2021年, 第42卷, 第9期 
刊出日期:2021-09-25
  

  • 全选
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    综述
  • 任柯旭, 邱然锋, 张肖飞, 赵江辉
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 1-11. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0146
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    在汽车轻量化这一战略课题下,以铝代钢被认为是减轻汽车质量的有效手段。随着铝合金等轻质材料在汽车车身中应用场景增多,导致铝合金/钢异种材料的连接不可避免。而点连接技术在汽车生产领域应用十分广泛。因此本文对国内外研究人员近些年来在铝/钢点连接技术上的研究进展进行了综述。介绍了各种常见的连接方法的技术特点,对技术的应用性进行了评述和分析。同时对各种点连接技术未来发展进行了探讨。
  • 杨彪, 王平, 龚云柏, 段艳菲, 兰欣悦, 杨钊, 熊丹, 刘济威
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 12-21. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0141
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    钛合金油井管具有碳钢油井管所不具备的诸多优势,钛合金油井管材已经成为替代传统油井管材的首选。本文总结了钛合金油井管的特点及优势,概述了国内外钛合金油井管生产研发历程、钛合金油井管材料的适应性研究现状及近年来的现场应用情况,最后展望了我国石油天然气用钛合金油井管的应用前景与发展方向。
  • 复合材料
  • 田蒙蒙, 孙凯, 廖娟, 薛新
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 22-28. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0147
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    采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计等研究了热处理对钛合金Ti6Al4V/纯铝AA1050复合板界面形貌特征、成分、力学性能以及显微硬度的影响,采用剪切试验对界面扩散层进行了力学性能研究。结果表明:热处理温度会影响复合板界面扩散层的生成厚度,580℃时扩散层最厚,约为1.95 μm。3种不同热处理温度(540、560和580℃)条件下扩散层均有金属间化合物TiAl3生成,随热处理温度的升高,复合板界面显微硬度增加。当热处理温度为560℃时,复合板界面的最大剪切力和剪切强度达到峰值,分别为3877 N和73.2 MPa,剪切强度超过了纯铝基材(60 MPa)。
  • 骆宏文, 徐琨, 张文昌, 龙威, 周小平
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 29-35. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0127
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    以2024Al合金粉末为基体材料,纯Zr粉和纯Ti粉为增强体材料,采用粉末冶金原位合成的方法制备出了不同Al3(Zr,Ti)含量的Al3(Zr,Ti)/2024Al复合材料,并对其在500℃下进行热挤压变形处理,测试其组织与性能的变化。结果表明:在复合材料内部生成了不同含量的Al3(Zr,Ti)增强相,且随着Al3(Zr,Ti)生成量的增多,复合材料的硬度逐渐增加,抗拉强度呈现出先增大后减小的趋势,耐腐蚀性呈现出先上升后下降的趋势。复合材料的硬度和抗拉强度的最大值分别为209.7 HV0.01和427.11 MPa,相对于纯2024Al合金,分别提高了40.25%和37.89%;复合材料的最大腐蚀电位和最小腐蚀电流密度分别为-0.517 V和4.096×10-6 A/cm2
  • 杨昊, 周浩钧, 陶洪亮, 吴宁, 尹育航, 李益民, 罗丰华
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 36-43. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0129
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    采用真空烧结工艺制备了(56-x) Ti(C0.5,N0.5)-20WC-3.5Mo2C-20(Co+Ni)-xCeO2x=0,0.05%,0.1%,0.2%)系列金属陶瓷,研究了CeO2添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响。结果表明:添加适量的CeO2有利于Ti(C,N)金属陶瓷显微组织细化,使硬质相颗粒尺寸减小,而且分布更加均匀,从而提高其力学性能。此外,添加CeO2后金属陶瓷中裂纹扩展过程产生较多的桥接现象,使其具有较高的断裂韧性。随着CeO2添加量增加,Ti(C,N)金属陶瓷的密度和力学性能先增大后减小,CeO2添加量为0.1%时,金属陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为6.51 g/cm3、91.6 HRA、1577 MPa和9.11 MPa·m1/2
  • 有色金属合金材料
  • 张帅杰, 黄诗琦, 孙潇, 张磊
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 44-49. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0170
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    采用重力铸造方法制备了4种Mg100-3xY2xCuxx=0.5,1,1.5和2 at%)合金,借助扫描电镜观察了合金的铸态组织,采用浸泡试验和电化学试验研究了合金的耐蚀性。结果表明:随着Y、Cu含量的增加,合金中LPSO相的体积分数显著增加,其形貌也由不连续网状和孤岛状共存转变为连续网状分布。LPSO相对合金的腐蚀具有双重作用。Mg98.5Y1Cu0.5合金的耐腐蚀性能最佳,Mg97Y2Cu1合金的耐蚀性能最差,4种合金按照耐腐蚀性能由高到低排序为:Mg98.5Y1Cu0.5>Mg95.5Y3Cu1.5>Mg94Y4Cu2>Mg97Y2Cu1
  • 田培梧, 贺俊光, 文九巴, 师慧娜
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 50-57. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0152
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    通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、浸泡测试和电化学测试等研究了Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金在490℃固溶4~14 h后的微观组织和腐蚀性能。结果表明:随着固溶时间的延长,合金的晶粒尺寸逐渐由98.19 μm增大到142.90 μm,合金中的第二相逐渐溶解,第二相体积分数由1.33%降到0.02%,大幅降低了第二相与合金基体之间因腐蚀电位不同而引起的微电偶腐蚀;在490℃固溶处理8 h时后,合金的腐蚀速率为0.414 mm/y,自腐蚀电位为-1.525 V,自腐蚀电流密度为3.327 μA/cm2,耐蚀性能最好。
  • 王凌浩, 单陇红, 黎志勇
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 58-67. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0121
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    采用熔炼铸造法制备了Mg-10Gd-xNd-0.7Al(x=0,1,1.5,2 mass%)合金,通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对铸态Mg-10Gd-0.7Al合金组织和力学性能的影响,结合边-边匹配理论讨论了Nd对合金晶粒的细化机理。结果表明:铸态Mg-10Gd-0.7Al合金的组织由粗大的α-Mg基体、Mg5Gd相和Al2Gd相组成,添加Nd元素后,合金产生了新相Al2Nd和Mg41Nd5,且细化了晶粒;随着Nd添加量的增加,铸态Mg-10Gd-xNd-0.7Al合金的室温拉伸力学性能先升高后降低,当Nd的添加量为1.5 mass%时,合金综合力学性能最好,其抗拉强度为200.32 MPa,屈服强度为175.47 MPa,伸长率为4.43%;加入Nd后,合金的断裂方式由脆性断裂逐渐转变为韧性断裂。
  • 李茂华, 杨延清, 唐昌平, 陈志龙, 莫家璇
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 68-75. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0137
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    利用透射电镜(TEM)、能谱仪(EDX)、选区电子衍射(SAED)、微束衍射(μ-D)、高分辨透射电镜(HRTEM)和高角环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)等研究了航空用7475-T761铝合金的微观组织。结果表明,7475-T761铝合金的组织主要由弥散相、时效强化相和杂质相组成。弥散相为形态多样的E相(Al18Cr2Mg3),且E/Al相界面易非均匀析出η相。时效强化相主要为GPⅡ区、η'相和η相。杂质相主要由Al7Cu2Fe、FeAl3和富Si相组成。
  • 冯甜, 炊鹏飞, 李文刚, 张曼雪, 王国迪, 景然, 李江华
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 76-82. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0153
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    采用非自耗真空电弧炉制备了铸态Ti-10Mo(mass%)合金,分别在850、900和950℃下对该合金进行固溶处理。采用X-射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、压缩实验及电化学测试研究了不同温度固溶处理对合金显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。结果表明:固溶处理后的合金的组织主要以β相和α″相为主,随着固溶温度的升高,α″相衍射峰强度逐渐降低,β相衍射峰向小角度偏移。此外,固溶处理后合金在压缩过程中均出现"双屈服"现象,塑性应变超过70%仍未断裂,表现出良好的塑性。动电位极化曲线和阻抗图谱表明,铸态与850℃固溶样品在3.5% NaCl溶液中的腐蚀电流密度(icorr)较小,耐蚀性较好。
  • 张凌亮, 程楚, 宋克兴, 刘海涛, 周延军, 安士忠, 宋金涛, 华云筱
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 83-89. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0143
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    针对铜熔炼脱氧工艺,研究了采用硼粉脱氧后残留氧含量及残留硼含量对纯铜微观组织、力学性能和电学性能的影响。结果表明:随着硼加入量的增加,纯铜中氧含量快速降低,残留硼含量升高,纯铜微观组织中枝晶状的氧化亚铜相逐渐消失;随着残留硼含量从0×10-6增加至8.8×10-6时,纯铜的抗拉强度和硬度先升高后降低,伸长率不断升高,导电率升高;当残留硼含量为23×10-6时,纯铜的抗拉强度为135.6 MPa,伸长率为55%,硬度为60.8 HV0.1,导电率为98.12% IACS。
  • 吕官丽, 苏娟华, 周延军, 宋克兴, 牛立业, 郭慧稳, 张朝民, 彭晓文, 皇涛, 杜宜博
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 90-97. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0149
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    采用扫描电镜、透射电镜、导电率测试仪及拉伸试验等研究了C19400(Cu-2.18Fe-0.03P)合金冷轧态和不同温度退火态的带材的显微组织、力学性能和导电率。结果表明:相较于冷轧态,低温退火对C19400合金的组织与性能影响显著;经过400℃退火处理之后,合金的抗拉强度降低至415 MPa,伸长率升高至4.42%。不同退火温度下,整体上合金的断口形貌以韧性断裂为主。冷轧态以及退火态的C19400合金均出现了两种相,一种是球形或者椭球形的α-Fe,另一种是豆瓣状的Fe3P,第二相与基体之间保持半共格关系。此外,冷轧态出现的形变孪晶也并未随着退火温度升高而消失。
  • 李范, 卢强, 佘亚东
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 98-104. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0132
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    研究分析了激光选区熔化(SLM)成形GH4099合金的显微组织、裂纹形貌及裂纹形成的原因,优化了成形工艺,并对比分析了SLM制备的固溶时效态试样和冷轧板试样的拉伸性能。结果表明:SLM试样的显微组织呈现为生长取向不一致的细小晶粒,晶粒尺寸为50~100 μm;合金中低熔点元素在晶界处偏析并富集产生低熔点γ'相,在温度梯度大且存在较大热应力的成形过程中易产生孔洞和裂纹,裂纹呈短线状和针状,并沿晶界扩展,呈现明显的高温开裂特征。随着激光功率的增加,试样的孔隙率呈现先降低后增加的趋势,当激光功率为300 W、扫描速度为1060 mm/s、扫描间距为0.1 mm、层厚为0.04 mm时,合金的显微组织最好,孔隙率最小达0.008%。固溶时效态SLM试样的室温抗拉强度可达998 MPa以上,700℃高温抗拉强度在880 MPa以上,900℃高温抗拉强度在336 MPa以上,室温和700℃高温抗拉强度优于冷轧板试样,900℃高温抗拉强度与冷轧板试样持平,但室温和900℃高温塑性、高温屈服强度较冷轧板试样略低。
  • 黑色金属合金材料
  • 鲁辉虎, 骆毅, 梁伟
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 105-111. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0236
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    研究了热轧后补热工艺对27.6Cr-3.7Mo-2Ni超级铁素体不锈钢中σ-相析出行为的影响。结果表明:热轧组织冷却过程中易形成σ-相、Laves相等脆性中间相。热轧后经1150℃短时间补热可以消除热轧变形组织,形成完全再结晶组织,有效减弱σ-相析出动力学,为热轧后冷却提供了更宽的时间窗口。
  • 黄昌虎, 宋新莉, 贾涓, 范丽霞
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 112-118. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0151
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    首先对Cr18Ni10Ti不锈钢进行1050℃固溶处理及650℃时效24 h处理,随后在不同温度(500~800℃)下以1.43×10-4 s-1拉伸速率对其进行高温拉伸试验。采用扫描电镜与能谱仪分析了试验钢的组织、析出相及断口形貌,采用高分辨透射电镜观察其位错和晶界处的P和S元素的浓度。结果表明:Cr18Ni10Ti不锈钢的组织主要是奥氏体组织,基体中有富Cr析出相及AlMgTiO复合析出相。当拉伸温度从500℃升高到800℃时,试验钢的屈服强度、抗拉强度均减小,断面收缩率先减小后增大,在650℃拉伸时,断面收缩率最小。当拉伸温度较低时,试验钢出现明显的颈缩现象,随拉伸温度升高,拉伸过程中的颈缩现象不明显,出现韧窝与沿晶混合断口。当拉伸温度升高到800℃时,试验钢发生蠕变断裂,出现冰糖状断口。第二相、拉伸过程的回复与再结晶、P和S元素的晶界偏聚行为以及晶界蠕变等多种因素的影响使得Cr18Ni10Ti不锈钢在500~800℃拉伸时出现不同的强度与断面收缩率。
  • 田文明, 田文庆, 李忠磊, 康会峰, 程法嵩, 李艳霞
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 119-127. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0139
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    利用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)及三维显微镜测定了304奥氏体不锈钢在不同极化电位下生成的单个三维稳态蚀孔内部的腐蚀产物浓度,同时,基于扩散控制理论,根据菲克第一定律计算了蚀孔内部腐蚀产物浓度的理论值,并观测和计算了蚀孔形貌及孔内点蚀电流密度,分析了蚀孔生长速度与孔内腐蚀产物浓度、极化电位、蚀孔几何形貌间的关系。结果表明:ICP-OES测得的304不锈钢单个蚀孔内部的腐蚀产物浓度随蚀孔体积及极化电位增加而降低,孔内点蚀电流密度及蚀孔开放程度均随极化电位的升高而增大,基于扩散控制理论计算得到的孔内腐蚀产物浓度理论值显著高于ICP-OES实测值,高极化电位下304不锈钢上生成的蚀孔具有更大的孔内点蚀电流密度及更低的孔内腐蚀产物浓度,说明在阳极极化下,304不锈钢上生成的三维稳态蚀孔的生长速度并不完全受控于腐蚀产物的扩散过程,受电化学活化控制的程度更大。
  • 田亚强, 蔡志新, 毕文强, 杨子旋, 李红斌, 潘红波, 陈连生
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 128-135. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0167
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    采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、室温拉伸等研究了0.1C-7.2Mn钢两相区温轧淬火处理后合金元素配分对碳化物、残留奥氏体、力学性能及加工硬化行为的影响。结果表明:随着退火时间的延长,经两相区保温后淬火(I&Q)处理的试验钢初始组织中多边形马氏体转变为板条状铁素体和奥氏体,铁素体沿长度方向长大变细;经两相区轧制保温后淬火(DI&Q)处理后,富C、富Mn碳化物先析出后溶解,同时铁素体回复多边化加剧,残留奥氏体由板条状逐渐转变为等轴状。相比I&Q处理,经DI&Q处理后,试验钢组织中富C区面积比由3.9%增加到8.7%,富Mn区面积比由0.9%增加到5.1%,残留奥氏体的含量由11.5%提高到17%,抗拉强度由1032.7 MPa提高到1171.5 MPa,断后伸长率由8.3%提高到15.8%,强塑积为18.5 GPa·%。
  • 杜瑜宾, 胡小锋, 宋元元, 姜海昌, 戎利建
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 136-143. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0159
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    利用原子探针层析技术(APT)对含1.4 mass% Cu的低合金高强度钢(High strength low alloy,HSLA)在450℃回火2~100 h后的富Cu团簇进行了表征,并对富Cu团簇的粗化行为及其强化行为进行了定量分析,通过拉伸实验测定了实验钢的力学性能。APT结果表明:随着回火时间的延长,富Cu团簇的等效半径逐渐增加、数量密度逐渐降低。富Cu团簇的粗化系数k,由回火2~10 h的1.9 nm3/h,减小为50~100 h时的0.27 nm3/h,导致富Cu团簇粗化速率下降。回火过程中,析出的富Cu团簇通过与位错的交互作用,显著提高了1.4Cu钢的屈服强度,回火2~10 h时后实验钢出现了一个屈服强度约为1076 MPa和伸长率约为19%的平台,表明实验钢具有良好的强塑性匹配。
  • 材料表面改性
  • 韩雨君, 龙威, 周小平
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 144-150. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0163
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    采用氧-乙炔火焰喷涂在40Cr钢表面制备了AlCoCrFeNi-Cu复合涂层,为了进一步降低涂层的孔隙率,提高涂层的硬度和耐磨性,将所得涂层进行感应加热处理,研究了感应加热工艺对涂层相组成、微观形貌、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:经过感应加热后,涂层中高熵合金没有发生氧化和分解,涂层的孔隙率最高下降了41.29%,涂层最高硬度为510 HV,磨损量最低为0.69 mg,具有较好的摩擦磨损性能。
  • 材料模拟计算
  • 刘宸玮, 唐进元
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 151-158. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0172
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    国际上先进的热处理仿真软件DANTE是ABAQUS下的一个模块,论文对标DANTE软件,基于多场耦合理论建立起适用于淬火过程模拟的计算模型,并使用ABAQUS二次开发工具,自主编制出了淬火仿真计算模型。以直径30 mm的12Cr2Ni4A钢圆柱体试样为例对其进行淬火应力仿真计算。结果表明:自主编制的计算模型得到的温度场、组织场演变与DANTE软件的模拟结果基本一致,最终组织含量值误差不超过5.6%;二者计算的淬火内应力变化趋势基本相同;自主编制计算模型得到的残留应力与DANTE软件结果的平均误差小于20%,且与试验值较一致。通过对比验证,表明了本文自主编制的计算模型具有较高的准确性。
  • 刘静, 李家栋, 王昭东, 田勇
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 159-164. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0168
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    为了获取不同真空油淬工艺条件下的换热系数,对真空油淬换热特性进行研究。采用φ40 mm×80 mm不锈钢探头在双室真空油淬炉内进行真空淬火试验,测得多种工艺条件下的冷却曲线。借助INTEMP有限元软件求解热流密度,根据牛顿换热定律计算出换热系数。然后,将其作为边界条件求解淬火过程温度场,可以得到与实测值吻合较好的冷却曲线,验证了换热系数的准确性。最后,比较了不同工艺条件下的换热系数。结果表明:油温升高会使得高温段冷却强度提升,低温段冷却强度略有降低;油面压力的升高会提高淬火油特性温度,显著提升核沸腾阶段的冷却强度;增大搅拌频率对膜沸腾阶段基本无影响,但是可以增强核沸腾和对流换热阶段冷却能力。
  • 其他
  • 周思鹏, 孙有平, 何江美, 胡一杰, 杨春洋
    材料热处理学报. 2021, 42(9): 165-174. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0104
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    采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、拉伸实验等研究了固溶时效处理对2524铝合金光纤激光焊接接头的显微组织及力学性能的影响。结果表明:焊后固溶时效处理可以显著改善接头区域的元素分布,在495℃固溶处理1 h时后,粗大的第二相基本溶解,接头的抗拉强度、伸长率和硬度分别为421 MPa、12.9%和125.5 HV;随着时效温度的升高,焊缝区硬度更快达到峰值,经190℃时效4 h后,接头的抗拉强度、伸长率和硬度分别为436 MPa、8.0%和134.8 HV。热处理后,接头的热影响区发生再结晶,熔合线附近仍存在粗大的柱状晶,焊缝区晶粒未发生明显改变,焊缝依然是整个焊件最薄弱的区域。