2021年, 第42卷, 第2期 
刊出日期:2021-02-25

  • 全选
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    综述
  • 吕胡缘, 胡励, 时来鑫, 周涛, 杨明波
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 1-10. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0303
    摘要 ( 330 ) PDF全文 ( 59 )   可视化   收藏
    静态再结晶是材料变形后通过热处理来改变组织状态的重要现象。本文重点综述总结了金属静态再结晶行为的数值模拟研究,首先简要介绍了计算材料科学中常用的元胞自动机(Cellular automata,CA)模拟方法,然后分别对元胞自动机模拟的动力学模型和物理模型发展进行详细综述,并分析总结了近年来元胞自动机在金属及其合金静态再结晶行为研究中的应用现状。最后,就金属静态再结晶行为的元胞自动机模拟研究提出相关建议。
  • 复合材料
  • 吴海华, 李亚峰, 贺俊超, 刘文斌, 张成
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 11-19. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0307
    摘要 ( 188 ) PDF全文 ( 23 )   可视化   收藏
    传统的水玻璃砂型回收利用率低,会对土壤环境造成严重碱性污染,为了消除污染源、减轻环保压力,采用选择性激光烧结成型技术快速制备一种低导热高强度石墨陶瓷复合型以替代水玻璃砂型。研究了热固性酚醛树脂粉末加入量对石墨陶瓷复合型素坯成型工艺性的影响,通过加入高纯硅粉和可膨胀石墨粉末对石墨陶瓷复合型的导热性能和抗压强度进行调控。结果表明:适当的酚醛树脂加入量有助于保证复合型素坯的成形精度和抗弯强度,石墨陶瓷复合型的抗压强度和导热系数随着硅粉加入量的增加而增大,而随着可膨胀石墨粉末的加入量的增加而减小。当酚醛树脂粉末、高纯硅粉和可膨胀石墨粉末加入量分别为30 mass%、25 mass%和1 mass%时,复合型具有较低的导热系数(1.89 W·m-1·K-1)和较高的抗压强度(10.54 MPa),铸钢件浇铸实验表明新型石墨陶瓷复合型能够多次重复使用、安全环保、使用成本远低于传统的水玻璃砂型。
  • 有色金属合金材料
  • 戚尧, 李全安, 陈晓亚, 史浩鹏
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 20-26. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0338
    摘要 ( 138 ) PDF全文 ( 13 )   可视化   收藏
    采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、电子拉伸实验机等研究了时效态Mg-5Y-3Sm-xHo-0.5Zr(x=0、2、4、6,mass%)合金的显微组织和力学性能。结果表明:时效态Mg-5Y-3Sm-0.5Zr合金的组织由α-Mg基体和第二相Mg24Y5、Mg41Sm5组成,添加稀土元素Ho后有新相Mg24Ho5生成;适量Ho的添加能够细化时效态Mg-5Y-3Sm-0.5Zr合金的晶粒,提高其室温及高温力学性能;在室温(20℃)~250℃温度范围内,合金的抗拉强度均随Ho含量的增加呈现先增大后减小的趋势,除200℃略有不同外,合金的抗拉强度均在Ho含量为4%时达到峰值。含4% Ho的合金在不超过150℃时,强度非常稳定,对温度变化不敏感;合金拉伸断裂方式主要表现为脆性断裂,当拉伸温度升高时,呈现向微孔聚集断裂转变的趋势。
  • 丁云峰, 陈康华, 袁丁玲, 周亮
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 27-36. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0329
    摘要 ( 178 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、力学性能测试、电导率测试以及晶间腐蚀、剥落腐蚀试验等研究了非等温时效(NIA)与峰时效(T6)、高温回归再时效(RRA)对Al-Zn-Mg-Cu铝合金力学性能与腐蚀性能的影响。结果表明:与RRA和T6时效制度相比,合金在这种NIA时效(40℃→ 180℃,升温速率Tu:20℃/h;180℃→ 100℃,降温速率Td:40℃/h)下,晶内发生了沉淀析出、粗化以及二次沉淀现象,合金强度与T6态相当,伸长率明显提高;同时电导率和腐蚀性能也在RRA时效的基础上得到进一步改善。
  • 冯志鑫, 朱庆丰, 王嘉, 左玉波, 赵天辰, 闫渤
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 37-43. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0330
    摘要 ( 273 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    对7.5 mm厚度的2195铝合金冷轧板材在410~540℃进行保温2 h的退火处理,利用光学显微镜分析了其退火后3个面的显微组织变化,研究了退火温度对2195铝合金冷轧板再结晶过程的影响。结果表明:冷轧后T-S面组织为典型的纤维状变形组织,表层与中心层纤维厚度不一;退火后边部再结晶温度约为410℃,心部再结晶温度约为440℃,且随退火温度的升高,再结晶程度增加,单个再结晶晶粒纵横比降低,逐渐趋于等轴化;残余相数量随退火温度的升高先减少后增加,但在540℃时发生过烧,残余相被氧化成黑色。
  • 杨洋, 孙炜, 王亮, 王翔, 郭广平
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 44-51. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0378
    摘要 ( 272 ) PDF全文 ( 36 )   可视化   收藏
    通过搭建基于DIC方法的高温拉伸试验系统,结合材料力学测试技术,开展了TC4钛合金高温拉伸试验,获得了TC4钛合金在23、100、200、250、300和350℃下的拉伸性能和应力-应变曲线等数据。结果表明:TC4钛合金的抗拉强度、条件屈服强度和弹性模量随着试验温度的升高而不断降低,350℃时其保持率分别为68.9%、61.4%和78.6%。同时,TC4钛合金塑性随温度升高整体表现为增大趋势,说明TC4钛合金具有较好的塑性和耐温性能。通过扫描电镜观察了拉伸试样的断口形貌,结合试验结果,探讨了温度与断口形貌之间的关系。最后,通过试验验证了高温拉伸试验系统及相关试验方法的可行性和可靠性。
  • 聂义宏, 白亚冠, 金嘉瑜, 王宝忠
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 52-60. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0308
    摘要 ( 184 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机等研究了时效温度对改进型Inconel 617合金的组织与性能的影响。结果表明:经过1180℃的固溶处理后,合金组织中除个别尺寸较大的一次MC型碳化物外无其它析出相存在。时效处理温度对γ'相、M23C6和M6C型碳化物的尺寸、位置、数量、形态等有影响,在750℃时效处理后,合金的组织由晶内大量弥撒析出的小于10 nm的γ'相+晶界少量颗粒状M23C6型碳化物组成。力学性能测试表明,经过750℃时效处理后,合金的强度和塑性匹配良好,冲击韧性高。因此可选择750℃为改进型Inconel 617合金锻件的时效处理温度。
  • 韦康, 王涛, 李钊, 万志鹏, 张勇
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 61-65. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0326
    摘要 ( 183 ) PDF全文 ( 17 )   可视化   收藏
    采用光学显微镜、扫描电镜和力学性能测试等研究了一种新型镍基变形高温合金经亚固溶再分别进行3种不同单级时效(730℃×8 h,AC;730℃×16 h,AC;760℃×8 h,AC)处理后的组织、性能及长期组织稳定性。结果表明:3种时效制度后新型合金的晶界一次γ'相、晶粒组织无显著差异,仅是晶内二次γ'相尺寸略微增大,760℃时效较730℃下延长时效时间的长大更明显;室温下硬度、750℃拉伸强度也基本相当,进一步说明3种不同时效制度对合金的晶粒、强化相等的影响较小,进而对力学性能的影响也较小;此外,730℃×8 h、760℃×8 h两种不同时效制度后的新型合金,在750℃下长期时效的组织稳定性存在一定差异,760℃时效对应的强化相γ'粗化程度稍大,硬度值下降也略微明显,其内部组织可能更为复杂。
  • 黑色金属合金材料
  • 李阳, 孙深, 何盼, 姜周华, 姚聪林, 董君伟
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 66-73. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0333
    摘要 ( 219 ) PDF全文 ( 21 )   可视化   收藏
    采用光学显微镜、扫描电镜及冲击试验等研究了Nb、Ti稳定化对含Sn、Cu铁素体不锈钢夹杂物、组织和力学性能的影响。结果表明,随着Nb/Ti比例的降低,不锈钢中大尺寸夹杂物占比降至1%;夹杂物的尺寸及数量都有提升的趋势,且复合夹杂物中Nb、Ti的含量与Nb、Ti的比例呈正相关。显微组织观察结果表明,添加Nb、Ti稳定化元素会细化实验钢的晶粒,提升钢中铌钛的比例,晶粒细化效果更加明显,且尺寸大小更均匀。在本实验条件下,铌、钛的添加会降低铁素体不锈钢的冲击韧性,从未添加前的60 J降至25 J。
  • 徐海健, 胡万卿, 康超, 沙孝春
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 74-79. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0321
    摘要 ( 200 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    对节约型2101双相不锈钢连铸坯试样在1180、1200、1220和1240℃进行高温热处理,通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等分析了2101双相不锈钢的显微组织、奥氏体含量及其硬度随加热温度和保温时间的变化规律。结果表明:在相同保温时间下,随着温度升高,2101双相不锈钢中奥氏体含量逐渐降低,晶粒逐渐粗化,奥氏体与铁素体的两相硬度差逐渐减小;在1240℃时,铁素体相的晶界及晶界内有大量的脆性相析出;TEM分析表明,这些析出相为六方结构的Cr2N相;在相同的加热温度下,随着保温时间的延长,奥氏体的含量逐渐增加,奥氏体与铁素体的两相硬度差逐渐增加。
  • 吴挺, 丁文红, 祁聪, 孙力, 刘天武, 潘进, 张志强
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 80-88. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0327
    摘要 ( 245 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏
    研究了不同升温速率回火条件下,碳化物尺寸及形貌对高强钢残余应力的影响。结果表明:300℃低温阶段,合金渗碳体析出使残余应力所产生的弹性应变转化为析出塑性应变,是试验钢残余应力得以消减的关键因素。析出塑形应变的大小与析出碳化物的尺寸、形貌密切相关。碳化物的尺寸越细小、分布越弥散,产生的析出塑性越大。升温速率是影响碳化物形貌及分布的重要因素,高升温速率有助于基体保持较高密度的位错,诱导碳化物在晶内弥散析出,增加碳化物析出过程中的残余应力调控能力。500~650℃高温阶段,合金碳化物的析出主导材料的析出塑性行为。由于合金碳化物的尺寸更小,分布更为弥散,因此,高温阶段合金碳化物的析出对残余应力的调控能力更为显著。
  • 张家文, 付天亮, 吴昊, 顾小阳, 王昭东
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 89-97. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0293
    摘要 ( 149 ) PDF全文 ( 21 )   可视化   收藏
    研究了控温淬火新工艺对Q960E超高强工程机械用钢板组织性能的影响,测量了其静态CCT曲线,并与常规淬火+回火工艺进行了对比。结果表明:实验钢马氏体临界转变冷速为5℃/s,马氏体相变温度MsMf分别为401℃、240℃。钢板在超快冷系统中淬火时,通过测温仪精确控制其心部温度达到Mf点以下100℃和200℃后停止淬火,钢板表面出现"返温"现象,使钢板发生自回火效应,其组织为回火板条马氏体,与常规淬火+回火组织相似,但综合力学性能更优,自回火效果良好。当终冷温度为100℃时,实验钢的综合性能最佳,屈服强度在1040 MPa以上,抗拉强度约为1350 MPa,伸长率在14%以上,-40℃冲击吸收能量大于74 J。
  • 杨跃辉, 梁国俐, 苑少强
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 98-102. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0337
    摘要 ( 164 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    测定了中碳25Mn钢在不同温度下的冲击吸收能量,观察了断口处的变形组织特征,并结合层错能计算分析,讨论了实验钢在不同温度下的变形机制。结果表明:冲击断口处的组织中均含有大量的形变孪晶,但随着变形温度的降低,层错能也随之降低,有利于孪晶的形成,导致变形组织中的孪晶数量有所增加,此时实验钢的变形机制以TWIP为主;当温度降至-196℃后,层错能进一步降低,变形过程中发生形变诱导相变,马氏体的产生导致钢的韧性显著降低。
  • 陈正周, 罗凯宇
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 103-112. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0320
    摘要 ( 227 ) PDF全文 ( 46 )   可视化   收藏
    利用光学显微镜、扫描电镜、电子万能拉伸机和显微硬度计等研究了热处理工艺对热模锻后40CrNiMoA钢柔轮的显微组织、晶粒度和力学性能的影响。结果表明:经过等温正火和普通正火两道次的正火后,40CrNiMoA钢柔轮晶粒尺寸可以细化到10.5 μm,晶粒度达到10级;经过两道次盐浴加热淬火后,晶粒尺寸达到7.1 μm,晶粒度达到11.5级。高温回火后,40CrNiMoA钢柔轮的显微组织为回火索氏体;当硬度在36~40 HRC之间时,强塑积可以达到23000 MPa·%。40CrNiMoA钢柔轮的最佳回火工艺参数为:570~590℃之间回火120 min,或者555~570℃之间回火150 min。
  • 沈倩倩, 黄依娜, 吴玉程, 罗来马
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 113-120. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0334
    摘要 ( 210 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    以高纯原始粉末为原料,采用机械合金化(MA)制备了合金粉末。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光粒度分析仪等研究了合金粉末的微观形貌和晶粒尺寸及平均粒径在不同Cr含量和不同机械合金化时间下的变化规律。选择机械合金化40 h和50 h的合金粉末在950℃进行放电等离子体烧结(SPS)制备合金样品,然后使用天平和维氏硬度计分别测量合金样品的致密度和维氏硬度。结果表明:随着球磨时间的增加,Fe-Cr合金粉末平均粒径先下降,后在40 h出现上升点,然后下降;Fe-Cr-Y2O3合金粉末平均粒径先下降后上升。合金粉的晶粒尺寸都随球磨时间增加而不断减小。合金样品致密度均达96%,硬度随Cr含量增加逐渐增大。
  • 材料表面改性
  • 浮艺旋, 庞铭
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 121-129. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0319
    摘要 ( 233 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    采用额定功率为1 kW的光纤激光器对机场供油管网材料进行激光增材实验,通过光学显微镜、扫描电镜、硬度仪、能谱仪、X射线衍射仪、电化学工作站、摩擦磨损设备和霍普金森杆等研究了增材层的组织及性能。结果表明:激光功率的增加和激光增材的过程使预热和热积累的效果增强,导致熔化更多的金属粉末,使增材层厚度增加;当增材过程中预热以及热积累效果和散热换热等效果达到准稳态时,增材层的厚度将保持稳定。在激光功率为400、600和800 W时,增材层的平均显微硬度分别为317.88、275.62和208.53 HV0.3。当激光功率为400 W时,增材层的磨损率为基体磨损率的39%,展现出较好的耐磨损性能;当激光功率为600 W时,增材层的腐蚀电流为基体的腐蚀电流的58.6%,腐蚀电位正移66 mV,展现出了较好的耐腐蚀性能;当激光功率为800 W时,增材层的弹性模量为2.45×1011 Pa,是基体弹性模量的1.22倍,展现出了较好的刚度。
  • 姚亮, 康敏, 张银, Samuel Mbugua Nyambura
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 130-138. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0317
    摘要 ( 170 ) PDF全文 ( 13 )   可视化   收藏
    为了提高45钢在盐土环境中的耐腐蚀性能,采用电沉积法在其表面制备了Ni-Co-Si3N4、Ni-Co-Al2O3和Ni-Co-Si3N4-Al2O3纳米复合镀层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)对镀层的形貌、相结构和成分进行了表征和分析,并利用光学接触角测量仪和电化学工作站分别对镀层的润湿性及耐蚀性能进行了研究。结果表明:与Ni-Co-Si3N4和Ni-Co-Al2O3镀层相比,Ni-Co-Si3N4-Al2O3复合镀层表面晶粒相对细化,晶胞均匀致密,镀层平均晶粒尺寸最小,为19.20 nm;Ni-Co-Si3N4-Al2O3镀层表面静态接触角达到131.4°,表面疏水性最佳;电化学测试表明,在土壤模拟溶液条件下,Ni-Co-Si3N4-Al2O3镀层的自腐蚀电流密度和腐蚀速率分别为1.30 μA·cm-2和0.016 mm·a-1,电荷转移电阻为214.91 kΩ·cm-2,镀层具有更优的耐蚀性。
  • 崔烺, 王春婷, 贾利, 路梦柯, 刘光, 陈杰
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 139-144. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0306
    摘要 ( 157 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏
    利用冷喷涂技术在316L不锈钢表面制备Ta涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的相结构和微观组织进行了分析,通过显微硬度计和万能力学试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用电化学试验机测试了涂层和不锈钢基体的腐蚀性能。结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.5%;涂层与基体结合良好,结合强度为60 MPa;涂层平均显微硬度为256 HV0.3;Ta涂层的自腐蚀电位(-0.25V)略低于316L不锈钢块体(-0.13 V),自腐蚀电流密度(2.16×10-7A/cm2)比316L不锈钢(4.83×10-7A/cm2)降低了一倍,钝化电位及钝化电流分别为-0.06 V和1.05×10-4A/cm2,具有很宽的钝化区,能够有效保护316L基体。
  • 材料模拟计算
  • 邱仟, 王克鲁, 鲁世强, 欧阳德来, 崔霞, 王俊
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 145-151. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0331
    摘要 ( 163 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    在700~950℃的变形温度、0.001~1 s-1的应变速率条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对SP700钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究其高温流动行为,并构建了基于应变补偿的Zener-Hollomon参数本构关系模型和多元线性回归本构关系模型。结果表明:SP700钛合金的流动应力曲线会随变形温度的升高和应变速率的降低而下移,且在高温及低应变速率下,流动应力会呈现出明显的稳态流动特征。对两种本构关系模型进行误差计算表明,基于应变补偿的Zener-Hollomon参数本构关系模型在700~950℃预测值相关系数和平均相对误差分别为0.978和14.29%;而另一种多元线性回归本构关系模型在700~800℃和800~950℃预测值相关系数和平均相对误差分别为0.994、5.54%和0.999、2.51%。
  • 霍万晨, 刘建涛, 张明, 贾建, 张国星
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 152-159. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0335
    摘要 ( 239 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    采用正交设计与有限元模拟相结合的方法对热等静压态的一种新型四代镍基粉末高温合金包覆挤压工艺进行了优化设计,分析了坯料初始温度、挤压速度、模具模角等关键参数对挤压棒材的应变、温度分布及成形载荷的影响。结果表明:随着挤压速度、模角的增大,挤压棒材的温度、应变及挤压载荷升高;随坯料初始温度的升高,挤压棒材温度升高,挤压载荷降低;坯料初始温度、挤压速度对应变分布无影响。基于模拟结果给出的优化热挤压参数为:坯料初始温度1090~1100℃,挤压速度30~40 mm/s,模角40°。采用优化的工艺参数组合进行热挤压试验,获得了晶粒度10级以上的热挤压细晶棒材。
  • 梁永超, 先刚, 于邦毅, 张铎恩
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 160-166. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0302
    摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏
    以1011 K/s、1010 K/s两种冷速对富Ni的Fe10Ni90合金和富Fe的Fe90Ni10合金进行快速凝固,并采用原子平均势能、双体分布函数、配位数、3D可视化、最大标准团簇等方法研究了快速凝固过程中两种合金的微观结构随温度快速降低的演变。结果表明:在1010 K/s冷速下,两种合金的结晶温度一致,但Fe10Ni90合金的原子平均势能要低于Fe90Ni10合金,使得其双体分布函数的第一峰值要高于Fe90Ni10合金,表明Ni原子之间比Fe原子之间成键概率更高;在两种冷速下,Fe10Ni90合金的fcc晶体数目变化较大,Fe90Ni10合金的bcc晶体数目变化较小,而且由于二十面体和截边十面体的出现,Fe10Ni90合金出现了五重孪晶结构。
  • 其他
  • 周春晖, 张桂芳, 郑玮, 漆鑫, 施哲
    材料热处理学报. 2021, 42(2): 167-172. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2020-0305
    摘要 ( 162 ) PDF全文 ( 23 )   可视化   收藏
    研究了高温电磁悬浮下冶金级硅中磷的迁移行为,对脱磷反应的热力学进行了计算,预测了反应中的各种气体产物。在此基础上,设置不同的实验条件包括悬浮强度、精炼时间、温度、气体流量等,分析了电磁悬浮技术下不同H2-Ar混合气氛中冶金级硅中磷的迁移行为。结果表明最佳的脱磷工艺参数为:通入气氛为100% H2-0% Ar,气体流量为1.5 L/min,精炼温度为1823 K,精炼时间为45 min时,此时冶金级硅的脱磷率为90.3%。