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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11期 刊出日期:2020-11-11 上一期    下一期
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回火对钒钛微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢组织和性能的影响
王占花, 惠卫军, 谢志奇, 张永健, 赵晓丽
金属学报. 2020, 56 (11): 1441-1451.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00139
摘要   HTML   PDF (5869KB)

为了进一步优化贝氏体非调质钢锻件的组织和性能,采用组织观察、力学性能测试等方法研究了回火温度(200~500 ℃)对一种钒钛微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢锻后微观组织及力学性能的影响。结果表明,实验用钢锻态时的组织为板条状下贝氏体+粒状贝氏体的混合组织。随着回火温度升高,组织逐渐发生回复,马氏体/奥氏体(M/A)组元逐渐分解,并析出细小的渗碳体;回火温度提高到500 ℃时,M/A组元完全分解,渗碳体球化。随着回火温度升高,实验用钢的抗拉强度逐渐降低,从锻态的1418 MPa逐渐降低到500 ℃回火时的1094 MPa;而屈服强度则呈现先缓慢增加后降低的变化趋势,在400 ℃回火时达到峰值;屈强比由锻态时的0.73逐渐升高至500 ℃回火时的0.93。与强度变化趋势不同,实验用钢的冲击功随回火温度呈现先增加后降低,最后再增加的变化特征,在400 ℃回火时冲击吸收功最小,呈现出一定的回火脆性;而500 ℃回火后冲击功最大,较锻态样品提高约27%。因此,对实验用钢锻后进行适当的回火处理,有利于获得与调质合金钢相当的良好综合力学性能,从而有助于扩大其应用范围。

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形成Al2O3表层的奥氏体不锈钢加速蠕变实验研究
刘天, 罗锐, 程晓农, 郑琦, 陈乐利, 王茜
金属学报. 2020, 56 (11): 1452-1462.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00088
摘要   HTML   PDF (4727KB)

利用Gleeble热力模拟试验机对一种形成Al2O3表层的奥氏体(alumina-forming austenitic,AFA)不锈钢在循环载荷条件下进行加速蠕变实验,评估材料的高温蠕变性能,同时获得该合金在高温加速蠕变过程中的组织演化规律。结果表明,采用加速蠕变实验在较短时间内加速完成了常规蠕变实验过程中析出相、位错、孪晶等微观结构的组织演变;但加速蠕变实验过程中AFA合金内大量位错的反复产生与湮灭为难析出第二相提供形核点,降低Laves等难析出第二相的形核驱动力;同时加速蠕变实验所施加的循环应变逐步削弱新型AFA合金中纳米级形变孪晶强化效果,导致评价效果的差异。加速蠕变实验有助于高效评估材料的蠕变性能,但有关实验参数的最佳区间还需要更加深入的研究。

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异种金属焊接接头在热-力耦合作用下的断裂位置转移机理
李克俭, 张宇, 蔡志鹏
金属学报. 2020, 56 (11): 1463-1473.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00140
摘要   HTML   PDF (3413KB)

使用镍基焊缝金属连接新型高Cr马氏体耐热钢和镍基合金制造了异种金属焊接接头(DMWs),对该类DMWs进行了高温持久实验以分析其失效机理,其中,应力水平在140~260 MPa,温度为600和620 ℃。结果表明,DMW的断裂位置随应力水平的改变发生转移。高应力水平(≥240 MPa)下,断裂主要发生在马氏体耐热钢母材中,断裂模式以塑性变形为主。中等应力水平(200~240 MPa)下,断裂位置转移至马氏体耐热钢热影响区(HAZ)中的细晶区(FGHAZ)或两相区(ICHAZ)中,该区域的硬度最低且碳化物粗化显著,在粗化的碳化物周围产生了大量的蠕变空洞,此种断裂模式为典型的Ⅳ型断裂。在低应力水平(≤200 MPa)下,DMW的断裂模式为三阶段混合形式:初始阶段,因在焊缝与马氏体耐热钢界面处产生氧化尖缺口沿界面断裂,氧化尖缺口的形成是氧化与应力交互作用的结果;裂纹随后转移至马氏体耐热钢的FGHAZ或ICHAZ中扩展;前2个阶段未发生明显的塑性变形,最后裂纹转移至马氏体耐热钢母材中沿切应力最大的方向扩展直至完全断裂,该阶段发生了明显的塑性变形。此外,研究还发现随应力水平降低,DMW呈现出早期失效的倾向,即低应力水平下的高温持久强度低于由高应力水平数据线性外延得到的数值,早期失效的产生与马氏体耐热钢焊接HAZ微观组织退化和界面氧化有关。

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690合金在模拟核电高温高压水中的电化学及原位划伤行为研究
郦晓慧, 王俭秋, 韩恩厚, 郭延军, 郑会, 杨双亮
金属学报. 2020, 56 (11): 1474-1484.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00091
摘要   HTML   PDF (3121KB)

利用自行搭建的高温高压水循环回路系统和高温高压原位划伤装置,研究了690合金在不同温度下的极化行为和在空气中单道划伤、在高温高压水中原位11和100 h往复划伤行为,并采用SEM和EDS对划伤后的样品进行了观察和分析。结果表明:690合金基体在单道划伤过程中划痕底部产生微裂纹,部分粒径较大TiN夹杂物易发生碎裂,而粒径较小的TiN夹杂物和基体结合处易发生开裂。在高温高压水往复划伤过程中,划痕底部沟槽内的部分金属基体碎屑脱落并有大量氧化物和微裂纹。同样存在粒径较大TiN夹杂物发生碎裂,而粒径较小的TiN夹杂物与基体结合界面易发生开裂的现象。通过高温高压原位电化学技术,测量了690合金在往复划伤过程中的电化学信号,推算了划伤过程中划痕处的瞬时峰值电流密度是基体的149~326倍。

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ErSi对铝基储热合金导热系数及相变潜热的影响
朱伟强, 俞牧知, 唐旭, 陈孝阳, 许征兵, 曾建民
金属学报. 2020, 56 (11): 1485-1494.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00110
摘要   HTML   PDF (3184KB)

为探究Er、Si对铝基储热合金导热系数和相变储热值的影响,制备了Si的质量分数分别为12%、14%、16%,上述Si含量条件下,Er的质量分数分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的合金。根据实验测得的比热容、热扩散系数和密度,通过计算得到合金的导热系数,同时测量了合金的相变潜热,运用理论模型对合金的相变潜热进行计算,通过方差分析Er和Si含量对合金相变潜热的影响。分析结果表明,Er可以有效改善Al-Si合金中的初生Si形态,细化组织;Si含量为16%时,加入0.2%、0.6% Er的合金相变潜热分别为414.8和406.5 J/g。理论模型计算表明,考虑组元固-液相之间的比热容差对熵的贡献时,得到的合金相变潜热较未考虑的计算结果误差更小;对Al-12Si-xEr、Al-16Si-xEr相变潜热理论计算模型进行了修正,修正模型计算得到的合金相变潜热值和实测潜热值更为吻合。方差分析显示,在显著性水平p=0.05的条件下,Si含量对材料相变潜热有显著影响。

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7055铝合金的非等温双级时效行为
李吉臣, 冯迪, 夏卫生, 郭为民, 王国迎
金属学报. 2020, 56 (11): 1495-1506.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00039
摘要   HTML   PDF (5775KB)

采用硬度测试、电导率测试、室温拉伸实验、剥落腐蚀实验、DSC分析以及TEM观察,研究了非等温双级时效对7055铝合金组织及性能的影响。结果表明:在第二级时效的连续升温阶段,晶内由GP区、η′和α-Al三相共存状态逐渐演变为η′、ηα-Al三相共存态。在第二级时效的连续降温阶段,晶内二次析出GP区和η′相,合金硬度再次升高。晶界η相在时效过程中不断粗化并呈断续分布,合金电导率持续增加。非等温双级时效的第二级升温速率和最高时效温度(Tp)决定了合金的性能。在相同性能水平下,快速升温对应相对更高的Tp。以电导率22 MS/m为标准,1 ℃/min升温速率对应的Tp为215 ℃,而3 ℃/min升温速率下Tp则为225 ℃。经过105 ℃、24 h预时效并包含升降温的非等温二级时效,7055铝合金的抗拉强度和剥落腐蚀等级可达610 MPa和EB级别,表现出比T6和T73态更加优异的综合性能,且取消等温保温阶段实现了热处理工艺的短流程操作。

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(TiZrNbTa)90Mo10高熵合金与Al2O3干摩擦条件下的滑动磨损行为
宋芊汀, 徐映坤, 徐坚
金属学报. 2020, 56 (11): 1507-1520.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00031
摘要   HTML   PDF (4795KB)

采用“球-板”式往复滑动方式,研究了电弧熔炼态bcc结构 (TiZrNbTa)90Mo10高熵合金与Al2O3球在干摩擦条件下的摩擦磨损行为,并与Ti6Al4V和Co28Cr6Mo 2种合金进行了对比。通过对磨痕、磨屑、磨球表面形貌的表征,揭示出该高熵合金在摩擦学和磨损机制上的特征。结果表明,(TiZrNbTa)90Mo10高熵合金与Al2O3干滑动摩擦的摩擦系数(f)为0.8~0.9,约是同条件下Ti6Al4V和Co28Cr6Mo合金与Al2O3摩擦体系的2倍。(TiZrNbTa)90Mo10高熵合金的比磨损率约是Ti6Al4V合金的2.3倍,是Co28Cr6Mo合金的90倍,即耐磨性不如后2种合金;其磨损机制因施加载荷的大小而异,低载荷下以磨粒磨损为主,高载荷下三体磨粒磨损的作用愈显突出,在磨损机制上明显不同于Ti6Al4V和Co28Cr6Mo。该高熵合金在高强度和高硬度上的优势并未保证其拥有良好的耐磨性,与之相适宜的低摩擦磨损对磨副材料仍有待于进一步研究。

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Ti-B-N纳米复合涂层的设计、制备及性能
刘艳梅, 王铁钢, 郭玉垚, 柯培玲, 蒙德强, 张纪福
金属学报. 2020, 56 (11): 1521-1529.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00087
摘要   HTML   PDF (3054KB)

利用脉冲直流磁控溅射技术研制Ti-B-N涂层,通过降低反应气体N2流量,减少涂层中a-BN (a代表非晶)软质相的含量,增大TiB2靶溅射功率,提高硬质相TiB2的含量,形成nc-(Ti2N, TiB2)/a-BN (nc代表纳米晶)纳米复合结构,实现涂层增韧和强化。系统研究了TiB2靶溅射功率对Ti-B-N涂层成分、微观结构和性能的影响,利用EDS、HRTEM、SEM、XRD、纳米压痕仪和划痕测试仪对涂层进行表征和测试,利用球-盘式摩擦磨损试验机测试涂层摩擦学性能。结果表明,随着TiB2靶溅射功率增加,Ti-B-N涂层结构逐渐由nc-Ti2N/a-BN演变成hcp-TiB2/a-BN;Ti-B-N涂层的纳米硬度也逐渐增加,当TiB2靶溅射功率为2.4 kW时,涂层硬度最高,约为33.8 GPa;此时Ti-B-N涂层的摩擦系数和磨损率也最低,分别为0.55和2.1×10-4 μm3/(N·μm),涂层耐磨性能最佳。

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超高速激光熔覆镍基WC涂层的显微结构与耐磨性能
张煜, 娄丽艳, 徐庆龙, 李岩, 李长久, 李成新
金属学报. 2020, 56 (11): 1530-1540.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00033
摘要   HTML   PDF (2847KB)

采用超高速激光熔覆技术制备了镍基WC涂层,通过SEM、EDS和XRD等对比研究了超高速与低速激光熔覆镍基WC涂层的表面形貌、组织结构与耐磨性能。结果表明,相较于低速激光熔覆,超高速激光熔覆热输入更小、冷却速率更高,制备的镍基WC涂层拥有更好的表面质量;同时,有效减小了基体元素对涂层的稀释,显著降低了WC颗粒的热损伤,使得涂层中碳化物的析出与孔隙生成得到抑制,WC陶瓷颗粒均匀分布,进而显著降低涂层残余应力,避免涂层中裂纹的产生;超高速激光熔覆镍基WC涂层耐磨性能更为优良,磨损机制为磨粒磨损。

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2024铝合金表面PEDOT涂层的电化学制备及耐腐蚀性能
高博文, 王美涵, 闫茂成, 赵洪涛, 魏英华, 雷浩
金属学报. 2020, 56 (11): 1541-1550.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00089
摘要   HTML   PDF (3387KB)

分别采用循环伏安法和恒电流法在2024铝合金基底上电沉积聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)涂层,考察在3种电解质溶液(高氯酸锂(LiClO4)和十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液,邻苯二甲酸氢钠(C8H5NaO4)和SDS水溶液,六氟磷酸四丁铵(TBAPF6)乙腈溶液)中聚合3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)对PEDOT涂层生长和形貌的影响。通过电偶腐蚀、电化学阻抗谱(EIS)和扫描振动电极技术(SVET)研究PEDOT涂层与铝合金基底之间的相互作用。结果表明,TBAPF6不仅对基底具有钝化和缓蚀作用,而且能够显著降低EDOT的氧化电位。恒电流法制备的涂层表面呈球状团聚且完整致密。电偶腐蚀和EIS结果表明,PEDOT涂层阻隔了腐蚀介质并使基底钝化,其阻值在DHS溶液(3.5 g/L (NH4)2SO2+0.5 g/L NaCl)中浸泡3 d后达到最大。SVET结果表明,破损的PEDOT涂层能够促进表面电荷离域,避免电荷集中,产生电化学保护效应。

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超声共混合成Ni(HNCN)2/BiVO4复合可见光催化剂
张霞, 宋扬, 王誉, 纪逯鹤, 杨媚, 孟皓
金属学报. 2020, 56 (11): 1551-1557.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00062
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采用化学沉淀法分别合成了Ni(HNCN)2和BiVO4,然后通过超声共混制备了Ni(HNCN)2/BiVO4复合颗粒,利用XRD、SEM、红外光谱(FT-IR)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱对复合光催化剂的结构进行表征,并研究其对于有机染料罗丹明B的可见光催化降解。结果表明,超声共混获得较小颗粒尺寸的Ni(HNCN)2沉积在棒状BiVO4表面形成异质结构。单一Ni(HNCN)2的禁带宽度为2.64 eV,BiVO4的禁带宽度为2.41 eV,Ni(HNCN)2/BiVO4复合颗粒的禁带宽度约为2.37 eV。相较于单一Ni(HNCN)2和BiVO4颗粒,复合颗粒禁带宽度变窄,更有利于对可见光的响应。在对罗丹明B的光催化降解过程中,Ni(HNCN)2与BiVO4按照摩尔比例1∶2合成的复合颗粒的光催化活性最强。光催化机理研究表明,匹配的能带结构促进光生电子和空穴在两相界面的流动,提高光催化效率。

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铁基非晶合金局域结构与性能关联:基于微合金化机理研究
耿遥祥, 王英敏
金属学报. 2020, 56 (11): 1558-1568.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00112
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基于“团簇+连接原子”局域结构模型,从团簇内部和团簇间原子的关联作用出发,分析非晶合金的局域结构与非晶合金玻璃化转变、形成能力、热稳定性和力学性能之间的关系。并通过分析模型结构中微合金化元素的占位及其对周围原子关联作用的影响,理解非晶合金的微合金化机理。结果表明,团簇内部原子的关联作用对非晶合金的热稳定性有较大影响,而非晶合金的玻璃化转变、形成能力和力学性能主要受到团簇间原子关联作用影响。并以Si合金化Fe-B二元非晶合金及前过渡元素(Zr、Hf、Nb或Ta)和稀土元素(Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd或Dy)微合金化Fe-B-Si三元非晶合金对所提理论进行实验验证,两者吻合较好。该研究为理解非晶合金的局部结构-性能关联和微合金化元素作用机理提供了新思路。

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