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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2007年, 第43卷, 第6期 刊出日期:2007-06-11 上一期    下一期
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论文
Al基难混溶合金快速定向凝固研究 I. 固/液界面的影响
何杰; 赵九洲; 王晓峰; 张钦霞; 李海丽; 陈桂云
金属学报. 2007, 43 (6): 561-566 .  
摘要   PDF (455KB)
分析了难混溶合金凝固过程中作用在凝固界面前沿液滴上的力,建立了液滴与凝固界面相互作用行为的动力学判据。理论与实验相结合,探讨了固/液界面与液滴间相互作用对Al-Bi基难混溶合金凝固组织演变的影响。研究结果表明,在界面排斥和Marangoni力共同作用下,较小尺寸的富Bi液滴被凝固界面排斥并富积在凝固界面前沿。当凝固界面为枝晶/胞状晶时,临界尺寸的富Bi液滴与界面发生部分捕获,凝固后形成“蝌蚪”型的富Bi粒子;尺寸较小的富Bi液滴被捕获在枝晶/胞状晶间,凝固后富Bi粒子分布于晶界和三叉交角处。
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Al基难混溶合金快速定向凝固研究 II. 恒定磁场的影响
何杰; 赵九洲; 王晓峰; 张钦霞; 李海丽; 陈桂云
金属学报. 2007, 43 (6): 567-572 .  
摘要   PDF (375KB)
在自制的具有磁场作用的快速定向凝固装置上,开展了Al-Bi难混溶合金凝固实验。考察了磁场强度对合金凝固组织的影响,并从理论上分析了磁场对难混溶合金液-液相变过程中液滴形核、空间运动和碰撞凝并的影响。研究结果表明,在磁场作用下液滴的运动速率以及由运动导致液滴间碰撞凝并的概率得到有效降低;随着磁场强度的增加,合金组织中富Bi粒子平均尺寸减小,其分布更弥散。
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Al基难混溶合金快速定向凝固研究 III. 第三组元的影响
何杰; 赵九洲; 王晓峰; 张钦霞; 李海丽; 陈桂云
金属学报. 2007, 43 (6): 573-577 .  
摘要   PDF (222KB)
对Al-Bi基难混溶合金开展了快速定向凝固实验研究,通过添加第三组元的方法,揭示了Si和Cu元素及其它们的含量对Al-Bi合金凝固组织的影响。研究结果表明,添加Si 或Cu均使凝固组织中的富Bi粒子尺寸增大;相同的实验条件下,元素Si比Cu更易使富Bi相粗化。分析了第三组元对二元合金体系的自由能、两液相间界面能和液相粘度的改变及其对合金凝固过程的影响,加深了对三元难混溶合金凝固特征的认识。
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超低碳微合金管线钢中针状铁素体的组成对强度的影响
王伟; 单以银; 杨柯
金属学报. 2007, 43 (6): 578-582 .  
摘要   PDF (381KB)
本文研究了在不同控轧控冷工艺(TMCP)条件下X65级管线钢中针状铁素体复相组织中的各相组成及其对材料强度的影响。研究结果表明,降低终轧温度或提高冷速,均有利于针状铁素体复相组织中的粒状铁素体、贝氏体铁素体等低温组织的形成,可显著提高管线钢的强度。提高卷取温度可增强沉淀析出效果,也有利于管线钢强度的提高。降低终轧温度对强度提高的贡献最大。
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下贝氏体中碳化物的析出
方鸿生; 冯春; 郑燕康; 郑秀华; 张弛; 白秉哲
金属学报. 2007, 43 (6): 583-588 .  
摘要   PDF (414KB)
贝氏体碳化物是贝氏体组织的重要组成部分,本文目的是阐明下贝氏体碳化物的来源。为此,本文做了三件事:1. 做了三组实验,结果表明:下贝氏体碳化物是在贝氏体a/g界面的奥氏体一侧析出, 向奥氏体中生长,也在亚单元之间析出。在形态上,碳化物可跨越a/g或a/a界面;2.再做了另一组实验,说明在表观现象上是下贝氏体碳化物主要存在于铁素体内部,而实质上是析出自于a/g界面的奥氏体一侧。在整个相变过程中铁素体与碳化物的长大呈相互竞争机制,铁素体的长大速度远高于碳化物,二者长大的结果是铁素体将碳化物包围,导致碳化物似乎是由铁素体中析出的假象;3.对实验结果用热力学及台阶理论做了分析,在实验证据及理论分析的基础上提出了下贝氏体碳化物的析出及长大模型。 以上工作,明确了下贝氏体碳化物是由富碳残余奥氏体中析出而不是由碳过饱和的铁素体中析出。其实质是确定新形成的贝氏体铁素体中是否过饱和碳,这直接涉及贝氏体相变机制的类型。
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固/气共晶定向凝固中的工艺判据
张华伟; 李言祥; 刘源
金属学报. 2007, 43 (6): 589-594 .  
摘要   PDF (239KB)
气体压力和熔体过热度通过决定熔体中气体溶解量而直接影响多孔试样的气孔率。本文通过理论分析建立了固/气共晶定向凝固中气体逸出和藕状多孔结构形成所需的过热度和气体压力判据。以金属/氢气共晶为例,计算结果表明,过热度和氩气分压均应有一适中的范围:给定氢气和氩气分压时,过热度应高于藕孔形成临界过热度而低于氢气逸出临界过热度;给定过热度和氢气分压时,氩气分压应高于氢气逸出临界氩气分压而低于藕孔形成临界氩气分压。该分析结果从藕状多孔Mg的实验结果得到了验证,可以作为高质量规则多孔材料实际制备过程的工艺参数指导原则。
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定向凝固冷速对Ti-O超细夹杂物析出的影响
王利伟; 郑少波; 郑庆; 李慧改; 翟启杰
金属学报. 2007, 43 (6): 595-598 .  
摘要   PDF (196KB)
摘 要 钢中钛氧超细夹杂物对提高钢材性能具有重大意义。本工作采用单向凝固法模拟了凝固过程中二次枝晶臂间溶质富集时钛氧夹杂物的析出情况,从而考察出冷却速率对钛氧超细夹杂物尺寸、数量及分布的影响,进而验证出凝固过程微观偏析和钛氧夹杂生成耦合模型的准确性。单向凝固实验结果表明,冷却速率增高钛氧夹杂尺寸减小、数量增多、分布更为均匀。在10k/min(模铸)、100k/min(方坯)、200k/min(中厚板)冷却速率下夹杂平均直径分别为1.87μm、1.09μm、0.82μm,单位体积夹杂数量分别为0.31×104mm-3、1.98×104mm-3和3.27×104mm-3,进而论证出利用凝固过程溶质富集来析出钛氧超细夹杂物是可行的。
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NiFe薄膜AMR元件中非均匀退磁场和宽度的相关性
张辉; 滕蛟; 于广华; 吴杏芳; 朱逢吾
金属学报. 2007, 43 (6): 599-602 .  
摘要   PDF (133KB)
采用磁控溅射制备了NiFe各向异性磁电阻(AMR)薄膜,经过光学曝光及离子刻蚀将NiFe薄膜制制成了厚度t=20nm、长度l=2.5mm,宽度w分别为50μm、20μm、10μm、5μm、3μm的AMR元件。测量了AMR元件的磁电阻效应。考虑沿宽度方向退磁场的非均匀性,计算了磁电阻比率。结果表明,宽度决定了AMR元件中的退磁场分布和边缘退磁场的大小,直接影响着AMR元件的磁化反转过程。宽度越小,元件中的边缘退磁场越大,在外磁场下的磁化反转也越困难。在磁化反转过程中,磁化反转先从中心开始,逐渐扩展到边缘。
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多层膜晶界和膜界间竞比变形及其对硬度测量的影响
刘明霞; 马飞; 黄友兰; 黄平; 余花娃; 张建民; 徐可为
金属学报. 2007, 43 (6): 603-606 .  
摘要   PDF (207KB)
使用磁控溅射法制备了不同调制波长的Ni/Al多层膜,利用X射线衍射(XRD)和高分辨显微技术(HRTEM)对薄膜进行了微结构表征,采用连续刚度法(CSM)研究了不同压入深度下多层膜的硬度。结果表明,随调制波长减小,薄膜呈纳米晶结构特征且存在超硬效应。调制波长L大于30 nm时,纳米压入硬度随压入深度的增加而升高;L小于30 nm时最大压入深度的硬度测量值反而最小。同时发现压入深度较小时硬度相对大小对调制波长不敏感。结合微结构表征,从晶界和膜界的竞比变形角度进行了分析讨论。
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热传导反算模型的建立及其在求解界面热流过程中的应用
郭志鹏; 熊守美; 曺尚铉; 崔正吉
金属学报. 2007, 43 (6): 607-611 .  
摘要   PDF (218KB)
基于热传导反算中的非线性估算法,建立了求解界面热流及换热系数的数学模型,并在此基础上开发了热传导反算程序。通过在网格边界上施加三角形热流,求解出网格内部不同位置点的温度变化曲线,然后以求解出的温度为输入数据,利用反算程序求解出界面热流,通过对比求解的热流和实际的热流验证了该模型的准确性。同时本文还分析了测温传感器的滞后、热流形状、计算参数、采样频率以及测温点离表面的距离对于计算结果的影响,并且针对相关问题提出了解决方案。
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Mg-xYb和Mg-xYb-0.4Zr合金的铸态组织及力学性能
于文斌; 刘志义; 程南璞; 何洪
金属学报. 2007, 43 (6): 612-618 .  
摘要   PDF (871KB)
为探讨稀土元素镱对镁的合金化作用,制备了Yb含量分别为0.5、1、2、3、4和8%(质量分数)的Mg-Yb和Mg-Yb-0.5Zr系列镁合金.用光学显微镜、扫描电镜和电子探针等对合金的显微组织和相结构进行了观察和分析,并进行了拉伸实验和硬度测试.发现随着Yb含量的增加,Mg-Yb二元合金的晶粒明显细化,但少量的Yb(≤4%)并不能改变合金原来的晶粒形态;添加0.5% (质量分数)的Zr使Mg-Yb二元合金全部得到细小的等轴晶粒,合金的强度和硬度明显提高.当Yb含量达8 % 时,因强烈的成分过冷促使等轴枝晶的形成,晶界处的Mg2Yb由断续的条块状变为连续网状,并出现共晶组织,合金的强度和延伸率降低.实验证明,稀土元素镱对镁具有良好的细化晶粒和强化作用,Zr是Mg-Yb合金非常有效的晶粒细化剂.
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AZ80镁合金多向锻造变形过程中晶粒取向的演变
郭强; 严红革; 陈振华; 吴远志; 陈婕
金属学报. 2007, 43 (6): 619-624 .  
摘要   PDF (468KB)
对多向锻造变形下铸态AZ80镁合金晶粒取向进行研究,结果表明:晶粒转动和取向的定向流动是材料塑性变形中择优取向形成的主要原因。在不产生新晶粒的小变形情况下即可通过滑移和孪生使晶粒发生转动形成较强基面取向。实验中除第4道次外,其余前9道次锻压面均出现明显的基面取向,10道次后材料开始呈现随机取向分布。变形温度和变形方式对材料晶粒取向影响较大,适当降低变形温度和采用多向变形方式均能促使锻压面基面取向增强,而道次压下量在本实验中对晶粒取向影响不大。
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镁熔体在空气/HFC-134a气氛中的高温氧化特性及机理分析
陈虎魁; 刘建睿; 黄卫东
金属学报. 2007, 43 (6): 625-630 .  
摘要   PDF (240KB)
研究了镁熔体在1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)与空气混合气体保护下的高温氧化特性。用热重法测定了氧化动力学曲线,用X-射线衍射仪和能谱仪分析了氧化膜中氧化产物组成和元素成分,讨论了氧化机理并提出了一个氧化模型。结果表明:镁熔体在HFC-134a与空气混合气体中的高温氧化行为与HFC-134a的浓度有关。在HFC-134a浓度较低的混合气体中,氧化膜主要由MgO组成,氧化过程表现出线性动力学的特征。在HFC-134a浓度较高的混合气体中,氧化膜主要由MgF2组成,氧化过程遵循抛物线规律。随着混合气体中HFC-134a浓度的增加,镁熔体的氧化速度减小。熔体温度对氧化行为也有一定的影响。
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SiCw/AZ91镁基复合材料的微弧氧化行为及涂层的耐腐蚀性能
王艳秋; 吴昆; 郑明毅
金属学报. 2007, 43 (6): 631-636 .  
摘要   PDF (406KB)
采用微弧氧化表面处理技术在SiCw/AZ91镁基复合材料表面制备保护性涂层。通过与AZ91镁合金对比,研究镁基复合材料的微弧氧化行为及其形貌特征,并采用电化学方法评价了微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。结果表明,由于SiC晶须的加入影响了阻挡层的形成,使复合材料的微弧氧化行为不同于基体合金。与合金相比,复合材料在恒电流模式下进行微弧氧化的过程中电压随时间的演变趋势不够理想,而且在相同条件下镁基复合材料的起弧时间比合金要长,导致复合材料在火花放电之前发生腐蚀。SiCw/AZ91镁基复合材料在微弧氧化过程中可能会出现烧蚀现象。虽然SiC晶须会影响复合材料表面涂层的形成,微弧氧化处理仍然能够增强镁基复合材料的耐腐蚀性能,在提高其腐蚀电位的同时降低腐蚀电流。当采用恒压模式制备涂层时,涂层耐腐蚀性能随电压的提高而增强。
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1.25Cr0.5Mo钢疲劳-蠕变交互作用的损伤研究
陈志平; 蒋家羚; 陈凌
金属学报. 2007, 43 (6): 637-642 .  
摘要   PDF (219KB)
本文以连续损伤力学(CDM)的经典损伤理论为基础,对疲劳、蠕变及其交互作用下的损伤演化分别进行了研究,进而推导出了一个新的新的疲劳-蠕变交互作用的损伤模型。为将上述模型方便的运用于工程实际之中,本文通过1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃环境下应力控制的梯形波加载实验,对工程中容易测量的轴向变形即平均应变的变化规律进行了研究,选取平均应变的变化作为损伤变量,用上述模型进行了1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃下的疲劳-蠕变交互作用的损伤描述,结果表明实验损伤点与该模型的损伤演化规律符合较好。另外,在上述模型和平均应变变化规律的基础上,本文还对工程上如何进行失效判定进行了一定的探讨。
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应变对Cu-12%Ag合金织构强度及分布的影响
贺佳; 刘嘉斌; 孟亮
金属学报. 2007, 43 (6): 643-647 .  
摘要   PDF (316KB)
冷拉拔制备了Cu-12%Ag(质量分数)合金线材,研究了Cu-12%Ag合金在不同变形程度下Cu、Ag两相的形变织构。铸态组织演变成纤维组织形态过程中,两相中优先形成<111>织构,此外Cu相中还可形成<100>和<211>织构。织构强度随变形程度的升高而增大,并在一定变形程度下达到最大值。变形程度再继续升高时,两相中的<111>织构强度下降,而Cu相的<100>和<211>织构强度基本保持不变。在应变前期,引起织构分布变化的主要原因是位错滑移造成的晶体取向的改变。当应变超过一定程度后,界面切变导致晶体取向的改变也成为引起织构分布变化的重要影响因素。
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铁基合金抗冲蚀性能主要控制因素的分析
王再友; 朱金华; 王章忠
金属学报. 2007, 43 (6): 648-652 .  
摘要   PDF (313KB)
用旋转圆盘实验机对6种奥氏体铁基合金的抗冲蚀性能与高铬铸铁和水轮机用不锈钢0Cr13Ni5Mo进行了对比研究, 通过冲蚀形貌扫描电镜观察、组织结构X射线衍射分析以及犁削抗力和局域弹性的模拟测定, 探索了硬度、犁削抗力、弹性性质和相变对抗冲蚀性能的影响. 结果表明, 冲蚀微观失效机制是泥沙犁削. 犁削抗力Wp和局域弹性he是不锈钢和Fe-Mn-Si-Cr形状记忆合金抗冲蚀性能的主要控制因素, 其冲蚀率Re与局域弹性he值和犁削抗力Wp值之间存在着相关性较高的量化表征关系式. 相变在抗冲蚀性能中作用取决于局域弹性he和犁削抗力Wp的综合效应. Fe-Mn-Si-Cr形状记忆合金0Mn25Cr7Si6Cu抗冲蚀性能因诱发的密排六方ε马氏体局域弹性he高而优于除高铬铸铁以外的所有其它实验材料.
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低偏析高强抗热腐蚀DZ68合金的初步研究
于忠锋; 郑志; 刘恩泽; 于永洒; 朱耀宵
金属学报. 2007, 43 (6): 653-658 .  
摘要   PDF (584KB)
在DZ125L 与DZ38G (工N73s )基础上,增加适量的Ta 和Re ,研制出了新型低偏析定向凝固镍基高温合金DZ68 . 抗热腐蚀性能与力学性能测试实验结果表明,在900 ℃ ,75 % NaSO4 + 25 % NaCl 熔盐的条件下,DZ68 合金的抗热腐蚀能力与耐蚀性能优异的DZ38G 合金相当;在980 ℃ /235 MPa 和980 ℃ /245 MPa 的条件下,Dz68 合金的力学性能与具有高强度的DZ125 合金相当.
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Al-Pb合金粉末壳型组织形成过程
李海丽; 赵九洲; 何杰
金属学报. 2007, 43 (6): 659-662 .  
摘要   PDF (295KB)
对Al-Pb合金开展了高压气体雾化快速凝固实验,金相观察表明粉末表面具有一Pb富集层。建立了描述雾化液滴凝固组织演变的数学模型,模拟分析了液滴凝固过程,结果表明,富Pb表层的形成因为在液-液相变过程中富Pb液相在雾化液滴表面发生异质形核导致的。
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DE-GMAW高速电弧焊工艺机理的研究
武传松; 张明贤
金属学报. 2007, 43 (6): 663-667 .  
摘要   PDF (628KB)
根据当前制造业对高效、优质、低耗焊接技术的迫切要求,研发出低成本的高速电弧焊接新工艺DE-GMAW。该工艺在常规GMAW焊接设备的基础上,通过附加GTAW焊枪构成旁路电弧,分流了一部分通过焊丝的焊接电流,在施加于焊丝的电流较大的情况下(保证了熔敷率),减小了作用于母材的热输入,解决了高速焊接面临的矛盾,实现了高速电弧焊接。建立了适用于DE-GMAW焊接工艺的有限元模型,并对该工艺条件下的温度场和应力变形进行了数值模拟。结果表明:计算出的DE-GMAW焊缝横断面形状尺寸与实验结果吻合良好;在通过焊丝的总电流相同时,DE-GMAW焊接时焊缝尺寸、热影响区宽度、应力、应变及变形均小于常规GMAW焊时的结果。这为DE-GMAW焊接工艺参数优化提供了基础数据。
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行波磁场作用下空心管坯的两相凝固数值模拟
张琦; 王同敏; 李廷举; 金俊泽
金属学报. 2007, 43 (6): 668-672 .  
摘要   PDF (448KB)
利用等轴球晶两相凝固模型计算了行波磁场作用下空心管坯的凝固过程。分析了当施加不同强度的行波磁场时,Sn-3.5%Pb管坯凝固过程的温度梯度、冷却速率、溶质浓度分布以及晶粒大小的变化情况。结果表明:金属液在行波磁场的作用下产生纵截面上的大环流,随着搅拌速度的加大,金属液凝固过程的冷却速率逐渐降低,熔体内的温度梯度减小,使管坯内部的晶粒得到细化,改善了铸坯凝固组织,但是强制流动导致管坯内产生宏观偏析,且搅拌速度越大,宏观偏析越明显,因此,在生产过程中应该严格控制搅拌磁场的大小。
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