2018年, 第39卷, 第5期　
刊出日期：2018-05-25

  

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综述
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  混杂增强铜基复合材料的设计与研究进展

  冯江, 宋克兴, 梁淑华, 国秀花

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 1-9. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0006

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  传统铜基复合材料在提高其强度、硬度、耐磨性等的同时，会大幅降低传导性能和塑韧性，因此很大程度上限制了其应用范围。为了满足高技术领域的需求，改善复合材料的综合性能，利用多元多尺度混杂增强的设计思路，充分发挥各组元的优点和耦合效应，获得了具有高强、高导、高耐磨的铜基复合材料，而且其在高温下依然保持高的强度和优异的抗热疲劳特性。本文综述了混杂增强铜基复合材料增强相的选择、强化机制、制备技术等方面的研究进展，并展望了混杂增强铜基体复合材料的发展方向及需要解决的问题。
复合材料
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  SPS烧结原位制备Al₂O₃-TiC增强Cu基复合材料的组织与性能

  许海, 李钊, 王俊峰, 陈金水, 肖翔鹏

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 10-16. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0545

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  用SPS热压烧结技术制备原位自生的Al₂O₃-TiC增强铜基复合材料。利用光学显微镜（OM），X射线衍射仪（XRD），扫描电镜（SEM）分析（Al-TiO₂-C）含量、烧结温度对复合材料组织和性能的影响。结果表明：随着（Al-TiO₂-C）添加量的增加，复合材料的晶粒尺寸逐渐减小，电导率下降明显，硬度增加明显；而随着烧结温度的提高，复合材料的晶粒尺寸逐渐减小，电导率升高，强度先增加后减小；当（Al-TiO₂-C）的含量为8%，烧结温度为980℃时，复合材料的组织与性能最优。
有色金属合金材料
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  铸态Mg-9Gd-4Y-xZn-0.5Zr合金组织和力学性能

  孟波波, 李全安, 张兴渊, 陈晓亚, 李志涛

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 17-22. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0553

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  采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪以及拉伸试验机，研究了Zn对铸态Mg-9Gd-4Y-xZn-0.5Zr （x=0，0.5 1.0，1.5，2.0）合金组织和力学性能的影响。结果表明：铸态Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金显微组织由基体α-Mg和共晶相Mg₅（Gd，Y）组成。加入Zn元素后，合金组织中出现Mg₅（Gd，Y，Zn）相和Mg₁₂Zn （Gd，Y）相，分布于晶界或晶内。当Zn含量为1%时，合金组织得到明显细化，第二相分布均匀，力学性能显著提升。此时，合金抗拉强度和屈服强度到达最大值，分别为209.72 MPa和172.69 MPa。随着Zn含量进一步增加，合金组织粗化，第二相含量迅速增加且沿晶界逐渐呈网状分布并逐渐向晶内深入，合金强度也明显降低。
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  热处理对铸造Mg-5Y-2Nd-3Sm-0.5Zr合金组织和力学性能的影响

  贵云玮, 李全安, 张兴渊, 陈晓亚, 王颂博, 欧阳云飞, 董要港

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 23-30. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0556

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  采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、维氏硬度测试仪和万能力学试验机等研究了固溶和时效热处理对铸造Mg-5Y-2Nd-3Sm-0.5Zr合金组织与力学性能的影响。结果表明：铸态合金组织主要由α-Mg基体，Mg₂₄Y₅、Mg₄₁Nd₅和Mg₄₁Sm₅相组成；经固溶处理，铸态合金中粗大的第二相固溶于α-Mg基体中，时效处理后有新的纳米级第二相析出；铸造Mg-5Y-2Nd-3Sm-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为525℃下保温10 h，然后225℃下时效处理12 h，热处理后合金具有最优良的力学性能，硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为124.8 HV，296.9 MPa，255.4 MPa和5.78%。
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  固溶时效对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr生物镁合金组织和力学性能的影响

  宽军, 孙毅, 韩少兵, 许春香, 张金山

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 31-36. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0014

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  采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM&EDS）、X-射线衍射仪（XRD）及万能力学试验机等研究了固溶时效对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：铸态Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金主要由α-Mg基体和沿晶界呈半连续状分布的Mg₃YZn₆准晶相组成；经固溶时效处理后，大部分第二相以细小的颗粒状均匀分布在基体和晶界处，同时生成部分的孪晶；T6处理后合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为258 MPa、144 MPa和15%，相比于铸态分别提高了6.6%、6.7%和8.4%。
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  均匀化处理对Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn-0.2Ti-0.5Zr合金组织及性能的影响

  王松辉, 孙有平, 何江美, 蒋莉萍, 李旺珍

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 37-43. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0009

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  采用光学显微镜（OM）、差热分析（DSC）、X射线衍射、拉伸试验机、SEM断口分析等研究均匀化处理工艺对铸态Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn-0.2Ti-0.5Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明：Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn-0.2Ti-0.5Zr合金铸态组织中存在严重的枝晶偏析，沿晶界分布着大量块状析出相，主要为Al₂Cu及Al₂CuMg相，还有少量Al₇Cu₂Fe相；合金经485℃×10 h均匀化处理后，组织中的非平衡低熔点组织基本溶入基体，晶粒得到明显的细化，晶间组织分布均匀，断口为韧窝和准解理型的混合断裂特征，合金表现出较好的力学性能，硬度、抗拉强度、伸长率分别为146 HV、317.7 MPa、8.67%。
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  热处理工艺对Ti80合金显微组织的影响

  权思佳, 宋克兴, 张斌斌, 王启, 郑开宏, 张丹丹

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 44-52. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0023

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  用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等研究Ti80合金在3种热处理工艺下的显微组织与硬度。结果表明：当热处理工艺由900℃×1 h/AC改变至980℃×1 h/AC时，合金由等轴组织转变为双态组织，并伴随着初生α相的减少和球化、β相的增多、次生α相与α'马氏体形态的转变，但合金元素固溶规律无变化；经1020℃×1 h/AC热处理后，合金形成片层组织，初生α相消失、次生α相呈长针丛状在粗大的原始β晶粒内平行分布，此时α'板条马氏体与α'孪晶马氏体共存且合金元素分布较均匀；随热处理温度的升高，合金硬度先降低后升高。
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  锻造工艺对Ti-6Al-4V合金热处理后组织及取向演化的影响

  姬忠硕, 张麦仓

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 53-59. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0561

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  采用光学显微镜和背散射电子衍射技术研究不同锻造工艺下Ti-6Al-4V合金热处理后组织和取向的演化规律。结果表明：在单向镦拔、换向镦拔两种锻造方式下，大变形区、小变形区及难变形区的组织均匀性基本一致，但对α相织构的组分和分布产生显著影响；单向镦拔的小变形区和难变形区应变积累少，主要以{0001}基面滑移，形成基面织构，大变形区应变积累多，主要为{1120}和{1010}等柱面织构；而换向镦拔的不同区域织构组分较多且分布随机性较大；此外，两种锻造方式均能改善Ti-6Al-4V合金中α相的取向均匀性和织构集中，但换向镦拔优于单向镦拔。
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  β锻造Ti17钛合金的组织和织构及其对室温拉伸性能的影响

  刘巧沐

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 60-65. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0564

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  利用光学显微镜、XRD和EBSD对β单相区锻造Ti17合金的显微组织和晶体取向进行了表征，分析了二者对Ti17合金室温拉伸性能的影响。结果表明：β锻Ti17合金中的原始β晶粒沿金属流动方向拉长，晶内为网篮状组织；β相呈现<100>_β与压缩方向（锻坯轴向）平行的强丝织构；α相的强织构呈现在晶体c轴与轴向呈45°和90°的区域内；合金轴向拉伸试样的强度和断裂伸长率均低于径向拉伸试样的强度和断裂伸长率；轴向拉伸强度和塑性的降低分别与合金的转变α相织构和原始β晶粒形貌有关；通过细化原始β晶粒尺寸和弱化原始β晶粒的变形织构，可减小合金各向异性。
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  Fe元素对Ti-16Nb合金组织与性能的影响

  李强, 许祥杰, 付振闯, 周凯, 潘登

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 66-70. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0002

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  采用电弧熔炼制备Ti-16Nb-（0，2，4） Fe合金，并对其进行均匀化、固溶、冷轧和退火处理。采用光学显微镜和X射线衍射仪分析了合金的显微组织和相组成，采用拉伸测试评价材料变形行为和力学性能。结果表明：少量Fe能够有效地稳定Ti-16Nb合金中的β相且无Ti-Fe金属间化合物生成；Fe还具有很好的固溶强化作用，合金屈服强度随Fe的增加而升高；具有亚稳定β相的Ti-16Nb-2Fe合金拉伸过程出现加工硬化，抗拉强度高达740 MPa；Ti-16Nb-4Fe合金具有稳定的β相，且显示出高强度、高塑性和低弹性模量的性能特征。
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  Ti含量对耐蚀铜合金冲蚀性能的影响

  乔景振, 田保红, 张毅, 周延军, 国秀花, 宋克兴

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 71-77. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0554

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  采用MCF-30型冲蚀磨损试验机，对不同钛含量的耐蚀铜合金在含砂的人工海水中进行冲蚀试验。冲蚀试验前后利用电子分析天平对冲蚀试样称重，利用扫描电镜和透射电镜分析冲蚀试样的冲蚀形貌、微观组织和冲蚀机理，在320HBS-3000型数显布氏硬度计上测量合金硬度。结果表明：添加Ti能显著提高合金在人工海水砂浆冲蚀条件下的冲蚀抗力，其冲蚀机理为砂粒的微切削与人工海水腐蚀综合作用机制；当钛含量为2.0%时，合金的耐冲蚀性能最好；在冲蚀速度为8.79 m·s^-1，冲蚀角度为90°时，未加入Ti的合金表面腐蚀特征明显，出现了短的微切削沟槽、砂粒冲击坑及较粗大颗粒硬质相剥落坑；加入0.5% Ti的合金的冲蚀表面出现了较多的犁耕状沟槽和鱼鳞状剥落坑；加入2.0% Ti的合金的冲蚀表面腐蚀明显减轻，冲蚀表面沟槽较浅且比较窄。
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  均匀化退火对新型Cu-Ni-Al合金耐蚀性能的影响

  宋正成, 贾淑果, 周延军, 宋克兴, 米绪军, 李周

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 78-83. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0003

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  在不同温度下对铸态新型Cu-Ni-Al合金进行均匀化退火，通过静态全浸试验、扫描电镜和电化学测试分析均匀化退火对新型Cu-Ni-Al合金耐蚀性能的影响。结果表明：新型Cu-Ni-Al合金的腐蚀速率随均匀化退火温度的升高而降低，在900~950℃间腐蚀速率趋向稳定；在850~950℃下均匀化退火，钝化现象明显，维钝电流密度较小，呈现良好的耐蚀性，但在850℃退火后合金的点蚀现象明显，对合金的耐蚀性不利；在900~950℃下均匀化退火后交流阻抗圆弧半径较大、电流密度较小，呈现较好的电化学特性，耐蚀性较好。
黑色金属合金材料
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  弯曲与退火工艺对无取向硅钢组织和磁性能的影响

  宋守许, 刘涛, 杜晓东, 王文哲

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 84-93. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0019

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  以不同弯曲变形展平后的B35AV1900废旧硅钢为对象，利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、光学显微镜和磁性能测试仪等研究弯曲及退火温度对其组织和磁性能的影响。结果表明：对弯曲10°硅钢采用900℃恒温4 h处理后，Goss织构强度升高，α和η取向线密度略高，磁壁间距增大，磁畴显著细化，细化率达到37.1%；随着变形量的增加和保温时间的延长，大量180°畴和90°畴演变为"岛屿畴"；试样900℃高温退火后析出相显著粗化，粒子分布更加均匀；试样退火后，铁损减小，磁导率上升，磁性能明显提升，在900℃左右铁损最低为1.01 W·kg^-1。
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  高钛耐候钢在模拟海洋气候下的腐蚀行为

  翁镭, 吴红艳, 杜林秀

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 94-99. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0559

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  通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析观察并研究自主设计的高钛耐候钢在模拟海洋气候下的耐腐蚀性能及腐蚀产物的形貌和组成。结果表明：高钛耐候钢的腐蚀质量损失率随周期浸润腐蚀次数增加而增大；高钛耐候钢的主要腐蚀产物和Q345钢类似，均为α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄，但是高钛耐候钢具有保护作用的α-FeOOH和γ-FeOOH峰较高；提高钛含量，可以提高低碳钢的耐蚀性能，其极化曲线的自腐蚀电位明显提高。
材料表面改性
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  TA2表面阳极氧化膜机械研磨调控技术及耐腐蚀行为

  王志文, 刁瑞佳, 付天林, 苑振涛, 于晓华, 詹肇麟

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 100-107. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0025

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  采用表面机械研磨（SMAT）的方法调控TA2表面阳极氧化膜层的微观组织结构，研究膜层的微观组织结构和耐蚀性能。利用扫描电镜（SEM）与能谱仪（EDS）分析膜层的厚度及元素分布，用X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪（XPS）探讨膜层的结晶性和价态组成，利用电化学工作站研究膜层的耐腐蚀行为。结果表明：SMAT可以有效加速氧化膜的生长速度，明显增加膜层的厚度，提高膜层致密性、结合力和稳定性，降低膜层空位缺陷，减少Cl^-离子传输的通道，膜层厚度较处理前提高了2.7倍；在3.5 mass% NaCl溶液中的腐蚀电位提高了0.163 V，腐蚀电流密度降低了0.015 A·cm^-1，分别提高和降低了36.96%和44.12%。
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  Mg-1Zn-1Mn合金微弧氧化膜在SBF模拟体液中的腐蚀行为

  张忠明, 马莹, 马艳艳, 白力静, 徐春杰, 惠增哲

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 108-116. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0049

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  采用微弧氧化工艺在Mg-1Zn-1Mn合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。借助扫描电镜、激光扫描共聚焦显微镜、能谱分析仪和X射线衍射分析仪对氧化膜的微观结构和相组成进行表征，通过电化学方法和浸泡实验研究陶瓷膜在模拟体液中的耐腐蚀性。结果表明：微弧氧化5 min可在Mg-1Zn-1Mn合金表面形成光滑平整、厚度为10 μm并与基体结合良好的陶瓷膜，其主要由MgO和Mg₂SiO₄组成，为典型的多孔结构；微弧氧化陶瓷膜可使Mg-1Zn-1Mn合金产生钝化，显著提高合金在SBF溶液中的耐腐蚀性，腐蚀速率降低至0.026 mm/a，耐腐蚀性提高近10倍。陶瓷膜裂纹和腐蚀介质与陶瓷膜反应造成的破损使得腐蚀液渗入到合金与陶瓷膜界面，导致SBF溶液与合金接触发生反应，造成点蚀和丝状腐蚀。
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  等离子重熔处理对SPS烧结FeWB涂层组织及耐磨性影响

  王佳峰, 崔洪芝, 毕文彪, 张新杰, 王明亮

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 117-125. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0026

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  采用SPS烧结工艺，以W、Fe和Fe-B合金粉为原料，在Q235基板表面制备FeWB涂层，并在不同电流下对预制的涂层进行重熔处理。借助X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计和磨损试验机分析了FeWB涂层的显微组织结构、显微硬度和耐磨性。结果表明：未重熔SPS烧结涂层与Q235基板呈机械结合，涂层中存在大量的原料W及部分中间产物W₂B、Fe₇W₆，只有少量FeWB生成，且组织偏聚严重、孔隙较多，导致其显微硬度较低且不均匀，耐磨性较差；经低电流（30 A）重熔，部分原料进一步转化为FeWB，缺陷有所减少；随着重熔电流增加（40 A和50 A），涂层与Q235基板结合界面形成结合紧密的过渡层，呈冶金结合，原料基本完全转化为FeWB，并呈块状均匀分布在α-Fe基体中，组织结构更加致密，表现出较高的显微硬度，耐磨性显著增强，尤其40 A电流下重熔涂层表现出更加优异的耐磨性，其磨损量仅为未重熔SPS烧结涂层的17.4%。
材料模拟计算
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  应变速率及温度对等径通道挤压2A12铝合金力学性能的影响

  王雷, 杜蒙, 谭昊, 奚运涛, 钟玉洁, 王世清

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 126-133,140. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0560

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  通过分离式霍普金森杆技术研究温度与应变速率对不同道次等径通道挤压2A12铝合金单轴压缩性能的影响，及不同晶粒尺寸下的应变速率敏感性与温度敏感性。结果表明：2A12铝合金的流动应力随着温度的升高下降，随应变速率的上升而提高；在较低温度或较高应变速率的条件下，材料表现出更为明显的应变硬化效果；随着晶粒尺寸的减小，合金应变速率敏感性上升，应变硬化能力急剧降低；细晶铝合金的温度敏感性高于粗晶铝合金；利用Johnson-Cook及Cowper-Symonds本构模型对真实应力应变曲线进行了拟合，所得结果吻合程度较好。
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  超超临界转子用X12钢高温变形行为及基于应变补偿的本构模型

  陈学文, 王纳纳, 皇涛, 陈拂晓, 宋克兴

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 134-140. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0566

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  采用Gleeble-1500D试验机对X12钢进行热压缩试验，应变速率范围为0.05~5 s^-1，变形温度范围为950~1200℃，研究其高温成形工艺，分析变形温度、应变速率等对流变应力的影响，在考虑应变对材料常数影响的基础上，建立了X12材料基于应变补偿的Arrhenius本构模型，并对所建立的本构模型进行验证。结果表明：随着变形温度的升高或应变速率的降低，真应力和峰值应力逐渐减小；修正后的Arrhenius本构模型能够很好的预测X12钢的流动应力，该模型具有良好的准确性和可靠性。
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  奥氏体耐热钢20Cr-25Ni-1.5MoNbTiN的热压缩变形行为

  王敬忠, 刘阿娇, 丁凯伦, 李科元

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 141-146. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0562

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  利用Gleeble3800热模拟试验机对20Cr-25Ni-1.5MoNbTiN奥氏体耐热钢在温度为930~1230℃、应变速率为0.005~5 s^-1条件下进行热压缩试验，获得不同热压缩条件下的流变应力曲线，用光学显微镜观察热压缩试样的显微组织。结果表明：变形温度相同时，随应变速率增大动态再结晶程度逐渐减小，甚至完全处于加工硬化状态，其热激活能为328 kJ/mol；当应变速率为5 s^-1、变形温度为1130~1230℃、应变量较小时和应变速率为0.005 s^-1、变形温度930~1230℃、应变量较大时，出现失稳现象；动态再结晶的临界应力与Z参数之间成线性关系，峰值应力与应变速率和变形温度也有线性关系。
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  4Cr5Mo2V钢贝氏体等温相变动力学

  陈梽雄, 左鹏鹏, 闵娜, 吴晓春

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 147-153. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0005

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  借助热膨胀相变仪测定压铸模具用钢4Cr5Mo2V在不同等温淬火温度下的贝氏体转变膨胀曲线，获得4Cr5Mo2V钢的贝氏体等温转变曲线。运用Johnson-Mehl-Avrami （J-M-A）和Arrhenius方程确定了等温相变动力学参数。结果表明：贝氏体相变激活能为160.35 kJ/mol，指前因子约为-12.59524，Avrami指数n的平均值为1.74758，通过这些相变参数确定的J-M-A动力学模型能够较为准确地预测贝氏体等温相变过程。
其他
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  6061Al-DP590冷金属过渡焊点焊件组织与性能

  金光灿, 邢彦锋, 殷传亚, 许莎, 李锦

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 154-158. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0550

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  应用冷金属过渡焊技术对6061Al铝合金和DP590镀锌钢板进行搭接点焊，研究不同送丝速度下6061Al-DP590焊接试样焊点的宏观形貌，Fe、Al金属间化合物过渡层厚度及形貌和焊接试样的力学性能。结果表明：送丝速度分别为5、5.6和6.2 m/min时，Fe、Al金属间化合物过渡层的厚度分别为2.3、8和16 μm；由于靠近钢板一侧冷却速度较快，容易形成平面晶，紧邻钢板一侧的Fe、Al金属间化合物过渡层界面较为平滑，而靠近铝板一侧由于Al-Fe合金结晶温度区间较大，容易形成柱状晶；当送丝速度为5.6 m/min，焊接速度为1.2 m/min、弧长修正为0时，焊接接头最大载荷可以达到4.5 kN，其力学性能为最佳。
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  钢铝异种材料搅拌摩擦焊界面组织及性能

  张桂源, 郄新哲, 宫文彪, 宫明月, 崔恒

  材料热处理学报. 2018, 39(5): 159-164. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0565

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  对2.5 mm厚6005A-T6铝合金与3 mm厚S420MC钢板进行搅拌摩擦焊搭接焊接，采用扫描电镜、X射线衍射（XRD）和显微硬度计研究焊缝界面形貌、微观组织结构和力学性能。结果表明：钢/铝搅拌焊的界面处形成了搅拌焊特有的飞边结构，焊核区钢/铝呈层状组织结构，有金属间化合物AlFe、AlFe₃和Al₁₃Fe₄的形成；界面结合为机械 + 冶金结合，平均拉剪载荷为5.024 kN；铝侧拉伸断口为韧性断裂，钢侧为韧-脆混合型断裂；界面处的显微硬度达393 HV，远高于母材金属；搅拌头的磨损率为1.18 mm/m。