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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8期 刊出日期:2016-08-23 上一期    下一期
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论文
镍基高温合金定向凝固过程中的汇聚型双晶竞争生长*
胡松松,刘林,崔强伟,黄太文,张军,傅恒志
金属学报. 2016, 52 (8): 897-904.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00631
摘要   HTML   PDF (1516KB)

采用籽晶法控制晶体取向, 研究了不同抽拉速率下镍基高温合金汇聚型双晶的竞争生长. 结果表明, 低抽拉速率下, 非择优枝晶能够穿插进入择优枝晶间的液相通道, 抑制择优枝晶的生长, 使晶界向择优晶粒方向偏移. 高抽拉速率下, 非择优枝晶几乎全部被晶界择优枝晶阻挡, 晶界与择优枝晶干平行. 非择优枝晶进入择优枝晶间的液相通道使择优枝晶萎缩消失是非择优晶粒淘汰择优晶粒的主要因素, 并以此提出了抽拉速率对竞争生长的影响机制.

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位错对Ti-6Al-4V合金α相形核及微织构形成的影响*
张金虎,徐东生,王云志,杨锐
金属学报. 2016, 52 (8): 905-915.   DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00053
摘要   HTML   PDF (986KB)

借助Willis-Steeds-Lothe方法计算了单根长直刃型与螺型位错应力场, 并采用相场动力学方法模拟了含位错Ti-6Al-4V合金中βα转变过程, 探索长直位错应力场下共格α相的形核及对微织构形成的影响. 研究表明, 刃型位错应力场与择优α变体间相互作用能中, 正应力分量S33起主要作用; 螺型位错时切应力分量S23作用最大. 刃型位错应力场对α变体选择的作用要强于螺型位错. 刃型位错下择优变体以V1与V7为主, 螺型位错时以变体V7, V10及V12为主, 且V1/V7, V1/V4/V6是刃型位错下主要出现的变体组合类型, 而螺型位错时则以V7/V10/V12组合为主. 含位错体系的微观组织由位错应力场与α变体之间相互作用能, 以及α变体之间弹性相互作用能共同决定. 位错周围的应力场可导致界面能较高的界面类型出现.

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不同表面改性强化处理对TC4钛合金表面完整性及疲劳性能的影响*
高玉魁
金属学报. 2016, 52 (8): 915-923.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00628
摘要   HTML   PDF (1313KB)

对TC4钛合金进行了喷丸强化、激光冲击强化和低塑性抛光3种表面强化改性处理, 测定了不同表面改性处理下的表面粗糙度、显微硬度、残余应力及微观组织, 研究了不同表面改性处理下的旋转弯曲疲劳性能, 利用SEM观察分析了疲劳断口特征, 提出了表面强化改性机理和效果评价方法. 结果表明, 喷丸强化、激光冲击强化和低塑性抛光3种表面强化改性处理后, TC4钛合金的旋转弯曲疲劳寿命提高, 疲劳强度也大幅度提升, 而且疲劳裂纹位于表面强化层下的次表层; 对于未表面强化改性处理的TC4钛合金, 疲劳裂纹位于表面. 基于位错理论, 对次表层裂纹萌生抗力和疲劳强度进行了分析并给出了定量分析模型.

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微结构和应力比对Ti-6Al-4V高周和超高周疲劳行为的影响*
刘小龙,孙成奇,周砚田,洪友士
金属学报. 2016, 52 (8): 923-930.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00581
摘要   HTML   PDF (1553KB)

采用旋转弯曲和超声疲劳实验分别测试了全等轴和等轴双态组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳性能, 并用SEM观察了疲劳断口特征. 结果表明: 2种组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳行为相似, 不同应力比下, 其S-N曲线均表现出单线形或双线形的形式; 存在滑移机制和解理机制2种疲劳破坏机制. 随应力比增加, 2种组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳破坏机制均从滑移机制向解理机制转变. 基于疲劳寿命和疲劳强度建立模型分析了应力比对2种机制之间竞争行为的影响, 模型预测结果与实验结果趋势吻合.

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深过冷Al-70%Si合金的凝固特性与微观组织*
严军辉,坚增运,朱满,常芳娥,许军锋
金属学报. 2016, 52 (8): 931-937.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00553
摘要   HTML   PDF (1109KB)

通过电磁悬浮(EML)熔炼设备对Al-70%Si合金进行深过冷处理, 利用高速摄影仪(HSC)和SEM分别对凝固过程和凝固后的组织进行了观测, 研究了不同过冷度下初生Si的生长规律. 结果表明, 过冷度对初生Si的生长有很大影响. 当过冷度较小时, 初生Si为粗大的长条状, 有特殊的边和面, 且具有明显的孪晶痕迹, 表现出小平面生长的特征; 当过冷度较大时, 初生Si为细小的枝晶和球状晶, 表面光滑, 表现出非小平面生长的特征; 当过冷度居于中间时, 初生Si为粗大的块状和规则排列的枝晶状, 块状有特殊的边和面, 枝晶表面光滑, 表现出小平面和非小平面混合生长的特征. 随着过冷度的增加, 初生Si的生长方式由小平面生长转变为中间方式生长, 再由中间方式生长转变为非小平面生长, 生长方式间发生转变的临界过冷度分别为122 和230 K.

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轧制变形对喷射沉积含Nd镁合金织构及LPSO相的影响*
李振亮,刘飞,袁爱萍,段宝玉,李晓伟,李一鸣
金属学报. 2016, 52 (8): 938-944.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00592
摘要   HTML   PDF (828KB)

采用喷射沉积技术制备Mg-9Al-3Zn-1Mn-6Ca-2Nd 合金沉积坯, 对其进行挤压预变形和轧制变形(温度T=350 ℃; 道次压下率ε =20%, 25%, 30%). 利用SEM, TEM和XRD研究二次变形对尺寸不对称挤压坯中织构演变及LPSO相形成的影响. 结果表明: 镁合金板坯经350 ℃和道次压下率为20%轧制后, 在(Ca, Nd)Al2结构C15 型Laves 相基体形成24R结构Mg-Nd-Zn型LPSO相; 随着轧制变形程度增大(ε =20%, 25%, 30%)实现了形变织构的随机化, 纳米级C15粒子钉扎位错与亚晶引起的再结晶的共同作用是导致基面织构(0002), 柱面织构{100}<0001>及锥面织构{102}全面启动的主要原因.

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304奥氏体不锈钢超低温轧制变形诱发马氏体转变的定量分析及组织表征*
史金涛,侯陇刚,左锦荣,卢林,崔华,张济山
金属学报. 2016, 52 (8): 945-955.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00635
摘要   HTML   PDF (2492KB)

研究了304亚稳态奥氏体不锈钢在超低温和室温轧制变形过程中的宏、微观组织演变, 变形引起的马氏体转变及其对合金性能的影响. 结果表明, 超低温轧制比室温轧制能更有效地加速马氏体转变, 其中20%超低温轧制变形便可实现50%室温轧制变形下的马氏体转变量, 且超低温轧制变形最终可实现完全的马氏体转变. 同时, 超低温轧制引起的马氏体转变在板厚方向上较均匀, 显著优于室温轧制板材的板厚方向均匀性, 有助于提高亚稳态奥氏体不锈钢板厚方向性能的均匀性. 分析认为, 亚稳态奥氏体不锈钢在超低温和室温轧制过程中具有不同的变形机理, 前者主要以马氏体转变及其变形为主, 后者以奥氏体变形为主. 超低温轧制所获板材的硬度比室温轧制板材增长迅速, 但随变形量增大位错密度差距缩小, 最终导致两者硬度趋于一致. TEM表征结果表明, 超低温和室温轧制过程中引起的马氏体与母相基体间的取向关系遵循K-S (Kurduumov-Sachs)关系.

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Mn18Cr18N奥氏体不锈钢的压缩拉伸连续加载变形行为*
李飞,张华煜,何文武,陈慧琴,郭会光
金属学报. 2016, 52 (8): 956-964.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00547
摘要   HTML   PDF (1408KB)

采用压缩拉伸连续加载变形实验方法, 即第一阶段压缩变形量0%~40%, 第二阶段拉伸至断裂, 研究了Mn18Cr18N奥氏体不锈钢的室温压缩拉伸变形行为. 结果表明, 随着压缩量的增大, 后续拉伸阶段的屈服应力和均匀塑性变形最大拉伸应力、断面收缩率和延伸率均呈先增大后减小的变化规律. 临界压缩量25%处, 拉伸屈服应力和最大拉伸应力达到最大值, 分别约为1039.97和1439.20 MPa; 试样的断面收缩率和延伸率也达到最大值, 分别为68.99%和73.80%. 微观组织和断口形貌的OM和SEM观察结果表明, 当压缩量小于临界值时, 拉伸试样断口宏观形貌呈典型的杯锥状, 微观形貌呈韧窝状的韧性断裂, 微观组织为变形拉长的晶粒组织; 当压缩量超过临界值时, 拉伸试样断口宏观形貌比较平齐, 微观形貌为无韧窝状的结晶状特征, 微观组织为包含大量孪晶的等轴晶粒. TEM分析表明, 压缩量较小时, 位错通过滑移形成不同密度的位错组态; 反向加载拉断后, 仍能观察到位错的堆积. 压缩量较大时, 形成2个方向交割的孪晶; 反向加载拉断后, 孪晶呈平行排列, 且伴有高密度位错缠结.

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X80钢在鹰潭土壤模拟溶液中应力腐蚀裂纹扩展行为机理*
刘智勇,李宗书,湛小琳,皇甫文珠,杜翠薇,李晓刚
金属学报. 2016, 52 (8): 965-972.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00548
摘要   HTML   PDF (967KB)

采用电化学极化曲线测试、EIS测试、裂纹扩展实验和SEM分析研究了X80管线钢在鹰潭土壤溶液环境下的应力腐蚀开裂(SCC)裂纹扩展行为及机理. 结果表明, X80管线钢在酸性土壤环境中的裂纹扩展速率随着外加电位的降低呈现增加趋势, 相较于开路电位下的裂纹扩展, 在裂纹扩展初期, -850 mV下裂纹扩展速率较大, 而在裂纹快速扩展阶段, 过保护电位-1200 mV下裂纹扩展速率更大; 同时X80管线钢在酸性土壤环境中的SCC裂纹扩展机制也随着施加外加电位的不同而改变, 在外加电位高于-930 mV时为阳极溶解与氢脆的混合机制, 负于-930 mV时则为氢脆机制.

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添加剂浓度对直流电解沉积纳米孪晶Cu微观结构的影响*
金帅,程钊,潘庆松,卢磊
金属学报. 2016, 52 (8): 973-979.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00536
摘要   HTML   PDF (1218KB)

采用直流电解沉积技术制备出具有高密度择优取向的纳米孪晶结构块体纯Cu样品. 利用XRD, SEM和TEM等手段研究了添加剂浓度对其微观结构的影响. 结果表明, 样品由沿沉积方向生长的微米尺寸柱状晶粒构成, 晶粒内含有高密度孪晶界, 且大部分孪晶界平行于生长表面. 添加剂(明胶)浓度对纳米孪晶Cu的孪晶片层厚度有明显影响, 但对晶粒尺寸影响不大. 无添加剂时, 纯Cu样品中存在微米量级宽大孪晶片层, 当添加剂浓度从0.5 mg/L增加到5 mg/L, 孪晶片层厚度从 150 nm减小至 30 nm, 且孪晶界生长更完整. 其原因是随着添加剂浓度增加, 阴极过电位增大, 孪晶界形核率增加, 从而使孪晶片层厚度减小.

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2种N含量不同的690合金中晶界碳化物及晶界Cr贫化研究*
马颖澈,李硕,郝宪朝,查向东,高明,刘奎
金属学报. 2016, 52 (8): 980-986.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00636
摘要   HTML   PDF (938KB)

针对2种N含量(0.001%和0.03%, 质量分数)的690合金, 采用SEM, TEM并结合EDS分析等手段系统研究了时效处理后合金晶界碳化物和晶界附近的Cr贫化行为, 并定量描述了热处理时间对晶界附近Cr贫化程度的影响. 结果表明, 高N含量合金晶界析出的碳化物之间距离较大, 且碳化物尺寸较小, 随着时效时间延长碳化物逐渐长大. 随着时效时间的延长, 贫Cr区的Cr含量逐渐提高, 高N含量的690合金晶界附近贫Cr区的Cr含量高于低N含量合金, 主要原因是晶粒细化所致.

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Al-Mg-Si合金中针棒状析出相时效析出动力学及强化模拟研究*
陈瑞,许庆彦,柳百成
金属学报. 2016, 52 (8): 987-999.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00549
摘要   HTML   PDF (961KB)

通过与计算相图数据库相耦, 建立了Al-Mg-Si三元合金体系中针棒状析出相时效析出动力学和时效强化模, 考虑了析出相形貌对形核、生长、粗化以及强化效果的影响. 通过该模型可以获得不同时效工艺下析出相微观组织特征参数的变化及对应的屈服强度变化. 利用该模型模拟了Al-Mg-Si合金在不同时效工艺条件下的时效析出过程和屈服强度变, 并与实验结果及Lifshitz-Slyozov-Wanger粗化模型计算结果进行了对比. 基于模型研究并分析了析出相长径比、界面能、合金元素含量以及析出相成分对Al-Mg-Si合金时效析出动力学和强化效果的影响. 结果表明: 不同的界面能和长径比会影响形核密度和析出相尺, 进而影响合金的屈服强度. 增加基体中Mg含量可以促进时效析, 提高合金屈服强, 而基体中Si含量的增加对合金屈服强度并不产生明显影响.

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形状记忆合金Au30Cu25Zn45中热弹性马氏体相变的相场模拟*
宋鹏程,柳文波,陈磊,张弛,杨志刚
金属学报. 2016, 52 (8): 1000-1008.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00643
摘要   HTML   PDF (949KB)

使用相场模拟方法研究了形状记忆合金Au30Cu25Zn45马氏体相变过程中的组织演变, 并与实验结果进行比较. 模拟发现, Au30Cu25Zn45合金马氏体相变后形成的特殊的弯曲状组织, 是由相变形成的四变体结结构(quad-junction)中的变体对逐层叠加长大而成, 先后形成的变体层沿同一孪晶面生长, 并且先形成的变体层尺寸较大, 从而形成凸起的马氏体组织. 进一步研究得到, 马氏体变体中存在6组能够形成这种quad-junction的变体组合, 每一组合中有4个变体, 且两两之间形成4对不同的1类/2类孪生变体对与2对复合变体对, quad-junction由其中4种两两具有相同孪晶面法向的变体对组成, 且这2组孪晶面法向相互垂直.

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实用型数值回归法在三元铝合金互扩散系数计算中的应用*
刘远荣,陈伟民,汤颖,杜勇,张利军
金属学报. 2016, 52 (8): 1009-1016.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00541
摘要   HTML   PDF (1091KB)

制备了bcc结构Al-Fe-Mn和fcc结构Al-Cu-Ni三元铝合金单相固态半无限长和有限长 (或薄膜型) 扩散偶, 通过EPMA测得相应成分-距离曲线, 并采用实用型数值回归法计算了相应合金体系1273 K时随成分变化的互扩散系数, 所得结果均满足热力学稳定条件. 基于所测得互扩散系数及Fick第二定律, 重现了实验测定的成分-距离曲线, 证实了所获得互扩散系数的可靠性. 进一步分析结果表明, 该实用型数值回归法不仅可以高效准确地计算单相三元扩散偶随成分变化的互扩散系数, 还能很好地解决传统方法不能处理的情况, 如扩散通道上无交点的扩散偶和有限长 (或薄膜型) 扩散偶等.

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TA1/X65复合板焊接工艺及焊缝组织和性能研究*
毕宗岳,杨军,刘海璋,张万鹏,杨耀彬,田磊,黄晓江
金属学报. 2016, 52 (8): 1017-1024.   DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00615
摘要   HTML   PDF (1258KB)

采用TIG+MIG+MAG焊接工艺对TA1/ X65爆炸冶金复合板(复层Ti厚2 mm, 基层X65管线钢厚14 mm)试件进行了以V/Cu作为过渡填充金属的板-板对接焊实验. 利用OM, XRD, EDS面扫描, 显微硬度测试和拉伸实验, 研究了焊缝区组织特征、界面元素分布、主要物相、显微硬度分布及焊缝力学性能. 结果表明, 圆弧状“U”型坡口设计有利于过渡层Cu的MIG焊接, 在Cu-钢界面不会引起应力集中而萌生裂纹. 熔敷金属Ti, V, Cu和Fe有明显分区, 扩散互融现象不明显, 各区域间由固溶体相过渡连接, Ti/V过渡界面组织结构为钛基固溶体, V/Cu过渡界面组织结构为钒基固溶体, Cu/Fe过渡界面组织结构为铜基固溶体. 焊缝硬度较高区域出现在Ti/V过渡界面和V/Cu过渡界面处, 硬度达326和336 HV10, 对过渡界面层塑韧性有一定影响. 焊缝抗拉强度可达546 MPa, 主要由碳钢层贡献.

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