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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12期 刊出日期:2021-12-11 上一期    下一期
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研究论文
高温合金单晶铸件中共晶组织分布的表面效应
马德新, 赵运兴, 徐维台, 皮立波, 李重行
金属学报. 2021, 57 (12): 1539-1548.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00404
摘要   HTML   PDF (3050KB)

对一种第三代单晶高温合金的单晶叶片和试棒铸件进行了检测,没有观察到共晶组织在横向上向铸件外表面偏聚的现象,但是发现它在垂直方向上发生了明显的不均匀分布。铸件朝下的底面区域共晶很少,而朝上的顶面区域则有大量的共晶聚集。其原因在于定向凝固过程中γ′相形成元素Al + Ti + Ta会在枝晶间液体中富集,并通过扩散和对流的方式向上迁移,最后在铸件的上表面聚集而生成大量的γ/γ′共晶组织。铸态共晶上表面聚集的影响因素除了合金成分,还有凝固条件和铸件形状。对铸件固溶热处理后组织的研究表明,铸件外表面区域的残余共晶量明显少于内部区域。这是因为铸件表面Al和Ti元素的挥发造成了γ′形成元素的贫化,导致共晶组织固溶速率加快。

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粉末高温合金FGH4720Li在近服役温度下的组织演变规律
刘超, 姚志浩, 郭婧, 彭子超, 江河, 董建新
金属学报. 2021, 57 (12): 1549-1558.   DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00140
摘要   HTML   PDF (4697KB)

利用场发射扫描电镜和萃取相分析等方法对FGH4720Li合金在600~730℃下时效3000 h过程中的组织演变进行了观察和分析。结果表明,γ'相最为稳定,而γ'γ'相则会发生复杂变化。600℃下时效时,合金组织无明显变化;在650℃下时效3000 h后,仅有γ'相发生长大,其他γ'相无明显变化;当时效温度升高到730℃,γ'相的长大速率加快,然后迅速粗化,时效200 h后,γ'相发生粗化,但B-γ'相会先发生Ostwald熟化现象,吸收大量γ'相而粗化,并且在300~500 h之间发生分裂,然后在500 h后通过互相聚合而粗化,而S-γ'相则始终通过互相聚合的方式来粗化。2种γ'相粗化行为的差异与γ'相的分布特征有关。

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单晶高温合金共晶溶解行为的差热分析
张少华, 谢光, 董加胜, 楼琅洪
金属学报. 2021, 57 (12): 1559-1566.   DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00093
摘要   HTML   PDF (2521KB)

选用一种第二代单晶高温合金,基于差示扫描量热技术(DSC),采用对比法测量了铸态和完全热处理态样品的升温DSC曲线,研究了保温过程中单晶合金中γ′相、γ/γ′共晶相的相变温度变化规律。结果表明,1290和1300℃保温过程中,随着保温时间的延长,γ′相溶解温度和γ/γ′共晶相熔化温度先显著提高,然后缓慢增加。1300℃保温过程中,γ/γ′共晶体积分数随保温时间延长而逐渐降低。而1290℃保温过程中,随保温时间延长,共晶体积分数出现了先降低后增加的反常现象,这与金相实验方法相吻合。分析表明,枝晶间粗大γ′相未完全溶解,造成枝晶轴Ta元素向枝晶间扩散,促使共晶长大,从而使共晶体积分数增加。

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CoCrFeNiCu高熵合金与304不锈钢真空扩散焊
李娟, 赵宏龙, 周念, 张英哲, 秦庆东, 苏向东
金属学报. 2021, 57 (12): 1567-1578.   DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00031
摘要   HTML   PDF (4293KB)

研究了CoCrFeNiCu高熵合金(HEA)和304不锈钢(304SS)在不同温度下的固相扩散焊,通过SEM、EBSD、TEM及XRD分析了扩散焊后的组织变化、晶体类型的转变以及相析出,并进行了力学性能测试。结果显示:固相扩散能实现2种合金的连接,低温下界面处残留有孔洞;随着温度的升高,扩散能力增强,界面处气孔消失,变得致密;在扩散层内没有发现金属间化合物,形成了全固溶组织,扩散层的厚度在10~31 μm之间;硬度测试显示,CoCrFeNiCu HEA-扩散层-304SS母材硬度呈梯度增加,晶体结构类型以亚结构和再结晶结构为主,小角度晶界占93%;拉伸强度测试显示,材料均断裂于HEA母材处,焊接接头的强度高于母材,实现了高质量连接。

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SPS烧结参数对NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Zr合金微观组织及室温力学性能的影响
刘泽, 宁汉维, 林彰乾, 王东君
金属学报. 2021, 57 (12): 1579-1587.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00346
摘要   HTML   PDF (3066KB)

以气雾化法制备的NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Zr (原子分数,%)预合金粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Zr块体合金(NiAl基合金),研究了烧结温度、保温时间对烧结态合金致密度、微观组织以及室温压缩性能的影响。结果表明,SPS烧结温度对烧结态合金的致密度以及室温压缩性能的影响较大,而保温时间对其影响相对较小。在优化的烧结参数下:烧结温度为1200℃、保温时间为3 min、烧结压力为50 MPa,NiAl基合金的压缩屈服强度、抗压强度、塑性变形量分别为1321.4 MPa、2360 MPa和0.313。此外,分析了SPS工艺制备NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Zr合金的微观致密化过程。

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退火温度对含Nb高锰钢力学和阻尼性能的影响
王玉, 胡斌, 刘星毅, 张浩, 张灏云, 官志强, 罗海文
金属学报. 2021, 57 (12): 1588-1594.   DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00020
摘要   HTML   PDF (2638KB)

研究了含Nb高锰阻尼钢热轧后在750~1050℃区间退火后的组织、力学性能和阻尼性能。热轧时发生不均匀动态再结晶,形成轧向带状再结晶组织及带状之间的取向单一、大块状ε马氏体,后者在850℃以下退火不发生再结晶、950℃部分再结晶和1050℃时完全再结晶。未再结晶奥氏体冷却时相变为高密度位错大块状ε马氏体;而再结晶形成众多细小奥氏体晶粒后转变为取向不同的、位错少的细小片层状ε马氏体和残余奥氏体。因此,退火温度增加导致阻尼性能改善但强度下降,而950℃退火的部分再结晶样品则兼具高阻尼性能和高强度,因为再结晶与未再结晶奥氏体相变产物分别贡献了阻尼和力学性能。因此,通过调整Nb合金化和退火工艺来控制高锰钢奥氏体的再结晶程度,可实现力学和阻尼性能的不同程度配合。

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高碳钢连铸坯大区域C元素分布不均匀度
郭中傲, 彭治强, 柳前, 侯自兵
金属学报. 2021, 57 (12): 1595-1606.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00432
摘要   HTML   PDF (2952KB)

基于典型高碳钢铸坯低倍组织灰度图,引入标准差、差分盒维数和惯性矩,探讨一种大区域主要偏析元素(C)分布不均匀度定量表征的简易方法。结果表明:标准差、差分盒维数和惯性矩可以有效地综合表征C元素分布不均匀度;且等轴晶区C元素分布不均匀度高于柱状晶区,平均相差20.85%。对比发现,标准差主要基于灰度值统计特性,差分盒维数和惯性矩结合了灰度值统计信息和空间分布信息;并且差分盒维数具有尺度独立性,受灰度图尺寸和分辨率的影响较小,而惯性矩对微区C元素分布不均匀度变化会更加敏感。此外,标准差主要受到大型偏析点(> 1 mm2)影响,而差分盒维数和惯性矩主要受中型偏析点(0.1~1 mm2)影响。本工作可为高碳钢铸坯大区域C元素分布不均匀度的全面衡量及精细化质量评判提供新的参考方法。

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恒电位脉冲技术对317L不锈钢点蚀行为及耐点蚀性能的影响
吕晨曦, 孙阳庭, 陈斌, 蒋益明, 李劲
金属学报. 2021, 57 (12): 1607-1613.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00426
摘要   HTML   PDF (1369KB)

利用电化学测试及显微镜观察方法,研究了在恒电位脉冲技术(potentionstatic pulse technique,PPT)中参数选取对317L不锈钢点蚀行为的影响。揭示了高电位(Eh)的取值对测试后样品表面点蚀行为的影响。结果表明,当Eh取值处于钝化电位区间时,点蚀不会发生;当Eh取值在点蚀电位区间时,随着Eh的增加,点蚀的尺寸和数量呈现先增大后稳定的趋势;当Eh取值处于过钝化区间时,样品将无法维持钝化状态。另外,对PPT测试后样品的耐点蚀性进行的研究表明,PPT测试后,样品的点蚀电位与再钝化电位增大,说明钝化膜的耐点蚀性能增强。因此,可以通过选择合适的参数,使PPT作为一种提升不锈钢耐点蚀性能的表面改性手段。

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轴向超声振动对搅拌摩擦焊过程中金属流动行为的影响
何长树, 郄默繁, 张志强, 赵骧
金属学报. 2021, 57 (12): 1614-1626.   DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00288
摘要   HTML   PDF (5353KB)

以7N01-T4合金作为实验材料,采用标识材料示踪法,进行了搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)对比实验,重点研究了轴向超声振动与搅拌针螺纹耦合作用下搅拌区(SZ)金属的流动行为。结果表明,施加轴向超声振动没有改变SZ金属沿焊接方向的宏观流动行为(如弧纹间距保持不变),但加剧了轴针影响区(PDZ)金属沿板厚方向的环形涡流运动,同时超声作用下轴肩与搅拌针端部的高频锻压作用促进了轴肩影响区(SDZ)和涡流区(SWZ)金属的流动。在分析轴向超声振动条件下搅拌针周围金属受力状态基础上,提出了微区“抽吸-挤压”效应模型,解释了轴向超声振动提高SZ金属流动能力的本质。当采用有螺纹的搅拌针焊接时,轴向超声振动与搅拌针螺纹的耦合作用所产生的微区“抽吸-挤压”效应导致SZ金属流动能力显著提高。当采用无螺纹的搅拌针焊接时,施加轴向超声振动显著降低搅拌针对SZ金属的剪切作用,导致SZ的金属流动能力减弱,更容易形成焊接缺陷。

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Fe-Co-Ni系组合合金热等静压高通量制备方法初探
赵雷, 王辉, 杨丽霞, 陈学斌, 郎润秋, 贺林峰, 陈东风, 王海舟
金属学报. 2021, 57 (12): 1627-1636.   DOI: 10.11900/0412.1961.2021.00070
摘要   HTML   PDF (2882KB)

提出基于热等静压工艺的高通量制备新方法,即采用纯Ni和Ti作为蜂巢结构骨架材料,内含不同组元合金粉末的成分梯度设计新思路,成功一次性制备出含有19种不同化学成分的Fe-Co-Ni组合块体合金。高通量成分与组织结构分析表明:蜂巢骨架内各区域成分均匀,含量符合设计要求;混粉均扩散形成合金相;块体合金内部致密度良好,无宏观缺陷。通过对高通量制备Fe-Co-Ni组合试样硬度的分析,探讨了合金化作用机理及其对力学行为的影响规律。铁基和镍基材料均是以固溶强化和第二相强化为主,钴基材料以双相固溶强化为主。对于铁基材料,Ni的强化效果优于Co;对于镍基材料,Fe的强化效果优于Co;对于钴基材料,Ni的强化效果优于Fe。

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Sm2Co17磁体胞状组织边缘2:17R'相的透射电子显微镜表征
陈虹宇, 宋欣, 周相龙, 贾文涛, 袁涛, 马天宇
金属学报. 2021, 57 (12): 1637-1644.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00412
摘要   HTML   PDF (3253KB)

结合电子衍射、TEM明/暗场像和HRTEM像从[100]2:17R和[101]2:17R 2个晶带轴研究了具有纳米胞状组织的Sm25Co50.2Fe16.2Cu5.6Zr3.0 (质量分数,%)钉扎型磁体胞边缘的微结构。结果表明,胞状组织边缘存在菱方结构的2:17R'相,与ABCA 3层堆垛周期的2:17R相相比有一层{001}基面原子错排,造成畴壁能密度高于胞内的2:17R相,从而产生不利于方形度的排斥型畴壁钉扎。进一步的对比研究表明,2:17R'相的超晶格衍射斑点可覆盖实验观察到的所有卫星斑,排除了之前文献中根据部分卫星斑所认为的2:17H相或Smn + 1Co5n - 1相。因此,本工作为理解Sm2(Co, M)17磁体方形度低的微结构根源提供了新证据。

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核电安全端结构中材料拘束的作用范围
戴悦, 杨杰, 陈浩峰
金属学报. 2021, 57 (12): 1645-1652.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00445
摘要   HTML   PDF (2243KB)

分别选择核电安全端实际结构和简化结构为研究对象,对不同材料拘束下2种结构的J积分-弯矩曲线、等效塑性应变(PEEQ)等值线所围绕区域的面积和失效评定曲线进行计算,以考察结构中材料拘束的作用范围。结果表明:在核电安全端实际结构和简化结构中均存在着材料拘束的作用范围。J积分-弯矩曲线、PEEQ等值线所围绕区域的面积和失效评定曲线均不受材料拘束作用范围之外材料的影响。简化结构几何拘束较低、材料拘束作用范围较大、失效评定曲线略高,与实际结构相比,可能会产生非保守的评价结果。

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加工硬化和退火软化效应对316不锈钢厚壁管-管对接接头残余应力计算精度的影响
李索, 陈维奇, 胡龙, 邓德安
金属学报. 2021, 57 (12): 1653-1666.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00534
摘要   HTML   PDF (2944KB)

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了加工硬化和退火软化效应对316不锈钢厚壁管-管对接接头残余应力计算精度的影响。基于通用有限元软件Abaqus开发了新的动态退火模型,研究了应变硬化模型(各向同性硬化模型和Chaboche混合硬化模型)和退火模型(阶跃退火模型和动态退火模型)对Satoh数值实验中应力和累积塑性应变在多重热循环条件下的形成过程与机理的影响。同时,采用2D轴对称模型计算了管-管对接接头的温度场和焊接残余应力分布,并分别与焊接热循环实验数据和由切片法、固有应变法和深孔法测量得到的残余应力结果进行对比与验证。结果表明,退火软化效应对累积塑性应变和焊接残余应力的形成过程有显著影响,不考虑退火软化效应的残余应力模拟结果与实验值相比明显偏高。新开发的动态退火模型的计算结果与实验数据吻合良好,具有较高的计算精度。当考虑退火软化效应时,采用各向同性硬化模型可以获得较精确且偏保守的计算结果,而采用Chaboche混合硬化模型的焊接残余应力计算精度更高。对于316不锈钢而言,当采用阶跃退火模型时,建议将退火温度设定为900~1000℃。

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