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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2016年, 第52卷, 第2期 刊出日期:2016-02-10 上一期    下一期
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论文
空洞对镍基单晶合金纳米压痕过程的影响*
杨彪,郑百林,胡兴健,贺鹏飞,岳珠峰
金属学报. 2016, 52 (2): 129-134.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00193
摘要   HTML   PDF (5760KB)

通过分子动力学方法, 研究了3种含相同半径、不同深度空洞的镍基单晶合金模型与理想模型纳米压痕过程的区别. 采用中心对称参数分析4种模型在不同压入深度时基体内部位错形核、长大的过程以及空洞和错配位错对纳米压痕过程的影响. 材料的压入荷载-压入深度曲线显示, 空洞最浅的模型与理想模型相差最大. 空洞对材料纳米压痕过程有2种作用, 当压入深度较浅时(h<0.375 nm), 空洞的存在会弱化材料, 而当压入深度处于0.375~0.567 nm之间时, 空洞表面的原子对位错的长大起到阻碍作用, 使得压入荷载增加; 空洞的坍塌会吸收一部分应变能, 减少γ相中层错的形成; 当空洞完全坍塌后, 位错会在空洞原始位置纠缠, 并产生大量层错, 使得压入荷载减小. γ/γ'相相界面存在空洞时, 当达到最大压入深度, 部分错配位错分解, 且被γ相表面吸收, 形成表面台阶. 处在最深位置的空洞并未对材料纳米压痕过程产生影响.

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微尺度Ti-10V-2Fe-3Al单晶压缩变形行为及其微观机制*
杨蕊,潘艳,陈威,孙巧艳,肖林,孙军
金属学报. 2016, 52 (2): 135-142.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00216
摘要   HTML   PDF (5942KB)

研究了尺寸为0.3~2.0 μm的Ti-10V-2Fe-3Al (Ti1023)微柱沿[011]位向压缩的变形行为及微观机制. 结果表明: Ti1023 微柱沿[011]位向压缩的塑性变形阶段应力-应变曲线光滑, 表现出持续加工硬化, 无应变突发现象. 微柱屈服强度(σ0.2)随试样尺寸(d)的减小而增加, 其关系为: σ0.2d -0.18. 微柱塑性变形以{112}<111>滑移主导, 应变量超过10%时产生应力诱发马氏体(α″), 应力诱发马氏体相变发生时的应力(σcm)亦随d的减小而增加, 其关系为: σcmd -0.28. 在均匀塑性变形阶段, 应变硬化指数(n)随尺寸的减小而增加. 采用TEM观察了变形前后微观组织形貌, 表明Ti1023微柱沿[011]位向压缩时表现出来的持续应变硬化归因于晶体中纳米尺度ω相和α″对位错滑移的阻碍作用.

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横向磁场下定向凝固Cu-6%Ag合金的组织、硬度和电阻率*
左小伟,郭睿,安佰灵,张林,王恩刚
金属学报. 2016, 52 (2): 143-150.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00279
摘要   HTML   PDF (3684KB)

研究了横向磁场对定向凝固Cu-6%Ag合金组织、硬度和电阻率的影响. 结果表明, 施加磁场增加了先共晶Cu枝晶的一次枝晶间距和体积分数, 先共晶Cu中捕捉了更多的过饱和Ag, 最终升高了合金的硬度和电阻率. 从磁场抑制熔体对流作用的角度建立了一次枝晶间距与施加磁场强度、液相扩散系数等的关系, 并结合溶质分配系数的影响解释了Ag过饱和度增加的原因. 利用TEM和EDS分析结果, 结合建立的合金电阻率模型, 定量分析了合金电阻率的改变和固溶Ag原子对固溶体Cu-6%Ag合金导电性的主导作用.

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多组织因素对GH4738合金裂纹扩展速率的交互影响*
佴启亮,董建新,张麦仓,姚志浩
金属学报. 2016, 52 (2): 151-160.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00414
摘要   HTML   PDF (9999KB)

提出了一种可以综合反映多组织因素对GH4738合金疲劳裂纹扩展速率影响的多组织因素交互影响方程, 并利用不同的热处理制度设计了具有不同组织特征的试样. 测定了经不同热处理制度后GH4738合金在650 ℃下的疲劳裂纹扩展速率. 利用该方程分析了GH4738合金晶粒尺寸、碳化物及γ′相尺寸对疲劳裂纹扩展速率的影响. 结果表明, 多组织因素交互影响方程能很好地定量描述各组织因素对GH4738合金疲劳裂纹扩展速率的影响及其综合影响. 增大晶粒尺寸、降低γ′相及碳化物尺寸均可降低GH4738合金疲劳裂纹扩展速率, 并且晶粒尺寸对GH4738合金的裂纹扩展速率的影响程度要高于γ′相尺寸及碳化物尺寸.

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固溶处理对热压CoCrW合金组织及力学性能的影响*
游晓红,王刚刚,王军,许涛,张洪宇,韦华
金属学报. 2016, 52 (2): 161-167.   DOI: 1011900/0412.1961.2015.00245
摘要   HTML   PDF (7394KB)

利用SEM, XRD和TEM等分析手段研究了固溶处理对热压烧结CoCrW合金相组成的影响, 通过硬度测试、室温拉伸和摩擦磨损实验, 研究了固溶处理对热压烧结CoCrW合金力学性能的影响. 结果表明, 热压态与固溶态CoCrW合金的组成相均为M23C6, M6C, CrCo金属间化合物和γ-Co基体; 固溶处理降低了合金中的M23C6含量和原始颗粒边界数量, 同时改善了合金塑性和耐磨性能. 合金室温硬度和抗拉强度均随固溶温度升高、固溶时间延长而先增高后降低.

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一种抗热腐蚀铸造镍基高温合金中σ相的析出及回溶*
侯介山,郭建亭,袁超,周兰章
金属学报. 2016, 52 (2): 168-176.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00358
摘要   HTML   PDF (10914KB)

研究了不同热处理条件下σ相的回溶规律及其对合金持久性能的影响. 研究发现, 在800~900 ℃范围内经过最长1×104 h时效后, 合金中产生的σ相率先在枝晶干的M23C6碳化物附近形成, 之后扩展到枝晶间; 随着时效温度的升高, σ相形成速度加快, σ相形核的孕育时间缩短. 激活能计算结果对比表明, σ相形成初期与Co, Cr的扩散相关, 稳态阶段与Mo的扩散相关; 长期时效后合金在1000~1170 ℃固溶时, σ相都可以回溶到基体, 且固溶温度越高, σ相回溶越快. σ相的回溶动力学研究表明, σ相的回溶速度受Co的扩散过程控制. 对比持久实验结果表明, 合金中的σ相并不能使合金变脆; 经过恢复热处理, 长期时效过程中析出的σ相回溶, 持久寿命提高.

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混沌对流下的半固态A356铝合金初生相形貌演变研究*
刘政,张嘉艺,罗浩林,邓可月
金属学报. 2016, 52 (2): 177-183.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00228
摘要   HTML   PDF (3902KB)

研究了半固态A356铝合金熔体中混沌对流的表征, 及电磁场诱发的混沌对流对半固态A356铝合金熔体中初生相形貌演变的影响. 通过Fluent软件研究了电磁场作用下A356铝合金熔液中微粒的流动轨迹, 计算了这些流动轨迹的Kolmogorov熵和分形维数, 证明了施加适当的电流频率能在合金熔体中产生混沌运动. 结合实验研究, 对不同电流频率及工艺参数的实验结果进行对比. 研究结果表明, A356铝合金熔体在650 ℃浇注, 电流频率为30 Hz的电磁场中搅拌15 s, 并在590 ℃保温10 min, 此时凝固系统的Kolmogorov熵为6829.5 nat/s, 分形维数为2.2439, 初生相的平均等积圆直径为59.86 μm, 平均形状因子为0.71, 此时晶粒最圆整细小, 组织形貌最佳.

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AZ91D镁合金在激光选区熔化成形中的元素烧损*
魏恺文,王泽敏,曾晓雁
金属学报. 2016, 52 (2): 184-190.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00212
摘要   HTML   PDF (3463KB)

利用OM, SEM, EDS, XRF和XRD等方法研究了AZ91D镁合金在激光选区熔化中的元素烧损机制以及烧损对成形试样化学成分、显微组织及力学性能的影响. 结果表明, 成形试样中Mg的相对含量(86.61%~88.68%)低于粉末原料中Mg的相对含量(90.63%), 而其Al的相对含量(10.40%~12.56%)则高于后者(8.97%). 该结果与基于Langmuir模型的计算结果相符, 表明在激光作用下主要是Mg发生了烧损. 成形试样的Mg与Al质量比η随激光体能量密度EV的增加呈现先上升后下降并最终趋于稳定的演变规律. 采用55.6 J/mm3EV所成形试样(试样No.8)的η值最接近粉末原料. 使用回归分析法建立了ηEV的解析关系, 其拟合度指标系数R2为0.858. 成分变化最为显著之一的成形试样No.1 (采用166.7 J/mm3EV所成形)与压铸态AZ91D 的组织特征相似, 均为β-Mg17Al12相呈网状分布于α-Mg基体间的典型凝固组织. 但成形试样No.1的β-Mg17Al12相含量及其α-Mg基体中Al的固溶量明显高于压铸态AZ91D. 成分变化导致成形试样No.1的拉伸强度及显微硬度得到提升, 但使其延伸率有所下降.

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汽车用新型Al-0.93Mg-0.78Si-0.20Cu-3.00Zn合金的制备及其时效析出行为研究*
李勇,郭明星,姜宁,张许凯,张艳,庄林忠,张济山
金属学报. 2016, 52 (2): 191-201.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00334
摘要   HTML   PDF (7441KB)

通过DSC, OM, SEM, TEM观察及拉伸测试等手段对新开发的汽车用新型Al-0.93Mg-0.78Si-0.20Cu-0.30Mn-0.40Fe-3.00Zn (质量分数, %)合金的时效析出行为进行了系统研究. 结果表明, 固溶淬火态合金的DSC曲线出现5个放热峰, 分别对应GP区聚集长大及沉淀相析出, 运用Avrami-Johnson-Mehl方法对合金时效析出动力学进行了计算分析, 创建的沉淀相析出动力学方程Y=1-exp[-2.03×1019exp(-23573/T)t2]可以比较准确地预测合金时效析出规律. 185 ℃人工时效90 min即可达到峰值硬度133 HV, 对应的拉伸性能可达σ0.2=346 MPa, σb=383 MPa, δ=13%, 拉伸断口仍以塑性断裂为主. 虽然该合金含有一定量的Zn, 但在185 ℃时效时仍以Mg-Si相的析出为主, 峰时效态分布有结构稳定的β′′相及其前驱体pre-β′′相, 后者的出现主要是由于Zn参与了沉淀相的析出所致. 此外, 根据合金时效过程的组织演化规律, 提出了该新型合金沉淀相形核和析出模型示意图.

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退火工艺对硅通孔填充Cu微结构演化与胀出行为的影响*
陈思,秦飞,安彤,王瑞铭,赵静毅
金属学报. 2016, 52 (2): 202-208.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00308
摘要   HTML   PDF (5128KB)

采用不同电流密度和外加剂浓度将Cu电镀填充到硅通孔(TSV)制作晶圆试样, 将试样置于Ar气环境内进行退火处理. 观测了硅通孔填充Cu (TSV-Cu)的胀出量和界面完整性, 分析了电镀参数对填充Cu微结构(晶粒尺寸)以及微结构对填充Cu退火胀出量的影响. 结果表明, 电流密度和外加剂浓度影响TSV-Cu的晶粒尺寸. 电流密度越高, 晶粒尺寸越小; 外加剂浓度越高, 晶粒尺寸越小, 但其影响程度不如电流密度显著. 退火后, Cu的晶粒尺寸变大, TSV-Cu发生胀出, 胀出量与Cu晶粒尺寸具有正相关的关系. 随着TSV-Cu的胀出, Cu-Si界面发生开裂, 裂纹沿界面层中的Cu种子层内部延伸.

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蒸汽中的溶解氧对锆合金腐蚀行为的影响*
韦天国,林建康,龙冲生,陈洪生
金属学报. 2016, 52 (2): 209-216.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00219
摘要   HTML   PDF (5524KB)

研究了400 ℃, 10.3 MPa蒸汽中, 溶解氧(DO)的存在对Zr-4, N18 (Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr)以及N36 (Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.3Fe)合金腐蚀行为的影响, 采用微循环动水回路将溶解氧含量分别控制在0.1×10-6和1.0×10-6. 结果表明, 2种溶解氧浓度条件下, 腐蚀90 d后, N18合金的腐蚀增重与Zr-4合金的腐蚀增重接近, 而N36合金的腐蚀增重最高. 腐蚀初期, DO含量更高的条件下3种合金的腐蚀增重反而更低; 随着腐蚀时间的延长, 1.0×10-6 DO条件下合金的腐蚀增重逐渐超过0.1×10-6 DO 条件下的腐蚀增重, Nb含量越高的合金, 所需的时间越短.

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利用高分辨同步辐射Micro-CT定量三维表征含Ti铁素体不锈钢铸坯中氧化物夹杂*
杨文,张立峰,任英,段豪剑,张莹,肖向辉
金属学报. 2016, 52 (2): 217-223.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00226
摘要   HTML   PDF (2888KB)

采用高分辨同步辐射计算机微断层扫描技术(Micro-CT)对含Ti铁素体不锈钢铸坯中氧化物夹杂进行了三维检测, 定量分析了氧化物夹杂数量、体积和尺寸等特征在铸坯厚度方向的分布规律, 并与自动扫描电镜ASPEX的二维检测结果对比. 结果表明, Micro-CT能够更准确地实现钢中夹杂物的无损检测. Micro-CT检测到的氧化物基本都为球形, 各位置夹杂物数量随着尺寸的增加而减少. 氧化物数量密度和体积分数整体上在铸坯厚度中心最大, 并随着距厚度中心的距离增加而减小, 在铸坯表层附近达到最小值. 而氧化物平均等效直径在铸坯表层附近最大, 在内弧1/4厚度附近最小.

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低合金多相钢中残余奥氏体对塑性和韧性的影响*
谢振家,尚成嘉,周文浩,吴彬彬
金属学报. 2016, 52 (2): 224-232.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00280
摘要   HTML   PDF (11581KB)

研究了经临界退火和不同温度回火后多相组织低合金钢中残余奥氏体对塑性和韧性的影响. 结果表明, 实验钢经两相区临界退火和不同温度回火后, 获得了临界铁素体、回火马氏体/贝氏体以及体积分数分别为2%, 5%, 10%的残余奥氏体多相组织. 含有不同体积分数残余奥氏体的多相组织钢强度差异不大, 其屈服强度介于540~590 MPa, 抗拉强度介于720~780 MPa. 残余奥氏体含量对塑性和韧性影响显著. 随着残余奥氏体含量的增加, 实验钢的均匀延伸率和断后延伸率分别从10.3%和23.8%提高到20.4%和33.8%. 塑性的提高主要是由于残余奥氏体在拉伸过程中逐步发生马氏体相变, 从而提供持续的加工硬化能力, 推迟颈缩的发生. 残余奥氏体对韧性的改善随着冲击测试温度的降低变得更加显著. 冲击温度高于-60 ℃时, 不同体积分数的残余奥氏体实验钢的冲击功均在120 J以上, 当冲击实验温度为-80 ℃时, 残余奥氏体含量仅2%的实验钢的冲击韧性仅14 J, 而含有残余奥氏体体积分数约10%的实验钢在-80和-100 ℃的冲击功仍然保持在60~80 J. 残余奥氏体的存在有利于提高低温冲击过程中的塑性变形能力, 延迟起裂, 提高起裂功, 从而有利于获得优异的低温冲击韧性.

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新型高氮钢的腐蚀和空蚀交互作用研究*
乔岩欣,王硕,刘彬,郑玉贵,李花兵,姜周华
金属学报. 2016, 52 (2): 233-240.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00282
摘要   HTML   PDF (10022KB)

利用磁致伸缩空蚀试验机研究了高氮钢在蒸馏水、0.5 mol/L NaCl和0.5 mol/L HCl溶液中的空蚀行为, 利用SEM观察了试样表面和截面的空蚀形貌, 对静态和空蚀条件下的极化曲线进行了测量. 结果表明, 高氮钢在3种介质中空蚀8 h后的失重随着介质的腐蚀性增加而增加, 失重率曲线存在一个孕育期, 孕育期随着介质腐蚀性的增加而缩短; 高氮钢的空蚀破坏以韧性断裂为主, 在HCl溶液中, 由于H的存在, 促进了位错的滑移, 导致裂纹失稳扩展, 裂纹扩展并相互连接造成材料的空蚀抗力降低.

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基于金属磁记忆评价裂纹埋深对激光熔覆层应力的影响*
刘彬,贡凯,乔岩欣,董世运
金属学报. 2016, 52 (2): 241-248.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00283
摘要   HTML   PDF (2597KB)

利用金属磁记忆技术对裂纹/应力交互影响的Fe314合金激光熔覆层应力状态进行了评价. 基于“当量法”, 通过机加工方法在Fe314合金激光熔覆层中加工宽度恒定, 埋深分别为2.5, 3.0, 3.5和4.0 mm的规则矩形槽模拟不同埋深的裂纹, 研究了裂纹埋深对Fe314合金激光熔覆层磁场强度法向分量Hp(y)的影响规律. 利用SEM对Fe314合金激光熔覆层微观组织进行观察, 结合其微观组织特征分析了对Hp(y)的影响. 结合压磁理论, 澄清了金属磁记忆评价裂纹/应力交互作用下Fe314合金激光熔覆层应力状态的机理, 获得裂纹埋深、载荷及Hp(y)梯度变化值K间关系. 结果表明, 随载荷增大, 磁畴的有序转变导致Hp(y)曲线以过0点为中心呈顺时针转动, Hp(y)曲线斜率与幅值逐渐变大, 裂纹处K逐渐变大; 各向异性组织及层间界面引起应力集中, 从而导致Hp(y)曲线波动明显; 载荷相同时, 裂纹处K随裂纹埋深增大呈二次多项式规律减小; 裂纹埋深相同时, 裂纹处K随载荷增大而增大; 裂纹埋深越小, 载荷对裂纹处K影响越明显. 裂纹埋深大于3.0 mm时, Fe314合金激光熔覆层变形能力弱于45钢变形能力从而导致裂纹处K随载荷增大的速率较慢.

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{112}<111>孪生的形核和长大及终止的ω点阵机制*
吴松全,杨义,李阁平,平德海,胡青苗,杨锐
金属学报. 2016, 52 (2): 249-256.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00309
摘要   HTML   PDF (6499KB)

针对体心立方(bcc)结构金属及合金{112}<111>孪生的ω点阵机制, 利用点阵模型详解了bcc结构金属及合金{112}<111>孪晶形核、长大和终止全过程. 模型揭示了孪晶可以通过ω→bcc转变过程形成孪晶核胚, 再通过孪晶核胚生长或合并的方式长大, 最终与特殊位向ω相作用受阻而停止. 该机制说明了{112}<111>类型孪晶是一种相变孪晶.

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