2021年, 第42卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-25

  

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复合材料
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  球磨工艺对原位合成Al₂O₃/TiAl复合材料性能的影响

  谢天宇, 李建波, 罗欢, 陆恒, 唐彪

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 1-10. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0248

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  采用不同的球磨时间和球料比，实现了Ti、Al、TiO₂和Nb₂O₅粉末的机械合金化，并以其为原料采用放电等离子烧结（SPS）技术制备了Al₂O₃/TiAl复合材料。利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等对球磨后粉末的形貌、大小、相组成以及其烧结后复合材料的组织进行了观察分析。结果表明：球磨时间和球料比对粉体的形貌、尺寸和均匀度均存在影响，但延长球磨时间有利于粉体的机械合金化，而球料比对合金化程度影响较小。将球料比5∶1，球磨6 h后的粉体在1000℃、40 MPa真空环境下烧结10 min，制备了Al₂O₃/TiAl复合材料，其显微组织主要由γ-TiAl、α₂-Ti₃Al、Al₃Nb，以及分布在基体晶界处的Al₂O₃组成，压缩强度为1476 MPa，硬度为490 HV。
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  TA2/不锈钢/Q235复合板的界面结构和失效行为

  黄钊, 何维均, 陈泽军

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 11-19. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0230

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  采用热轧复合法制备了TA2/不锈钢/Q235复合板，并对其开展了不同温度的轧后退火处理。利用扫描电镜、能谱以及X射线衍射等分析了退火温度对复合板界面附近微观组织、金属间化合物等特征的影响。通过显微硬度计和平面内压缩试验研究了退火温度对复合板变形以及力学性能的影响。结果表明：从不锈钢侧到钛侧，界面依次由σ相（富Cr的Fe基固溶体）、χ相（富Cr的TiFe₂相）、TiCr₂+TiFe₂、TiFe等化合物组成。随着退火温度的升高，σ相和TiFe的层厚相较于χ相和TiCr₂+TiFe₂增加更明显。显微硬度测试表明，随着退火温度的升高，Q235层硬度逐渐降低，而Ti层硬度则是先降低后升高，硬度升高主要与元素扩散有关。平面内压缩过程中，会发生TA2与不锈钢之间的层间开裂，且随着退火温度的升高，层间开裂越早，这主要与越厚的金属间化合物易萌生裂纹有关。
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  快速成型制备Al-Si/粉煤灰基高温相变蓄热球的尺寸效应

  陈丰, 朱桂花, 吕硕, 杨俊杰

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 20-27. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0211

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  以Al-Si共晶合金粉为相变介质、粉煤灰为基体材料，采用干法快速成型及混合烧结法制备了不同直径的（10、15和20 mm）陶瓷基高温相变蓄热球。结果表明：不同直径蓄热球的成型压力及性能存在显著差异。素坯成型时，压力分解为使其致密的向心力以及耗散掉的切向力，直径大则向心力大，但压力传递深度有限，素坯尺寸越大越难完全致密，易产生硬化层，导致蓄热球中合金粉颗粒破裂加剧、相变潜热降低。不同直径蓄热球的成型压力范围分别为：φ10 mm，1~6 MPa；φ15 mm，2~6 MPa；φ20 mm，4~10 MPa。φ10 mm蓄热球在压力为1 MPa时相变潜热较高（92.47 J·g^-1），但密度较低（1.57 g·cm^-3）。φ15 mm蓄热球在2~4 MPa时综合性能良好，相变潜热为105.54~90.68 J·g^-1、密度为1.64~1.89 g·cm^-3。φ20 mm蓄热球均存在硬化层，相变潜热偏低，小于40 J·g^-1。
有色金属合金材料
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  DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0228轧制及热处理对医用Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr合金板材力学性能和耐蚀性能的影响

  刘天翼, 谭丽丽, 赵红阳, 杨柯

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 28-36. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0228

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  用挤压轧制方法制备了厚度为1 mm的Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr合金板材，并对板材进行后续退火和时效热处理，利用光学显微镜、扫描电镜、拉伸、电化学以及浸泡试验等研究了不同轧制温度和热处理对板材力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明：轧制温度从280℃升高到330℃，合金中的Nd元素析出量减少，第二相形貌改变，板材塑性和耐蚀性提高，伸长率由9.1%提高到15.2%，腐蚀速率由0.48 mm/y降低到0.28 mm/y。退火后板材伸长率和耐蚀性均进一步提高，其中330℃+T2处理的合金板材的综合性能最好，其抗拉强度和屈服强度分别为235 MPa和158 MPa，伸长率为24.3%，腐蚀速率为0.12 mm/y。时效处理后，合金的晶界处有大量的析出相析出，第二相强化效果显著，330℃+T6组的抗拉强度和屈服强度最高，分别为275.8 MPa和255.5 MPa，但板材伸长率仅为7.6%，腐蚀速率升高到0.43 mm/y。
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  半固态ZCuSn10P1铜合金压缩行为及组织演变

  肖寒, 陈磊, 张雄超, 李乃拥, 周荣锋

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 37-45. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0244

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  采用"冷轧-部分重熔"技术制备半固态ZCuSn10P1铜合金浆料，利用Gleeble-3500型热/力学模拟试验机对半固态ZCuSn10P1铜合金进行单向压缩试验，研究半固态ZCuSn10P1铜合金压缩变形时液固两相协同变形行为和组织演变规律。结果表明：半固态ZCuSn10P1铜合金单向压缩变形后，近球状固相晶粒会变为纤维状或胞状晶。半固态ZCuSn10P1铜合金在应变速率为1 s^-1条件下从350℃到880℃等温压缩后显微组织发生变形，其主要变形机制为：固相粒子的塑性变形机制（PDS）、固相粒子之间的滑移机制（SS）、液固相混合流动机制（FLS）和液相流动机制（LF）。半固态ZCuSn10P1铜合金在压缩过程中，应变速率越大，所承受的变形抗力越大，试样被破坏程度越大，当压缩变形温度较高时，半固态ZCuSn10P1铜合金发生沿晶断裂。
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  应力状态对单晶高温合金DD5显微组织的影响

  王泽宇, 李锋, 陈立佳

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 46-50. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0239

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  利用高分辨扫描电镜观察了DD5单晶高温合金经1093℃无应力长期时效和1093℃/137 MPa拉伸蠕变试验后的组织，研究应力状态对单晶高温合金的显微组织以及TCP相析出行为的影响。结果表明：与无应力长期时效相比，应力促进了单晶高温合金中γ'相的筏形组织的形成；剪切应力能够促进45°筏形组织的形成，筏形组织的形态与应力状态密切相关，应力可以促进TCP相的析出。
黑色金属合金材料
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  奥氏体晶粒尺寸对热轧低碳微合金钢动态再结晶临界应变的影响

  李凡, 葛章琦, 邢军, 王永强, 黎俊良, 吴保桥

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 51-59. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0227

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  利用热模拟、组织分析等手段研究了初始奥氏体晶粒尺寸对热轧低碳微合金钢动态再结晶临界应变的影响。在建立热变形Arrhenius本构模型的基础上，引入了Zenner-Hollomon因子描述变形温度和应变速率对热变形的影响，最终建立了初始奥氏体晶粒尺寸与Z参数和临界应变的函数关系模型。结果表明：奥氏体晶粒尺寸越小，动态再结晶临界应变也越小，越有利于动态再结晶的发生。利用所建立的函数关系模型计算出的临界应变值与试验值接近，该模型能较准确的预测热轧低碳微合金钢的临界应变值。
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  N对高强度压力容器钢组织转变的影响

  王坤, 张莉芹, 刘中柱, 刘文斌, 李方中, 胡锋

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 60-68. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0214

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  利用扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜及VASP第一性原理模拟等方法研究了氮含量对微合金化压力容器钢组织转变及力学性能的影响。结果表明：当氮含量从60×10^-6增加至93×10^-6时，试验钢中的铁素体体积分数变化较小，珠光体占比从5.8 vol%增加至18.4 vol%，粒状贝氏体组织从49.4 vol%减少为28.0 vol%；当氮含量增加至150×10^-6时，试验钢组织由47.6 vol%的珠光体与52.4 vol%的铁素体组成。氮含量增加使试验钢在强度变化较小的基础上，-40℃低温冲击吸收能量和伸长率提升，这主要是因为高氮（150×10^-6）试验钢中析出更多的氮化物颗粒，增加了相变过程中的形核位置，有效促进了珠光体转变；热轧后的低氮（60×10^-6）试验钢在正火后由于奥氏体中C的过饱和度增加，较高温度下连续冷却发生了贝氏体转变，形成粒状贝氏体组织，恶化了试验钢的塑韧性。
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  热处理工艺调控9CrV钢显微组织及力学性能

  王磊, 路昊青, 张宝燕, 刘杨, 宋秀, 李永胜

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 69-76. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0234

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  针对大尺寸液压破碎锤活塞用9CrV钢，研究分析了热处理工艺对其显微组织及力学性能的影响。结果表明，经840℃淬火和300℃回火后，9CrV钢的组织为回火马氏体、粒状碳化物和残留奥氏体，其硬度为56.7 HRC，冲击吸收能量为4.66 J。随淬火温度降低至800℃，回火温度提高至400℃，9CrV钢的硬度降低至49.8 HRC，降幅近12.2%，而冲击吸收能量提高至8.98 J，增幅达92.7%。这是由于降低淬火温度后未溶碳化物数量增多，一方面细化了组织，另一方面形成淬火后马氏体的含碳量降低，两者均为提高淬火组织的强韧性提供了基础。适当提高回火温度，组织由回火马氏体转变为回火屈氏体。通过淬火与回火工艺的综合调控，可有效提高9CrV钢的抗冲击能力。
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  金属注射成形法制备CrMnN双相不锈钢的组织与性能

  靳磊, 梁梦媛, 凌真, 鲍贤勇, 鲁忠臣

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 77-83. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0242

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  以含氮不锈钢粉末为原料，利用金属注射成形（MIM）法制备了含氮无镍无钼的CrMnN系不锈钢，并对其微观组织、力学性能、耐腐蚀性能和磁性能等进行了表征和分析。结果表明：在0.05 MPa的氮气压力下，经1320℃烧结1 h制备的试样经固溶处理后其表层组织为单相奥氏体，心部为奥氏体和铁素体的双相组织，富铬碳化物分布于晶内和晶界上，氧主要以含锰的氧化物存在于富铬碳化物中。试样由表层至心部，硬度和含氮量逐渐降低，单相奥氏体层的厚度大于400 μm。试样的抗拉强度和屈服强度分别为730和512 MPa，饱和磁感应强度、矫顽力、初始磁导率和最大磁导率分别为1.17 T、2560 A/m、1.4和6.9，表层经24 h人工汗及24 h盐雾试验后不生锈。
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  电渣重熔Fe-Mn-Al-C钢的组织性能及变形机制

  郭爱民, 郭云侠, 侯清宇, 黄贞益, 王萍

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 84-95. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0217

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  采用扫描电镜、X射线衍射（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）技术和透射电镜（TEM）等研究了奥氏体基Fe-Mn-Al-C （Mn30Al9SiMo）钢的组织性能及变形机制。结果表明：经电渣重熔后，Mn30Al9SiMo钢中以MnS为主的非金属夹杂物、铸态/轧态组织性能均得到明显的改善。经480~550℃时效处理12 h后，细小的κ-型碳化物在奥氏体基体中析出，随着时效温度升高，κ-型碳化物有聚集的趋势，并且发生了奥氏体向低温铁素体α和κ-型碳化物的转变；当时效温度达到550℃时，B2相的存在导致试验钢的脆化严重，强韧性降低。经530℃时效处理后，试验钢的强度和塑性搭配最佳，抗拉强度为1042 MPa，断后伸长率为29.2%。试验钢具有典型的平面滑移特征，变形机制以微带诱发塑性（MBIP）效应为主。
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  15Cr11Cu2Si2MoMn钢的成分设计及动力学测定

  杨劼, 任慧平, 王海燕, 高雪云, 刘宗昌

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 96-104. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0213

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  根据（GB/T 1220—1992）不锈钢标准成分范围，对兼具高强度、高韧性和高耐腐蚀性钢的组织，结合基础理论分析与软件模拟，进行成分设计，预设组织为含Cu无碳化物贝氏体组织。利用DIL-87型淬火膨胀仪对所设计试验钢在不同奥氏体化温度、保温时间和冷却速度等条件下进行膨胀试验，测定其相变动力学参数，结合光学显微镜分析其相变行为并绘制相应的相变动力学曲线。结果表明：在连续冷却转变过程中，冷却速度为0.1~5℃/s时，试验钢的组织为贝氏体与马氏体，冷却速度小于0.1℃/s时，为珠光体、贝氏体和马氏体；等温转变过程中，当等温温度在B_s（375℃）~B_f（225℃）之间时，转变产物以贝氏体为主，在M_s（307℃）以上为贝氏体，在M_s（307℃）以下为贝氏体和马氏体。从贝氏体转变过程中来看，预设试验钢的贝氏体转变区间宽泛且B_s点较低。
材料表面改性
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  TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN多层涂层的摩擦磨损性能

  王金磊, 朱丽慧, 边媛媛

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 105-113. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0241

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  采用化学气相沉积（CVD）技术在硬质合金表面沉积TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN多层涂层，并对其进行微喷砂处理。采用扫描电镜（SEM）表征涂层的组织结构，利用显微硬度计、纳米压痕仪、划痕测试仪和往复式摩擦磨损实验机（UMT-3）测试涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能，并与TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiOCN涂层进行比较。结果表明：TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN涂层的磨损机理主要包括磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损。相比于摩擦1 h，TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN涂层摩擦2 h，剥落增多，且磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损加剧，磨损率增加了33.3%；摩擦3 h，涂层磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损进一步加剧，但剥落减轻，磨损率较摩擦2 h略有降低。摩擦1 h，TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN涂层的摩擦系数（0.33）比TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/TiOCN涂层（0.39）低；尽管TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN涂层韧性好，疲劳磨损较轻，但磨粒磨损严重，且存在明显剥落，磨损率高，耐磨性较差。
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  原子层沉积制备的燃料喷嘴表面钝化层的抗结焦性能

  吴志娟, 蔡志斌, 伍智, 王辉, 马大衍

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 114-123. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0254

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  采用原子层沉积（ALD）技术在燃油喷嘴模拟实验件表面制备了TiO₂、TiO₂/Al₂O₃和TiO₂/Ru 3种结焦抑制涂层，在实验温度为800 K，燃油流速为1.26 m/s的条件下对有涂层试样与无涂层试样的抗积碳性能进行了测试。结果表明：TiO₂涂层有效地降低了试样表面的粗糙度，阻止了基底易结焦元素（Fe、Cr）的暴露，同时减弱了结焦前驱体的黏附，积碳速率仅为0.0149%/h，和无涂层试样相比，积碳速率降低约一个数量级，相比于TiO₂/Al₂O₃和TiO₂/Ru涂层，抗结焦效果最优。
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  直流磁控溅射制备Zr-B-O薄膜及其热稳定性

  孟瑜, 宋忠孝, 畅庚榕, 刘明霞, 成桢, 徐可为

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 124-130. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0392

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  利用直流磁控溅射技术在Si （100）基底上制备了不同偏压的Zr-B-O和Cu/Zr-B-O薄膜体系，采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）等对薄膜样品的微观组织形貌和热稳定性进行表征分析。结果表明：不同偏压得到的Zr-B-O薄膜均为非晶结构，薄膜表面平整，膜厚均匀，膜基结合良好，薄膜方阻随偏压增加而减小；当退火温度低于750℃时，Cu膜表面完整连续，方阻较小，750℃退火后，由于Cu膜严重聚集并出现孔洞导致薄膜不连续而使电阻增加，但未发生Cu与Si的扩散，说明非晶Zr-B-O薄膜仍可以有效阻挡扩散。
材料模拟计算
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  资源节约型GH4169合金热变形行为及热加工图

  刘明哲, 乔桂英, 刘猛, 肖福仁

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 131-139. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0225

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  为获得组织细小均匀的资源节约型GH4169合金大型锻棒，采用Gleeble-3500型热模拟试验机研究了一种资源节约型GH4169合金的热变形行为，基于应力-应变曲线和峰值应力和应变，建立了该合金的热变形本构关系以及一种描述其流变应力行为的本构方程，并基于动态材料模型绘制了该合金的热加工图。结果表明：该合金的再结晶激活能（Q）为467.91 kJ·mol^-1，与高纯材料冶炼的合金相当，表明资源节约型高温合金具有与高纯材料冶炼合金相似的热加工性；该合金再结晶组织有较高热加工参数敏感性，随变形量的增加，热加工工艺参数窗口变窄。
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  激光熔覆Ni基熔覆层形貌尺寸的预测

  刘越, 叶宏, 李礼, 佘红艳, 屈威, 杨柳

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 140-146. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0208

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  针对目前激光熔覆层形貌尺寸的预测计算复杂，耗费的成本高，不适用于工程应用的问题，采用Nd：YAG脉冲激光器在Cr12MoV模具钢上进行激光熔覆试验，用多元线性回归方程建立起以激光电流、扫描速度和激光脉宽为预测变量，熔覆层宽度和高度为响应变量的多参数耦合数学模型，并将试验结果与线性回归方程预测的结果进行了比较。结果表明：熔覆层宽度和高度的试验值和预测值之间的误差分别可以精确到0.86%和0.49%，且该模型在其他不同工艺参数下的预测分析中得以验证。利用多元线性回归方程可以很好地表征多参数耦合下激光熔覆层的形貌尺寸，并且该方法简单高效，运算逻辑清晰。
其他
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  Ti₃SiC₂陶瓷室温压缩变形行为的尺寸效应

  刘亚妮, 彭升远, 薛建明, 张海斌

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 147-154. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0218

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  通过微柱压缩法研究了Ti₃SiC₂微柱在室温下的变形行为与其尺寸的关系。结果表明：Ti₃SiC₂微压缩初期的应力应变曲线为弹性加载，随后曲线斜率逐渐变小直至断裂，屈服强度和杨氏模量随试样尺寸的减小而增大。利用扫描电镜及透射电镜对微柱的变形机制进行了研究，发现基底滑移是Ti₃SiC₂微柱室温下唯一的滑移体系，基面位错滑移到自由表面最终形成边缘位错墙。结合位错匮乏机制和单臂位错源模型，关于Ti₃SiC₂微柱微压缩的尺寸效应可以解释为由于在小尺度范围内位错的密度很小，使得位错形核困难，因此需要更高的应力来激活新的位错源；但随着微柱尺寸增大，留在试样内部的位错通过相互反应生成位错源，此时位错运动应力成为变形行为的主导机制。
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  热压烧结无粘结相Mo₂NiB₂金属陶瓷的制备及性能

  樊战博, 李文虎, 艾桃桃, 董洪峰, 张良, 余明

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 155-161. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0235

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  以Mo、Ni和B粉末为原料，采用真空热压烧结工艺制备了无粘结相的Mo₂NiB₂金属陶瓷，研究了两种烧结温度（1100和1150℃）对其微观组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果表明：两种烧结温度所制备的试样的组织都含有Mo₂NiB₂硬质相及少量MoNi相，烧结过程中由于Ni液相含量不足导致组织中产生许多小孔洞。1150℃烧结的试样的弯曲强度与断裂韧性相较于1100℃要高，分别达到578.9 MPa和6.6 MPa·m^1/2。烧结温度的升高致使陶瓷材料的硬度从2172.9 HV降低至1619.2 HV，相应摩擦因数增加，体积磨损量逐渐增大，耐磨性能下降。无粘结相Mo₂NiB₂金属陶瓷材料的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。
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  调质处理对RAFM钢HIP焊接接头组织及性能的影响

  沈旭, 吴玉程, 吴杰峰, 刘松林

  材料热处理学报. 2021, 42(11): 162-168. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0237

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  采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和拉伸试验等研究了调质处理对RAFM钢HIP焊接接头组织及性能的影响。结果表明：RAFM钢经100 MPa和140 MPa热等静压扩散焊后，界面结合较好，焊接接头处有大量的析出物产生，焊接接头组织内存在大量的位错，显著提高了焊接接头的强度以及显微硬度，但是冲击吸收能量非常低。调质处理后，焊接接头界面的析出物分解消失，抗拉强度和硬度基本上恢复到母材状态，冲击吸收能量无明显变化，还是远低于母材。