Please wait a minute...
ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
当期目录 More>>
  2020年, 第56卷, 第5期 刊出日期:2020-05-11 上一期    下一期
选择: 合并摘要 显示图片
冷变形和固溶温度对HR3C钢中σ相析出行为的影响
曹铁山, 赵津艺, 程从前, 孟宪明, 赵杰
金属学报. 2020, 56 (5): 673-682.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00267
摘要   HTML   PDF (3791KB)

结合HR3C钢制备工艺,综合研究冷变形和固溶处理工艺对其在时效过程中σ相的析出动力学和相关力学性能的影响。结果表明:冷变形和固溶温度均对该钢中σ相的析出有着较大的影响,变形量的增加会促进σ相的时效析出,升高固溶处理温度有助于抑制HR3C钢中σ相的析出行为,但却在一定程度上增大晶粒尺寸。σ相析出量随时间延长先缓慢增加,后快速析出,最后达到稳态值约5.7% (体积分数)。变形量的增加使HR3C钢时效过程中冲击韧性显著降低,而固溶温度的升高虽然增加了固溶态试样的冲击韧性但降低了时效过程中的冲击韧性。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
选区激光熔化316L不锈钢的拉伸性能
余晨帆, 赵聪聪, 张哲峰, 刘伟
金属学报. 2020, 56 (5): 683-692.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00278
摘要   HTML   PDF (3487KB)

对选区激光熔化(selective laser melting,SLM) 316L不锈钢的拉伸性能及断裂机制进行了研究,并对拉伸断裂后的试样进行显微组织表征与分析,探究了拉伸变形过程中微观组织的演化规律。结果表明:采用选区激光熔化技术制备的316L不锈钢具有较好的强塑性匹配,其中晶粒内部纳米尺度胞状结构有助于强度的提升;其拉伸性能明显优于传统手段制备的316L不锈钢。选区激光熔化316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体晶粒内部产生形变孪晶,并且形变孪晶的出现存在取向相关,在取向接近<001>的晶粒中不易出现,而在取向接近<110>-<111>的晶粒中较易出现。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系
孙飞龙, 耿克, 俞峰, 罗海文
金属学报. 2020, 56 (5): 693-703.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00337
摘要   HTML   PDF (2358KB)

以3种不同工艺工业生产的总O含量均≤6×10-6的超洁净GCr15轴承钢为研究对象,通过推力片实验测试这3种钢的滚动接触疲劳寿命并获得额定寿命(L10)和中值寿命(L50),通过ASPEX扫描电镜获得各工艺下的夹杂物样本数据并进行统计分析,使用极值法(SEV)和广义Pareto分布法(GPD)估算出样品中最大夹杂物特征尺(CSMI),然后将其与实测L10L50进行对比和分析。结果表明,SEV法仅检测每个样品的最大夹杂物,无法通过其获得的CSMI来合理解释3种钢L10L50的变化,2者之间相关性较差;而GPD法分析夹杂物时,需要对阈值尺寸以上的所有夹杂物进行表征和统计分析,可以获得夹杂物的数量密度以及不同类型夹杂物的CSMI,GPD法所预测出的最危险类型TiN夹杂物的CSMI可以合理解释L10的变化,2者之间有较好相关性,但无法据此解释L50的变化;但将总的夹杂物数量密度与TiN夹杂物最大特征尺寸相结合,能合理解释3种钢的L50差异,这是因为当更多样品失效时,裂纹萌生位置将不再仅仅局限于最危险类型夹杂物。因此,最危险类型夹杂物的CSMI与超纯净轴承钢中的早期疲劳失效的L10相关性最强,而夹杂物的数量密度对高概率的中值疲劳寿命L50也有重要影响。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
基于Ce变质处理的TWIP钢凝固组织细化
李根, 兰鹏, 张家泉
金属学报. 2020, 56 (5): 704-714.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00288
摘要   HTML   PDF (2643KB)

通过真空感应熔炼制备了成分为Fe-22Mn-0.65C的奥氏体TWIP钢,揭示了Ce含量及过热度对TWIP钢凝固组织细化的影响。基于FactSage 7.0热力学软件及错配度模型预测了Ce在TWIP钢中的变质产物及其非均质形核有效性,采用OM、SEM、EBSD、EPMA等手段对不同条件下凝固组织变质处理效果进行定量研究。结果表明,随Ce含量升高,其在TWIP钢中的反应产物由Ce2O3向Ce2O3+少量Ce2O2S转变,而2种粒子理论上均可作为有效形核核心;Ce变质处理后,TWIP钢试样铸态组织等轴晶率从25%升至72%,等轴晶平均尺寸由480 μm减小到130 μm,Mn元素偏析比由1.61降至1.41;降低变质处理温度时,含Ce粒子团聚倾向减小,TWIP钢凝固组织细化的效果更显著。本工作中建议的变质处理参数为过热度20 ℃时加入(0.02%~0.04%)Ce。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶钢微观组织与腐蚀行为
赵燕春, 毛雪晶, 李文生, 孙浩, 李春玲, 赵鹏彪, 寇生中
金属学报. 2020, 56 (5): 715-722.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00275
摘要   HTML   PDF (1970KB)

采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼-铜模负压吸铸法制备了Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料棒状试样,通过XRD和EBSD对合金的微观组织进行表征,并研究试样室温压缩力学性能;采用电化学工作站三电极体系测试试样在人工海水中的腐蚀行为,并利用SEM和EDS观察和分析电化学腐蚀后的形貌及腐蚀产物。结果表明,Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料试样组织由非晶相+晶体相(CFe15.1过冷奥氏体相和Fe-Cr铁素体相)组成,试样在室温环境下的综合力学性能优异,屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为978 MPa、2645 MPa和35.8%。试样在人工海水中表现出良好的耐蚀性,与304不锈钢相比,Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C非晶复合材料自腐蚀电位大,自腐蚀电流密度低,极化电阻高,容抗弧半径大且只有一个高频容抗弧,只受电极电位的影响,腐蚀的动力学速率低,钝化膜稳定致密,具有成为新一代海洋工程耐蚀材料的潜力。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Mg-5.6Gd-0.8Zn合金多向锻造过程中的变形机制及动态再结晶
张阳, 邵建波, 陈韬, 刘楚明, 陈志永
金属学报. 2020, 56 (5): 723-735.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00292
摘要   HTML   PDF (5277KB)

以含长周期堆垛有序(LPSO)相的Mg-5.6Gd-0.8Zn (质量分数,%)合金为研究对象,分析了合金多向锻造过程中的变形机制、动态再结晶及显微组织演变。结果表明:变形初期,{101ˉ2}拉伸孪生仅在部分晶粒中激发;随锻造方向的改变,不同晶体取向的晶粒能够激发孪生变形,孪生体积分数增加,孪生变体选择符合Schmid定律。孪生受阻碍的晶粒通过滑移及扭折协调变形,扭折带类型主要为转轴分布在<101ˉ0>晶向的基面扭折。多向锻造过程中,晶界处优先发生动态再结晶;随着变形量的增加,晶界处再结晶体积分数增大,晶内孪晶与扭折界面诱发再结晶,孪晶逐渐演变为条带状细晶组织。在孪晶、扭折带切割晶粒,晶界再结晶,孪晶、扭折带诱发再结晶多重机制的共同作用下,原始粗晶组织得到了显著细化。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
人工时效对2A12铝板力学性能和强化相的影响
梁孟超, 陈良, 赵国群
金属学报. 2020, 56 (5): 736-744.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00293
摘要   HTML   PDF (2909KB)

在不同温度和保温时间下对2A12铝合金冷轧板进行了人工时效处理,通过显微硬度和室温拉伸实验测试了合金的力学性能,对不同时效阶段合金的微观组织和析出相进行了表征。研究发现,2A12铝合金冷轧板具有单个时效峰,时效温度越高,达到峰值时效所需的时间越短,时效温度与时间对其力学性能均具有较大影响。随时效时间的增加,合金断裂方式由韧性断裂逐渐转变为沿晶韧窝断裂和穿晶断裂。时效初期合金主要为Cu-Mg团簇强化,峰值时效时为Cu-Mg团簇和GPB区强化,过时效时析出相逐渐转化为稳定的S (Al2CuMg)相。在考虑均质形核与非均质形核的共同作用下,2A12铝合金冷轧板的时效脱溶析出序列为过饱和固溶体(SSS)→Cu-Mg团簇+Sinhomo→Cu-Mg团簇+GPB区+Sinhomo→Cu-Mg团簇+GPB区+Shomo+Sinhomo→S。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
激光沉积薄壁结构热力演化的尺寸效应
王霞, 王维, 杨光, 王超, 任宇航
金属学报. 2020, 56 (5): 745-752.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00317
摘要   HTML   PDF (2076KB)

为研究激光沉积TC4单道薄壁结构热力演化的尺寸效应,采用有限元仿真和实验相结合的方法,分析了薄壁结构长度对温度、应力和基板变形的影响,并通过热电偶测温、基板残余变形验证了模型的可靠性。结果表明,熔池温度随层数循环递增,停光瞬间,试件最高温度急速下降,最低温度以抛物线形式持续上升。长度增加,对熔池极值温度影响不大,但会导致冷却曲线曲率变小,稳定降温速率加快,温度梯度变大。沉积过程中首层应力最大,随层数增加,应力递减,冷却过程中又逐步回升。长度增加,导致首层应力增大,沉积过程中低应力区和冷却过程中高应力区均围绕在薄壁结构附近,其范围扩大,但数值未见增大。沉积过程中基板会产生方向和大小不断变化的纵向翘曲变形,冷却后固定为朝向光源。长度增加,翘曲会更加明显。冷却过程中,基板变形比温度和应力更早达到平衡。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
氙离子辐照后Hastelloy N合金的纳米硬度及其数值模拟
刘继召, 黄鹤飞, 朱振博, 刘阿文, 李燕
金属学报. 2020, 56 (5): 753-759.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00324
摘要   HTML   PDF (2120KB)

利用纳米压痕仪的连续刚度测量模式测试了常温氙离子辐照后Hastelloy N合金的纳米硬度。结果表明,辐照样品的纳米硬度均大于未辐照样品的纳米硬度,且辐照剂量在0.5~3.0 dpa这一范围内时,辐照样品的纳米硬度处于饱和状态。在Nix-Gao模型的基础上,分离出未辐照样品和辐照样品的压痕尺寸效应,并通过VLM (volume law of mixture)模型来模拟实验测得的纳米硬度。由于随着压头压入深度的增加,塑性影响区中将同时包含辐照损伤层与基体,在VLM模型中引入“界面参数”(χ)以修正基体的形变量,改进后的模型能够更好地模拟纳米压痕的实验结果。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
金刚石工具用Cu-10Sn-xNi合金的制备和性能表征
刘震鹏, 闫志巧, 陈峰, 王顺成, 龙莹, 吴益雄
金属学报. 2020, 56 (5): 760-768.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00282
摘要   HTML   PDF (5476KB)

采用球磨法制备了4种不同Ni含量的Cu-10Sn-xNi (x=15、30、45和60,质量分数,%)预合金粉末,分别经820、850和880 ℃热压烧结制备成合金块材,对预合金粉末和合金块材的微观组织和机械性能进行表征与检测。结果表明:球磨法制备的预合金粉末中出现了Cu3.8Ni相,当Ni含量增加到60%时,还出现了Ni3Sn相和非晶相。随Ni含量的增加和烧结温度的升高,烧结合金中Sn元素的偏析现象得到有效抑制,组织均匀性显著提高,同时合金的密度、抗弯强度和弯曲弹性模量均相应提升。但增加Ni含量对合金的硬度影响不大。880 ℃热压烧结制备的Cu-10Sn-60Ni合金具有最佳的综合性能,其硬度、抗弯强度和弯曲弹性模量分别100 HRB、1308 MPa和75.6 GPa。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
(CoCrFeMnNi)97.02Mo2.98高熵合金σ相析出演变及力学性能
姚小飞, 魏敬鹏, 吕煜坤, 李田野
金属学报. 2020, 56 (5): 769-775.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00330
摘要   HTML   PDF (2496KB)

为了研究σ相(CrMo相)对(CoCrFeMnNi)97.02Mo2.98高熵合金力学性能的影响规律,对(CoCrFeMnNi)97.02-Mo2.98高熵合金进行退火热处理,利用SEM、EDS、XRD等方法分析了(CoCrFeMnNi)97.02Mo2.98高熵合金析出σ相的演变规律,采用显微硬度及拉伸实验测试了其力学性能,研究了σ相对其力学性能的影响机制。结果表明,随着退火温度的升高,(CoCrFeMnNi)97.02Mo2.98高熵合金析出σ相量增多,且在晶界处先析出,后在晶内析出,晶界第二相形态由细小条状断续分布,逐渐变为粗大条状连续分布,随着温度进一步升高,由条状连续分布转变为颗粒状断续分布。(CoCrFeMnNi)97.02Mo2.98高熵合金退火处理析出σ相具有明显的第二相强化作用,随着退火温度的升高,硬度及强度均增大,当温度高于900 ℃尤为显著。σ相在晶内析出及其细化,能够促进合金强度与塑性同步提高。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
纳米孔洞对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响
李源才, 江五贵, 周宇
金属学报. 2020, 56 (5): 776-784.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00277
摘要   HTML   PDF (2964KB)

采用分子动力学方法研究了预制纳米孔洞缺陷对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,与多晶Ni相比,单晶Ni能够提高单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度。对比了孔洞位置分布对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。模拟结果表明,处于单晶区域的纳米孔洞缺陷显著加剧了单晶/多晶Ni复合体界面的断裂。相反,孔洞处于多晶区域时,界面一侧的单晶Ni阻碍了多晶Ni侧非晶化的传播,抑制了孔洞向界面一侧的单晶扩展。随后讨论了界面孔洞的孔隙率对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,当孔隙率超过0.8%后,单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度迅速下降。最后分析了当保持界面孔洞孔隙率不变的情况下空洞数量对拉伸性能的影响,结果显示,相比于大孔洞,分散的小孔洞具有更好的拉伸性能。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
温度对碳纳米管增强纳米蜂窝镍力学性能的影响
李源才, 江五贵, 周宇
金属学报. 2020, 56 (5): 785-794.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00299
摘要   HTML   PDF (3638KB)

选取含质量分数为5.22‰碳纳米管(CNT)为代表,通过分子动力学(MD)研究了温度对纳米蜂窝镍(NNHC)和CNT增强纳米蜂窝镍(CRNNHC)在径向拉伸、径向压缩、轴向拉伸和轴向压缩下力学性能的影响。结果表明,NNHC和CRNNHC的弹性模量(E)和最终应力(σu)对温度较为敏感,都随温度升高呈近似线性下降。相比于NNHC,不同温度下CNT的添加对CRNNHC径向力学性能的增强效果并不明显,而对其轴向力学性能则起到了良好的增强作用。CRNNHC轴向拉伸与压缩时的弹性模量提升幅值分别为6.4%~10%与9%~12%,最终应力提升幅值分别为1.5%~5.3%与10%~14%。研究表明,不同温度下CRNNHC沿轴向变形的力学性能普遍要优于沿径向变形的力学性能,也预示着轴向变形时CNT被破坏前吸收的能量相对较多。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
金属Mg二阶锥面<c+a>刃位错运动特性的分子动力学模拟
李美霖, 李赛毅
金属学报. 2020, 56 (5): 795-800.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00305
摘要   HTML   PDF (1661KB)

采用分子动力学方法模拟金属Mg的二阶锥面<c+a>刃位错在温度为300 K下的运动过程,研究不同大小及方向的外加剪切应力作用下的位错运动特性和结构演化规律。结果表明,实际驱动位错运动的有效剪切应力低于外加剪切应力;位错运动速率随外加剪切应力的增大而线性增大,在同等剪切应力下,对应于c轴拉伸变形时的位错运动速率高于c轴压缩,相应的拖曳系数显著高于同等温度下基面和柱面刃位错。位错运动特性的拉-压非对称性本质上与外加剪切应力对扩展位错宽度的影响有关。

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics