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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2021年, 第57卷, 第3期 刊出日期:2021-03-11 上一期    下一期
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综述
金属W中辐照缺陷的产生、演化与热回复机制
易晓鸥, 韩文妥, 刘平平, FERRONIFrancesco, 詹倩, 万发荣
金属学报. 2021, 57 (3): 257-271.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00228
摘要   HTML   PDF (2052KB)

金属W是核聚变反应堆中面向等离子体部件的主要候选材料。服役期间,钨部件需要承受高温、高通量聚变反应中子轰击带来的辐照级联损伤。这些损伤主要表现为高浓度的点缺陷及团簇。它们与氢氦等离子体、嬗变反应的多种产物相互作用,导致辐照硬化、韧脆转变温度升高、导热能力下降等问题。本文围绕金属W的辐照级联损伤,基于显微缺陷实验表征与材料多尺度模拟计算,系统总结了辐照缺陷的产生、演化与热回复行为及作用机制。这些信息反映了材料中辐照缺陷特征的统计规律,构成定量描述微观损伤组织随时间尺度与空间尺度变化的依据,有利于钨部件性能的预测、服役可靠性评价以及未来新型材料部件的研发。

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可降解锌合金血管支架的研究现状、面临的挑战与对策思考
钱漪, 袁广银
金属学报. 2021, 57 (3): 272-282.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00161
摘要   HTML   PDF (1018KB)

金属Zn可在人体内降解吸收,其降解速率最适合血管支架的临床要求。同时Zn2+本身也是人体必要的营养元素,参与体内200多种酶的活动与代谢,并具有修复和提升血管内皮的完整性和抗动脉粥样硬化的功能,具有作为血管支架材料的天然优势。本文结合作者课题组近年的研究工作,对可降解锌合金血管支架领域的研究进行了系统总结,分别从可降解锌合金血管支架的研究背景、研究现状与挑战、解决这些挑战问题的思路和对策、以及未来发展展望等方面进行了介绍和评述,期待能对本领域的研究工作给予借鉴和启迪,从而对推动我国在相关领域的研究发展起到有益作用。

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含杂质气态CO2输送管道腐蚀研究进展
李玉星, 刘兴豪, 王财林, 胡其会, 王婧涵, 马宏涛, 张楠
金属学报. 2021, 57 (3): 283-294.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00165
摘要   HTML   PDF (1215KB)

气态CO2输送管道是CO2捕集与储存(CCS)过程中的重要一环,含杂质气态CO2输送管道的腐蚀控制对于管道的安全运行尤为重要。本文综述了目前含杂质气态CO2输送管道腐蚀的研究成果,总结了气态CO2输送管道腐蚀的影响因素,阐述了杂质与环境条件对水与CO2的互溶度、管道钢腐蚀行为、腐蚀产物膜特征及腐蚀机理的影响,分析了气态CO2输送管道临界含水量的确定,归纳了适用于气态CO2输送管道的腐蚀预测模型。本文指出当前气态CO2输送管道腐蚀研究亟待解决的科学问题包括:含杂质气态CO2环境中水与CO2互溶度的计算;杂质对气态CO2环境中腐蚀产物膜特征及腐蚀机理的影响;含杂质气态CO2输送管道不发生腐蚀临界含水量的确定;含杂质气态CO2输送管道内腐蚀预测模型的建立。

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高端冷轧箔带形状/性能协同测控现状及趋势预测
杨利坡, 张海龙, 张永顺
金属学报. 2021, 57 (3): 295-308.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00268
摘要   HTML   PDF (1278KB)

随着柔性屏、微型机电、医疗仿生、环保节能等高端产品的快速发展和迅速产业化,不同材质、规格的特种合金箔带的市场需求和质量要求水涨船高,尤其以厚度0.1 mm以内的压延箔带原材料,在微成形、微制造、微装备等高端领域不可或缺。然而,在轧制形变过程中,大宽厚比高端箔带受晶粒、织构、表面形貌、瞬态温度和力学状态的影响明显,普遍存在不同程度的尺寸效应和局部失稳现象,不仅直接影响退火组织和精整工艺制度,使箔带生产关联工序繁多,而且形状尺寸和力学性能差异大,间接影响产品质量,导致成本激增。为了从根本上解决难变形合金箔带的形状/性能指标,提高其室温/低温冷轧形变特性和综合性能,不仅需要从微观组织和表面形貌多角度重构传统的各向同性本构关系,考虑晶粒、织构、热、力、位移差异带来的尺寸耦合特征和同步匹配关系,而且还需要从检测仪器仪表、工况误差、大数据聚类评估等角度,协同分析形变、性能之间的逻辑关系和调控规律,从而改善板形、板厚、表面质量、机械性能等指标。基于上述思路,分别从形状/性能表征、形变机理、测控过程、检测装备、数学模型等方面,阐述总结了当前冷轧箔带的研究现状,梳理了瞬态温度、组织形貌、界面形貌、形变形状和力学性能之间的关系,并针对难变形新材料的异步电轧改形改性新工艺和室温增塑增韧成形机制进行了趋势预测,尝试为大宽厚比特种合金箔带形状/性能协同测控的理论研究和快速应用提供新的思路。

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研究论文
316LN不锈钢管状试样高温高压水的腐蚀疲劳行为
谭季波, 王翔, 吴欣强, 韩恩厚
金属学报. 2021, 57 (3): 309-316.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00134
摘要   HTML   PDF (2748KB)

设计了一种管状疲劳试样,高温高压水流经试样内部,试样外部与空气接触。利用管状试样研究了316LN不锈钢高温高压水腐蚀疲劳性能,重点关注了应变速率对其疲劳性能的影响。实验结果表明,高温高压水环境降低了316LN不锈钢的疲劳强度,且疲劳寿命随应变速率降低而降低;管状试样与标准棒状试样获得的疲劳寿命相差不大,表明利用管状试样研究核电结构材料高温高压水环境疲劳性能是合理可行的。在低应变速率条件下,疲劳裂纹源区域为典型的扇形花样,呈现准解理开裂特征。疲劳裂纹扩展区为典型的疲劳辉纹特征。疲劳裂纹萌生阶段高温高压水环境效应更加显著。同时讨论了316LN不锈钢在高温高压水环境中的疲劳损伤机理。

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BTA保护的白铜在模拟工业大气环境中的腐蚀行为
黄松鹏, 彭灿, 曹公望, 王振尧
金属学报. 2021, 57 (3): 317-326.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00206
摘要   HTML   PDF (3511KB)

以涂盐沉积的方式进行室内加速实验,通过SEM/EDS、XRD和电化学测试等分析技术,研究受苯并三氮唑(BTA)保护的白铜在模拟工业大气环境中的腐蚀行为。结果表明,腐蚀初期受BTA保护的白铜表面存在棱状的盐结晶,说明腐蚀介质无法完全渗入基体。随着腐蚀时间延长,其对应的腐蚀电流密度呈现先减小后增大的趋势,其原因在于表面除了BTA化学转化膜还存在因腐蚀而产生的氧化膜,2者的共同作用延缓了腐蚀的进行,而当局部的BTA膜层因不断消耗出现破损,腐蚀区域则会从此处开始扩展,腐蚀电流密度也会随之增加。对比BTA处理前后的白铜,虽然最终的腐蚀产物主要成分均为ZnSO4·6H2O和Cu4(SO4)(OH)6,呈现为疏松多孔状,但从截面形貌和动力学曲线分析,受BTA处理后的白铜腐蚀程度更轻微。

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大气条件下AlCrON基光谱选择性吸收涂层的热稳定性
王晓波, 王墉哲, 程旭东, 蒋蓉
金属学报. 2021, 57 (3): 327-339.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00244
摘要   HTML   PDF (4426KB)

设计并制备了Cr/AlCrN/AlCrON/AlCrO光谱选择性吸收涂层,利用GIXRD、SEM、AFM和TEM研究了退火过程中涂层微结构的演变规律。结果表明,该涂层在大气条件下、500℃退火1000 h后,其吸收率由退火前的0.910提高至0.922,发射率由退火前的0.151降低至0.114,表现出优异的热稳定性。微观组织分析表明,AlCrN和AlCrON吸收层在退火过程中发生了部分晶化,形成了氮化物纳米颗粒,这可以增加对光的反射和散射,有助于提高涂层的吸收率;退火后AlCrO减反射层中则形成了少量的Cr2O3和Al2O3纳米颗粒,可以减少涂层表面对太阳光的反射,有助于降低涂层的发射率。同时,退火过程中Al原子向纳米颗粒表面偏聚,并在大气环境下发生氧化形成Al2O3层覆盖在纳米颗粒表面,能够起到阻止纳米颗粒长大的作用,这对于维持AlCrON基光谱选择性吸收涂层微结构和光学性能的稳定性具有重要的作用。此外,涂层中的非晶基体在退火处理中仅发生结构弛豫,并且由于非晶中的原子扩散非常缓慢,有助于抑制高温条件下涂层中纳米颗粒的扩散,保证纳米颗粒不发生团聚。

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690 MPa级高强韧低碳微合金建筑结构钢设计及性能
朱雯婷, 崔君军, 陈振业, 冯阳, 赵阳, 陈礼清
金属学报. 2021, 57 (3): 340-352.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00195
摘要   HTML   PDF (6125KB)

基于JMatPro热力学软件计算并考虑化学元素间相互影响,设计了690 MPa级抗震耐蚀防火功能结构一体化高强建筑用钢,其化学成分(质量分数,%)主要为:Fe-0.08C-0.3Si-1.1Mn-0.12(Nb + V + Ti)-1.6(Cr + Cu +Ni + Mo)-0.002B-0.004N。经实验室冶炼和控轧控冷工艺(TMCP)处理后,采用EPMA、EBSD等多种微观分析和性能测试手段对该低碳微合金钢的微观组织特征、强韧化机理和力学性能、防火性及耐蚀性等进行了表征和分析。结果表明,所设计的低碳微合金钢TMCP状态下的微观组织包含粒状贝氏体、板条贝氏体和贝氏体铁素体;室温下屈服强度达700 MPa,抗拉强度为878 MPa,屈强比为0.80,断后延伸率为20%,并具有良好的低温韧性。低碳微合金钢在600℃保温1~3 h时,均达到耐火性能要求;并对其在海洋环境下的耐蚀性进行了评价,发现粒状贝氏体对耐腐蚀性能具有积极作用。进一步分析表明,低碳微合金钢具有良好的强韧性源于析出强化、细晶强化、位错强化和固溶强化的综合作用;对低温冲击断口截面组织分析表明,裂纹会多次穿过板条贝氏体呈“Z”字型扩展以消耗更多的能量,也是该钢具有良好低温韧性的原因。

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AA 7055铝合金时效析出强化模型
陈军洲, 吕良星, 甄良, 戴圣龙
金属学报. 2021, 57 (3): 353-362.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00328
摘要   HTML   PDF (2077KB)

利用小角度X射线散射技术获得的系列定量信息,综合运用时效析出动力学理论和析出相切过、绕过强化机制,研究了AA 7055铝合金在120和160℃时效过程中的屈服强度演变模型。结果表明,在时效早期盘状析出相的盘面半径和半厚度均与t1/2 (t为时效时间)成线性关系;在时效后期,析出相尺寸则与t1/3成线性关系。时效过程中析出相体积分数与t的变化关系遵循JMA (Johnson-Mehl-Avrami)型表达式。综合考虑了GPI区和η'相2类析出相对合金强度的贡献,并且分别考察了这2类析出相的模量强化机制和共格应变强化机制,最终建立了AA 7055铝合金在120和160℃时效过程中的屈服强度变化模型,确定了该合金时效过程中析出相与屈服强度之间的定量关系。

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GH4169合金与S31042钢线性摩擦焊接头组织及力学性能
李彦默, 郭小辉, 陈斌, 李培跃, 郭倩颖, 丁然, 余黎明, 苏宇, 李文亚
金属学报. 2021, 57 (3): 363-374.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00271
摘要   HTML   PDF (5551KB)

使用25 Hz振动频率、2 mm振幅、100 MPa摩擦压力和150 MPa顶锻压力的工艺参数对GH4169合金和S31042钢进行线性摩擦焊连接,通过OM、SEM和TEM分析异质接头的组织特征,并进行拉伸、硬度和蠕变实验测试异质接头在室温和高温环境下的力学性能。结果表明,GH4169合金与S31042钢的连接界面在线性摩擦焊过程中发生动态再结晶,形成无孔无裂纹的冶金结合,同时焊缝区在高温和应力作用下形成大量弥散分布的强化相颗粒。通过细晶强化和析出强化的综合作用,异质接头的抗拉强度高于S31042钢,焊缝区的硬度明显高于2种母材。

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基于第一性原理的金属导热性能研究
崔洋, 李寿航, 应韬, 鲍华, 曾小勤
金属学报. 2021, 57 (3): 375-384.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00250
摘要   HTML   PDF (1928KB)

基于第一性原理提出了一种纯金属热导率的高效计算方法。引入常弛豫时间近似,应用密度泛函理论(DFT)与最大局域化Wannier函数(MLWFs)方法求解金属材料的电子热导率,简化了电子热导率的计算流程;在计算声子热导率时,将Birch-Murnaghan状态方程与Debye模型引入Slack方程,提高了声子热导率的计算效率。采用本方法计算了Al、Mg、Zn 3种材料在300~700 K温度范围内的电导率和热导率,计算值与实测值吻合良好,验证了计算方法的准确性。结果表明,材料的电子和声子的结构是影响热导率的关键因素,在金属材料的导热过程中,电子始终发挥着主要的输运作用,并且随着温度的升高,电子热导率占总热导率的比率也逐渐上升。

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