金属学报杂志

金属学报杂志2019年第2期

• 面向等离子体W材料改善韧性的方法与机制

  吴玉程

  作为面向等离子体候选材料,金属W多晶材料具有低韧性的特点,表现出室温脆性行为和高的韧脆转变温度,极大地限制了其在工程上的应用。针对当前常用的改善W韧性的方法：细化晶粒,添加合金化元素、第二相颗粒和W纤维以及加工变形技术,本文从内韧化和外韧化2种韧化机制来阐述各种韧化方法,以加深对改善W韧性的理解。结合目前国内外研究现状,对改善钨基材料的方法进行讨论并对改善钨基材料发展方向进行简单展望。

• 轧制工艺对低牌号无取向电工钢相变退火组织、织构与磁性能的影响

  顾晨, 杨平, 毛卫民

  将低牌号无取向电工钢的原始铸坯采用不同的工艺轧制得到5组样品,在H2气氛下进行相变退火处理,使其发生α→γ→α相变,采用EBSD、XRD和磁性能测量技术确定了不同轧制工艺对低牌号无取向电工钢相变退火组织、织构与磁性能的影响。结果表明,与常规再结晶退火处理相比,相变退火处理可显著粗化晶粒降低成品板铁损;相变过程中存在织构遗传现象,相比于热轧-冷轧工艺,直接冷轧工艺相变退火后更有利于获得{100}织构,并显著改善成品板的磁性能;低温热轧比高温热轧能保留更多的{100}取向晶粒,相变退火后成品板中的非{111}取向晶粒增多,并提高了成品板的磁性能;此外,工业板中P和Al元素的偏聚或氧化对相变退火后成品板的组织、织构与磁性能有不利影响。

• 一种新型高强度高塑性冷轧中锰钢的组织和力学性能

  邵成伟, 惠卫军, 张永健, 赵晓丽, 翁宇庆

  研究了两相区退火温度对一种新型冷轧中锰钢(0.2C-5Mn-0.6Si-3Al,质量分数,%)显微组织及拉伸性能的影响。结果表明,在退火温度为730 ℃时,冷轧中锰钢可获得优异的强度与塑性配合,即抗拉强度为1062 MPa,总伸长率为58.2%,强塑积为61.8 GPa%。随着退火温度升高,逆转变奥氏体逐渐粗化,且由片层状组织形态逐渐向等轴状组织形态转变,在一定退火温度下可获得奥氏体晶粒尺寸分布较为宽泛的多尺度的组织形态。这种多尺度组织形态的残余奥氏体具有适当的机械稳定性,能够产生连续不断的相变诱发塑性(TRIP)效应。连续不断的TRIP效应与铁素体在变形过程中的良好配合,是冷轧中锰钢获得高强度、高塑性的主要原因。冷轧中锰钢拉伸断裂的裂纹主要萌生于软相的铁素体(δ-铁素体)及超细晶铁素体与形变诱导马氏体(残余奥氏体)的界面处。

• Mg-14.61Gd合金的定向凝固组织及生长取向

  杨燕, 杨光昱, 罗时峰, 肖磊, 介万奇

  采用电子背散射衍射(EBSD)和元胞自动机有限元(CAFE)方法研究了Mg-14.61Gd合金在温度梯度G=30 K/mm和抽拉速率v=10~200 μm/s条件下的定向凝固组织和生长取向。研究发现,Mg-14.61Gd合金纵向凝固组织呈单一方向的α-Mg枝晶生长形貌,随着v的增加,枝晶界面生长方式由凸前生长向平齐生长转变,枝晶间距减小。当v从10 μm/s增至100 μm/s时,α-Mg枝晶的生长取向由和转变为,其与凝固热流的偏离角(θ)由11.0°减小至5.7°,热流是影响生长取向的主导因素;当v从100 μm/s增至200 μm/s时,α-Mg枝晶的生长取向仍为,但θ却逐渐增大至10.6°,此时,晶体的各向异性占主导。研究表明,CAFE模型可以合理预测定向凝固镁合金的晶粒组织和生长取向。

• GH4720Li合金热变形过程动态软化机制

  万志鹏, 王涛, 孙宇, 胡连喜, 李钊, 李佩桓, 张勇

  以锻态GH4720Li镍基沉淀强化型高温合金为研究对象,对合金进行了不同工艺参数下的热压缩实验。采用OM、SEM、EBSD和TEM研究了热压缩过程中再结晶晶粒的形成和晶粒内亚结构的演变规律,分析了合金在不同热变形工艺参数下的动态软化机制。研究表明,合金在所有热变形工艺参数下均发生了非连续动态再结晶行为。变形组织分析表明,高温低应变速率能够抑制非连续动态再结晶行为的发生,而提高应变速率能促进非连续动态再结晶行为,且能够获得等轴状尺寸均匀的晶粒组织。未完全溶解细小γ'强化相的钉扎作用能够使变形晶粒内形成高密度位错亚结构和亚晶界,亚晶界角度通过连续的吸收位错而不断地升高,进而以“强化相诱发连续动态再结晶”方式形成细小的再结晶晶粒组织。不同热变形工艺下孪晶界的演变规律分析表明,热变形温度与应变速率通过影响合金的动态再结晶行为来改变孪晶界的数量。

• Ru对NiAl[100](010)刃型位错电子结构的影响

  陈丽群, 邱正琛, 于涛

  利用DMol和离散变分法,研究了Ru在NiAl [100](010)刃型位错中择优占位和合金化效应。杂质偏聚能的计算结果表明,Ru会优先占据Al心位错芯中的Al格位。原子间相互作用能、电荷密度和态密度的分析表明,杂质原子和相邻基体原子之间形成了较强的化学键,使Ru原子与位错芯区近邻基体原子间因强相互作用形成一个整体。此外,在掺杂体系中,穿过滑移面的基体原子间相互作用减弱,而沿滑移方向基体原子间的相互作用加强。这样的成键特性有利于位错线沿滑移面的移动形成扭折,扭折的成核及迁移促使位错运动,从而改善NiAl合金的韧性。

• TiAl合金表面搪瓷基复合涂层与多弧离子镀NiCrAlY涂层的抗热腐蚀行为对比研究

  廖依敏, 丰敏, 陈明辉, 耿哲, 刘阳, 王福会, 朱圣龙

  以Ti-45Al-2Mn-2Nb合金为基体,采用多弧离子镀制备NiCrAlY涂层、喷涂-烧结法制备搪瓷基复合涂层,对比研究了2种涂层以及合金基体的热腐蚀行为。热腐蚀实验温度为850 ℃,选用饱和盐溶液溶质成分为75%Na2SO4+25%NaCl (质量分数),涂盐量为1.5~2.5 mg/cm2。研究结果表明,合金基体完全不具备抗热腐蚀能力,表面形成的氧化膜疏松多孔,且极易剥落;NiCrAlY涂层表面生成的保护性Al2O3膜提高了合金的抗热腐蚀能力,然而涂层与基体间严重的互扩散及Al2O3膜与熔盐的碱性溶解使得NiCrAlY涂层逐渐失效,热腐蚀60 h即出现氧化膜的剥落;而搪瓷基复合涂层在熔盐环境中只发生了轻微的物理溶解,具有极高的热稳定性及较低的热腐蚀速率,有效地阻隔了腐蚀性离子的入侵,抗热腐蚀性能优异。

• γ-APS接枝环氧树脂分子对环氧涂层/金属界面化学键合的研究

  操发春, 吴航, 杨延格, 曹京宜, 张涛, 王福会

  利用γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(γ-APS)对环氧树脂分子进行改性合成了具有键合特性的活性树脂(γ-APS/EP),将活性树脂作为液态添加剂加入到环氧涂层中,利用活性树脂与金属表面羟基反应生成耐水解的噁烷键的特点,实现了环氧涂层/金属界面的化学键合。研究表明,活性树脂添加量为3% (质量分数)时,环氧涂层与金属基体的界面结合力和对腐蚀介质的抗渗透性能达到最佳。根据活性树脂含量的影响,提出了活性树脂在环氧涂层/金属界面的键合机理。

• 磁屏蔽对电磁出钢系统中感应加热电源功率损耗的影响

  何明, 李显亮, 王情伟, 王连钰, 王强

  为降低钢包结构对电磁出钢系统中电源功率损耗的影响,提出了在线圈下侧与四周布置磁屏蔽材料的方法。采用数值模拟的方法分析了磁屏蔽对感应线圈周围磁感应强度和线圈最佳加热位置的影响,并通过实验进行了验证。确定了适用于电磁出钢技术的最佳的磁屏蔽尺寸和结构。结果表明,采用磁屏蔽的方法能够有效降低线圈的功率损耗,并提高线圈的最佳加热区域。当使用Cu作为磁屏蔽材料时,其最佳尺寸为高度200 mm、长度和宽度290 mm及厚度1 mm,并且网状结构在不影响水口座砖寿命的同时能够达到与传统结构基本相同的磁屏蔽效果。此时线圈的最佳加热位置会上移20.2 mm,这有利于电磁出钢系统中感应线圈的安装及其使用寿命的提高。

• X80钢焊接残余应力耦合接头组织不均匀下氢扩散的数值模拟

  张体明, 赵卫民, 蒋伟, 王永霖, 杨敏

  采用ABAQUS软件建立了煤制气管线X80钢螺旋焊管三维模型,综合考虑焊接残余应力和组织不均匀性的影响,进行了焊接接头氢扩散的数值模拟。结果表明,残余应力和组织不均匀都会导致氢扩散的发生,氢浓度的分布规律与静水应力分布特征相似,即静水应力越高的区域,相应的氢浓度也较高,说明残余应力的影响大于组织不均匀性的影响。氢浓度最高的焊缝区比不考虑残余应力时提高了2.7倍,通过等效充氢压力下的慢应变速率拉伸实验发现,氢脆系数由不考虑残余应力时的18.56%上升至考虑残余应力所致氢富集条件下的32.53%,增加幅度达到75.27%。因此,残余应力是导致焊接接头氢富集进而影响氢脆失效的重要因素,采用数值模拟方法确定氢富集程度则是评估煤制气管线焊接接头安全性的重要基础。

• TiNi合金B2奥氏体中Ti位Ni诱导的晶格失稳

  牛建钢, 肖伟

  提出了点缺陷扰动策略,并利用此策略证实Ti位Ni实际上引起了B2奥氏体局域晶格失稳。失稳终态相的结构特征是从扰动位出发的一维方向上的B2原子列收缩和B2原子列膨胀。失稳终态相的能量低于B2相,最低能量比B2相低20 meV/atom,在Ti位Ni浓度达到2%~4%时出现。与奥氏体情况相反,Ti位Ni无法令B19′马氏体失稳。Ti位Ni显著降低TiNi合金相变温度的现象一定程度上来源于此。

• 不同温度对含与不含位错α-Fe中He原子行为的影响

  王瑾, 余黎明, 李冲, 黄远, 李会军, 刘永长

  采用分子动力学模拟了不同温度下0.1%He (原子分数)浓度下含与不含位错α-Fe中He原子偏聚行为和拉伸变形行为。结果表明,当温度为300 K时,预置的位错影响较弱,含与不含位错α-Fe模型中He原子均容易发生自吞噬形成He团簇,He团簇分布弥散且尺寸较小,位错环数目较少;当温度为600 K时,He原子热扩散行为加剧,较多的He原子偏聚到位错,He团簇分布离散且尺寸较大,位错环数目增加。在拉伸变形过程中,位错的存在能够加速He团簇演变成He泡,降低了模型的屈服应力和应变。在低温300 K时,弥散分布的小He团簇容易合并,发生脆性断裂,整个变形过程位错密度较低;在高温600 K时,离散分布的大He泡展现出较好的延展性,发生塑性断裂,整个变形过程中位错大量增殖,塑性较好。

• 静水压力对金属腐蚀热力学及动力学的影响

  马荣耀, 赵林, 王长罡, 穆鑫, 魏欣, 董俊华, 柯伟

  以热力学和动力学为基础,分析了静水压力对电极反应中材料的活度、环境中离子的活度、气体的溶解度、活度或逸度的影响,讨论了静水压力对海水环境中的pH值及化学平衡的作用,给出了静水压力与电极反应平衡电极电位和交换电流密度的关系式,并建立了静水压力影响活性金属腐蚀行为的理论模型。研究表明,静水压力可提高材料、环境中离子及溶解气体的活度,且这与其偏摩尔体积密切相关;静水压力对异相材料的活度差异具有放大效应,异相材料的偏摩尔体积相差越大,活度的差异越明显。升高静水压力可降低金属Fe和Al阳极溶解反应的平衡电极电位,同时降低其交换电流密度;升高静水压力可提高吸氧反应的平衡电极电位,降低其交换电流密度;升高静水压力可降低析氢反应的平衡电极电位,增大其交换电流密度。

• Ti-Al合金γ/α2界面结构及拉伸变形行为的分子动力学模拟

  涂爱东, 滕春禹, 王皞, 徐东生, 傅耘, 任占勇, 杨锐

  采用分子动力学方法,通过考察共格和半共格界面,发现体系总能量随两相厚度比变化,得到2种界面相互转变的临界片层厚度;对不同片层厚度的Ti-Al合金进行垂直界面的拉伸加载,发现共格界面的屈服强度高于半共格界面,断裂行为随γ和α2相的厚度比变化。塑性变形首先发生在γ相一侧,形成Shockley偏位错,进而通过剪切传递方式穿过γ/α2界面,激活α2相的锥面层错;γ/α2界面为后续的位错和孪生提供形核点。