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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2008年, 第44卷, 第5期 刊出日期:2008-05-11 上一期    下一期
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论文
稀土元素在NiAl合金中的作用
郭建亭; 袁超; 侯介山
金属学报. 2008, 44 (5): 513-520 .  
摘要   PDF (2614KB)
为了改善NiAl合金的室温塑性, 近年来研究了Sc, Y, Ce, Nd, Dy, Ho和Gd 7种稀土元素分别对NiAl共晶合金组织结构、力学性能和抗氧化性能 的影响.结果表明, 适量稀土元素加入到NiAl共晶合金中, 能够显著细化合金 组织和晶粒, 有效改善NiAl共晶合金的室温和高温拉伸塑性和强度, 并提高其 抗氧化性能;而过量的稀土元素使该合金的力学性能和抗氧化性能降低
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富镍NiAl金属间化合物磁性诱导固溶软化效应
姚强; 黄健; 孙坚
金属学报. 2008, 44 (5): 521-523 .  
摘要   PDF (435KB)
采用基于密度函数理论的全势线性缀加平面波(FPLAPW)和超晶胞 方法, 研究了加入Fe元素对富镍NiAl金属间化合物晶格常数、磁性 和剪切模量以及电子结构的作用规律. 结果表明, 随着Fe元素的增加, Ni 62.5-xAl37.5Fe x(x= 0, 6.25, 12.5)金属间化合物的磁矩 显著增大; Fe原子的磁性使Ni 62.5-xAl 37.5Fe x化合物的晶格膨胀, 并明显降低了化合物的切 变模量. 还就Ni 62.5-x Al 37.5 Fe x化合物电子结构的计算结果进行了讨论.
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强磁场处理对NiAl--Cr(Mo)-0.2Hf共晶合金微观组织和力学性能的影响
盛立远; 郭建亭; 田玉新; 周兰章; 叶恒强
金属学报. 2008, 44 (5): 524-528 .  
摘要   PDF (2090KB)
研究了强磁场对NiAl--Cr(Mo)--0.2Hf共晶合金微观组织和力学性能的影响. 结果表明: 强磁场处理后合金共晶胞内的Cr(Mo)层片发生碎化, 共晶胞间的Cr(Mo)相呈现粗化的趋势, 且合金中Cr(Mo)的化学成分发生了很大变化. 分析为强磁场促进了合金中相间和胞 界处的原子扩散、迁移, 从而导致了合金组织形貌及成分的变化. 强磁场处理后合金的室温压 缩应变可达34 %,比普通热处理提高近1倍; 断裂韧性也得到一定程度的提高.
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微量Sc对NiAl二元合金及NiAl-28Cr-6Mo共晶合金显微组织和力学性能的影响
谢亿; 郭建亭; 周兰章; 梁永纯; 叶恒强
金属学报. 2008, 44 (5): 529-534 .  
摘要   PDF (1343KB)
Sc的名义成分(质量分数, %)为0.10和0.30的NiAl二元合金中有富Sc相析出. 与NiAl二元合金相比,在NiAl-Cr-Mo共晶合金中没有发现富Sc相, 这与共晶 合金中β相存在Sc元素的固溶度扩展现象有关. 不同Sc含量的NiAl二元合金和NiAl-Cr-Mo共晶合金的 压缩实验结果表明, Sc能提高NiAl二元合金的室温和高温强度,这是由于Sc的置换固溶 强化与富Sc第二相强化所致;而Sc添加到NiAl-Cr-Mo共晶合金中, 只是室温强度有所提 高,对于高温强度无明显影响,这是由于Sc的置换固溶强化只在室温下比较明显.
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稀土元素Gd对NiAl合金显微组织和力学性能的影响
梁永纯; 郭建亭; 周兰章; 谢亿; 胡壮麒
金属学报. 2008, 44 (5): 535-539 .  
摘要   PDF (1604KB)
研究了不同Gd含量对二元NiAl合金组织以及室温和1100 ℃压缩性能的影响. 结果表明, 稀土Gd在NiAl中的固溶度很小, 在合金晶内及晶界大量析出一种脆硬的新相-富Gd相. 由于Gd的固溶强化和适量富Gd相产生的第二相强化, 使得含0.10Gd合金的室温 压缩强度高于二元NiAl的, 而晶界上析出较多的富Gd相又使得 含0.25Gd和0.50Gd合金的室温压缩强度较低; Gd的净化基体作用使得NiAl--Gd合金的室温压缩塑性高于二元NiAl的室温压缩塑性. 含Gd合金在1100 ℃压缩, 亦未出现应变软化现象.
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一种新型变形高温合金的组织与性能分析
刘建强; 曾燕屏; 谢锡善; 王苗苗
金属学报. 2008, 44 (5): 540-546 .  
摘要   PDF (2910KB)
采用热力学相计算、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及化学相分析等手段研究了一种新 型变形高温合金标准热处理状态的基本组织, 并通过与Waspaloy合金组织的对比, 揭示了这种 合金既具有较高的高温蠕变强度, 又具有良好的加工性能的内在原因. 结果表明, 标准热处理状 态的实验合金由大小不均匀的等轴晶组成, 平均晶粒尺寸约为80 μm. 合金中除基体γ外, 晶界和 晶内还分布着颗粒状的Cr23C3和少量(Ti, Mo)C相; γ'强化相弥散分布于基体中, 其平均尺寸约 为25 nm, 质量分数为16.9 %. 适当增大固溶强化元素Mo的含量, 减少γ'形成元素Al或Ti的含量, 可得到既具有较高蠕变强度又具有良好加工性能的镍基变形高温合金.
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热冲击对定向凝固Ni3Al基合金显微组织和蠕变性能的影响
孙跃军; 裴延玲; 宫声凯; 徐惠彬
金属学报. 2008, 44 (5): 547-550 .  
摘要   PDF (1624KB)
利用红外加热环境模拟系统对定向凝固Ni3Al基合金进行1100 ℃的热冲击, 利用光学显微镜和扫描电镜观察了合金的组织及裂纹形貌. 热冲击实验结果表明, 经受热冲击后合金的蠕变寿命下降, 冲击次数越多则蠕变寿命降幅越大. 显微组织观察表明, 经过1100 ℃热冲击后, 合金中的γ'粒子发生粗化, 且粗化具有一定的方向性; 同时, 合金中MC碳化物分解为M6C和γ'. γ'粒子粗化及其体积分数的减少是蠕变性能降低的主要原因.
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TiAl合金显微组织细化
陈玉勇; 孔凡涛
金属学报. 2008, 44 (5): 551-556 .  
摘要   PDF (2515KB)
合金化与热加工工艺对TiAl合金的组织、性能及成形有着重要的 影响, 简述了通过合金化细化TiAl合金凝固组织,以及 熔模精密铸造、包套锻造、板材轧制、快速凝固、机械合金化与烧结 等热加工技术, 并探讨了不同热加工技术对TiAl合金的显微组织与性能的影响.
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Ti50Al和Ti45Al8Nb合金高温初期氧化行为
赵丽利; 林均品; 王艳丽; 叶丰; 陈国良
金属学报. 2008, 44 (5): 557-564 .  
摘要   PDF (1446KB)
利用SEM、XPS和AES研究了Ti50Al和Ti45Al8Nb (原子分数, %)合金在900 ℃空气中的初期氧化行为. 结果表明: Nb的加入显著提高了合金的抗氧化性. 氧化90 min后, Ti50Al合金 表面为粗大的富TiO2颗粒, 冷却过程中部分表层氧化膜脱落, 脱落后内层为多孔、疏松的Ti和Al的混合氧化物(可能有氮化物); Ti45Al8Nb合金表面生成很薄的氧化膜, 其外层为细小富Al2O3颗粒, Nb只存 在于内层(富TiO2层)和混合层, 在外层Al2O3内没有发现, Nb5+取 代TiO2中的Ti4+, 降低氧空位浓度从而减慢氧的向内扩散, 抑制TiO2的生成,同时促进了外层纯Al2O3层的形成, 该层阻碍氧以及合金元素的进一步扩散.
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热冲击对β-TiAl基合金显微组织的影响
裴延玲; 赵勇; 马岳; 宫声凯; 徐惠彬
金属学报. 2008, 44 (5): 565-568 .  
摘要   PDF (1658KB)
研究了利用红外辐照快速加热(热冲击)与时效处理对α-TiAl基合金显微组织的影响. 结果表明, 热冲击可将片层团平均尺寸为300 μm、片层间距为1.3 μm的粗大铸态近全片层组织处理成为片层团界面平 直、片层间距为140 nm的亚稳态组织. 经过1260 ℃, 6 h时效处理后, 形成片层团平均尺寸为40 μm、锯齿状片层团界面的稳态全片层组织.
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快速凝固TiAl化合物的研究进展
刘志光; 柴丽华; 陈玉勇; 孔凡涛
金属学报. 2008, 44 (5): 569-573 .  
摘要   PDF (882KB)
TiAl合金是一种很有希望的航空、航天及汽车用高温结构材料,但是其较低的室温塑性限制了它的应用. 快速凝固技术有望使其性能得到改善.综述了近年来快速凝固TiAl合金的研究进展,包括快速凝固工艺、 合金的发展以及合金的组织演变及其特征、力学性能及添加合金化元素的作用、亚稳相的产生及稳定性 以及快速凝固薄带或粉末的固结等.
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Nb-Ti-Si基多元合金在1250 ℃下的氧化行为
郭金明; 郭喜平; 宋曙光
金属学报. 2008, 44 (5): 574-578 .  
摘要   PDF (3170KB)
用真空自耗电弧熔炼法制备了成分为Nb--22Ti--16Si--6Cr--3Al--4Hf--1.5B--0.06Y (原子分数,%)的合金锭. 在1250 ℃下分别进行5, 10, 20, 50和100 h的高温氧化实验. 采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别对该合 金氧化膜相组成和基体的氧化组织进行了检测和分析. 结果表明:氧化5 h后的氧化产物为 SiO2, TiO2, Nb2O5, Ti2Nb10O29和TiNb2O7; 随着氧化时间的延长, 各氧化产物在高温下发生固相反应, Nb2O5和Ti2Nb10O29的数量不断减少, 而生成大量的TiNb2O7. 能谱成分分析表明, 氧化后合金基体内生成了大量TiOx和HfO2, TiOx主要分布 在(Nb,Ti)5Si3与铌基固溶体Nbss的交界处; 而HfO2则分布在(Nb,Ti)5Si3中, 其形貌为针状. 氧化50 h后,基 体中(Nb,Ti)5Si3与Nbss的交界处出现块状的HfO2.
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Nb-Ti-Si基超高温合金的有坩埚整体定向凝固组织分析
姚成方; 郭喜平; 郭海生
金属学报. 2008, 44 (5): 579-584 .  
摘要   PDF (4841KB)
在2000 ℃的熔体温度下,实现了Nb-Ti-Si基超高温合金的有坩埚整体定向凝固, 并分析了合金定向凝固组织特征. 结果表明, 合金定向凝固组织分布均匀, 定向生长效果显著, 主要由耦合生长的层片状((Nb,Ti)ss+ (Nb,X)5Si3; X=Ti, Hf)共 晶团及少量横截面为六边形的(Nb, X)5Si3棒组成. 与电子束区熔定向凝固及水冷铜坩埚内的Czochralski法 定向凝固比较, 有坩埚整体定向凝固时的轴向温度梯度更高, 并且避免了区熔定向凝固时存在的固/液界面前沿熔体中的对流和集肤效应, 因而合金的定向生长效果更加明显.
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铌基超高温合金表面包埋Si-Y共渗涂层的显微组织
田晓东; 郭喜平
金属学报. 2008, 44 (5): 585-588 .  
摘要   PDF (932KB)
通过在1050和1150 ℃包埋Si--Y共渗5---20 h的方法在铌基超高温合金上制备抗氧化涂层,对涂层结 构、相组成和形成过程进行了分析. 结果表明: 涂层主体为(Nb, X)Si2(X = Ti, Cr, Hf),向内依次为(Nb, X)5Si3 过渡层和富Al扩散区; 不同共渗条件下制备的涂层具有相似的结构, 涂层生 长的动力学曲线符合抛物线规律. 能谱的半定量分析表明, 渗层中的Y含量随共渗温度的升高增加显著, 而随共渗时间的延长增加缓慢.
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Dy对Nb--Nb5Si3共晶合金显微组织和力学性能的影响
田玉新; 郭建亭; 周兰章; 李谷松; 叶恒强
金属学报. 2008, 44 (5): 589-592 .  
摘要   PDF (1419KB)
Nb--23Ti--10Ta--2Cr--18Si--xDy (原子分数(%) x=0.0, 0.1) 共晶合金主要由(Nb, Ti)ss, α--(Nb, Ti)5Si3和β-(Nb, Ti)5Si3相组成. 稀土元素Dy的加入使组织明显细化,尤其表现为硅化物尺寸 的减少. Dy主要偏聚在晶界和相界,偏聚比约为2.5. Dy的加入有利于合金室温和高温强度以及室温塑性的提高.
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定向凝固速率对Nb-Si系原位复合材料组织和性能的影响
康永旺; 曲士昱; 宋尽霞; 韩雅芳
金属学报. 2008, 44 (5): 593-597 .  
摘要   PDF (3114KB)
采用光学悬浮晶体生长炉制备了Nb--Ti--Si--Cr--Al--Hf六元体系原位复合材料试棒, 并对其定向微观组织、压缩性能和抗氧化性能进行了研究. 结果表明: 定向复合材料主要由Nb固溶体和β-Nb5Si3相组成, 低的生长速率 有助于定向组织的形成. 力学性能测试表明, 良好的定向组织有助于提高材料的抗压性能, 以 6 mm/h生长的定向凝固试样在1250 ℃的抗压强度约为396 MPa; 定向生长速率对复合材料的抗氧化性能没有太大影响, 其氧化动力学接近直线规律, 观察到严重的内氧化现象, 抗氧化能力无明显改善.
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激光熔化沉积300M超高强度钢的显微组织
董翠; 张述泉; 李安; 王华明
金属学报. 2008, 44 (5): 598-602 .  
摘要   PDF (3062KB)
利用OM和SEM分析了激光熔化沉积快速成形300M钢薄板的显微组织, 测试了硬度随沉积高度的变化规律. 结果表明:薄板状试样具有细小、均匀的胞状树枝晶组织, 其显微组织随沉积高度增加变化显著, 底部 为贝氏体及马氏体回火组织, 中、下部为无碳化物贝氏体+岛状马氏体/奥氏体(M--A)组织, 中、上部为 马氏体和贝氏体的混合组织; 试样宏观硬度沿沉积增高方向呈台阶状变化, 3个硬度平台区分别对应于上 述3种不同的显微组织. 试样显微组织及硬度随沉积高度的变化是由于激光熔化沉积过程中不同沉积高度 处的材料经历的快速非稳态热循环历史不同, 从而发生不同的固态相变过程所致.
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Al2O3对含钒钢渣中钒富集行为的影响
李辽沙; 吴六顺; 苏允隆; 余亮; 武杏荣; 董元篪
金属学报. 2008, 44 (5): 603-608 .  
摘要   PDF (2842KB)
为能有效富集含钒钢渣中的钒, 针对Al2O3作用于钒富集过程的行为进行了相关热力学研究. 结果表明, 用Al2O3高温改性后的含钒钢渣在缓冷过程中, 固溶有钒和磷的硅酸二钙相会先期析出. 在1623 K附近, 该矿物与熔渣中Al2O3反应生成富钒矿物---钒磷酸钙(固溶有Ca和Si组分) 和钙铝黄长石. 平衡体系中的硅酸二钙会随渣中Al2O3的增加而减少直至消失, 剩下钒磷酸钙和钙铝黄长石与熔渣平衡共存. 其中, 钙铝黄长石的生成趋势更为占优, 如渣中Al2O3足量, 已生成的钒 磷酸钙中的部分Ca和Si组分, 还会继续与渣中Al2O3结合, 再次生成钙铝黄长石,使磷酸钙中的钒品位进一步提高, 这也是渣中钒和磷结合后含有较少杂质而生成高品位富钒相的最本质原因.
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旋转磁场驱使强迫流对Sn-Bi合金微观结构的影响
陈钊; 陈长乐; 温晓莉; 朱建华; 高文帅
金属学报. 2008, 44 (5): 609-614 .  
摘要   PDF (4386KB)
以Sn--Bi合金为研究对象,分析了旋转磁场对凝固组织的影响. 发现旋转磁场能够消除宏观偏析、碎断枝晶和细化凝固组织, 加快了熔 体流动和固--液界面溶质的扩散速度, 使共晶组织的层片间距变小及形成区域差别. 同时,随着磁场旋转频率的增大, 合金的生长 形态经历了从枝晶→等轴晶→球状晶→枝晶的转变. 枝晶碎断、生长形态的改变以及共晶组织 层片间距变化的主要原因在于, 旋转磁场加快了熔体流动, 造成熔体中溶质场和温度场在分布 上趋于均匀化. 同时, 电导率的不同造成了初生相与液体的相对运动. 宏观偏析的消除是由于初生相同时受到重力、浮力和Lorentz力的合力作用的结果. 分析了旋转磁场对凝固组织改变的物理机制.
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磁场强度对Fe--0.76%C合金先共析铁素体显微组织的影响
宫明龙; 赵骧; 王守晶; 左良
金属学报. 2008, 44 (5): 615-618 .  
摘要   PDF (1417KB)
借助于光学显微镜研究了磁场强度对Fe--0.76 %C合金冷却转变过程的先共析铁素体显 微组织的影响. 结果表明: 随着磁场强度的增强, 该合金的先共析铁素体析出量和共析点的 含碳量均明显增加. 原因可归结为, 强磁场使Fe--C合金的共析点向高温及高含碳量区域移动, 使奥氏体向铁素体转变的初始温度升高. 强磁场使先共析铁素体沿磁场方向伸长, 而且随着 磁场强度的增加, 先共析铁素体的伸长方向与磁场方向之间夹角的平均值逐渐减小. 上述现 象可解释为: 外加磁场使先共析铁素体晶核成为磁偶极子, 并使其周围奥氏体原子作为磁偶 极子更易于沿磁场方向向铁素体晶核扩散.
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板坯连铸结晶器电磁制动和吹氩过程的多相流动现象
于海岐; 朱苗勇
金属学报. 2008, 44 (5): 619-625 .  
摘要   PDF (4335KB)
利用数值模拟方法研究了高拉速连铸结晶器内电磁制动和吹氩耦合作用下的磁场、 钢液流场和夹杂物行为, 分析了电磁制动和吹氩量等不同工艺参数对结晶器内的钢液流动和夹杂物去除的影响规律. 结果表明: 电磁制动可明显减缓钢液流速(尤其是弯月面附近速度), 但不利于小粒径夹杂物的上浮, 5---50 μm的夹杂物上浮率由无电磁制 动且不吹氩时的6.7%降低到3.3%; 吹氩可增加整个上回流区钢液的向上运动趋势, 粒径 50 μm以下的夹杂物颗粒上浮率提高到8.9%; 吹氩量增加使自由液面附近产生较强的漩流区, 且容易产生二次涡流, 直接影响液面波动情况和卷渣的发生; 电磁制动和吹氩双重作用则有利于夹杂物上浮, 5- 50 μm小粒径夹杂物去除率可达12.2%, 其被凝固坯壳的捕获率可降低到64.4%.
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吹氩板坯连铸结晶器内双循环流的形成条件
曹娜; 朱苗勇
金属学报. 2008, 44 (5): 626-630 .  
摘要   PDF (1536KB)
利用Lagrange两相流模型定量研究了吹氩板坯结晶器内双循环流形成条件, 并用水模型检验了数 值模拟结果. 在此基础上考察了吹氩量、钢流量、结晶器宽度、水口浸入深度以及下倾角度对双循环流形 成的影响规律. 结果表明:选择与其它工艺参数匹配的吹氩量是保证双循环流型的重要条件,且维持此流 型的临界吹氩量随钢流量的增加而增加. 当钢液质量流量较大 (q m >--2.5 t/min)时, 减小结晶器宽度和增 加水口浸入深度均有助于扩大临界吹氩量范围, 而水口下倾角度对其影响较小; 当钢液质量流量较小(q m ≥ 2.5 t/min)时,以上工艺参数的影响均不明显.
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α-W膜在单晶硅基片上的共格生长及其力电性能的膜厚效应
刘明霞; 胡永峰; 马飞; 徐可为
金属学报. 2008, 44 (5): 631-635 .  
摘要   PDF (1732KB)
以模板效应为手段, 在单晶Si--(100)基片上借助预先沉积的Mo膜成功制备出共格 生长的α--W薄膜. 用X射线衍射、场发射扫描电镜和高分辨透射电镜分析薄膜微结构, 用偏 振相位移技术分析残余应力, 用四点探针技术分析电阻率. 结果表明: Mo模板诱导下共格生 长出的α--W膜为等轴晶, Si基底上则为亚稳态β--W的非等轴晶. 两组样品的电 阻率和残余应力均随膜厚降低而升高, 但β--W膜归因于晶粒尺寸减小, 即晶界的大量增加; 而β--W/Mo双层膜归因于两者之间共格界面的约束作用, 当膜厚减至数十纳米后尤其如此.
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0Cr18Ni10Ti不锈钢焊接接头的显微硬度研究
许泽建; 李玉龙; 李朋洲
金属学报. 2008, 44 (5): 636-640 .  
摘要   PDF (908KB)
利用带有正四棱锥形金刚石压头的Vickers显微硬度计对0Cr18Ni10Ti不锈钢焊接接头的焊 缝、母材、熔合区及热影响区的压痕尺寸效应进行了研究, 实验载荷为0.098---4.9 N, 载荷保持时间均为10 s. 结果表明, 接头各区域的显微硬度在较小的载荷下随实验载荷的增加而减小, 当载荷 超过1.96 N时各区域硬度值基本保持恒定. 采用PSR模型对接头各区域硬度值随载荷的变化规律进行了较为准确的描述, 得到的HV PSR与1.96 N载荷下的实验结果间的误差小于3 %. 在2.94 N的 实验载荷下沿垂直接头方向连续进行了微压痕测试, 得到接头在不同位置处的显微硬度分布曲线, 并对接头的金相组织进行了观察和分析.
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