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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11期 刊出日期:2015-11-11 上一期    下一期
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充氢超高强度钢拉伸变形的原位中子衍射研究*
徐平光,殷匠,张书彦
金属学报. 2015, 51 (11): 1297-1305.   DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00541
摘要   HTML   PDF (1200KB)

利用飞行时间法中子衍射对比研究了充氢与未充氢1250 MPa超高强度钢的拉伸变形行为与轴向晶格变形特征, 并观察了断口区组织形貌与晶粒取向特征. 在无加载条件下, 充氢试样的轴向(110)与(200)面间距分别大于和小于未充氢试样的对应面间距, 显示出四面体间隙中H原子的进入使轴向(110)面间距有所增加, 同时内部应力的平衡作用使轴向(200)面间距有所减少. 未充氢试样达到1250 MPa抗拉强度发生颈缩塑性断裂, 而含有8.0×10-6可扩散氢的试样在分步加载至500 MPa时发生脆性断裂. 中子衍射分析表明, 未充氢试样在拉应力加载至500 MPa时均基本符合线弹性变形, 但至700 MPa时, 轴向{200}晶粒比其余取向晶粒优先显示非线弹性变形, 至800 MPa时轴向{110}晶粒也出现非线弹性变形, 轴向{200}晶粒优先产生微屈服现象, 而轴向{211}晶粒仍然处于线弹性阶段; 充氢试样在拉伸至300 MPa时, 轴向{110}晶粒出现非线弹性变形, 至400 MPa时轴向{200}晶粒也出现非线弹性变形, 轴向{110}晶粒优先产生微屈服现象, 轴向{211}晶粒仍处于线弹性阶段. 断口剖面观察显示未充氢试样内形成明显的轴向<110>拉伸纤维织构, 而氢脆试样内除了明显的晶界裂纹萌生, 还有晶内裂纹扩展与局部晶体转动特征. 基于不同取向晶粒的微屈服概念, 解释了充氢导致轴向{110}晶粒优先微屈服而不是轴向{200}晶粒优先微屈服, 同时以氢伴随微区塑性变形的方式发生脆性断裂.

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ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢中TRIP效应的同步辐射高能X射线原位研究*
张盛华,王培,李殿中,李依依
金属学报. 2015, 51 (11): 1306-1314.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00057
摘要   HTML   PDF (847KB)

利用自制的小型拉伸装置对淬火+回火热处理后的ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢试样进行单轴拉伸变形, 使用同步辐射高能X射线衍射技术对钢中逆变奥氏体力学稳定性和相变诱导塑性(transformation induced plastic, TRIP)进行原位研究. 结果表明, 随着拉伸应力的增加, 逆变奥氏体衍射峰积分强度逐渐减弱, 逆变奥氏体在变形过程中逐步发生了形变诱导马氏体相变. 利用Rietveld全谱精修拟合方法对不同应力状态下的逆变奥氏体相分数进行定量分析, 发现逆变奥氏体的形变诱导马氏体相变开始于材料的宏观弹性阶段, 并持续至整个塑性变形阶段. 通过比较分析不同热处理工艺下逆变奥氏体的形变诱导相变过程和材料的加工硬化行为发现, 逆变奥氏体的形变诱导相变的出现增加了马氏体基体的位错密度, 导致材料加工硬化指数的提高, 有效提高了材料的塑性.

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1000 MPa级0Cr16Ni5Mo钢的氢脆敏感性研究*
孙永伟,陈继志,刘军
金属学报. 2015, 51 (11): 1315-1324.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00033
摘要   HTML   PDF (1316KB)

利用升温脱氢分析(TDS)实验研究了1000 MPa级0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢的氢陷阱行为. 同时, 采用慢应变速率拉伸实验(SSRT)研究了该钢缺口与光滑试样的氢脆敏感性, 并利用SEM观察了试样的断口形貌. 结果表明, 位错和晶界为该钢的主要氢陷阱, 充氢后缺口试样与光滑试样的伸长率均下降明显, 但强度变化不大. 随着氢含量的升高, 断口形貌由韧窝型韧性断裂向穿晶、准解理断裂, 甚至向沿晶断裂方式过渡. 由于C含量较少, 该钢的不可逆陷阱含量极少, 大量的可扩散氢使得该钢具有较高的氢脆敏感性. 最后利用与Eshelby等效夹杂理论有关的氢致应力模型, 验证了应力集中与氢含量之间的变化关系.

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HR3C钢运行过热器管的脆化与晶界M23C6相参量演化的关系*
彭志方,任文,杨超,陈方玉,刘鸿国,彭芳芳,梅青松
金属学报. 2015, 51 (11): 1325-1332.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00077
摘要   HTML   PDF (1141KB)

研究了HR3C钢不同运行态过热器管样晶界碳化物M23C6相参量(面积分数 ? M 23 C 6 和等效宽度W)的变化与脆化的关系. 利用ASTM E112规范奥氏体钢晶粒度评级卡片测算出各级别晶粒度(GL)对应的二维图像晶界总周长(Lgb), 并拟合出两者的关系Lgb(GL); 利用各管样的扫描电镜二次电子(SEM-SE)像, 得到了对应的 ? M 23 C 6 及W, 从而建立了W与GL? M 23 C 6 的关系(W(GL, ? M 23 C 6 )); 再结合Charpy冲击实验, 获得了冲击值(aKV)与W的关系(aKV (W)); 此外, 利用纳米压痕仪测定了晶界的弹性模量(Er). 结果表明, 所有管样冲击断口均呈沿晶断裂形貌; 当 ? M 23 C 6 一定时, GL越小, W越大, 其Er也越大, 对应的aKV越小, 即晶界脆化倾向越大. 揭示了晶界M23C6片等效宽度的增大(粗化)导致脆化的实质.

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铁素体球墨铸铁低温冲击断裂裂纹形核及扩展机理*
张新宁,曲迎东,李荣德,尤俊华
金属学报. 2015, 51 (11): 1333-1340.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00121
摘要   HTML   PDF (1272KB)

在低温下对QT400-18L铁素体球墨铸铁件进行Charpy缺口示波冲击实验, 测试温度对冲击过程中裂纹形核和裂纹扩展能力的影响, 采用OM观察分析不同温度下铁素体球墨铸铁裂纹萌生与扩展路径以及断口附近组织的演变规律. 结果表明, 韧脆转变温度以上, 冲击后断口附近大量石墨-基体界面发生开裂, 石墨界面开裂后产生的孔洞起到钝化裂纹和降低裂纹扩展速率的作用; 韧脆转变温度区间, 冲击试样表现为韧窝和解理混合断口形貌, 断裂模式和裂纹形核均与石墨球有关; 韧脆转变温度以下, 垂直交叉孪晶成核进而导致微裂纹扩展, 解理断裂主要是孪晶起裂, 这种形变孪晶引起的裂纹形核和扩展方式造成了裂纹形成功与裂纹扩展功的剧烈下降.

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扩散过程控制下的奥氏体连续冷却转变*
王蕾,唐荻,宋勇
金属学报. 2015, 51 (11): 1341-1348.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00305
摘要   HTML   PDF (883KB)

建立了扩散过程控制下的奥氏体连续冷却转变模型, 用于描述先共析铁素体界面位置随温度的变化规律. 模型考虑了界面移动过程中可能出现的软碰撞情况以及冷速对界面奥氏体侧C浓度的影响. 运用该模型对不同初始C浓度、奥氏体晶粒尺寸和冷速下的奥氏体连续冷却转变过程进行模拟, 得到不同冷却条件下的先共析铁素体界面位置、界面奥氏体侧的C扩散长度以及C浓度分布随温度的变化规律. 对晶粒尺寸为17 μm的Fe-0.17C合金进行不同冷速下的转变过程模拟, 所得结果与文献吻合较好.

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双环电化学动电位再活化法评价11Cr铁素体不锈钢晶间腐蚀敏感性*
强少明,江来珠,李劲,刘天伟,吴艳萍,蒋益明
金属学报. 2015, 51 (11): 1349-1355.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00117
摘要   HTML   PDF (1116KB)

利用TEM, EDS和SAED等分析方法, 研究了11Cr 铁素体不锈钢409L在600 ℃敏化下析出物特性, 并将双环电化学动电位再活化法(DL-EPR)用于评价409L钢的晶间腐蚀敏感性, 通过研究DL-EPR的扫描速率、介质成分、介质温度对测试结果的影响, 对该方法进行了优化, 并用该优化法研究了敏化处理对409L钢晶间腐蚀敏感性的影响. 结果表明, 敏化的409L钢发生晶间腐蚀是由于M23C6沿晶界析出. 在最优化条件下, DL-EPR法能定量评价409L钢的晶间腐蚀敏感性且具有良好的重复性. 随敏化处理时间延长, 沿晶界析出的M23C6增多, 晶间腐蚀敏感性也随之增强.

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一种基于黏弹性理论预测DP600钢板滞后回弹的新模型*
孙帅,鄂大辛
金属学报. 2015, 51 (11): 1356-1364.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00176
摘要   HTML   PDF (880KB)

通过加载不同预应变和保压时间获得了DP600钢板的室温滞后回弹响应. 基于黏弹性理论, 采用309 MPa恒应力室温蠕变实验, 获得了预测滞后回弹过程的蠕变柔量函数. 基于DP600钢板室温弹性和塑性加载响应, 修正了线黏弹性本构方程的积分下限, 将柔量函数与修正的应力率函数进行卷积, 获得了影响滞后回弹过程的加载历史效应. 再将加载历史应变波形与卸载脉冲叠加, 获得不同预变形量的滞后回弹应变预测值. 结果表明, 滞后回弹初期应变率较高, 之后应变率逐渐降低; 随着预应变的增加, 滞后回弹应变的绝对值逐渐递增, 并且滞后回弹占总回弹比例逐渐增加; 滞后回弹预测方向与瞬时回弹方向相同, 与加载方向相反; 相同时间段内, 蠕变回弹应变比滞后回弹应变明显降低, 与滞后回弹实验相比, 蠕变恒应力与蠕变回弹应变的比值随预应变的变化规律呈现出良好的线性关系; 基于黏弹性理论的修正模型所得到的预测值接近实验测量值, 并能够较好地反映实验变化规律.

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穿孔等离子弧焊接弧与熔池的耦合模拟及正交分析*
吴宣楠,冯妍卉,李岩,李亚飞,张欣欣,武传松
金属学报. 2015, 51 (11): 1365-1376.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00020
摘要   HTML   PDF (1322KB)

针对穿孔等离子弧焊接工艺, 建立了定点焊的二维轴对称非稳态数理模型, 描述高温流动的电弧与工件熔池的耦合输运过程, 通过数值模拟获得了电场、磁场、流场与温度场的演变规律. 模拟焊缝熔合线与实验结果吻合较好, 验证了数学模型的合理性. 研究结果表明: W阴极尖端附近的电流密度与温度是最高的; 等离子弧在工件上部呈现出“钟形”, 而在中心轴线处因进入小孔呈细长的“锥形”; 高速Ar气等离子体冲击到小孔壁面时速度急剧降低, 小孔内出现高压区和Ar气等离子体的返流现象; 熔池内流动与传热的综合作用使焊缝熔合线呈倒“喇叭形”. 进一步对焊接的操作参数及焊枪结构参数进行了影响因素的正交试验模拟. 极差分析表明, 焊枪的结构因素比焊接操作参数更重要, 即对电极间距、电极内缩量、喷嘴孔径需予以重点考虑, 以获得良好的焊缝形状.

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Mo-Si-B三元系中T2相合金的制备工艺研究*
潘昆明,张来启,魏世忠,李继文,李豪,林均品
金属学报. 2015, 51 (11): 1377-1383.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00053
摘要   HTML   PDF (1156KB)

分别通过还原气氛常压烧结法 (TFS) 和放电等离子烧结法 (SPS) 制备Mo5SiB2 (T2) 相合金, 并采用XRD, SEM和TEM等方法对合金的微观结构进行表征. 结果表明: 快的升温速率是合成T2相的动力学条件, 相比传统烧结方式, SPS法以独特的等离子活化烧结方式提供快的加热速率, 能够在较短的时间内升温到所需温度1500 ℃, 避免Mo, Si和B混合粉末在中温区间 (600~1200 ℃) 通过固-固反应生成Mo3Si, Mo5Si3和MoB等二元相, 而通过固-液反应原位合成T2相. 合金平均晶粒尺寸为1.44 mm, 晶界清晰、洁净、无过渡区且在晶体内没有观察到位错等缺陷.

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GexSe90-xSb10硫系玻璃的热力学特性和动力学脆性研究*
李姣姣,坚增运,朱满,许军锋,常芳娥,相敏
金属学报. 2015, 51 (11): 1384-1390.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00072
摘要   HTML   PDF (905KB)

采用DSC对熔融-淬冷法制备的GexSe90-xSb10 (x=20, 23, 25, 30)玻璃及其晶体的性质进行了研究, 获得了GexSe90-xSb10玻璃在不同加热速率下的玻璃化转变温度Tg以及玻璃与晶体的比热容和熵随温度的变化关系, 在此基础上确定出了GexSe90-xSb10的动力学理想玻璃化转变温度T0, 热力学理想玻璃转变温度TK (Kauzmann温度)及动力学脆性参数m. 结果表明, GexSe90-xSb10的Tg, 玻璃与晶体的比热容和熵均随着升温速率的增加而增大. Tg和T0随Ge含量的增加呈现先增大后减小的变化规律, TK随Ge含量的增加呈现线性增大的规律. GexSe90-xSb10玻璃的m, Tg/TK, Tg/Tm和Tg/T0分别为20.7~23.2, 1.183~1.352, 0.678~0.742和1.006~1.019. GexSe90-xSb10玻璃的m均小于30, Tg/TK均大于1.1, 说明其为典型的“强”熔体; Tg/Tm均大于2/3, 说明其玻璃化形成能力比较强.

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TC4钛合金搅拌摩擦焊厚度方向的显微组织*
姬书得,温泉,马琳,李继忠,张利
金属学报. 2015, 51 (11): 1391-1399.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00099
摘要   HTML   PDF (1769KB)

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)实现了2 mm厚TC4钛合金连接, 结合数值模拟结果研究了温度分布对焊缝沿厚度方向显微组织特征和接头力学性能的影响规律. 结果表明, 当焊接速率为50 mm/min且转速为300 r/min时, 靠近焊缝表面的材料温度峰值超过b相变温度. 随着到焊缝表面距离的增加温度峰值逐渐变小, 靠近焊缝底部的材料未超过b相变温度. 在温度峰值超过b相变的焊缝区域, 显微组织是由初生a相、板条状a相和剩余转变b相组成, 且焊缝内部的板条状a相尺寸大于近表面区域. 焊缝底部受到动态再结晶作用, 呈现尺寸较小的ab双相组织, 且b相在a相基体上分布更均匀. 当转速提高到350 r/min时, 沿焊缝厚度方向上的超过b相变温度的区域变宽, 板条状a相所占面积和尺寸增大, 组织中出现板条状a相丛. 取向不同的板条状a相散乱分布于组织中, 阻碍裂纹扩展, 利于接头的抗拉强度.

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预变形对Al-Mg-Si-Cu合金时效硬化和显微结构的影响*
顾媛,陈江华,刘春辉,朱东晖,刘力梅,陶冠辉
金属学报. 2015, 51 (11): 1400-1406.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00113
摘要   HTML   PDF (1751KB)

采用显微硬度测试、拉伸实验、EBSD和TEM等检测手段研究了不同变形量对形变和时效结合制备的Al-Mg-Si-Cu合金力学性能和显微结构的影响. 结果表明, 随着变形量的增加, 轧制态合金的硬度会逐渐增加, 后续时效过程中形变合金均能进一步强化但时效硬化能力逐渐下降; 晶粒沿着轧制方向逐渐被拉长为层状结构, 形成大量亚晶界. 变形量小时, 合金内位错密度随着形变量的增加而增加; 变形量较大时, 位错发生缠结并形成亚晶. 形变导致的位错组态变化显著影响合金的析出特性, 析出相逐渐从离散分布演变为连续分布, 连续分布的析出相是溶质原子析出与缺陷退化交互作用的结果, 通过调整形变量和时效工艺有助于制备强度和塑性结合良好的铝合金.

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Zr46.9Cu45.5Al5.6Y2.0金属玻璃含B2-CuZr相内生复合材料的制备及其力学性能*
沈勇,徐坚
金属学报. 2015, 51 (11): 1407-1415.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00140
摘要   HTML   PDF (1069KB)

通过增大铸造棒材直径来调整熔体的冷却速率, 可在Zr46.9Cu45.5Al5.6Y2.0块体金属玻璃(BMG)中获得体积分数可变化的球形B2-CuZr相均匀分布于金属玻璃基体、并且具有较大尺寸的内生复合材料, 其中含25%B2-CuZr相(体积分数)复合材料在压缩载荷下的塑性应变由单相金属玻璃的1.6%增大至6.5%, 但在单向拉伸时样品没有观察到明显的延性应变. 分析认为, 复合材料在拉伸载荷下发生脆性断裂的本征原因在于CuZr相晶粒尺寸和间距与金属玻璃基体塑性区尺寸不满足尺寸匹配关系. 在ZrCuAl合金中添加2%Y (原子分数)严重损伤了金属玻璃基体的断裂韧性和塑性区尺寸, 与Zr46.9Cu45.5Al5.6Y2.0 BMG相比, 不含Y的Zr48Cu45Al7 BMG样品可预制疲劳裂纹, 三点弯曲实验测得断裂韧性为(62±3) MPam1/2, 平面应变条件下在裂纹尖端的塑性区尺寸可达150 mm.

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基于磁控溅射法显微CT W-Al透射靶材的制备及其性能研究*
马玉田,刘俊标,霍荣岭,韩立,牛耕
金属学报. 2015, 51 (11): 1416-1424.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00147
摘要   HTML   PDF (873KB)

根据端窗透射Micro-CT靶材的理论模型设计了W-Al透射靶材的基本结构, 结合Geant4计算模拟软件和Müller的靶温升计算模型分别确定了W靶面和Al基体的厚度. 以YXLON光机的W-Al透射靶材结构参数为依据, 采用磁控溅射法在Al基体表面分别制备了厚度为2, 5和8 μm的W薄膜, 并借助SEM进行微观形貌分析, 得到了致密度和均匀度均较好的W薄膜靶面. 借助YXLON的X射线管, 对3种不同厚度靶材的X射线出射率及其对应所需功率进行了实验研究, 结果表明: W靶面的最佳厚度是5 μm, 此时, 靶材的X射线出射率最大且产生X射线所需的功率最小. 在此基础上, 进行了X射线出射率和X射线成像效果的对比实验, 结果表明: 无论在X射线出射率及其所需功率方面, 还是在X射线成像效果方面, W靶面厚度为5 μm的W-Al透射靶材的性能均优于YXLON W-Al透射靶材, 能够满足Micro-CT所需的高质量靶材的应用要求.

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基于磁控溅射法显微CT W-Al透射靶材的制备及其性能研究*
马玉田,刘俊标,霍荣岭,韩立,牛耕
金属学报. 2015, 51 (11): 1416-1424.  
摘要   HTML   PDF (873KB)

根据端窗透射Micro-CT靶材的理论模型设计了W-Al透射靶材的基本结构, 结合Geant4计算模拟软件和Müller的靶温升计算模型分别确定了W靶面和Al基体的厚度. 以YXLON光机的W-Al透射靶材结构参数为依据, 采用磁控溅射法在Al基体表面分别制备了厚度为2, 5和8 μm的W薄膜, 并借助SEM进行微观形貌分析, 得到了致密度和均匀度均较好的W薄膜靶面. 借助YXLON的X射线管, 对3种不同厚度靶材的X射线出射率及其对应所需功率进行了实验研究, 结果表明: W靶面的最佳厚度是5 μm, 此时, 靶材的X射线出射率最大且产生X射线所需的功率最小. 在此基础上, 进行了X射线出射率和X射线成像效果的对比实验, 结果表明: 无论在X射线出射率及其所需功率方面, 还是在X射线成像效果方面, W靶面厚度为5 μm的W-Al透射靶材的性能均优于YXLON W-Al透射靶材, 能够满足Micro-CT所需的高质量靶材的应用要求.

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