2019年, 第40卷, 第3期　
刊出日期：2019-03-25

  

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综述
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  第一性原理计算在铜合金研究中的应用进展

  徐祥, 宋玲玲, 赵慧, 官雨柔, 闫翠霞, 蔡金明

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 1-11. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0437

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  第一性原理计算（DFT）在生物、化工、冶金、材料设计等多个学科与领域都发挥着重要的作用。本文总结了利用第一性原理计算在研究铜合金中合金相的稳定性、力学性质以及电子结构等方面的应用，并对第一性原理计算在铜合金中研究应用的现状与目前仍存在的问题进行了阐述，同时分析了第一性原理计算在今后铜合金研究中的应用方向。
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  稀土元素对铝铜合金性能影响的研究进展

  田伟, 胡梦楠, 孙玥, 毕莉明

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 12-19. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0455

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  随着汽车轻量化、高容量化、低成本化的趋势，作为外壳材料的铝合金的性能研究成为了近年的热点，而稀土元素的化学活性很强，将其加入到合金中会起到净化熔体、细化晶粒、微合金化等积极作用。本文综述了国内外关于稀土在铝铜合金中的应用研究现状，通过对稀土在铝铜合金中的作用机理的阐述，从晶粒大小、析出物、相结构等多个方面，讨论了稀土对铝铜合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能等方面产生的影响，提出了稀土在铝铜合金发展中需要注意的问题，为将稀土加入到2XXX系合金并改善综合性能的研究提供了参考。
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  剧烈塑性变形工艺加工超细晶镁合金的强化机理

  兖利鹏, 李全安, 陈晓亚

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 20-26. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0477

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  剧烈塑性变形（SPD）工艺能够有效地细化晶粒得到超细晶晶粒，满足镁合金作为结构件的优异力学性能要求。以往的研究大多针对于剧烈塑性变形工艺内容和加工后的力学性能进行综述，缺少强化机理的讨论。因此，本文主要讨论剧烈塑性变形工艺加工镁合金后力学性能提高的强化机理，主要包括：位错强化、细晶强化、固溶强化和析出强化，简述了超细晶镁合金的组织演变过程，并提出了剧烈塑性变形加工超细晶镁合金需要解决的问题。
复合材料
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  多层石墨膜-陶瓷复合材料的制备及其导热性能

  吴海华, 钟纪红, 王亚迪, 王曹文, 彭建辉, 王剑, 魏正英

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 27-34. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0438

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  采用热压成型工艺成功制备了多层石墨膜-陶瓷复合材料，研究了成型工艺参数，如压力、温度对试样Z轴方向导热性能的影响，以及石墨膜层数对复合材料导热性能的影响。结果表明：当成型压力>1 MPa时，陶瓷粘接剂内部会产生裂纹甚至破碎，当成型压力<1 MPa时，陶瓷粘接剂不致密，内部有许多微小的孔洞，当成型压力为1 MPa时，试样内部孔隙相对较少，表面较平整；石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向的导热系数随成型温度升高而增大，随石墨膜层数增加而增大，但其抗弯强度随石墨膜层数增加而降低。当石墨膜层数为5层时，多层石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向导热系数能达到6.5 W·m^-1·K^-1，抗弯强度达到15 MPa，可作为热界面材料，替代导热硅胶片。
有色金属合金材料
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  铸态Mg-xGd-2Y-0.5Zr镁合金的组织和力学性能

  陈晓亚, 李全安, 李志涛, 游才印, 王颂博, 张帅, 关海昆

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 35-41. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0472

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  采用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、电子拉伸实验机等研究了铸态Mg-xGd-2Y-0.5Z合金的组织、微区成分、物相、晶格常数变化以及力学性能。结果表明：铸态Mg-xGd-2Y-0.5Zr镁合金组织主要由α-Mg、Mg₅Gd和Mg₂₄Y₅相组成，稀土元素Gd、Y主要富集在枝晶间；Gd的添加能够引起α-Mg晶格产生畸变，改变合金的晶格常数，导致晶轴比c/a减小，提高铸态Mg-xGd-2Y-0.5Zr合金的力学性能。当Gd的添加量为13%时，合金的抗拉强度和伸长率达到最大值，分别为236 MPa和3.09%。
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  稀土Y和Ce元素对铸造Mg-Al-Zn合金组织和性能的影响

  赫国强, 董晟全, 梁艳峰, 何子博, 徐景, 李娟

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 42-48. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0430

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  采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等研究了稀土元素Y、Ce加入量对铸造Mg-Al-Zn合金组织和力学性能的影响，以期制备具有较高综合力学性能的稀土镁合金。结果表明：稀土元素Y和Ce的添加能够有效地细化镁合金的组织，β-Mg₁₇Al₁₂相由连续或半连续网状分布转变为弥散分布，生成的新稀土相Al₂Ce和Al₂Y有效地提高了铸造Mg-Al-Zn合金的力学性能，当合金中稀土加入量为0.6 mass% Y+1.2 mass% Ce时，其抗拉强度和断后伸长率分别为234 MPa和7.2%。
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  多源超声对2219铝合金铸锭凝固组织和成分偏析的影响

  杨林学, 张立华, 李瑞卿

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 49-55. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0352

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  为研究超声声源数量对2219铝合金铸锭凝固组织与成分分布的影响，在直径为630 mm半连续热顶铸造实验中，分别对熔体施加不同声源数量的超声处理，成功制备了4组不同工艺的高质量铸锭。并利用光学显微镜、直读光谱仪等仪器对铸锭横切面进行凝固组织与成分检测。结果表明：在熔体中施加超声处理能有效地细化组织，减小晶粒尺寸，并随着声源数量的增加，晶粒细化效果得到增强，但显微组织的均匀性减弱；对铝熔体施加超声处理，溶质元素的宏观偏析程度也得到显著改善，但这种效果随着声源数量的增加而减弱。
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  热处理对7075铝合金阳极化表面黑斑缺陷的影响

  李东东, 杨庆功, 徐秋发, 于雷, 高克玮

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 56-61. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0435

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  采用化学成分分析、力学性能测试、热处理和显微组织观察等方法研究了7075铝合金零件阳极化后表面产生黑斑缺陷的原因。结果表明：黑斑缺陷对7075铝合金零件的力学性能有一定的影响；零件表面产生黑斑缺陷的原因是由于显微组织中存在较多的未溶质点相，其内因和外因分别是材料内部存在Zn、Cu、Mg元素偏析和零件本身热处理不均匀性；通过合适的重复热处理工艺可以消除零件表面的黑斑缺陷。
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  大型铝合金压铸模的性能均匀性与开裂机理

  陆佳晖, 闵永安, 岳加佳, 苏爱民

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 62-69. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0466

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  通过微观组织观察与力学性能检测，分别对热疲劳龟裂与早期整体开裂失效的大型铝压铸模进行了分析。结果表明：由碳化物偏聚引起的微观组织及性能的不均匀，是导致大型铝合金压铸模热疲劳龟裂的主要原因；模具心部因存在局部的粗晶组织使其韧性恶化，在薄弱位置处的微裂纹快速扩展为致命性贯穿裂纹导致其早期整体开裂。此外，模具微区硬度的离散度，能较好地反映模具微区组织性能的均匀性。
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  Cu-5Fe-2Sn合金的时效析出动力学

  杜秀丽, 张俊婷, 王宥宏

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 70-74. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0476

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  研究了时效温度和时间对Cu-5Fe-2Sn合金强度与导电性能的影响。根据导电率与析出相转变量之间关系，计算了Cu-5Fe-2Sn合金时效过程中析出相的转变率；借助Martition定律和Avrami经验方程，得到了Cu-5Fe-2Sn合金在不同时效温度下的动力学方程和导电率方程。与实验结果比较发现，导电率方程可准确表达Cu-5Fe-2Sn合金时效过程中导电率的变化。
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  均匀化处理对铸态GH625合金组织的影响

  李红梅, 聂义宏, 张鑫, 白亚冠

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 75-81. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0432

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  利用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等研究了采用真空感应熔炼和保护气氛电渣重熔工艺生产的GH625合金的铸态组织和均匀化热处理后的微观组织。结果表明：采用双联工艺生产的GH625合金电渣锭存在枝晶和元素偏析，其中Nb、Mo、Ti元素为主要偏析元素；均匀化热处理后枝晶消除明显，块状及条状碳化物碎化，棱角钝化；相同均匀化热处理工艺下Ti、Mo、Nb达到均匀化的难度依次加大；GH625合金最佳的均匀化热处理的工艺为1200℃保温24 h。
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  核电用GH4169合金棒材315℃高周疲劳性能

  李红宇, 薛晶晶, 刘倚天, 邢建, 韩吉庆

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 82-87. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0465

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  采用轴向力控制方法测试了核电堆芯用GH4169合金棒材在315℃下的高周疲劳性能。采用两种数据据统计分析方法得出GH4169棒材315℃下高周疲劳强度平均值相近，为662 MPa，由此得出了不同存活率下合金的条件疲劳极限。试验测定315℃下棒材的S-N曲线符合lgN=9.457-0.003S方程。660 MPa和900 MPa应力幅下疲劳断口形貌SEM观察表明：660 MPa下，棒材疲劳裂纹萌生于试样表面的缺陷，900 MPa下裂纹萌生于棒材近表面夹杂处。沿着裂纹扩展方向，裂纹扩展区分布有典型的外凸疲劳条纹，660 MPa下GH4169合金棒材的疲劳断裂特征是延性断裂，而900 MPa下是韧窝和准解理的混合断裂。
黑色金属合金材料
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  纳米/超细晶18Cr-8Ni奥氏体不锈钢力学性能及变形机制

  刘佳, 邓想涛, 黄龙, 王昭东

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 88-93. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0423

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  采用应变诱发马氏体退火逆相变的方法制备了18Cr-8Ni奥氏体不锈钢的纳米/超细晶组织，并对其力学性能和变形机制进行了分析。通过对奥氏体不锈钢进行室温轧制（压下率为70%）以及分别进行710℃×10 min，760℃×5 min和950℃×5 min的退火处理来获得不同晶粒尺寸的组织。结果表明：纳米/超细晶的平均晶粒尺寸为400 nm，屈服强度为878 MPa，伸长率为33%。对粗晶和纳米/超细晶钢的变形行为进行研究发现，纳米/超细晶钢断口处的显微组织存在大量的应变诱发马氏体和少量的孪晶。然而，在粗晶钢的断口处观察到了应变诱发马氏体、高密度位错和剪切带组织。
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  原位纳米高强韧贝氏体钢轨的组织

  石素锦, 余万华, 王亚东, 王自东

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 94-101. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0547

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  采用真空熔炼+离心铸造和真空熔炼+普通铸造的方法制备了两组贝氏体钢，随后对两组钢进行了相同的轧制和热处理工艺，采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等观察分析了两组试验钢的显微组织。结果表明：相比于普通铸造方法，通过离心铸造方法获得的试验钢的组织中有均匀细小的原位纳米析出相且基本消除了钢在铸造过程中的偏析现象；经不同的退火工艺处理后，试验钢获得了粒状贝氏体和板条状无碳化物贝氏体。
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  热处理对建筑用20MnV钢组织与性能的影响

  王丽丽, 李萌, 石丽辉

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 102-108. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0489

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  采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、万能拉伸试验机等研究了完全正火、亚温正火/亚温淬火对冷轧+回火态20MnV钢组织与性能的影响。结果表明：冷轧+回火态20MnV钢的组织由针状铁素体+块状铁素体+珠光体组成，完全正火+冷轧+回火态20MnV钢中的珠光体中片状渗碳体演变成断续分布的球状或者短棒状；800℃正火+冷轧+回火态20MnV钢的组织为铁素体+M/A岛+细小碳化物；800℃淬火+冷轧+回火态20MnV钢的组织为铁素体+回火索氏体，晶内和晶界上弥散分布着细小碳化物颗粒。冷轧+回火态20MnV钢具有较高的强塑性和较低的低温冲击韧性，完全正火/亚温正火+冷轧+回火态20MnV钢的强度和塑性相对冷轧+回火态试样有不同程度降低，但是低温冲击吸收能量明显提高，在正火温度为800℃时强度降低最为显著；亚温淬火+冷轧+回火态20MnV钢的强度与冷轧+回火态试样相当，断后伸长率略有减小，而-25℃和-45℃冲击吸收能量明显提升。与冷轧+回火态20MnV钢冲击断口截面上的剪切裂纹相比，800℃正火/800℃淬火+冷轧+回火态20MnV钢中的微裂纹数量更少、长度和宽度更小，裂纹扩展呈现弯曲和曲折状；800℃淬火+冷轧+回火态20MnV钢具有较高的强塑性和最佳的低温冲击韧性。
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  低温轧制终冷温度对GCr15轴承钢组织性能的影响

  王蕾, 刘玉坤, 余万华, 翟瑞银, 余伟

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 109-114. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0440

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  对GCr15钢在Gleeble-3500热模拟试验机上进行了双道次热压缩试验，模拟其低温轧制后不同终冷温度条件下相变过程，采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）和拉伸试验机研究了其在不同终冷温度条件下网状碳化物、珠光体组织形貌及拉伸性能。结果表明：终冷温度为600℃至650℃时，GCr15钢可获得珠光体团直径较小、渗碳体片层较细、网状碳化物较少的组织；拉伸试验表明，在750℃至550℃范围内，随着终冷温度降低，抗拉强度逐渐增大。
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  Nb对高强度镀锌钢丝组织性能的影响

  冯路路, 吴开明, 张国宏, 成林, 魏然, 鲁修宇

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 115-119. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0475

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  设计了两种不同Nb含量的高强度镀锌钢丝（0.025Nb和Free-Nb），采用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机等研究了两种试验钢的显微组织和力学性能，并对其珠光体团尺寸和珠光体片层间距进行了对比分析。结果表明：添加Nb元素能细化试验钢奥氏体的晶粒度，在等温转变后得到细小的珠光体团；此外Nb元素的加入增大了试验钢等温转变的实际过冷度，减小了试验钢的珠光体片层间距，提高了试验钢的抗拉强度和伸长率。
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  析出物对高强度钢板不同温度回火后性能的影响

  樊艳秋, 马长文, 李少坡, 张海, 王海宝

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 120-124. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0457

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  采用光学显微镜和拉伸试验机等研究了高强度钢板经500、550、600和650℃回火后的显微组织和力学性能，并利用透射电镜对其析出物（尤其是纳米级ε-Cu析出物）进行了观察。结果表明：试验高强度钢板的显微组织以贝氏体为主；随回火温度的升高，其强度先上升后下降并在600℃达到了峰值，强度的变化主要归因于析出物的不同析出特点；大量弥散、均匀分布的纳米级ε-Cu析出物是试验高强度钢板在600℃回火后具有良好强度和韧性的主要原因。
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  铁素体含量与回火温度对HSLA钢组织性能的影响

  王少阳, 于浩

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 125-132. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0433

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  研究了不同铁素体含量与回火温度对HSLA钢组织与力学性能的影响。结果表明：热轧HSLA钢从810~900℃淬火后组织为马氏体和37%~0%铁素体，且随淬火温度升高，铁素体晶粒尺寸减小，可动位错密度增加；高温回火后板条马氏体分解严重，位错密度降低并有大量碳化物析出；铁素体含量增加使屈服强度和抗拉强度降低，其中抗拉强度在450℃回火后下降约200 MPa，而屈服强度随回火温度的变化趋势决定于铁素体含量；180℃回火后铁素体与马氏体间的强度差使铁素体对拉伸性能和冲击性能表现出不同的断裂机理；450℃回火后铁素体与马氏体能够协调变形，伸长率与冲击吸收能量均随铁素体含量增加而提高。此外，均匀的马氏体有利于提高试验钢的低温韧性，其-40℃冲击吸收能量>119 J。
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  EH47钢连铸坯热芯大压下轧制应变诱导析出行为

  宫美娜, 李海军, 王斌, 王昭东

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 133-140. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0428

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  研究了EH47微合金钢连铸坯经传统轧制和热芯大压下轧制后室温下的组织和析出相形貌，并采用MMS-200热模拟双道次压缩实验研究了其经热芯大压下轧制后的第二相粒子应变诱导析出行为。结果表明：热芯大压下轧制后EH47微合金钢连铸坯的芯部铁素体尺寸较传统轧制的芯部铁素体尺寸明显减小；热模拟双道次压缩实验表明，热芯大压下轧制后，EH47微合金钢的应变诱导析出第二相粒子在位错、晶界、亚晶界上沉淀析出，在一定程度上起到钉扎晶界并阻碍再结晶晶粒长大的作用。
材料表面改性
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  微弧氧化处理对钛合金超声辐射杆抗腐蚀性能的影响

  文康, 张立华, 李瑞卿

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 141-147. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0462

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  为了提高钛合金超声辐射杆在半连续铸造中的抗空化腐蚀性能，采用NaSiO₃-NaPO₃复合盐电解液在钛合金超声辐射杆表面制备了微弧氧化膜层，然后在700℃铝熔体环境下与未作处理的辐射杆对比开展空化腐蚀实验。采用硬度仪和附着力拉拔仪分别检测氧化层的硬度和结合强度，采用扫描电镜（SEM）观察了微弧氧化膜层、基体及空化腐蚀后的表面组织形貌，并利用能谱仪（EDS）及X射线衍射仪（XRD）分析了腐蚀产物。结果表明：所得微弧氧化膜层厚度为25~30 μm，硬度达到866 HV0.05，膜层结合强度达到36 MPa；在高温铝熔体空化腐蚀15 h后，经微弧氧化处理的钛合金超声辐射杆的质量损失约为未作处理的钛合金辐射杆的1/3，平均腐蚀深度约为未作处理的辐射杆的1/2，其力学性能得到增强，化学稳定性有所提高，抗腐蚀性能显著增强。
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  气体催化渗氮对12Cr1MoV钢力学性能的影响

  刘仲玉, 王兴伟, 孙金全, 王万珍, 赵昌德, 陈蕴博, 左玲立, 谢鲲

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 148-153. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0470

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  对12Cr1MoV钢进行了气体催化渗氮表面改性处理，通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析了渗氮层组织和物相，利用显微硬度计和摩擦磨损试验机评价了其力学性能。结果表明：采用气体催化渗氮处理后的样件表面形成了13 μm厚的ε-Fe_2-3N化合物层以及约900 μm扩散层；化合物层表面显微压痕无开裂现象，拉伸试验时化合物层无崩落现象，这表明气体催化渗氮改善了化合物层的强韧性；渗氮后12Cr1MoV钢的强度提高，其屈服强度为460 MPa，抗拉强度为550 MPa，伸长率约为10.9%。摩擦磨损试验表明12Cr1MoV催化气体渗氮后具有较好的耐磨性。
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  超声冲击处理对高合金钢表面高温耐磨损性能的影响

  梁昊, 张智慧, 周小猛, 陆超, 孙建宇, 毛向阳

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 154-159. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0421

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  采用超声冲击设备对高合金钢进行冲击加工，并对冲击后的试样进行400℃退火2 h处理。通过扫描电镜（SEM）、显微硬度仪和高温摩擦磨损仪研究了超声冲击处理后试样的显微组织、硬度分布和高温环境下的摩擦磨损性能；采用光学显微镜和SEM观察试样磨损表面和磨痕的微观形貌，使用能谱仪（EDS）分析磨损表面的元素组成，以研究其磨损机理。结果表明，经超声冲击处理的高合金钢，在温度低于500℃时摩擦系数为0.3~0.4，磨损率为0.04%~0.05%，起伏较小。与原始试样相比，超声冲击处理使其表面形成一层梯度细化组织，表面硬度提高了15.8%，在同等高温条件下的摩擦系数降低了45.8%，磨损率降低了35.8%，表明其高温耐磨损性能经超声冲击处理后得到显著提升。
材料模拟计算
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  淬火纵向裂纹的有限元模拟

  刘玉, 左训伟, 陈乃录, 戎詠华, 刘少俊

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 160-167. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0436

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  淬火纵向裂纹在热处理工业中十分常见。本工作结合实验和有限元模拟的方法对16 mm直径的42CrMo圆柱件在不同的淬火介质（清水、油、盐水单液淬火和清水-油双液淬火）及淬火工艺下的淬火开裂现象进行了研究。经过清水淬火后的圆柱件均出现了纵向裂纹，但经油、盐水和清水-油双液淬火后的试样均未出现裂纹。通过有限元方法对以上不同淬火工艺的淬火应力进行了计算，根据计算结果对全淬透淬火件的淬火应力分布进行了分析。残余应力计算结果表明，42CrMo圆柱件在清水中淬火开裂的原因是由其表面较高的拉应力引起；经盐水淬火后的试样表面应力状态为压应力，其对淬火开裂的预防具有有益作用。基于淬火开裂实验和热应力及相变应力的计算结果，提出了两种预防全淬透件纵向开裂的方法。通过分析样品在清水淬火时的瞬时应力，对淬火开裂时的时间进行了估计。
其他
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  层状陶瓷Ti₃AlC₂的制备与腐蚀行为

  方双全, 田郭涛, 秦云晴, 翁辉

  材料热处理学报. 2019, 40(3): 168-172. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0446

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  采用真空热压烧结技术工艺，以Ti、Al、石墨为原料，获得3种不同烧结温度下的Ti₃AlC₂陶瓷样品。利用了XRD、SEM分别测试了样品的相组成、腐蚀前后的表面形貌，利用电化学系统测试了样品的极化曲线。结果表明：在3种不同烧结温度下，主要生成物相都是Ti₃AlC₂相，晶粒表面呈棒状结构；1400℃烧结温度下获得的Ti₃AlC₂陶瓷样品，在3.5 mass% NaCl溶液中的维钝电流密度最小，耐腐蚀性能最优异。