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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2020年, 第56卷, 第8期 刊出日期:2020-08-11 上一期    下一期
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不锈钢堆焊层稀释率对核电接管安全端试环焊接接头组织和力学性能的影响
张茂龙, 鲁艳红, 陈胜虎, 戎利建, 陆皓
金属学报. 2020, 56 (8): 1057-1066.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00449
摘要   HTML   PDF (5339KB)

利用OM、SEM、XRD、EPMA和EBSD等手段,分析了2种堆焊工艺制备核电接管安全端试环中309L堆焊层的微观组织及其对焊接接头力学性能的影响。结果表明,不同堆焊工艺制备试环的309L堆焊层组织均为奥氏体和马氏体,但堆焊稀释率决定了马氏体的形态和数量。较低的堆焊稀释率下,堆焊层组织为奥氏体和板条马氏体,而较高的堆焊稀释率会显著提高板条马氏体的数量,当稀释率超过某一临界值后,促进针状马氏体的形成。堆焊稀释率直接影响试环接头的力学性能,较高的堆焊稀释率下,接头经180°侧弯后出现309L堆焊层引起的开裂现象,同时拉伸强度和延伸率显著降低。变形过程中,高的堆焊稀释率下309L堆焊层中形成的针状马氏体与奥氏体之间变形不协调,进而在界面处产生应力集中,易诱发裂纹,导致309L堆焊层成为优先开裂位置,是造成接头力学性能下降的主要原因。

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取向硅钢二次再结晶过程中的取向选择行为
许占一, 沙玉辉, 张芳, 章华兵, 李国保, 储双杰, 左良
金属学报. 2020, 56 (8): 1067-1074.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00435
摘要   HTML   PDF (2649KB)

采用实验和计算的方法研究了取向硅钢二次再结晶织构的演变过程。发现取向硅钢通过二次再结晶过程中连续的取向选择,最终获得单一Goss ({110}<001>)织构。在二次再结晶动力学模型中引入依赖取向的相对晶界能系数,可定量描述不同偏差角Goss及非Goss取向晶粒的长大速率差异。通过分析初次再结晶晶粒尺寸分布、晶界特征和抑制力水平等因素对二次再结晶取向选择行为的耦合影响,提出增强Goss晶粒取向选择优势的多参数匹配方法。

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650 ℃时效对9Cr-ODS钢显微组织和性能的影响
彭艳艳, 余黎明, 刘永长, 马宗青, 刘晨曦, 李冲, 李会军
金属学报. 2020, 56 (8): 1075-1083.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00445
摘要   HTML   PDF (2906KB)

采用粉末冶金工艺制备了9Cr-ODS钢,采用XRD、SEM、TEM、硬度测试等方法对9Cr-ODS钢在650 ℃下时效不同时间后的组织演变与热稳定性进行了研究。结果表明:原始烧结态组织主要由板条马氏体和Y2O3析出相组成;随着时效时间的增加,9Cr-ODS钢的板条马氏体逐渐粗化,位错减少,同时Cr23C6碳化物开始析出并长大。大尺寸Laves相在时效中逐渐析出并随时效时间延长而长大。尺寸较大的Y2O3粒子在时效中进一步增大,而尺寸稍小的Y2O3在时效中析出数量增多。显微硬度随时效时间的增加先下降然后逐渐趋于稳定。

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CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究
丁文, 王小京, 刘宁, 秦亮
金属学报. 2020, 56 (8): 1084-1090.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00404
摘要   HTML   PDF (1698KB)

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800~900 ℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。

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直接包套轧制铸态Ti-46Al-8Nb合金的组织特征及热变形机制
李天瑞, 刘国怀, 于少霞, 王文娟, 张风奕, 彭全义, 王昭东
金属学报. 2020, 56 (8): 1091-1102.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00379
摘要   HTML   PDF (5376KB)

根据热模拟实验结果和动态材料模型建立了Ti-46Al-8Nb合金的热加工图,确定了合理的热加工工艺制度,并采用包套轧制方法制备了TiAl合金板材,考察了轧制高铌TiAl合金的组织演变规律及流变软化机制。结果表明,在低应变时加工图中只存在2个失稳区,当应变增加到0.4时,在1250 ℃、0.006 s-1附近位置也出现了失稳;在1200 ℃、1 s-1和1150~1200 ℃、0.01 s-1附近存在典型的动态再结晶区域。最终结合应变速率敏感系数的分析,选择在1150~1200 ℃、0.01~0.03 s-1,每道次变形量约为18%的条件下进行复合包套轧制,获得厚度约为0.85 mm、变形均匀无裂纹缺陷的板材,其热轧组织局域流变软化严重,存在明显的轧制变形带,但整体组织均匀性较好。Ti-46Al-8Nb合金在热轧过程中的流变软化以γ相的动态再结晶以及热-力作用下L(α/γ)层片组织的相变分解为主,其中再结晶过程主要是通过位错塞积诱导亚晶界形成进而完成小角度晶界向大角度晶界的转化,L(α/γ)→γ+α+B2/βαγ转变是片层团分解的主要途径。此外,大量普通机械孪晶以及孪晶片层的出现,也可以显著提高热轧TiAl合金的组织均匀性。

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打印参数对电子束增材制造Ti-Ni合金性能的影响
任德春, 张慧博, 赵晓东, 王福雨, 侯文韬, 王绍钢, 李述军, 金伟, 杨锐
金属学报. 2020, 56 (8): 1103-1112.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00410
摘要   HTML   PDF (3792KB)

利用SEM、XRD、DSC、TEM和等轴压缩等实验手段,研究和分析了打印参数焦距补偿(FO)和速度函数(SF)对电子束增材制造(EBM)制备的Ti-Ni合金显微组织、相组成、相变行为以及压缩性能的影响。结果表明:EBM打印参数FO和SF在一定范围内调节时均可制备出相对密度较高(97%以上)的Ti-Ni合金样品。由于EBM电子束的功率大,在预合金粉末快速受热熔化过程中,Ni元素的挥发效应大于富Ti相Ti2Ni析出效应对相变温度的影响,使得制备Ti-Ni块体的相变温度大于相应的预合金粉末,而打印参数FO和SF对制备样品的相变温度、相组成以及显微硬度的影响较小。EBM制备过程中在样品内部引入不同种类的缺陷类型,使得Ti-Ni合金样品在相对密度接近的情况下压缩性能表现出极大的差异,其中贯穿型裂纹缺陷对压缩性能的影响最大,使Ti-Ni合金的强度和塑性大幅度降低。

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Ti-6Al-4V合金βα相变中晶界α相形成机制的相场模拟
孙佳, 李学雄, 张金虎, 王刚, 杨梅, 王皞, 徐东生
金属学报. 2020, 56 (8): 1113-1122.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00392
摘要   HTML   PDF (2144KB)

使用相场模型研究了Ti-6Al-4V合金在βα相变过程中晶界α相(αGB)的形核及晶界润湿生长过程。通过耦合Thermo-Calc热力学数据与相场模型模拟出的组织与实际形貌一致。结果表明,特殊构造的噪声项使β/β晶界处失稳,并促进α相在晶界上的形核。相变初期析出的α相颗粒较多的情况下生成的αGB形貌为连续的平滑状;反之,较少的α初始核会导致不连续αGB的生成,模拟结果揭示了实验中不同形貌αGB的形成机制。晶界润湿由不完全润湿到完全润湿可以是一个连续过程而不需其它反应即可实现。随噪声时间从50 s延长到80 s,αGB晶界润湿速率越来越快,且α相的体积分数逐渐增大;随噪声强度由0.05增大到0.11,反应速率也逐渐加快,而α相体积分数可能先增大后减小。噪声时间与强度对αGB形貌影响的规律与实验观察到的不同条件下的αGB形貌一致,可为晶界α相及合金的疲劳性能的控制提供信息。

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三联熔炼GH4169合金大规格铸锭与棒材元素偏析行为
张勇, 李鑫旭, 韦康, 韦建环, 王涛, 贾崇林, 李钊, 马宗青
金属学报. 2020, 56 (8): 1123-1132.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00101
摘要   HTML   PDF (2848KB)

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联熔炼方法制备大规格GH4169合金铸锭,利用SEM、TEM、EPMA和EDS分析了大规格GH4169高温合金自耗锭(直径508 mm)与棒材(直径240 mm)不同部位的典型元素含量和析出相特征。结果表明:大规格铸锭中Al元素偏析程度较轻,而Nb、Ti和Mo元素偏析较重,枝晶间凝固时析出较多的MC相、Laves相和δ相等。经过两阶段高温均匀化处理和开坯锻造后,GH4169棒材内无“黑斑”、“白斑”等宏观偏析,元素微观偏析也被基本消除。结合计算仿真,进一步对比分析了三联熔炼GH4169与Inconel 718合金棒材的化学成分均匀性,发现国产GH4169存在元素的区域偏析,其棒材的典型元素样本方差值(能够体现区域元素偏析程度)与Inconel 718棒材相比存在差距。这种区域元素偏析对国产三联熔炼GH4169棒材的力学性能(如硬度等)波动性造成一定程度的影响。通过精细控制熔炼过程参数,优化均匀化热处理和锻造工艺,有助于进一步降低GH4169合金大规格棒材的区域元素偏析。

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热处理对选区激光熔化镍基粉末高温合金组织与力学性能的影响
郝志博, 葛昌纯, 黎兴刚, 田甜, 贾崇林
金属学报. 2020, 56 (8): 1133-1143.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00365
摘要   HTML   PDF (6480KB)

以Ar气雾化法制备镍基高温合金粉末,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了FGH4096M合金。运用OM、SEM、EBSD等手段研究了SLM沉积态和热处理态合金的组织和性能。结果表明,沉积态合金以奥氏体γ相基体为主,具有最高的延伸率。热处理后合金内析出大量的γ'相,γ'相均匀致密分布于合金内,能够明显提高合金强度。立方状或花瓣状γ'相与基体存在较高的晶格畸变,也能增加合金强度。精细的树枝结构和等轴结构对合金起到细晶强化作用。较高的固溶温度会促进SLM合金内回复和再结晶的发生,同时消除晶内树枝结构和等轴结构。沉积态合金平均延伸率为24.97%。经直接时效处理后的合金屈服强度和极限强度最高,其平均值分别为1459.46和1595.56 MPa。

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一种原子尺度应变定义方法及其在识别微观缺陷演化中的应用
盛鹰, 贾彬, 王汝恒, 陈国平
金属学报. 2020, 56 (8): 1144-1154.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00343
摘要   HTML   PDF (2373KB)

为探索性地定义原子尺度的应变,本工作提出了可同时适用于原子尺度和连续介质尺度的“变形”的计算方法,采用离散变形梯度表征原子尺度下的“变形”。在此基础上,引入邻域原子影响权函数,定义了原子尺度下的应变张量,建立了计算任一中心原子的综合局部变形梯度和应变张量的加权最小二乘法目标函数,从而将原子尺度应变的计算转化为解决目标函数的最小值优化问题。然后运用改进的自适应多层复形遗传算法即可实现原子尺度应变的计算。最后,以NiTi合金为研究对象,建立了NiTi合金变形与破坏的分子动力学演化模型并计算了各时刻的原子尺度应变云图,通过应变云图观察到了孪晶。经与NiTi合金三点弯曲冲击断裂试件裂纹尖端的微观观察实验作对照,验证了本工作建立的原子尺度应变定义方法的合理性及其在识别微观缺陷演化中的应用意义。

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31%B4Cp/6061Al复合材料的热变形及加工图的研究
周丽, 李明, 王全兆, 崔超, 肖伯律, 马宗义
金属学报. 2020, 56 (8): 1155-1164.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00454
摘要   HTML   PDF (3927KB)

采用Gleeble-3800热模拟试验机对粉末冶金法制备的31%B4Cp/6061Al (体积分数)复合材料进行热压缩行为研究,实验温度和应变速率分别为375~525 ℃和0.001~10 s-1。基于改进的动态材料模型(MDMM)建立了功率耗散率图和热加工图,确定了热加工的稳定区和失稳区,分析了热压缩过程中的微观组织变化。结果表明,31%B4Cp/6061Al复合材料的变形温度和应变速率对流变应力的影响十分显著,流变应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加。确定了31%B4Cp/6061Al复合材料的最优热加工参数所对应的变形温度和应变速率分别为480~525 ℃和0.01~0.04 s-1。加工失稳区主要集中在低温高应变速率区域,并且该区域随应变的增大而增大。热压过程中应变、温度和应变速率对显微组织的变化都有显著影响,应变越大,则晶粒变形越严重,随着变形温度的升高或应变速率的降低,基体内动态再结晶晶粒尺寸明显增大。

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连铸圆坯非均匀传热/凝固行为的无网格计算方法
蔡来强, 王旭东, 姚曼, 刘宇
金属学报. 2020, 56 (8): 1165-1174.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00433
摘要   HTML   PDF (2907KB)

基于移动最小二乘近似和变分原理,推导并建立了基于无网格Galerkin (EFG)法的连铸圆坯二维横截面传热/凝固计算模型。以实测结晶器热流为边界条件,模拟分析了圆坯的非均匀凝固行为,重点讨论了节点布置和支持域尺寸等影响无网格模型适用性和计算精度的关键问题。结果表明,建立的EFG模型在节点布置上十分灵活,提出的直角坐标系下的“同心圆”式节点布置方案,可以很好地处理圆坯曲线边界及坯壳凝固界面推进的问题。在支持域尺寸为平均节点间距的1.7倍时,均匀和随机2种节点布置方式下,模型都达到了较高的计算精度。研究结果证实了EFG模型应用于铸坯非均匀传热、凝固计算的可行性和正确性,在凝固界面追踪中体现出显著优势,为后续铸坯传热-力学行为耦合和裂纹预测的研究提供了基础。

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航空发动机整体叶环中纤维断丝超声检测方法
武玉鹏, 张博, 李经明, 张双楠, 吴颖, 王玉敏, 蔡桂喜
金属学报. 2020, 56 (8): 1175-1184.   DOI: 10.11900/0412.1961.2019.00441
摘要   HTML   PDF (2938KB)

基于超声头波(head-waves)理论,当探头以一定角度激励出的折射纵波传播到界面时产生能量较高的爬波,据此建立了连续SiC纤维增强钛合金基复合材料(Ti-MMC)整体叶环中SiC纤维环断丝缺陷超声爬波检测的有限元仿真模型,分析了多层介质界面超声波传播特性及爬波遇到断丝缺陷时的衍射现象。仿真结果表明,在缺陷上方的水层中会产生明显的缺陷信号波。根据仿真结果,设计制作了超声爬波(5 MHz,20°)-水浸聚焦(5 MHz,直径6 mm)组合探头和带有纤维断丝的人工缺陷试样,采用超声C扫描设备进行了检测实验。结果表明,超声爬波法能够成功地检测纤维环试样中不同深层的3层断丝缺陷(裂纹自身高度约0.42 mm)。该方法简单、经济、快速,有望解决Ti-MMC整体叶环中深埋型纤维环断丝缺陷的无损检测难题。

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