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2016年, 第52卷, 第4期 刊出日期:2016-04-15
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亚稳奥氏体对低温海工用钢力学性能的影响与机理*
王长军,梁剑雄,刘振宝,杨志勇,孙新军,雍岐龙
金属学报. 2016, 52 (4): 385-393.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00312
利用EBSD, HRTEM与热膨胀仪等实验手段对低碳中锰钢在淬火+回火 (QT) 与淬火+片状淬火+回火 (QLT) 工艺下的奥氏体形貌与相变过程进行了对比分析. 结果表明, QT与QLT工艺下所生成的回转奥氏体形貌、尺寸、位置以及由此导致的奥氏体稳定性差异是造成实验钢力学性能特别是低温冲击韧性巨大差异的最主要原因. 热力学与动力学分析表明, 由于QLT工艺在淬火+片状淬火 (QL) 阶段完成了C和Mn元素的第一次配分, 因而相比于QT热处理工艺, QLT工艺下回转奥氏体在生成速率显著提高的同时其生长模型也由一维双向增厚模式演变成一维单向增厚模式.
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固态相变对P92钢焊接接头残余应力的影响*
邓德安,张彦斌,李索,童彦刚
金属学报. 2016, 52 (4): 394-402.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00371
采用光学显微镜、显微硬度仪和盲孔法研究了P92钢平板焊接接头的微观组织、显微硬度和表面残余应力分布. 同时, 基于SYSWELD软件开发了考虑材料固态相变的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法, 并采用该方法模拟了P92钢的Satoh试验和单道堆焊接头的温度场及应力场分布, 探讨了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性(TRIP)对焊接残余应力形成过程及最终残余应力分布的影响. 实验结果表明, P92钢平板焊接接头焊缝组织为淬火马氏体, 其平均显微硬度为440 HV, 母材(BM)组织为回火马氏体, 其显微硬度为240 HV. Satoh试验的数值模拟表明, 固态相变引起的体积变化和屈服强度变化不仅对残余应力的形成过程及最终应力的分布和峰值大小有显著影响, 甚至可以改变应力的符号; 而TRIP效应则具有减缓因体积膨胀和屈服强度变化所引起应力变化趋势的作用. 进一步的计算结果表明, P92钢堆焊接头焊缝和热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力, 而靠近HAZ的BM上存在较大的纵向拉应力, 峰值为600 MPa, 该值超过了P92钢的室温屈服强度; 整个焊接接头的横向残余应力峰值为130 MPa, 远小于其纵向残余应力的峰值. 数值计算结果与盲孔法测量得到的结果比较吻合, 表明了所开发的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法有较高的计算精度.
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9Ni钢拉伸性能的同步辐射高能X射线原位研究*
张玉妥,李丛,王培,李殿中
金属学报. 2016, 52 (4): 403-409.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00460
利用热膨胀仪、同步辐射高能X射线衍射、XRD和TEM等对经淬火+两相区处理+不同温度回火处理的9Ni钢中逆变奥氏体含量、逆变奥氏体在室温单轴拉伸过程的形变诱导相变及其对强度的影响规律进行了研究. 结果表明, 经780 ℃淬火和680 ℃两相区处理后, 实验钢中不含逆变奥氏体, 而在随后的回火过程中产生一定量的逆变奥氏体. 逆变奥氏体含量随回火温度的上升先升高而后降低, 600 ℃回火时逆变奥氏体含量最高. 在室温拉伸过程中, 逆变奥氏体的形变诱导相变开始于宏观屈服之后, 在颈缩前基本全部转变成马氏体, 从而屈服强度随回火温度的升高先减小后增大, 600 ℃回火时屈服强度最小; 抗拉强度随回火温度的升高而增大, 640 ℃回火时抗拉强度最大.
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Nb-Mo微合金高强钢强化机理及其纳米级碳化物析出行为*
张正延,孙新军,雍岐龙,李昭东,王振强,王国栋
金属学报. 2016, 52 (4): 410-418.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00482
采用SEM, EBSD, HRTEM和物理化学相分析等技术分别对0.1%Nb和0.1%Nb-0.19%Mo微合金低碳热轧钢进行了微观组织形貌、钢中析出相及强化机理的观测和分析. 结果表明, 与Nb钢相比, Nb-Mo钢的组织较为细小, 组织中小角度晶界密度也较高, 且Mo的添加使得Nb的析出率升高, 尺寸在10 nm以下的纳米级MC型析出相(Nb, Mo)C含量较高, 这种纳米级析出相(Nb, Mo)C具有较低的熟化速率, 不易粗化, 因此具有较高的沉淀强化增量, 这也是Nb-Mo钢强度高于Nb钢的主要原因.
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熔体超温处理温度对新型镍基单晶高温合金溶质分配行为的影响*
王海锋,苏海军,张军,黄太文,刘林,傅恒志
金属学报. 2016, 52 (4): 419-425.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00288
采用熔体超温处理技术对新型含Re和Ru的镍基单晶高温合金熔体进行不同温度的超温处理, 利用EPMA研究了定向凝固过程中合金元素的溶质分布状态及溶质分配系数随熔体超温处理温度变化的演化规律. 结果表明, 在平界面定向凝固条件下, 随熔体超温处理温度的升高, Al, Ta元素在固液界面前沿液相一侧的分布呈现先增大后减小的趋势, 而Re, W, Ru, Co元素则呈现与之相反的规律, Mo, Cr元素无明显变化; 而熔体超温处理温度对Ru, Co, Mo, Cr元素的溶质分配系数影响较小. 熔体超温处理使合金熔体结构发生变化, 进而影响元素分布, 是导致溶质分配系数发生变化的主要原因.
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定向凝固的复杂形状高温合金铸件中的雀斑形成*
马德新
金属学报. 2016, 52 (4): 426-436.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00379
通过实施工业条件下的定向凝固实验, 对复杂形状的高温合金铸件中的雀斑进行了检测和分析, 揭示了这种凝固缺陷产生的几个新特点. 结果表明, 雀斑易于产生在铸件的棱角部位而不是平滑表面上, 称之为棱角效应; 铸件外形台阶式地突然扩张和缩小会分别抑制和促进雀斑形成, 称之为台阶效应; 雀斑易于产生在向内倾斜而不是向外倾斜的铸件表面上, 称之为斜面效应; 叶片曲率为正的外凸曲面出现严重的雀斑缺陷, 而曲率为负的内凹曲面却毫无雀斑, 此现象称之为曲率效应. 实验中还发现雀斑不但出现在铸件的外表面, 插入型芯也会诱导铸件内部雀斑的产生, 这说明糊状区的液体流动具有强烈的附壁效应, 不管这种壁面是处在铸件外部还是内部. 通过分析可以确认, 正是这种附壁效应在各种具体形状特征下发挥作用, 导致了上述关于雀斑生成的各种效应.
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定向凝固U720Li合金的高温塑性变形行为*
高博,王磊,梁涛沙,刘杨,宋秀,曲敬龙
金属学报. 2016, 52 (4): 437-444.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00374
采用热模拟实验研究了定向凝固与等轴晶U720Li合金的高温塑性变形行为, 利用OM, SEM和EBSD分析了不同变形条件下合金的组织特征及动态再结晶机制. 结果表明, 定向凝固与等轴晶合金的变形抗力均随变形温度升高而降低. 定向凝固U720Li合金沿垂直柱状晶方向变形时变形抗力较低, 枝晶间协调变形能力良好, 未出现裂纹. 与等轴晶合金相比, 相同变形条件下定向凝固合金的动态再结晶组织均匀; 高温塑性变形过程中, 定向凝固合金的动态再结晶主要以晶界弓弯和位错塞积方式形核. 定向凝固U720Li合金的变形激活能为766 kJ/mol, 比等轴晶合金降低了38.6%, 定向凝固合金呈现出更好的热加工特性.
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拓扑密堆μ相对含Hf的镍基粉末高温合金组织和性能的影响*
张义文,胡本芙
金属学报. 2016, 52 (4): 445-454.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00389
研究了含Hf (0~0.89%)的FGH4097粉末高温合金中拓扑密堆μ相的析出动力学、组织形态以及μ相对Hf含量为0.30%的合金盘坯力学性能的影响. 结果表明, Hf含量为0.30%和0.89%的合金, 经750~900 ℃长期时效后μ相已明显析出. 随着时效温度的升高、时效时间的延长以及Hf添加量的增加, μ相析出量增加且尺寸长大. μ相主要在晶内以长条片状形态析出. Hf含量为0.30%的FGH4097合金盘坯在550~650 ℃长期时效后未出现μ相, 高温拉伸性能和高温持久性能没有降低, 组织稳定性良好. 750 ℃长期时效后, 盘坯中析出了μ相, 析出的μ相对高温拉伸强度无明显影响, 有助于提高高温拉伸塑性, 降低了高温持久寿命, 高温持久塑性提高约30%. 详细讨论了μ相的析出行为、γ固溶体中合金元素的再分配以及合金断口特征. 解释了μ相对力学性能影响的脆-韧双重作用机理, 并提出控制和避免μ相大量析出造成性能劣化的措施和方法.
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铸造镍基高温合金中初生MC碳化物的退化过程和机理*
孙文,秦学智,郭建亭,楼琅洪,周兰章
金属学报. 2016, 52 (4): 455-462.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00399
采用OM, SEM和TEM及其HAADF模式下的元素面扫描, 研究了一种铸造镍基高温合金长期时效期间初生MC碳化物的分解反应过程、形式及机理.结果表明, 在长期时效过程中, 初生MC分解反应分为3个阶段: MC+γ→ M6C + γ′, MC+γ→M6C + M23C6+γ′和MC+γ →M6C + M23C6+η.HAADF模式下对分解区域进行元素面扫描, 浓度梯度显示初生MC分解实际上是元素在初生MC和γ基体之间的互扩散交流过程, 分解产物中的C主要来源于初生MC, Ni, Al和Cr来源于γ基体, 而Ti, W和Mo不仅源于γ基体也源于初生MC. 合金具有较高的Ti+Nb+Ta+Hf原子分数和(Ti+Nb+Ta+Hf)/Al原子比是初生MC分解过程中析出η相的必要条件, 而其析出的数量与初生MC的分解程度有关, 分解程度越高, 析出数量越大.
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累积叠轧Mg/Al多层复合板材的织构演变及力学性能*
李眉娟,刘晓龙,刘蕴韬,郑明毅,王琛,陈东风
金属学报. 2016, 52 (4): 463-472.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00286
以商业纯Mg和AA1050 Al板材为初始材料, 采用累积叠轧技术在室温下进行不同轧制道次变形制备了Mg/Al多层复合板材料, 并对3 cyc轧制的Mg/Al多层复合板材料在200 ℃分别进行不同时间退火处理. 利用OM, SEM和中子衍射技术对微观组织和宏观织构进行了研究. 结果表明, 复合板材中Mg和Al层组织均随着循环次数的提高而细化; 在200 ℃时随着退火时间的增加, 晶粒逐渐均匀但没有明显长大. 累积叠轧过程中Mg层主要呈现出典型的轧制织构类型, Al层则表现出以轧制织构组分为主, 同时伴有剪切织构组分的混合织构类型. 对于3 cyc轧制的Mg/Al多层复合板材, 在200 ℃经不同时间退火后, Mg层依然为轧制织构类型, Al层为轧制织构与剪切织构组分混合. 随着累积叠轧循环道次的增加, 屈服强度和抗拉强度都逐渐上升.
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等径角挤压和单向轧制高纯Al再结晶晶界面的取向分布*
陈吉湘,王卫国,林燕,林琛,王乾廷,戴品强
金属学报. 2016, 52 (4): 473-483.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00406
选用经多向锻造和再结晶退火的晶粒组织均匀(平均晶粒尺寸为20 μm)且取向均匀的高纯Al (99.99%)为原料, 将2组平行样品分别进行等效应变ε≈2的等径角挤压(ECAP)和单向轧制(DR)变形后, 再经360 ℃再结晶退火8~90 min, 利用基于体视学原理和电子背散射衍射技术(EBSD)的五参数分析法 (FPA) 对比研究了不同变形方式对高纯Al退火再结晶晶界面取向分布的影响. 结果表明, 经变形及360 ℃退火后, 2组样品中其再结晶晶界面主要取向于低能稳定的{111}, 并主要对应于以<111>为转轴的大角度扭转晶界. ECAP与DR样品退火后的主要差异在于, 前者再结晶晶界面取向于{111}的过程较迟缓; 后者再结晶晶界面比较容易取向于{111}. 分析指出, DR变形更容易使高纯Al再结晶晶面取向于低能稳定的{111}, 更有益于晶界特征分布的优化. 这与DR变形形成的<110>//ND织构导致其再结晶退火过程中晶粒容易长大有关.
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固溶处理对CoCrW合金组织及耐磨性能的影响*
何波,聂庆武,张洪宇,韦华
金属学报. 2016, 52 (4): 484-490.
DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00488
以铸造CoCrW合金为研究对象, 通过XRD, SEM和EDS分析以及硬度测试和室温耐磨实验, 研究了不同温度的固溶处理对该合金的组织及耐磨性能的影响. 结果表明, 铸态和固溶态CoCrW合金组织均由M23C6, M6C和γ-Co基体3种相组成, 但固溶后合金中碳化物的大小、形貌及分布发生明显变化. 固溶后合金中起强化作用的碳化物大量溶解, 使合金硬度和耐磨性能降低; 随着固溶温度的升高, 部分碳化物中的Cr, W等合金元素大量固溶到基体中, 提高了基体的强度, 使合金的硬度和耐磨性能有所提高; 铸态和固溶态CoCrW合金的磨损机制均为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损的共同作用.
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