2020年, 第41卷, 第1期　
刊出日期：2020-01-25

  

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综述
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  高熵合金的力学性能及功能性能研究进展

  栾亨伟, 赵威, 姚可夫

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 1-11. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0620

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  高熵合金是21世纪初才问世的新型金属材料。尽管其诞生至今时间较短，但高熵合金因具有多种优异性能、特别是具有优异的力学性能、优异的催化和抗辐照等性能而受到广泛关注。近年来，相关研究已取得了显著进展，很有必要对其研究进展进行梳理。为此，本文简要综述了相关研究成果，并从高熵合金的基本概念、力学性能和功能性能3方面进行概括介绍，以期为高熵合金研究人员提供参考。
有色金属合金材料
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  稀土元素Dy对Mg-2Zn-0.5Zr生物镁合金组织与性能的影响

  师慧娜, 贺俊光, 文九巴, 李欢, 徐大召, 刘庆庆

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 12-18. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0345

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  通过拉伸试验、浸泡实验、电化学测试、扫描电镜（SEM）以及光学显微镜（OM）等方法研究了Dy含量对Mg-2Zn-0.5Zr-xDy生物镁合金微观组织、耐腐蚀性能和力学性能的影响。结果表明：随Dy含量的增加，合金的晶粒尺寸逐渐变小，第二相逐渐增多且主要沿晶界分布，合金的平均腐蚀速率先降低后升高，合金的力学性能先升高后降低；当Dy含量为1.5 mass%时，合金的耐蚀性能和综合力学性能均最好，平均腐蚀速率从未添加稀土元素时的1.28 mm/a降为0.92 mm/a，抗拉强度和伸长率分别为154 MPa和8.6%。
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  热处理对Mg-11Gd-3Y-0.8Ca-0.5Zr合金显微组织及性能的影响

  张帅, 李全安, 朱宏喜, 陈晓亚, 王颂博, 关海昆

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 19-26. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0317

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  采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、XHB-3000型布氏硬度计和万能电子拉伸实验机等研究了Mg-11Gd-3Y-0.8Ca-0.5Zr合金的最佳热处理工艺和热处理对合金显微组织及性能的影响。结果表明：合金的最佳固溶工艺为485℃×16 h+505℃×16 h，时效工艺为225℃×12 h。铸态合金主要由初生相α-Mg基体和大量处于晶界处网络状的Mg₅Gd、Mg₂₄Y₅、Mg₂Ca相组成。经固溶时效后，相种类没有变化，但晶界变得清晰，第二相的形貌显著改变，呈颗粒状和短棒状均匀分布在基体上，组织得到明显改善，合金的力学性能显著提高，时效态合金的抗拉强度、屈服强度及硬度均显著优于铸态合金，分别由原来的217 MPa、185 MPa和92 HB增加到265 MPa、228 MPa和121 HB，这主要归功于时效沉淀强化的作用。
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  快速凝固+热挤压制备Al-10.7Zn-2.4Mg-0.9Cu合金的组织和性能

  甘吉松, 张大童, 梁光兴, 陈俊杰

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 27-32. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0293

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  采用单辊熔体旋转法制备Al-10.7Zn-2.4Mg-0.9Cu合金带材，利用热挤压将带材坯料制成棒材，对其微观组织和力学性能进行研究。结果表明：所制备的带材由过饱和固溶体α（Al）等轴细晶构成，晶粒尺寸为3~5 μm；合金经挤压后存在粗大第二相，析出相主要为MgZn₂相，挤压态棒材抗拉强度为499.8 MPa，伸长率达到了15.3%，断口呈韧性断裂特征；经T6热处理后，合金中有细小的沉淀相析出，使得室温力学性能得到提高，抗拉强度达到631.9 MPa，伸长率有所降低，断口呈韧脆混合断裂特征。
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  Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金接触线的组织和性能

  袁远, 汤文亮

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 33-38. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0302

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  采用内氧化法制备的Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金接触线，并对其组织和性能进行了研究。结果表明：Cu-Al₂O₃合金接触线抗拉强度达到568 MPa，导电率达到84% IACS，载流量达到764 A，技术性能优于TB/T 2809-2017标准中Cu-Cr-Zr合金接触线的技术要求；其强化机制主要为细晶强化及Al₂O₃粒子引起的弥散强化和应变强化；由于合金基体内Al₂O₃粒子不均匀，导致合金内部组织的不均匀，从而引起显微组织的尺寸不均和拉伸断口混合断裂的断裂方式。
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  轧制工艺对TC4ELI钛合金超宽幅厚板材组织与力学性能的影响

  李瑞, 关蕾, 冯秋元, 王小翔, 王鼎春, 郭金榜, 王永强

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 39-43. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0297

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  采用3种轧制工艺制备了δ42 mm×2100 mm×8000 mmTC4ELI钛合金板材，利用光学显微镜和万能拉伸试验机分析不同轧制工艺对TC4ELI宽幅厚板材的组织与性能的影响。结果表明：3种轧制工艺制备的板材组织分别为典型的变形魏氏、网篮和等轴组织，等轴组织具有较多的等轴初生α相，可产生均匀的应变，因此塑性良好；由于保留有原始β晶界的魏氏组织和网篮组织中的片状和短板条状的α束域取向不同使裂纹扩展路径变得曲折，故韧性较高，3种组织中网篮组织的强韧性匹配较好。根据海洋工程用钛合金材的工况条件，优选出合金强韧性匹配较好的轧制工艺。
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  强韧化热处理对TA15钛合金组织和性能的影响

  卢凯凯, 周立鹏, 李敏娜, 马保飞, 肖松涛

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 44-49. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0257

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  采用光学显微镜，扫描电镜和电子拉伸机等研究了TA15合金经两阶段强韧化退火热处理后的显微组织和性能。结果表明：采取两阶段的热处理工艺后，TA15合金的组织由约20%的初生等轴α，55%的片状α和β转变基体的组织组成；合金具有良好的塑性及较好的室温和高温强度，在975℃×1 h，WQ+850℃×2 h，AC的制度下，TA15合金的室温抗拉强度为1005 MPa，屈服强度为914 MPa，伸长率、冲击韧性分别为13%和72.2 J/cm²。合金的冲击韧性I与次生片层α厚度t具有较好的线性关系I=26.504t+44.915，冲击断口形貌可以观察到大量的韧窝，表明合金的断裂机制以韧性断裂为主。随着第二重退火温度的升高，次生片层α厚度增加，韧窝逐渐变大，韧性增加。
黑色金属合金材料
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  奥氏体化温度对低碳低裂纹敏感性海工钢组织与性能的影响

  孙宪进, 尚成嘉, 苗丕峰, 董丽丽

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 50-56. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0292

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  研究了不同奥氏体化温度对690 MPa低碳低裂纹敏感性海工钢的奥氏体晶粒度、变体选择和韧脆转变温度的影响。结果表明：当奥氏体化温度大于930℃时，韧脆转变温度与奥氏体晶粒尺寸呈Cottrell-Petch关系，具体为：TB=-0.46-521.56d^-1/2，原始奥氏体晶粒可代表有效晶粒；当奥氏体化温度为880℃时，原奥氏体内部的变体选择对大角度晶界密度有明显贡献，Block界面和Packet界面所影响的晶体结构单元（有效晶粒）与韧脆转变温度呈现对应关系。临界奥氏体化温度（880℃）明显地影响了相变组织的变体选择，提高了Block和Packet晶界密度，使得韧脆转变温度明显降低。
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  Q-P-T工艺对30CrMo钢组织和力学性能的影响

  王葛, 刘胜强, 郭伟, 李怀欣, 韩大阔, 李志广, 李强

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 57-65. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0365

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  利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和力学性能测试等研究了不同Q-P-T热处理工艺对30CrMo钢微观组织和力学性能的影响。在实验研究结果的基础上，给出了一种优化的Q-P-T热处理工艺，即：淬火温度为260℃，配分温度为400℃，配分时间为60 s。结果表明：在优化的Q-P-T热处理工艺下，30CrMo钢中的残留奥氏体最多，残留奥氏体不再以薄膜的形式而是以薄片的形式分布在马氏体之间，且残留奥氏体的体积分数约为9.5％，抗拉强度约为1425 MPa，伸长率约为13.5％，强塑积约为19237 MPa·%，其综合力学性能得到较大幅度提高。
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  中锰Q＆P钢连续退火过程碳元素分配行为

  许斌, 李守华, 曹晓恩, 江海涛

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 66-72. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0459

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  采用扫描电镜、X射线衍射等研究了连续退火工艺中退火、淬火和配分等关键过程参数对中锰Q&P钢碳元素分配行为的影响，并分析了相应工艺条件下残留奥氏体量与碳含量的关系。结果表明：两相区退火温度的提高会导致奥氏体中的碳含量下降，微观组织表现为奥氏体含量增加，渗碳体量减少；退火时间10~60 s时，随着退火时间的延长，奥氏体含量和碳含量急剧增加，60 s后基本保持稳定；试验条件下淬火温度对残留奥氏体及碳含量的影响不显著；配分温度350~500℃时，随着配分温度的提高，奥氏体含量和碳含量呈现先增加后减小的趋势，配分温度450℃时均达到最大值；延长配分时间，残留奥氏体含量呈现先减少后增大再减少的趋势，残留奥氏体中的碳含量先减小后增加。
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  中锰高碳钢的冲击磨损性能及磨损机制

  陈捷, 王建军, 刘春明

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 73-79. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0341

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  采用场发射扫描电镜（SEM）、MLD-10冲击实验机和硬度实验机等检测手段，对不同处理制度条件下的中锰高碳钢在中低冲击载荷条件下的耐磨性能与其磨损机制进行了研究。结果表明：低冲击载荷条件下，热轧态中锰高碳钢具有最优异的冲击磨损性能，远高于冷轧态与其他热处理制度下的中锰高碳钢，其磨损机制为剥削磨损与凿削磨损；在中等冲击载荷条件下，450℃保温15 min样品的冲击磨损性能最优越，且磨损机制为剥削磨损、凿削磨损与塑性变形。
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  轧制温度对GCr15轴承钢组织性能的影响

  余万华, 石素锦, 刘玉坤, 黄宗泽, 王蕾, 余伟

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 80-85. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0326

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  在Gleeble-3500热模拟试验机上对GCr15钢试样进行了双道次热压缩，模拟其在预精轧与精轧阶段在不同温度下的组织演变过程。同时设计了特殊GCr15钢试样，可在Gleeble-3500上双道次压缩试验后，再加工成拉伸样，得到相应压缩条件下试样的拉伸性能。采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）和拉伸试验机等观察测试了不同压缩温度条件下GCr15钢试样的组织形貌及拉伸性能。结果表明：当精轧温度为800~850℃时，GCr15钢试样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，精轧温度为800℃时，GCr15钢试样的抗拉强度达到最大，温度低于800℃和高于800℃时，抗拉强度逐渐降低。
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  磨削加工对GCr15SiMn轴承钢表面组织性能的影响

  郑晓猛, 杜三明, 张永振, 刘建, 贺甜甜

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 86-93. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0321

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  采用扫描电镜，电子背散射衍射、X射线衍射、显微硬度计及三维表面轮廓仪等对磨削加工后的GCr15SiMn轴承钢的显微组织、硬度、残余应力及物相进行了研究。结果表明：磨削后GCr15SiMn轴承钢表面的硬度远高于基体，并且残留奥氏体发生分解，表面呈现压缩残余应力。试样表层组织存在由于塑性变形引起的几何必须位错密度（GND）增加的现象，这是轴承钢表面硬度上升的主要原因。将轴承服役过程以及磨削加工后的组织性能变化进行对比，发现有相似之处。磨削加工引起的表层变化可能是诱发裂纹在表面萌生的原因。
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  真空感应熔炼气雾化法制备高强度PH13-8Mo钢粉末的特性表征

  王长军, 张梦醒, 陈清明, 胡家齐, 梁剑雄

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 94-101. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0259

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  采用真空感应熔炼气雾化（VIGA）法制备出球形高强度PH13-8Mo钢粉末，通过不同目数的筛网对粉末进行筛分，得到120~212 μm，53~120 μm，15~53 μm和<15 μm不同粒度区间的高强度PH13-8Mo钢粉末。利用氧氮分析仪、扫描电镜（SEM）、激光粒度分布仪和智能粉体特性测试仪等分析手段研究了不同粒径区间的PH13-8Mo钢粉末的氧含量、表面形貌、表面及内部微观组织、流动性和松装密度。结果表明：随着粉末粒度区间减小，PH13-8Mo钢粉末的比表面积从0.017 m²/g显著增大到0.243 m²/g，粉末中的O含量从0.017%增大到0.033%；当PH13-8Mo钢粉末粒径的范围为15~53 μm区间时，粉末中的O含量相对较低，冷却速率较大，卫星球颗粒少，表面和内部组织主要由胞状晶和微晶组成，且该粒度范围的PH13-8Mo钢粉末的松装密度和流动性指数高。
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  紧固件用GH4080A合金的应力腐蚀机制

  赵宝达, 张琪, 张麦仓

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 102-109. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0283

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  采用慢应变速率拉伸实验研究了pH值、SO₄^2-、Cl^-对GH4080A合金应力腐蚀行为的影响。结果表明：pH值越低，GH4080A合金的抗应力腐蚀性能越差；合金对中性条件下的Cl^-应力腐蚀敏感性不明显，但pH<7时，合金对Cl^-存在应力腐蚀敏感性，而且对HCl具有明显的应力腐蚀敏感性，主要源于H⁺和Cl^-对应力腐蚀的协同作用；常温下GH4080A对含SO₄^2-离子的介质不敏感。进一步的外加电位应力腐蚀实验表明，GH4080A合金应力腐蚀断裂机理为氢致开裂型，断口特征表现为沿晶脆性断裂。
材料表面改性
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  表面镀镍层对904L在氢氟酸溶液中耐蚀性的影响

  冀宣名, 向嵩, 蒋如意, 邹国波

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 110-116. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0331

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  采用电化学测试、质量损失分析等方法研究了化学镀镍处理对904L奥氏体不锈钢在氢氟酸中腐蚀行为的影响，并利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）对904L不锈钢表面腐蚀形貌进行分析。结果表明：酸性化学镀镍使904L奥氏体不锈钢表面获得了一层分布不均的珊瑚状镀镍层，与原始904L奥氏体不锈钢相比，含镀镍层904L奥氏体不锈钢耐蚀性得到了提高。低浓度的氢氟酸溶液中，镀镍层904L表面可以迅速产生致密的氟化镍沉积层，避免904L表面贫铬区遭受晶间腐蚀。
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  激光功率对Zr基非晶复合涂层微观组织与耐腐蚀性能的影响

  陈天雄, 胡立威, 赵玲, 李晋锋, 乐国敏, 罗晋如, 王小英, 戚力, 刘学

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 117-122. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0328

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  选取单质混合粉末，在纯Zr基板上利用激光熔覆技术制备了Zr-Cu-Ni-Al非晶涂层。采用X射线衍射分析仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、显微硬度仪及电化学工作站研究了激光功率对熔覆层显微组织与性能的影响。结果表明：熔覆涂层由非晶相、金属间化合物及部分金属氧化物等共同组成，熔覆涂层树枝晶尺寸随着激光功率的增加而增大，熔覆涂层的硬度随着树枝晶尺寸增大而降低，涂层硬度最高可达（567.1±12.3）HV0.5，是基体硬度的4.2倍；当激光功率为1000 W，扫描速率为800 mm/min时，涂层的耐蚀性能最好，其中自腐蚀电位为-0.182 V，电流密度为5.2×10^-8 A/cm²。
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  烧结钕铁硼磁体表面CeO₂/硅烷复合涂层的制备及其耐蚀性能

  张鹏杰, 曹玉杰, 孙威, 李炳山, 吴玉程, 徐光青, 张威峰, 王永齐, 刘辉, 刘荣明

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 123-131. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0350

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  采用浸涂方式在烧结钕铁硼磁体表面制备CeO₂/硅烷复合涂层，研究了硅烷水溶液中纳米CeO₂颗粒掺杂量对复合涂层性能的影响，通过扫描电镜、能谱分析仪、动电位极化曲线及中性盐雾试验对所制备的CeO₂/硅烷复合涂层的形貌、元素分布以及耐腐蚀性能进行分析。结果表明：纳米CeO₂颗粒的添加增强了涂层的硬度，提高了硅烷涂层的屏蔽性能，延长了腐蚀溶液渗入硅烷涂层的腐蚀通道，复合涂层耐中性盐雾试验能力可达24 h。但由于纳米颗粒只是机械的镶嵌到复合涂层中，不会改变硅烷涂层在固化过程中醇基之间脱水缩合反应的本质，在NaCl溶液中，复合涂层依然会形成高低不同的交联密度区，CeO₂/硅烷复合涂层失效的主要原因依然是在交联密度低的区域首先水解溶解导致的。
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  电沉积电位对锌镍合金镀层耐蚀性的影响

  李宏亮, 郭汉杰, 王晓辉, 沈中敏, 苏耀, 彭学诚, 郭佳, 曹丽丽, 薛彦鹏

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 132-137. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0486

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  采用电化学沉积方法在DH36船板钢表面制备了锌镍合金镀层。采用扫描电镜（SEM），能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）等研究了电化学沉积电位对锌镍合金镀层形貌、化学成分和晶体结构的影响。结果表明：随着沉积电位的升高，锌镍合金镀层由无法覆盖整个基底表面到均匀致密覆盖，再到较大微纳米颗粒层覆盖，证明沉积速率越来越大。由EDS和XRD分析可知，在较低电位下沉积，锌镍电沉积过程属于正常共沉积，而在较高电位沉积时，锌镍电沉积过程属于异常共沉积。电化学极化曲线测试表明，在电沉积电位为-1.2 V时所获得的锌镍合金镀层的耐腐蚀性最好。
材料模拟计算
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  PCrNi3MoV钢静态CCT曲线的测定与分析

  李露, 周旭东, 陈学文, 吕红英, 张建, 高全德

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 138-142. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0348

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  在Gleeble-1500D热模拟试验机上，利用膨胀法测定了PCrNi3MoV钢在不同冷却速度下过冷奥氏体连续冷却时的膨胀曲线。采用切线法获得了其相转变点，用Origin软件绘制PCrNi3MoV钢过冷奥氏体连续冷却相转变曲线（CCT曲线）。结果表明：PCrNi3MoV钢的临界点：A_c1和A_c3分别为720℃和850℃；M_s和M_f分别为300℃和160℃。对于过冷奥氏体，当冷却速度较慢时，如0.05~0.07℃/s时主要发生铁素体、贝氏体和马氏体转变；而冷却速度中等时，如0.1~1℃/s时发生贝氏体和大量马氏体转变；当冷却速度较大时，如50℃/s时只发生马氏体转变。随着冷却速度的增加，维氏硬度从500 HV迅速增加，当冷速大于1℃/s以后趋于平稳并达到800 HV。
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  MoNb合金热变形行为及本构关系

  钟明君, 王克鲁, 李鑫, 周璇, 冯瑞, 程静

  材料热处理学报. 2020, 41(1): 143-148. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2019-0336

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  采用Gleeble-3800型热模拟试验机对MoNb合金进行等温恒应变速率压缩试验，研究该合金在变形温度900~1200℃和应变速率0.01~10 s^-1条件下的热变形行为，计算其热变形激活能。结果表明：变形温度和应变速率对流动应力具有显著影响，流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。误差分析表明，采用多元线性回归法建立的MoNb合金本构关系模型具有较高的精度，该模型的预测值误差小于10%的数据点占总数的92.86%，相关系数和平均相对误差分别为0.976和4.08%，能较为准确的预测合金的高温流动应力。