2020年, 第41卷, 第12期　
刊出日期：2020-12-25

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综述
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  等离子体电解渗入技术及其在不锈钢表面改性中的应用研究进展

  刘瑞良, 宋天宇, 边城鑫, 杨前程, 季琳琳, 马瑞辰, 刘良胜

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 1-15. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0314

  摘要 ( 154 ) PDF全文 ( 13 )   可视化   收藏

  从液相等离子体电解渗入技术（PES）的发展历程、技术类型和特点、反应装置以及材料研究体系等方面介绍了等离子体渗入技术及其在不锈钢表面改性研究中的应用现状。在技术类型上，主要集中在阴极等离子体电解渗入方面，渗入元素主要为氮、碳等非金属元素；在设备装置上，设计装置的主要为实验型装置，结构不规范，工作效率低，且不利于大型构件的处理；在研究对象上，主要集中在性能较差、应用较广的碳钢上，在不锈钢、高性能合金及有色合金方面的研究较少；在研究内容上，主要集中在渗层的常规组织结构和力学性能研究，在渗层耐蚀性和功能性方面的研究相对较少。今后应开展阳极液相等离子体渗入技术研究，扩大渗入元素类型，重点开发高效率、工业化的装备，进一步扩大研究对象（如不锈钢、高性能合金、有色金属及其合金），开展渗层耐蚀性及功能性方面的评价。
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  摩擦磨损-疲劳交互作用下的材料服役行为研究进展

  尹存宏, 梁益龙

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 16-24. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0404

  摘要 ( 289 ) PDF全文 ( 32 )   可视化   收藏

  摩擦磨损和疲劳的交互作用致使表面裂纹的萌生和扩展机制与单一磨损或疲劳差异显著，仅用传统的磨损或疲劳断裂理论来分析机械零件材料的摩擦磨损-疲劳问题，将与真实服役情况产生较大偏差。本文从载荷组合形式、竞争关系、摩擦层形成和寿命评估模型等方面综述了摩擦磨损-疲劳交互作用下材料服役行为的研究进展。指出综合考虑摩擦层和塑性流变对裂纹萌生和扩展的干扰效应是解决摩擦磨损-疲劳交互作用下材料服役寿命评估问题的关键。
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  铜/碳复合材料的研究进展

  冯孟奇, 贾淑果, 李韶林, 宋克兴, 国秀花, 张祥峰, 林焕然

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 25-36. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0222

  摘要 ( 510 ) PDF全文 ( 101 )   可视化   收藏

  碳材料（包括金刚石、石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等）由于具有多样性的结构及优异的性能，受到国内外学者的广泛关注。将碳材料与铜基体复合，通过控制碳材料在铜基体中的结构、含量和空间分布特征等，有望获得力学性能、物理性能、化学性能和生物性能相对优良的铜基复合材料，进而实现铜基复合材料结构功能一体化的突破。目前，铜/碳复合材料已经在诸多领域显示出广阔的应用前景并取得了丰硕的科研成果。本文重点介绍了不同种类铜/碳复合材料的性能及其研究进展，总结了铜/碳复合材料的制备工艺及特点，并对铜/碳复合材料研究发展方向进行了一定探讨。
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  高熵合金研究概况

  曾聪, 何文, 艾云龙, 陈卫华, 欧阳晟, 张建军, 梁炳亮

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 37-48. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0238

  摘要 ( 288 ) PDF全文 ( 17 )   可视化   收藏

  高熵合金是近几十年来合金化理论的三大突破之一，以一种独特的高混乱度设计理论使得高熵合金具有组织结构简单、性能优异等特点而倍受学者的关注。本文归纳总结了高熵合金的成分设计依据，简述了高熵合金的不同制备工艺的特点，介绍了高熵合金组织性能及应用前景，并在此基础上对高熵合金的未来研究方向进行展望。
有色金属合金材料
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  冷拉拔导致的大塑性变形对定向凝固Cu-4 mass% Ag合金组织和性能的影响

  张朝民, 宋克兴, 程楚, 周延军, 米绪军, 李周, 肖柱, 孔令宝, 康军伟, 袁鹏飞

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 49-56. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0380

  摘要 ( 116 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏

  采用三级真空加惰性气体保护冷型竖引连铸技术制备了定向凝固Cu-4 mass% Ag合金铸态杆坯，其线径约为7.8 mm。室温下利用多道次连续冷拉拔无中间退火的方法制备了Cu-4 mass% Ag合金键合线，最小线径为0.02 mm。研究了冷拉拔对Cu-4 mass% Ag合金的力学性能、电学性能以及微观组织的影响。结果表明：合金具有近轴向的柱状晶组织；随真应变增加，合金的抗拉强度显著增加，伸长率先急剧下降后保持平稳；在真应变为1~5时，合金强度的增加与柱状晶组织细化有关，真应变大于5时，细晶强化的作用减弱；合金的电导率随真应变增加先逐渐下降后略微增加，在真应变为9.0时，电导率为最小；电阻率随真应变增加先缓慢上升后下降，之后又略微上升，直流电阻则一直呈现显著增加趋势。
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  预冷变形对2A14铝合金锻件时效析出相和性能的影响

  陈送义, 陈绍煊, 李际宇, 李福山, 陈康华

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 57-64. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0243

  摘要 ( 129 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏

  采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学拉伸和晶间腐蚀试验等研究了时效热处理前预冷变形工艺对2A14铝合金锻件组织和性能的影响。结果表明：随着预冷压变形量增加（0%~10%），锻件的抗拉强度和屈服强度提高且各向异性减弱，但伸长率降低且各向异性增强，抗晶间腐蚀性能提高，其主要原因是提高预变形量显著增加诱导形成大量细小的θ'时效析出相、不连续分布的晶界析出相以及较窄的无沉淀析出带。当预冷压变形量为3%，锻件具有较好的综合性能。
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  变形参数对挤压态镍基粉末高温合金晶粒长大行为的影响

  宋晓俊, 王超渊, 汪煜, 周磊, 邹金文

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 65-71. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0291

  摘要 ( 66 ) PDF全文 ( 11 )   可视化   收藏

  采用真空等温热变形试验机对挤压态镍基粉末高温合金试样（20 mm×20 mm×50 mm）进行等温应变梯度变形试验研究。在最大应变速率0.001~1 s^-1和变形温度1000~1100℃的条件下，所有试样最大应变处等温变形至应变1.0。结果表明：变形试样在标准过固溶处理前的典型微观组织形貌并无明显区别，只是晶粒尺寸大小略有区别；变形试样经过标准过固溶处理后，晶粒尺寸较为不均匀，晶粒之间尺寸差别较大，存在个别尺寸极大的晶粒，即在一定应变区间内出现了异常长大的晶粒，且随着最大应变速率的增大，存在异常长大晶粒的区域应变值逐渐降低，随着变形温度的升高，晶粒异常长大的程度逐渐加大。
黑色金属合金材料
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  机械合金化和放电等离子体烧结技术制备Fe-(8/15) Cr合金及其微观结构分析

  靳忠伟, 黄依娜, 吴玉程, 罗来马, 卫勇

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 72-79. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0178

  摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 11 )   可视化   收藏

  研究了机械合金化过程中球磨时间对Fe-（8/15） Cr粉末微观结构的影响。采用放电等离子烧结（SPS）技术制备了Fe-（8/15） Cr的烧结样品，分析了球磨时间对Fe-（8/15） Cr烧结样品组织及性能的影响。结果表明，随着球磨时间的增加，Fe-（8/15） Cr粉末的平均晶粒尺寸逐渐减小，烧结样品的维氏硬度逐渐增加，Cr元素原有的晶体结构被破坏并逐渐固溶到Fe基体中。在球磨时间为40 h时，Fe-（8/15） Cr粉末的平均晶粒尺寸和烧结样品的维氏硬度不再发生明显变化，各合金元素在粉末内部分布均匀。烧结样品中晶粒呈双峰分布，随着球磨时间的增加，大晶粒减少，细晶粒增多。
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  回火热处理对低碳高强度钢低温冲击韧性的影响

  程石, 胡锋, 王亚超, 谢兴, 吴开明

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 80-89. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0193

  摘要 ( 137 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏

  采用扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）等研究了淬火（950℃等温40 min）+不同回火（500~650℃回火2 h）工艺对低碳高强度钢精细组织的影响，以及探讨了试验钢低温冲击断裂行为与精细组织之间的关系。结果表明：随着高温回火温度的升高，试验钢的低温冲击吸收能量有一定的上升趋势，主要原因是随回火温度的升高，组织由马氏体转变为回火索氏体，组织中的大角度晶界取向差增加，可以有效阻碍裂纹的扩展，使得裂纹扩展方向发生改变，从而显著提高试验钢的低温冲击韧性。
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  回火温度对超高强钢微观组织及力学性能的影响

  郑东升, 刘丹, 罗登, 李慧中, 张青学, 张永东, 杨小军

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 90-96. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0175

  摘要 ( 174 ) PDF全文 ( 26 )   可视化   收藏

  研究了回火温度对超高强钢微观组织及力学性能的影响，并借助扫描电镜、透射电镜分析了马氏体基体中铁的碳化物特征、微合金碳氮化物析出，马氏体板条内的位错形态以及冲击试样断口特征。结果表明：回火温度在150~600℃时，随着回火温度的升高，铁的碳化物从板条内析出过渡到板条间析出、晶界析出，并逐步粗化、近球化，细小微合金碳氮化物的析出量变化不明显，马氏体板条内的位错趋于平直化，位错密度不断下降。随着回火温度的升高，超高强钢的屈服强度先增大而后减小，抗拉强度单调降低，伸长率和-40℃冲击吸收能量的变化趋势相同，并在回火温度300℃时出现最小值。随着回火温度的变化，-40℃冲击试样的不稳定断裂区呈现出韧性断裂、准解理断裂以及混合断裂多种类型。
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  奥氏体化温度对51CrVNb弹簧钢组织与力学性能的影响

  曹宇, 宋新莉, 黄昌虎, 贾涓, 范丽霞, 刘中柱

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 97-103. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0235

  摘要 ( 171 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏

  为了研究奥氏体化温度与Nb含量对51CrV弹簧钢组织与力学性能的影响，本文以3种不同Nb含量的51CrV弹簧钢为研究对象，并对其进行了800、830、860和900℃奥氏体化1 h后淬火及450℃回火热处理。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱仪（EDS）以及万能拉伸试验机等研究了实验钢经不同热处理后的组织、析出相及力学性能。结果表明：3种不同Nb含量的实验钢在800℃奥氏体化，渗碳体没有完全溶入奥氏体。随着奥氏体化温度升高到900℃，不含Nb的实验钢淬火马氏体板条更粗大。淬火实验钢在450℃回火后的组织是回火屈氏体，添加Nb实验钢回火后铁素体基体仍呈板条状，合金碳化物更细小。3种实验钢经不同温度淬火及450℃回火后的屈服强度均大于1300 MPa，但是不含Nb实验钢伸长率小于10%，而添加0.02 mass% Nb实验钢伸长率大于11%。其中含Nb为0.02 mass%的实验钢在860℃淬火及450℃回火后综合力学性能最佳：屈服强度1394 MPa，抗拉强度1452 MPa，伸长率11.38%。
材料表面改性
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  沉积时间对Ni-Cr合金层组织及耐蚀性的影响

  黄俊, 杨思雨, 崔世宇, 徐吉林, 张剑平, 罗军明

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 104-111. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0322

  摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 9 )   可视化   收藏

  采用双辉等离子表面冶金技术在Q235低碳钢表面制备了不同沉积时间的Ni-Cr合金层。利用扫描电镜（SEM）、EDS能谱仪和X射线衍射仪（XRD）等分析了Ni-Cr合金层的组织成分，并运用开路电位、极化曲线和交流阻抗技术研究了Ni-Cr合金层的电化学腐蚀行为。结果表明，Ni-Cr合金层主要由沉积层和扩散层组成，其厚度随沉积时间增加而增加。Ni-Cr合金层的主要物相为Ni_2.9Cr_0.7Fe_0.36相和FeNi₃相。极化曲线数据表明在3.5% NaCl溶液中，3 h沉积时间下的Ni-Cr合金层具有最高的耐蚀性和最低的腐蚀速率，其保护效率和孔隙率分别为99.23%和1.18%。随着沉积时间增加，电荷转换电阻R_ct逐渐增大，其腐蚀抑制能力提高。当沉积时间大于3 h时，Ni-Cr合金层的R_ct增加不明显，表明沉积3 h后Ni-Cr合金层的耐蚀性提高十分有限。
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  高温对爆炸喷涂Cr₃C₂-25NiCr涂层的氧化行为及性能的影响

  赵坚, 刘伟, 陈小明, 毛鹏展, 伏利, 张磊

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 112-118. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0262

  摘要 ( 119 ) PDF全文 ( 11 )   可视化   收藏

  采用爆炸喷涂技术在38CrMoAl钢表面制备了Cr₃C₂-25NiCr涂层，并在700、800及900℃下分别对其进行了热震试验，利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、摩擦磨损试验机、电化学工作站等手段研究了涂层的高温氧化行为及耐腐蚀性能。结果表明：经过热震试验后，涂层中Cr₃C₂相逐渐被氧化脱碳成Cr₇C₃相，NiCr固溶相消失，转化为Cr₃Ni₂相以及NiCr₂O₄相，并出现了Cr₅O₁₂相，并且涂层因为高温氧化而出现了凹坑、微裂纹等。涂层中因氧化而产生的硬脆颗粒以及微裂纹会导致涂层的耐磨性能明显下降，破碎剥落的颗粒会成为新的磨料加剧磨损，并且涂层中能起到钝化耐腐蚀作用的Cr-O相消失，脆性破裂剥落的孔洞及微裂纹不断增加，会导致涂层的耐腐蚀性能随着热震温度的升高而逐渐降低。在700℃时，Cr₃C₂-25NiCr涂层具有良好的抗热震性能，随着热震温度进一步提高涂层的氧化行为加剧，抗热震及耐磨性能等明显降低。
材料模拟计算
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  低压转子加热过程的流固多场耦合模拟

  王婧, 张李强, 王皓, 顾剑锋

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 119-128. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0191

  摘要 ( 83 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏

  针对流固多场数学模型开发了有限元-有限体积耦合计算方法，实现了低压转子加热过程流场-温度场-组织场-应力场的耦合数值模拟。模拟结果表明：炉内气体流速分布不均匀，低压转子上部流速高，下部流速低，在前期升温阶段低压转子上部温度高于下部，上下轴头中心部最大温差约为37℃；转子中截面的热应力最大，为182 MPa，出现于第一次升温结束时刻；中截面表面和心部奥氏体化时间间隔约17 h。研究了不同入口流速对低压转子加热过程温度、组织和热应力的影响。结果表明，气体流动对中低温阶段的加热影响显著，随着入口流速降低，最大温差和最大热应力增大；不同入口流速对高温阶段的加热和组织转变的影响较小。
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  真空热扩渗动力学方程参数原位表征的阻抗谱模型

  王一亨, 闫扶摇, 张雁祥, 徐跃明, 闫牧夫

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 129-134. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0233

  摘要 ( 97 ) PDF全文 ( 10 )   可视化   收藏

  提出了与纯扩散、反应扩散及混合扩散控制相关联的Biot数表征方法用来表征样品的厚度，建立了真空渗碳/渗氮过程体扩散系数D和界面传递系数β的阻抗谱模型，用于过程的原位表征。仿真与实验结果表明：阻抗谱形状特点与Biot数关联，可判断扩散机制，并且能准确获得体扩散系数D和表面传递系数β的数值。
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  双尺度SiCp/A356复合材料的热变形行为及本构模型

  宋亚虎, 王爱琴, 王震, 谢敬佩, 马窦琴

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 135-145. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0224

  摘要 ( 120 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏

  利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了双尺度SiCp/A356复合材料在温度460~520℃、应变速率0.01~5 s^-1条件下的热变形行为。根据试验数据绘制出双尺度SiCp/A356复合材料真应力-真应变曲线，并在传统Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量构建了基于应变补偿的本构模型，同时构建了基于BP神经网络的本构关系模型。结果表明：双尺度SiCp/A356复合材料真应力-真应变曲线具有典型的动态再结晶特征，流变应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加；在真应变为0.4的条件下，热变形激活能为468.32 kJ/mol；通过应变补偿本构模型和BP神经网络本构模型得到的流变应力的预测值与试验值之间的相关系数R分别为0.975和0.998，平均相对误差分别为2.97%和0.92%；对比发现该BP神经网络本构模型具有更高的预测精度，能够更加准确预测双尺度SiCp/A356复合材料高温流变应力。
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  同步器齿环用HNi55-7-4-2合金高温本构模型构建及应用

  马斌, 李平, 梁强, 刘新

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 146-155. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0187

  摘要 ( 101 ) PDF全文 ( 10 )   可视化   收藏

  采用Gleeble-3500热模拟试验机在873~1023 K的变形温度、0.01~10 s^-1的应变速率下对HNi55-7-4-2镍黄铜合金进行等温热压缩实验，获得了该合金的真实应力-应变曲线，分析热压缩过程中摩擦和温升效应对其流变应力的影响，修正了流变应力曲线。基于修正的应力-应变数据，分别采用考虑应变补偿的修正Arrhenius （M-Arrhenius）模型和修正Zerilli-Armstrong （M-ZA）模型构建了合金的本构模型，对比分析了两种模型的拟合精度。结果表明：M-ZA模型的相关系数和平均绝对误差分别为0.997和4.21%，其预测精度优于M-Arrhenius本构模型（0.991，6.68%）。将该模型应用于某齿环热精锻成形进行数值模拟，模拟结果与实际生产结果吻合，为HNi55-7-4-2镍黄铜合金高温塑性成形数值模拟提供了准确的材料模型。
其它
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  铝合金与低碳钢的复合电极电阻点焊工艺

  肖笑, 石红信, 邱然锋, 任柯旭, 里中忍

  材料热处理学报. 2020, 41(12): 156-162. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0162

  摘要 ( 78 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏

  采用铜-钨复合电极的电阻点焊新工艺对铝合金A6061与低碳钢Q235进行了焊接。观察、分析了复合电极作用下界面反应层形貌及分布特点，探讨了焊接参数对熔核直径和接头抗剪性能的影响。结果表明：接头界面中心区域的反应层较薄，其外围一定区域的反应层较厚；熔核直径随焊接电流、焊接时间和钨棒直径的增加而增大，接头抗剪载荷随焊接电流、时间和钨棒直径的增加先增大后减小；随电极压力的增加，熔核直径和接头抗剪载荷先增大后减小；其它条件相同时复合电极所得接头的抗剪载荷高于普通电极所得接头的抗剪载荷。铜-钨复合电极电阻点焊可以通过物理手段调控铝合金/低碳钢界面反应层的厚度和分布，因此比较适用于铝合金与低碳钢的直接焊接。