 氧化膜厚度及单位表面积的氧化增重均显著降低, 抗氧化性能得到明显改善.

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GH3535合金在FLiNaK熔盐中的腐蚀行为
刘涛,董加胜,谢光,王义胜,李辉,李志军,周兴泰,楼琅洪
金属学报. 2015, 51 (9): 1059-1066.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00132
摘要   HTML   PDF (7887KB)

将带Al2O3涂层和无涂层的GH3535合金在FLiNaK熔盐中进行全浸腐蚀实验, 利用SEM, EDS, XRD等手段研究了有无Al2O3涂层的GH3535合金在熔盐中的腐蚀行为. 结果表明, 有无涂层的GH3535合金在700 ℃的FLiNaK熔盐中的腐蚀行为均表现出Cr, Mo的脱熔腐蚀特征, 无涂层合金表现出显著的沿晶腐蚀特征. Al2O3涂层并未提高合金的抗腐蚀性能, Al2O3涂层在FLiNaK熔盐中发生了溶解, 并与因Al2O3溶解脱落而裸露出来的合金表面形成腐蚀电池, 从而加速了GH3535合金的腐蚀.

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SO42-对NiCu低合金钢在除氧NaHCO3溶液中腐蚀行为的影响
卢云飞,董俊华,柯伟
金属学报. 2015, 51 (9): 1067-1076.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00133
摘要   HTML   PDF (3021KB)

采用原位电化学监测技术研究了SO42-对NiCu低合金钢在除氧NaHCO3溶液浸泡过程中腐蚀行为的影响, 并利用XRD和SEM对浸泡后样品的锈层相结构和表面形貌进行了分析. 结果表明, 与纯NaHCO3溶液相比, SO42-的添加会在浸泡初期加速基体的腐蚀, 在后期抑制保护性腐蚀产物膜的生成, 促使腐蚀模式由未加入SO42-时的预钝化行为向活性溶解转变. 此外, SO42-与HCO3-浓度的升高均有助于Fe6(OH)12CO3的生成. 样品表面腐蚀产物最终由a-FeOOH, Fe3O4和Fe6(OH)12CO3构成, 表面形貌均以均匀腐蚀为主.

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超细晶304L不锈钢在含Cl-溶液中点蚀行为的研究
朴楠,陈吉,尹成江,孙成,张星航,武占文
金属学报. 2015, 51 (9): 1077-1084.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00062
摘要   HTML   PDF (1656KB)

采用动电位极化、循环极化、电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线结合表面形貌观察, 研究了利用等通道转角挤压方法制备的晶粒尺寸为(130±30) nm的超细晶304L不锈钢在含Cl-溶液(0.05 mol/L H2SO4 + 0.05 mol/L NaCl)中的点蚀行为. 研究表明, 超细晶材料比粗晶材料具有更高的腐蚀电流密度和钝化电流密度, 更低的腐蚀电位、破钝电位和保护电位, 且钝化区更窄. 严重塑性变形引起304L不锈钢材料晶粒显著细化, 一方面增加了表面钝化膜的施主密度和扩散系数, 降低了钝化膜的致密性, 使Cl-在材料表面的吸附能力增强; 另一方面增加了晶界含量, 使Cl-沿晶界向内扩散能力增强, 促进了点蚀形核和长大.

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固溶温度对S32760双相不锈钢组织与耐点蚀性能的影响
陈雨来,罗照银,李静媛
金属学报. 2015, 51 (9): 1085-1091.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00044
摘要   HTML   PDF (6431KB)

利用OM, EPMA, SEM, EDS, TEM等研究了固溶温度对S32760双相不锈钢热轧板显微组织的影响及合金元素的分布特征, 并通过电化学工作站测定了材料的耐点蚀性能. 结果表明, S32760双相不锈钢在1080 ℃以上高温固溶过程中, N元素从g相扩散转移至d相中. 若固溶后缓慢冷却, 则N原子又重新迁移回g相中; 如果固溶后水冷, 则N原子来不及扩散, 于d相中原位弥散析出Cr2N颗粒. Cr2N颗粒的数量由淬火前的固溶温度决定, 温度越高数量越多. 当固溶温度从1100 ℃升至1300 ℃时, d相中N的固溶度快速上升, 其显微硬度由281 HV提高至345 HV; 而g相由于相比例降低也使得N的浓度间接上升, 显微硬度由290 HV升至314 HV. 同时, 由于实验钢中含有W, S32760双相不锈钢热轧板在1040 ℃以下热处理有s相析出, 因此其固溶水冷温度区间较窄, 最佳固溶温度为1060 ℃. 此温度保温60 min后水冷, 试样中无析出物, Brinell硬度为249 HBW, 点蚀电位为1068 mV, 维钝电流密度为1.48×10-4 A/cm2.

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马氏体的分布对双相钢微观变形行为和力学性能的影响
邓洁,马佳伟,许以阳,沈耀
金属学报. 2015, 51 (9): 1092-1100.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00083
摘要   HTML   PDF (14130KB)

通过工艺设计, 对工业20钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理, 获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2种双相钢. 对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征; 应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布, 并结合表面微裂纹分析, 揭示了2种双相钢的不同变形断裂机制. SQ双相钢展现出较低的强度, 但具有更好的塑性与冲击韧性, 这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中; 而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍, 铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力, 使裂纹优先在马氏体中产生, 因而IA双相钢具有高强度和低塑性.

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高压煤制气环境下X80钢及热影响区的氢渗透参数研究
张体明,王勇,赵卫民,唐秀艳,杜天海,杨敏
金属学报. 2015, 51 (9): 1101-1110.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00039
摘要   HTML   PDF (9595KB)

采用焊接热模拟技术制备了X80管线钢焊接接头热影响区不同亚区的试样, 通过高压含氢煤制气环境下的氢渗透实验考察了X80钢及热影响区中的氢渗透行为, 并计算了相应的氢渗透参数. 结果发现, 与X80钢相比, 热影响区的氢扩散系数有了不同程度的增加, 且随峰值温度的升高而增加, 吸附氢浓度、氢溶解度和氢陷阱密度则呈现了相反的规律. 结合显微组织分析发现, 大角度晶界含量、位错密度和晶界平直度为影响氢渗透参数的主要因素. 过热粗晶区具有最高的氢扩散系数, 主要是由于该区峰值温度最高, 奥氏体晶粒发生严重长大, 晶界平直度增加, 冷却后生成了粗大的贝氏体铁素体, 大角度晶界含量显著减少, 位错密度较X80钢也有所降低, 对氢的捕获作用减弱.

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电子束功率对TC4合金刚性拘束热自压连接、接头组织和力学性能的影响
邓云华,关桥,陶军,吴冰,王西昌
金属学报. 2015, 51 (9): 1111-1120.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00105
摘要   HTML   PDF (6815KB)

以电子束为热源, 采用不同的束流功率对TC4钛合金进行刚性拘束热自压连接, 测试分析了连接接头界面焊合质量、组织和力学性能. 同时, 在实验基础上对刚性拘束热自压连接热应力应变过程进行有限元数值分析, 实验研究和数值模拟相结合分析了束流功率对连接接头界面焊合质量以及组织和性能的影响规律. 结果表明, 束流功率增加, 加热温度、高温区停留时间、高温区体积以及界面金属压缩塑性变形随之增加, 促进界面两侧原子扩散, 界面焊合质量提高. 束流功率显著影响连接接头组织, 小束流功率加热时能获得组织均匀的连接接头, 大束流功率加热时, 界面加热区产生针状a相, 且a/a相界取向差主要位于59.85°附近, 呈现出在同一b相晶粒内部产生的特点. 连接接头的力学性能受界面焊合率和加热区组织共同影响, 束流较小时, 界面未焊合缺陷多, 结合强度低; 束流较大时, 加热区发生显著组织转变, 晶粒粗大, 接头塑性差. 束流功率为330 W时, 接头组织均匀且界面焊合质量好, 获得综合力学性能优异的连接接头.

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B微合金化对HK40合金铸造疏松的影响
丁贤飞,刘东方,郑运荣,冯强
金属学报. 2015, 51 (9): 1121-1128.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00126
摘要   HTML   PDF (9307KB)

利用SEM, OM和XRD等手段分析了HK40合金铸件铸造疏松形成原因, 并研究了添加微量B对HK40合金的凝固组织及疏松形成的影响. 结果表明: HK40合金铸件主要存在A和B 2种铸造疏松缺陷. A类疏松主要由于枝晶的快速生长并架桥联接导致架桥枝晶之间区域的补缩不足引起; B类疏松产生原因是相邻枝晶间区域生长的枝晶状M7C3型碳化物堵塞枝晶间补缩通道. B微合金化能降低HK40合金铸件较强的柱状晶生长趋势, 细化枝晶, 能抑制HK40合金A类铸造疏松缺陷的产生. 同时, B微合金化增加了HK40合金枝晶间共晶相的体积分数, 使枝晶间呈枝晶状M7C3型碳化物转变为层片状的M23C6型碳化物析出, 避免碳化物堵塞相邻枝晶间的补缩通道, 因而也减小了B类铸造疏松缺陷的形成倾向.

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陶瓷基复合材料辅助脉冲电流液相扩散连接的界面反应及接头强化机制
吴铭方,刘飞,王凤江,乔岩欣
金属学报. 2015, 51 (9): 1129-1135.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00100
摘要   HTML   PDF (4079KB)

采用Cu-Zr箔/Cu箔/Cu-Zr箔中间层对Ti(C, N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行了液相扩散连接实验, 研究了辅助脉冲电流对元素扩散、界面反应产物及接头强化机制的影响. 结果表明, 液相扩散连接过程中辅助脉冲电流条件下可以在较低的焊接温度和较短的焊接时间内实现更高的接头强度. 辅助脉冲电流液相扩散连接工艺显著改变了Zr和Cu在Ti(C, N)-Al2O3陶瓷基复合材料和钎缝中的扩散行为, 减少Zr的活性, 抑制其与Al2O3陶瓷颗粒发生激烈的化学反应. 辅助脉冲电流可以抑制陶瓷颗粒相溶解进入焊缝以及界面扩散过渡层和Zr-Cu反应层的厚度, 确保焊缝强化以及界面强化, 这是辅助脉冲电流液相扩散连接接头具有较高强度水平的关键所在.

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考虑位错相互作用的混合控制模型下先共析铁素体生长动力学模拟
武慧东,张弛,柳文波,杨志刚
金属学报. 2015, 51 (9): 1136-1144.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00091
摘要   HTML   PDF (1751KB)

建立了考虑伴随台阶的位错间相互作用的界面反应-扩散混合控制模型, 并利用该模型对先共析铁素体2个台阶以及多个台阶的生长过程进行模拟. 结果表明, 当只有2个台阶且其水平距离大于临界距离时, 台阶之间相互吸引, 能在一定程度降低领先台阶的生长速率; 当2个台阶水平距离小于临界距离时, 台阶之间相互排斥, 增大领先台阶的生长速率; 多台阶的情形下, 伴随台阶的位错之间相互作用, 台阶的合并规律发生改变, 并对台阶生长速率产生一定影响.

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弯月面热障涂层方法对结晶器传热及铸坯振痕形貌的影响
侯晓光,王恩刚,许秀杰,邓安元,王万林
金属学报. 2015, 51 (9): 1145-1152.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00041
摘要   HTML   PDF (3511KB)

提出了一种在结晶器弯月面上方涂敷热障涂层, 来抑制弯月面传热, 进而控制铸坯振痕形成的新方法, 称为弯月面热障涂层方法(TBCMM). 利用模拟结晶器弯月面一维传热的测试装置, 研究了热障涂层在结晶器弯月面的不同位置对传热的影响规律, 分析了热障涂层抑制振痕形成的机理; 在浸铸式连铸模拟机上, 分别进行了结晶器有、无热障涂层的低熔点Sn-12.5%Pb合金的模拟连铸实验, 获得了实测的弯月面温度波动曲线和铸坯, 对比分析了弯月面热流和铸坯表面振痕形貌, 证实了提出的TBCMM的有效性; 最后, 在中试实验连铸机上, 研究了热障涂层对钢连铸坯表面质量的影响, 获得了表面振痕减轻甚至消除的连铸钢坯.

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