2018年, 第39卷, 第9期　
刊出日期：2018-09-25

  

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复合材料
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  热处理对SiCp/7075Al复合材料组织与性能的影响

  刘一雄, 郑振兴, 朱德智, 高吉祥, 曹耿华

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 1-6. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0149

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  研究了不同热处理工艺对40 vol%含量SiC颗粒增强7075Al复合材料组织及性能影响。实验结果表明：SiC颗粒增强体没有改变基体合金中析出相的沉淀析出次序，但延迟了GP区的出现，并缩短了复合材料达到峰时效的时间；经峰时效处理与退火处理后复合材料的抗拉强度分别达到544 MPa与383 MPa。不同热处理工艺下复合材料基体合金中的位错组态以及析出相结构会对复合材料性能产生极大的影响。峰时效状态下，复合材料基体合金中同时存在的细针状沉淀相以及位错提高了复合材料的力学性能。而退火后，复合材料基体中形成了大量粗大的棒状沉淀相，并且位错基本消失，使得复合材料的力学性能降低。
有色金属合金材料
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  不同异速比异步轧制7050铝合金的组织演变及力学性能

  马存强, 侯陇刚, 张济山, 庄林忠

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 7-14. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0178

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  对7050铝合金铸锭进行了异速比为1.0、1.2和2.0的异步轧制实验，分析了轧制态及热处理后板材的组织及力学性能。结果表明，异步轧制板材心部变形程度远高于同步轧制板材，剧烈变形导致板材中产生变形带且随着异速比增加剪切带的密度显著增加；经热处理后，异步轧制板材晶粒尺寸比同步轧制减少约30%且分布更加均匀。另外，与小异速比轧制板材相比，大异速比轧制板材经固溶得到均匀细小组织所需的时间显著缩短。力学性能结果表明，异步轧制板材性能得到显著改善，经异速比为1.2异步轧制后的板材其T6态（475℃×1 h+120℃×24 h）强度性能最高（抗拉强度：615 MPa，屈服强度：537 MPa），同时具有优良的塑性（伸长率：15.8%），这主要是由于晶粒细化和均匀组织所致。
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  均匀化退火对高Mn含量AA3003铝合金析出行为和组织演变的影响

  李龙, 吴忠亮, 夏承东, 薛喜丽, 周德敬, 郭新立

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 15-23. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0206

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  采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电导率测试和力学性能测试等方法研究了均匀化退火处理对高Mn含量AA3003改性合金的析出行为和显微组织的影响。结果表明：在均匀化退火升温阶段，析出相经历了形核、较高温度下长大及部分回溶过程，600℃保温阶段主要发生了析出相的长大粗化；均匀化退火升温速率越快，保温结束后析出相的尺寸越大，析出相数目越少。复合板钎焊前后的力学性能的变化是由于高Mn含量AA3003改性合金的析出强化和细晶强化共同作用的结果；均匀化退火升温速率对钎焊前复合板料的力学性能影响不大，但升温速率越快，晶粒尺寸越小，钎焊后的强度越高。
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  热处理对气相沉积镁锌合金组织和性能的影响

  闫俞廷, 牛立斌, 龙裕轩, 王晓刚, 高冲

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 24-29. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0180

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  以工业级的粗镁和粗锌为原料，通过分别蒸发-混合-冷凝的方法得到合金试样，并分别对合金试样进行T4（340℃固溶处理24 h）、T6（340℃固溶处理24 h+175℃时效处理16 h）热处理。通过X射线衍射、扫描电镜、硬度计和拉伸强度测试仪对冷凝态、T4态以及T6态的显微组织、物相、力学性能以及断口形貌进行分析和表征。结果表明：冷凝态以α-Mg固溶体、MgZn和Mg₇Zn₃构成共晶组织为主，其形态以椭圆形、多角形以及层片状为主，断口为准解理断裂；T4处理后，合金中多角形以及层片状组织消失，而出现了黑色颗粒状组织，物相尺寸变大，韧窝数量增多，伸长率显著提升；T6处理后，合金内出现了树枝相，存在着大量的Mg₇Zn₃，α-Mg固溶体，MgZn，以及少量的MgZn₂，物相尺寸变小，断口内韧窝数量减少，撕裂棱数量增多，抗拉强度、硬度均有大幅度提升。
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  退火对窄热滞Ti-Ni-Cu-Cr形状记忆合金组织和拉伸性能的影响

  杜雨青, 贺志荣, 王芳, 冯辉, 刘康凯

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 30-35. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0152

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  在Ti-Ni合金中添加Cu、Cr得到热滞较小的Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr形状记忆合金，用示差扫描量热仪、光学显微镜和拉伸实验研究退火温度（T_an）对Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金相变行为、显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：350~700℃退火态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金冷却/加热时发生A→M/M→A（A-母相，CsCl型结构；M-马氏体，单斜结构）型相变，合金的相变热滞较窄；350~550℃退火态合金处于回复阶段，组织呈纤维状；600~700℃退火态合金处于晶粒长大阶段，组织呈等轴状；合金的再结晶温度在550~600℃之间；随退火温度升高，合金的马氏体再取向应力σ_M、抗拉强度和伸长率先升高后降低，400~500℃退火态合金的σ_M和抗拉强度最大，650℃退火态合金的塑性最好。
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  B元素对DZ424定向凝固合金凝固特性及性能的影响

  吴保平, 吴剑涛, 李俊涛

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 36-43. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0189

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  研究了B元素的加入对DZ424定向凝固合金凝固特性和性能的影响规律。结果表明：B元素的加入能显著降低合金的固/液相温度，加宽凝固范围，增加共晶含量；同时，由于B元素在碳化物中富集，使得碳化物形貌由草书状向块状转变。随着B含量的增加，粒状M₃B₂逐渐在共晶前沿析出；进一步增加B含量，硼化物形貌由粒状向条状转变。B的添加能够显著提高合金的持久性能，但当B添加量大于0.015%时，合金的持久性能显著降低。
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  FeS/Cu-Bi铜基轴承材料的摩擦磨损性能

  张开源, 尹延国, 张国涛, 曾庆勤, 陈奇

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 44-51. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0184

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  通过粉末冶金方法制备FeS/Cu-Bi铜基轴承材料，采用HDM-20型摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对其摩擦磨损性能进行检测。利用表面轮廓仪、扫描电镜与X射线光电子能谱仪表征了摩擦表面的微观形貌及化学元素状态，探讨相关的摩擦磨损机理。结果表明：适当Bi的添加可以减轻FeS的团聚与脱落现象，改善FeS和基体的界面结合，提高材料的致密度和压溃强度；含Bi和FeS的铜基轴承材料减摩、耐磨特性较好，Bi和FeS在减摩、抗粘着方面体现了较好的协同作用效果。
黑色金属合金材料
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  高Cr-Co-Mo高温轴承钢的强韧化机制

  肖茂果, 吕新杨, 李东辉, 李绍宏, 赵昆渝, 杨卯生

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 52-57. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0176

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  利用洛氏硬度计、扫描电镜及透射电镜等研究不同淬回火温度对高温轴承钢组织和性能的影响及强韧化机制。结果表明：实验钢回火后的硬度随回火温度升高而增加，而冲击性能不断降低；实验钢经不同温度二次回火后的硬度均高于一次回火后的硬度，且在540℃回火态下实验钢的硬度达到峰值，当回火温度超过540℃后实验钢的硬度逐渐下降；通过透射电镜分析发现，实验钢经540℃二次回火后，析出大量的M₆C型碳化物，由于析出强化导致其硬度达到峰值；随着回火温度的升高，冲击断口中典型韧窝逐渐减少，断裂机制逐步由韧性撕裂向准解理断裂转变。
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  雾化合金粉制备ODS钢的组织与性能

  谢锐, 吕铮, 石英男, 王晴, 刘春明

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 58-64. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0166

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  首先采用气体雾化方式制备氧化物弥散强化（Oxide dispersion strengthened，ODS）钢的合金粉，然后经短时球磨及热等静压烧结成形方法制备了氧化物弥散强化钢9Cr-ODS。采用电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM），三维原子探针（APT）和万能拉伸实验机等研究了9Cr-ODS钢的组织结构和力学性能。实验结果表明：9Cr-ODS氧化物弥散强化钢的组织为铁素体和马氏体的双相组织，组织中弥散分布着极高密度的纳米析出相。三维原子探针的结果表明9Cr-ODS钢中这些纳米析出相的尺寸小于5 nm、分布密度可以达到3.5×10²⁰/m³，其中Y₂Ti₂O₇相分布密度达到1.57×10²⁰/m³，同时在其析出相中还发现一些尺寸稍大的CrTi₂O₅氧化物相。与典型的低活化铁素体/马氏体钢、ODS钢相比较，雾化合金粉制备的9Cr-ODS钢表现出更加优异的力学性能。
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  放电等离子烧结制备9Cr-ODS钢的组织与力学性能

  谢锐, 吕铮, 石英男, 王晴, 刘春明

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 65-72. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0214

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  采用放电等离子烧结（Spark plasma sintering，SPS）工艺制备了成分为Fe-9Cr-1.5W-0.4Mn-0.2V-0.1Ta-0.3Ti-0.3Y₂O₃（质量分数，%）的9Cr-ODS钢。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）、高分辨透射电镜（HRTEM）对ODS钢的宏观烧结特征、晶粒形貌、析出相形貌等进行表征。利用万能拉伸试验机测量不同温度下样品的力学性能。结果表明：通过放电等离子体烧结工艺可以制备出具有超细晶粒的ODS钢，950℃/5 min时烧结效果最好，致密度达到97.7%。950℃/5 min烧结后样品的晶粒呈现粉末颗粒表面晶粒粗大（>1 μm）而内部晶粒细小（纳米级）的现象，样品内的析出相以高密度、纳米尺寸、弥散分布的纳米团簇为主，其分布密度可以达到5.1×10²²个/m³，同时还发现了少量化学计量比的Y₂Ti₂O₇。放电等离子体950℃/5 min烧结样品的常温和650℃拉伸强度分别达1040 MPa和407 MPa。
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  过时效工艺对高强钢表面选择性氧化行为的影响

  蒋光锐, 王海全, 滕华湘

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 73-80. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0135

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  利用热浸镀工艺模拟器研究过时效工艺温度和气氛露点温度对C-M-Si高强钢选择性氧化的影响。使用场发射扫描电镜和能谱仪分析样品表面显微形貌以及成分，使用辉光放电光谱仪表征样品浅表层的元素深度分布，采用X射线光电子能谱仪确定样品表面的氧化物种类。结果表明：采用较高的过时效温度（350℃）和较高的气氛露点温度（-10℃），可以抑制Mn和Si在高强钢表面的选择性氧化，此时样品表面的化合物为无定型SiO_x、无定型MnOx以及纯态Mn；随着气氛露点温度和过时效温度的降低，Mn和Si在样品表面的富集量明显增加，样品表面出现大量富含Mn和Si的颗粒状氧化物；气氛露点温度对样品表面合金元素富集峰值的影响比过时效工艺温度的影响更显著。
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  液相线上脉冲电流作用时间对过共晶高铬铸铁凝固组织的影响

  吕海洋, 李璐, 周荣锋, 倪海涛, 朱江, 冯桐

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 81-86. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0192

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  在过共晶高铬铸铁熔体从1355℃冷却到液相线过程中施加脉冲电流，研究脉冲电流处理时间对其凝固组织的影响，利用光学显微镜、X射线衍射等技术手段对脉冲处理后铸铁组织中的初生碳化物的尺寸、形态、种类和演变过程进行分析。结果表明：在液相线以上施加脉冲电流可改善初生碳化物在基体中的分布状态，并使组织细化；脉冲电流作用时间与细化效果呈一定相关关系，随着作用时间增加，初生碳化物平均直径、共晶碳化物片层厚度和间距先减小后增大；作用时间为3.0 min时可以获得尺寸细小、形貌均一的初生碳化物。
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  真空复合轧制硬度梯度材料的显微组织及硬度分布

  王伟, 宋月鹏, 许令峰, 高东升, 李法德, 宋占华, 耿晓阳

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 87-92. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0174

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  采用真空复合轧制工艺，将3种钢板（GCr15、Q420、IF）轧制成硬度梯度材料，并对其显微组织及硬度分布进行了研究分析。结果表明，硬度梯度材料不同板层的厚度均匀，无宏观缺陷，板层间的界面平直且呈冶金结合。板材轧制后的显微组织发生了显著变化，界面处晶粒细化，由界面到单层板中心，晶粒尺寸呈梯度增大变化趋势。不同板层结合界面处为再结晶显微组织，同时存在碳元素由高碳区域向低碳区域扩散迁移现象，硬度梯度材料的剖面硬度呈梯度均匀分布（300~100 HV）。
材料表面改性
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  镁合金表面镁铝锡类水滑石膜的制备及其耐蚀性

  张成, 李壮壮, 杨陆铭, 李阳阳, 巴志新, 王涛

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 93-98. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0163

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  首先在Al³⁺/Sn⁴⁺前处理液中在GZ91K镁合金表面制得前驱体膜，随后在Na₂CO₃后处理液中将前驱体膜转化为镁铝锡类水滑石膜。利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析膜层的表面形貌和成分，利用极化曲线、交流阻抗和浸泡析氢实验评价该转化膜的耐蚀性。结果表明：前后处理时间对前驱体膜及镁铝锡类水滑石膜的生长产生重要影响；当前处理时间为1 h，后处理时间为24 h时，制备的水滑石膜连续、致密，此时的腐蚀电流密度（8.2×10^-7 A·cm^-2）约为基体（119.5×10^-7 A·cm^-2）的1/14，提高了镁合金基体的耐蚀性。
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  镁合金表面磁控溅射-微弧氧化制备Al₂O₃膜层的组织结构及性能

  王晓波, 全风美, 朱生发, 丁晶晶, 史鹏

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 99-104. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0193

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  采用磁控溅射-微弧氧化的方法在镁合金表面制备了Al₂O₃膜层，随后采用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDX）等方法对微弧氧化膜层的相结构、截面形貌及膜层中的元素分布进行了分析，采用摩擦磨损和电化学腐蚀方法对膜层的耐磨耐腐蚀特性进行了测试。结果表明，通过先进行磁控溅射后进行微弧氧化的方式可以在镁合金表面获得Al₂O₃微弧氧化膜层。通过改变反应终止电压可控制微弧氧化膜层的厚度。当反应终止电压不高于510 V，膜层主要由铝和Al₂O₃组成。而当微弧氧化反应终止电压超过600 V后，铝膜层完全参与反应转变为微弧氧化膜层，膜层主要由Al₂O₃和MgO组成。Al₂O₃微弧氧化膜层的形成有助于提高镁合金表面的耐磨耐腐蚀性能。
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  氢氮比对奥氏体不锈钢低温离子渗氮性能的影响

  吴梦泽, 李烈军, 彭继华

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 105-112. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0186

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  采用空心阴极离子源辅助，研究了低温（400℃）低压（2 Pa）下工作气体中氢气含量（氮氢比）对316L不锈钢离子渗氮层的组织形貌和性能影响。采用显微硬度计、球-盘滑动摩擦磨损仪、电化学工作站等仪器研究了渗氮处理对奥氏体不锈钢力学性能和电化学腐蚀性能的影响。结果表明：工作气体中随着氢气含量的增加，渗氮层深度、表面硬度等单调地降低；随着工作气体中氮气含量的增加，渗氮层组成相γ_N的晶格参数单调增加，晶粒膨胀程度增加，表面滑移带密度随之增加。通过离子源辅助，低温低压离子渗氮可有效地使316L不锈钢渗氮层表面硬度超过1100 HV，且在3.5% NaCl溶液中腐蚀电流密度比316L奥氏体不锈钢基体降低1倍。
材料模拟计算
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  10% Cr/Cu复合材料的热变形行为及再结晶动力学模型

  刘勇, 耿昊, 朱顺新, 田保红, 张毅, 顾正彬

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 113-119. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0169

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  利用Gleeble-1500D型热模拟试验机在变形温度为650~950℃、应变速率为0.001~1 s^-1、变形量为60%的条件下对10% Cr/Cu复合材料进行热模拟压缩试验。依据热模拟实验数据，绘制出10% Cr/Cu复合材料的流变应力曲线，分析变形温度、应变速率对流变应力的影响。用线性回归法确定出10% Cr/Cu复合材料的热变形激活能（Q）和高温变形本构关系模型，并引入应变对模型进行修正，最后通过误差分析验证了方程的可靠性。结果表明：10% Cr/Cu复合材料的流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减少；计算得出10% Cr/Cu复合材料的热变形激活能为260.7 kJ/mol；建立了复合材料的本构方程，对构建的本构方程模型进行误差验证得出平均相对误差为7.39%；利用Avrami模型求出了复合材料的动态再结晶分数模型，该模型表明在高温和较低应变速率条件下有利于该材料发生动态再结晶。
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  IF钢高压扭转过程中不均匀塑变特征的仿真模拟

  张紫涵, 宋月鹏, 高东升, 张红梅, 耿晓阳, KIM Hyoung-seop

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 120-124,130. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0134

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  采用有限元软件DEFORM-3D对IF钢试样高压扭转过程进行计算机仿真模拟，研究高压扭转试样不均匀塑性变形特征，对硬度和显微组织分布进行研究。结果表明：试样在进行高压扭转两个阶段（压缩、扭转）的过程中，均发生了显著的不均匀塑性变形，在扭转初期阶段，其不均匀变形程度尤其显著；在试样径向，IF钢试样的塑性变形程度从中部到边缘逐步增大；在试样的轴向，试样的塑性变形程度随距试样下表面距离的增加而逐渐减小；硬度分布和显微组织检测结果均验证了模拟结果的可靠性。
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  供暖管道铸铁螺纹接头的热应力分析

  崔大伟, 王金龙, 宋红梅, 刘昭良, 陈俊龙

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 125-130. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0232

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  为了研究供暖管道内水的温度及压力对铸铁螺纹接头受力的影响，通过SOLIDWORKS软件创建螺纹接头分析模型，导入到ANSYS软件中建立了螺纹接头接触的有限元计算模型，分析计算了在只考虑水压和同时考虑水温与水压两种情况下的螺纹接头应力状况。结果表明：在不考虑温度的影响时，螺纹接头的最大应力随着水压的增加而增大；当考虑温度耦合的影响后，螺纹接头的最大应力随着温度的升高而增大，在相同温度载荷作用时，随着水压的增加，最大应力的增大速率比不考虑温度时有所减缓，并且随着温度的升高，这种减缓作用会增强。该分析为合理减小热应力对供暖管道中螺纹接头的影响提供了理论依据。
其他
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  基于Ni中间层的钛与不锈钢电阻点焊

  李丹, 邱然锋, 任柯旭, 石红信

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 131-137. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0203

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  以100 μm厚的Ni箔为中间层对钛与不锈钢进行了电阻点焊，观察并分析了接头熔核区域的组织特征，研究了焊接参数对Ti/Ni/SUS304接头熔核尺寸和抗剪力的影响。结果表明：在熔核端部外侧界面区Ti侧形成了（α-Ti）和Ti₂Ni相，靠近Ni侧形成了TiNi化合物；而在熔核区域的Ti侧、不锈钢侧和熔核内部分别观察到了（α-Ti）+TiFe层、（Fe）+TiFe₂层和TiFe+TiFe₂混合物；焊接接头的抗剪力随焊接电流、焊接时间、电极压力的增大呈先增大后降低的变化趋势，所得接头最大抗剪力约为5.62 kN。
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  G115/T92异种钢焊接接头的显微组织及力学性能

  李林平, 梁军, 赵雷, 徐连勇

  材料热处理学报. 2018, 39(9): 138-144. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0188

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  利用钨极氩弧焊（GTAW）和手工电弧焊（SMAW）工艺，选用E90S-G焊丝和E9015-G焊条为焊料，对G115/T92异种钢进行焊接，研究其焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明：接头焊缝、热影响区及母材均为典型的回火马氏体组织，T92侧焊缝及熔合线附近分布有多边形的δ-铁素体，含量不高于0.3%。G115侧熔合区发现有较明显的W、Co、Mo、Cu元素稀释现象。显微硬度在紧邻焊缝的热影响区达到最大值，在不完全相变区（ICHAZ）达到最小值，且经过二次回火，母材硬度降低。接头室温及650℃高温强度与T92钢相当，低于G115钢；室温断口位于T92侧母材，高温断口位于T92侧不完全相变区。