2018年, 第39卷, 第10期　
刊出日期：2018-10-25

  

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复合材料
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  深冷处理时间对3D-C_f/Al复合材料残余应力与力学性能的影响

  姜小坤, 余欢, 徐志锋, 刘剑, 蔡长春

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 1-7. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0250

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  采用真空气压浸渗法制备了三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料（3D-C_f/Al），其增强体体积分数为51%，随后对3D-C_f/Al复合材料进行了液氮-196℃的深冷处理，探讨了深冷处理时间对3D-C_f/Al复合材料性能的影响以及作用机制。结果表明：深冷处理对3D-C_f/Al复合材料的力学性能和残余应力有显著的影响。随着深冷处理时间的延长，其拉伸强度呈逐步上升的趋势。经深冷处理36 h，拉伸强度达到最高620.09 MPa，相比铸态486.02 MPa提高了27.59%，其弹性模量高达173.81 GPa，相比铸态144.43 GPa提高了20.3%；深冷处理后，复合材料基体残余热应力明显降低，且随着深冷处理时间的延长，复合材料的残余应力状态发生了改变，基体由受拉伸应力转变为受压缩应力。深冷处理过程中因体积收缩效应导致的孔隙闭合及深冷处理使复合材料的残余应力降低是复合材料力学性能得以提高的原因。
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  不同应变速率下铜/铝层状复合材料的拉伸变形行为

  刘帅洋, 王爱琴, 田捍卫, 吕世敬

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 8-14. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0222

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  在1×10^-4~1×10^-2 s^-1范围内研究了不同应变速率下铸轧法生产的铜铝复合板室温拉伸性能。结果表明：铜层、铝层在拉伸过程中能够在强界面的约束下保持同步变形，虽然界面在拉伸过程中会逐渐断裂。同时，铜铝复合板的抗拉强度与断裂伸长率均会随着应变速率增加而显著增加，并高于理论计算值。分析表明，铜铝力学性质差异引起的界面长程背应力造成铝基体中位错滑移困难是铜铝复合板强度提高、应变强化能力增强的主要原因。此外，铜层通过界面对铝层缩颈的抑制作用是铜铝复合板断裂伸长率提高的又一原因。
有色金属合金材料
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  热等静压态TiNiNb合金的热变形行为及微观组织

  刘俊伟, 刘军, 鲁世强, 万俊, 徐勇

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 15-22. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0255

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  研究了热等静压态TiNiNb合金的热变形行为，并探究了变形温度及应变速率对其热变形行为的影响，同时建立了本构方程。结果表明：热等静态TiNiNb合金的热变形激活能为200.448 kJ/mol；变形温度及变形速率对热等静压态TiNiNb合金流变应力有显著的影响，峰值应力随变形温度上升而减小，随应变速率上升而增大；将非晶态的预合金粉末经热等静压制成的TiNiNb合金微观组织中可以观察到TiNi基体相，β-Nb相及少量的（Ti，Nb）₂Ni相。在热压缩过程中，变形温度上升、应变速率增加均会使TiNi基体相的含量略微增加，β-Nb相的含量有所减少。
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  冷却速率对BT14钛合金组织及性能的影响

  郭伟, 王启, 宋德军, 杨胜利, 刘向前

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 23-28. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0239

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  对热锻态的BT14钛合金棒材在940℃下以不同的冷却速率进行热处理，采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和力学性能测试等分析了该合金热处理后的显微组织、拉伸性能和冲击性能。结果表明：冷却速率对合金的显微组织和力学性能影响显著；经过940℃热处理后，冷却速率较慢时初生α相明显长大，合金的微观组织由双态组织转变为等轴组织；冷却速率较快时，初生α相呈长条和等轴状混合分布，次生α相来不及析出，以马氏体α'形式析出，在随后的时效过程中转变为尺寸极细小的次生α相；不同冷却速率对合金的室温拉伸强度的影响规律是：固溶时效最高，水淬、空冷次之，炉冷最低；水淬和固溶时效后合金的冲击性能较差，炉冷最高。
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  激光熔化沉积工艺对CrMnFeCoNi高熵合金组织和性能的影响

  向硕, 张雷, 刘学, 乐国敏, 戴晓军, 李强, 李晋锋

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 29-35. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0259

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  为了研究激光熔化沉积工艺对CrMnFeCoNi高熵合金微观组织与力学性能的影响，采用单向扫描和双向扫描两种沉积路线，分别在1000、1200和1400 W功率下制备出CrMnFeCoNi高熵合金。通过X射线衍射（XRD）、光学显微镜和力学拉伸实验等分析手段对CrMnFeCoNi高熵合金相组成、微观组织及力学性能进行了研究。研究结果表明：不同工艺参数条件下制备得到的CrMnFeCoNi高熵合金均为FCC单相固溶体结构；通过控制激光沉积功率，可调控CrMnFeCoNi高熵合金组织结构中柱状晶与等轴晶的比例；双向扫描工艺条件下制备得到的CrMnFeCoNi高熵合金具有更加均匀的组织以及更为优异的力学性能。
黑色金属合金材料
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  回火对冷轧后退火处理中锰钢0.1C-5Mn氢脆敏感性的影响

  赵晓丽, 张永健, 黄海涛, 惠卫军, 董瀚

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 36-45. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0131

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  对不同退火时间处理的冷轧0.1C-5Mn中锰钢进行了不同温度回火处理，利用电化学充氢和慢应变速率拉伸实验（SSRT）研究其氢脆敏感性。结果表明：退火时间从10 min提高到360 min时，实验钢的氢脆敏感性显著增加；随着回火温度的升高，实验钢的氢脆敏感性降低，其中以10 min退火样500℃回火时降低的幅度最为显著；SSRT断口分析表明，实验钢未充氢样的断裂机制为典型的韧窝韧性断裂，而充氢后的氢致起裂区断裂机制为空心韧窝及包含奥氏体（变形后转变为马氏体）晶粒的实心韧窝的混合断裂模式，这种实心韧窝实质上是一种脆性沿晶断裂，因此尽可能抑制或减少这种实心韧窝是降低实验钢氢脆敏感性的一个关键。
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  回火温度对2Cr13钢组织与力学性能的影响

  张兴民, 牛广义, 马明臻

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 46-51. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0260

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  对2Cr13不锈钢经过980℃淬火后分别在600、650和700℃的回火温度下进行了调质处理，分析了不同回火温度对2Cr13不锈钢组织及力学性能的影响。采用TEM对退火态以及不同回火温度时2Cr13不锈钢的微观组织演变规律及其强化机理进行了研究。结果表明：在本文的实验回火温度范围内，600℃回火时2Cr13不锈钢具有最优的综合力学性能，其强化机理为固溶强化、相变强化以及细晶强化的综合作用效果。
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  热处理对微纳结构低温贝氏体钢组织与力学性能的影响

  钟磊, 吴开明, 董航宇, 周雯, 顾丽媛

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 52-58. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0211

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  设计了一步和两步贝氏体等温转变工艺及贝氏体等温转变+深冷处理工艺，通过电子背散射衍射（EBSD）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）和拉伸实验等方法，对比分析了不同热处理工艺对低温贝氏体钢微观组织与力学性能的影响。结果表明：与一步贝氏体转变相比，两步贝氏体转变和深冷处理工艺均可有效细化块状残留奥氏体，降低残留奥氏体体积分数，减小平均有效晶粒尺寸；深冷处理工艺可以进一步提高试验钢的硬度，冲击韧性相应有所下降；两步贝氏体工艺的贝氏体铁素体板条平均尺寸更小，具有更多的薄膜状残留奥氏体，获得了最佳的综合力学性能。
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  钛微合金化模具钢应力松弛过程中的特征曲线

  孙健, 孙潭, 薛恒旭, 王竟, 戚添益

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 59-66. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0252

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  采用应力松弛法研究了含Ti模具钢和不含Ti模具钢的应力松弛过程特征，对其应力松弛过程特征曲线和析出相显微形貌进行了分析。结果表明：随着温度和变形量增大，模具钢的流变应力降低，真应力-真应变曲线趋于平缓。应力松弛过程温度越高，松弛极限越低，含Ti钢的应力平台更明显，增加变形量可提高应力松弛速率。含Ti钢的析出量-温度-时间曲线（PTT曲线）于900~975℃为"C"型，鼻点温度在930℃左右；当变形量为15%时，析出开始与结束时间较30%变形量滞后。析出相主要沿晶界和位错附近析出，增大变形量有利于析出相析出。
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  交流干扰下不同组织X65钢在酸性土壤模拟溶液中的腐蚀行为

  朱敏, 马俊, 袁永锋, 尹思敏, 俞高红, 郭绍义, 聂轮

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 67-74. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0276

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  采用电化学测试和浸泡实验研究了不同组织X65钢在酸性土壤模拟溶液中的交流腐蚀行为。结果表明：不同组织X65钢的腐蚀电流密度随交流电流密度的增加而增加，相比热轧组织和退火组织，正火组织和淬火组织的腐蚀电流密度呈现出更大的增加趋势。热轧组织的腐蚀形态为全面腐蚀，另加轻微的点蚀；正火组织和淬火组织则呈现出密集的点蚀特征，腐蚀严重；退火组织的腐蚀特征表现为非均匀腐蚀，且有一些点蚀存在。交流干扰下不同组织钢具有不同耐腐蚀性，热轧组织的耐腐蚀性最佳，其次为退火组织，正火组织的耐腐蚀性最差，表明X65钢的交流腐蚀行为与其微观组织密切相关。
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  稀土Ce元素对钢中夹杂物变质的影响

  李中元, 李长荣

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 75-79. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0291

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  通过FactSage热力学计算，分析了稀土Ce元素对钢中夹杂物生成顺序及夹杂物变质的影响，利用扫描电镜和能谱仪（SEM-EDS）等对其物相进行表征分析。结果表明，加入稀土Ce元素后，钢中可能生成夹杂物的热力学排列顺序为CeAlO₃ > Al₂O₃ > CeO₂ > Ce₂O₃ > MnS。稀土Ce元素对硫、氧夹杂物的形态和尺寸起到了一定的变质作用，在钢基体中呈现弥散球状化，把近一半数量的夹杂物粒径控制在2~3 μm。使钢材性能得到了提高。
材料表面改性
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  多步感应熔覆镍基合金涂层的组织及腐蚀行为

  于静, 宋博

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 80-86. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0204

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  采用多步感应熔覆法在灰铸铁表面制备了镍基合金熔覆层。借助带有能谱仪（EDS）的扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析了感应熔覆层横截面的显微形貌、元素分布和熔覆层的物相组成。结果表明，熔覆层横截面分区现象明显，熔覆层与基体呈冶金结合，界面质量良好，在靠近基体的熔覆层中下部出现细小的团簇状石墨，熔覆层中上部分布着针块状组织和少量气孔。熔覆层由镍基固溶体γ-Ni、共晶组织Ni₃Si、金属间化合物CrFe、Cr_1.12Ni_2.88和硼化物Ni₃B、CrB，碳化物Cr_15.58Fe_7.42C₆等硬质相组成。采用电化学工作站测试了镍基合金熔覆层和灰铸铁基体在3.5% NaCl溶液中的动电位阳极极化曲线和电化学阻抗谱（EIS），对比分析了镍基合金熔覆层的电化学腐蚀行为。动电位阳极极化曲线结果显示，镍基合金熔覆层在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀过程具有明显的活化-钝化特征，但钝化区不稳定，自腐蚀电位与灰铸铁相差约100 mV，自腐蚀电流约为灰铸铁的1/3。感应熔覆层的Nyquist阻抗谱呈现容抗-容抗吸附型阻抗体系特征，Bode图表明镍基合金熔覆层包含两个时间常数，且腐蚀体系的总界面反应阻抗大于灰铸铁。交流阻抗分析结果与动电位极化曲线结果一致，表明在灰铸铁基体表面制备感应熔覆层能够显著提高在NaCl溶液中的耐腐蚀性。
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  Ti6Al4V合金表面渗氮层的组织、耐摩擦和耐腐蚀性能

  董敏鹏, 吴国东, 李金龙, 马付良, 王志军

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 87-92. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0156

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  采用高温气体渗氮对Ti6Al4V合金进行表面渗氮处理。研究了钛合金表面渗氮层的组织结构、摩擦学性能和人工海水中的电化学性能。结果表明，渗氮层存在氮化物层和扩散层，在Ti6Al4V合金表面发现了δ-TiN相和ε-Ti₂N相。渗氮层近表面区域硬度最高可达25 GPa、弹性模量达320 GPa。渗氮层的摩擦系数和磨损率显著降低；渗氮样品在人工海水中的腐蚀速率降低、抗腐蚀性能明显提高。
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  T91钢表面低温渗层的动力学行为

  朱阳存, 刘光明, 董猛, 张民强, 杨华春, 汪元奎

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 93-98. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0254

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  研究了T91钢在渗铝温度区间650~750℃，活化剂添加量2%，渗铝时间2~8 h时的渗铝层形成与生长过程。结果表明：渗铝温度为650℃和700℃时，渗层为单一的FeAl相；当渗铝温度为750℃，渗层为FeAl与少量的FeAl₂相；渗层在渗铝温度高于700℃时，渗铝层内部出现空洞与裂纹等缺陷，裂纹的产生可能与渗层Al浓度有关。保温时间只对渗铝层厚度产生影响，不会改变渗铝层成分；渗铝层厚度会随着渗剂中的Al含量不同而发生变化。在渗铝温度650℃，保温8 h，活化剂含量2%时，得到厚度约为11.5 μm、致密的FeAl渗层。在650~750℃温度区间渗铝温度（T）、渗铝时间（t）、渗剂Al含量（W）与渗层厚度（h）的关系可由方程式h=77.44W^1/2t^1/2exp(-3178.92/T)来描述。
材料模拟计算
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  X12合金动态再结晶临界应变模型

  陈学文, 杨喜晴, 王继业, 张家银, 刘佳琪

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 99-105. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0221

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  采用Gleeble-1500D热-力模拟试验机在变形温度950~1200℃，应变速率0.05~5 s^-1的条件下对超超临界汽轮机的高、中压转子用X12（X12CrMoWVNbN10-1-1）合金进行了热模拟压缩试验。基于试验所得数据求解加工硬化率，根据lnθ-ε曲线出现的拐点以及-∂（lnθ）/∂ε-ε曲线的最小值，建立了X12合金的动态再结晶临界应变模型。研究表明：X12合金的在应变速率为0.05~0.1 s^-1、温度为950~1200℃和应变速率为0.5~5 s^-1、温度为950~1050℃时发生动态再结晶；临界应变（ε_c）与峰值应变（ε_p）之间呈正比关系ε_c/ε_p=0.69；动态再结晶临界应变模型为ε_c=0.0266Z^0.0326。
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  A335P92钢厚壁管局部感应加热温度场的数值模拟

  张建林, 鲁立, 刘川, 迟鸣声, 朱平

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 106-111. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0251

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  利用有限元软件ANSYS建立规格为Φ586 mm×72 mm的A335P92钢厚壁管焊接接头感应加热的电磁-热耦合数值模型，通过开发自动热追踪算法程序计算并分析钢管焊接接头局部焊后热处理内外壁温差以及截面温度场分布。对模型进行验证后，进一步分析了加热宽度、线圈匝数、频率、内壁换热系数对管道局部焊后热处理温度场的影响规律。结果表明，感应加热具有明显的集肤效应，在居里点出现明显的温度波动；加热宽度（线圈布置宽度）大于600 mm时，改变线圈匝数（n=10~30）、电磁频率（H=1000~3000 Hz）对管道内外壁温差影响不明显；内壁换热系数是管道内外壁温差的关键影响因素。
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  基于有限元模拟的换热系数计算方法

  王凯, 石伟, 王罡

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 112-118,132. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0195

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  在铝铜合金ZL205A材料阶梯形试样上安装热电偶，测量了试样以不同方式入水淬火的温度变化以及不同表面粗糙度试样淬火的温度变化。提出了一种基于有限元数值模拟的换热系数反算方法，把采用不同恒定表面换热系数得到的温度计算结果与近表面测点的温度测量结果进行对比，推算出随表面温度变化的综合换热系数，并计算了不同表面粗糙度试样的换热系数。结果表明：表面粗糙度较大的试样，表面换热系数较大；表面温度较高的时候，试样不同位置的换热系数差异不大；表面温度较低的时候，处于上方的试样表面出现了换热系数陡增现象。
其他
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  超级双相不锈钢2707搅拌摩擦焊焊接接头的组织与性能

  李国平

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 119-125. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0246

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  采用氮氧分析仪、光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉伸试验机和显微硬度计对超级双相不锈钢2707搅拌摩擦焊焊接接头的氮元素含量、微观组织和力学性能进行了研究。结果表明：焊缝的氮元素含量与母材的氮含量相同，焊缝区铁素体相和奥氏体相均为细小的等轴晶，铁素体含量与母材接近且无第二相析出。搅拌摩擦焊通过动态再结晶细化了焊缝区的晶粒，使得焊接接头的强度和硬度均高于母材，焊接接头的伸长率略低于母材，微观断口仍显示为韧性断裂。
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  2A12/5052异种铝合金激光焊接头的组织与性能

  贾坤宁, 石景岩, 刘威

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 126-132. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0096

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  利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和拉伸实验机、显微硬度计等研究了2A12/5052异种铝合金激光焊接接头的组织和性能。结果表明：当焊接功率为1800 W、焊接速度为0.02 m/s、离焦量为0时，焊缝成形最好，此时焊缝强度达到最大为200 MPa；焊缝处组织主要为α-Al和少量的S（CuMgAl₂）相；2A12侧热影响区组织为α-Al、θ相（CuAl₂）和S相（CuMgAl₂），5052侧热影响区组织为α-Al；焊接接头硬度在2A12侧热影响区最高，其次是焊缝，硬度最低为5052侧热影响区。
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  SiO₂含量对CaO-SiO₂-FeO-MgO体系钢渣固相改质的影响

  蒋亮, 韩霄, 吴婷, 马良富, 李宁, 陈宇红, 韩凤兰

  材料热处理学报. 2018, 39(10): 133-140. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0220

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  以转炉（BOF）钢渣作为研究对象，研究了SiO₂加入量变化对钢渣中改质产物形成的影响。实验结果表明：合成钢渣中SiO₂的成分变化会对最终产物相产生较为复杂的影响。SiO₂的含量增加对改质钢渣中镁铁尖晶石形成起积极作用，但对硅酸二钙形成起消极作用。SiO₂的含量增加还会导致合成钢渣粘度提高，不利于镁铁尖晶石晶粒持续生长。对于改质钢渣中SiO₂的最终加入量需要综合考虑其对镁铁尖晶石和硅酸二钙的影响作用。在本实验的研究范围内，样品S3（碱度=1.8）具有较好的综合改质结果。