2023年, 第44卷, 第7期　
刊出日期：2023-07-25

  

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综述
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  微合金化对Q&P钢组织性能影响的研究进展

  曾金, 栗克建, 高翔, 刘波, 曹鹏军, 马鸣图

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 1-12. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0630

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  淬火配分(Q&P)钢属于汽车用第3代先进高强度钢,广泛应用在汽车和特种装备领域。合金元素可以改善Q&P钢中碳原子配分、晶粒尺寸、组织分布形态以及相变温度点等,从而提升Q&P钢的综合性能。本文综述了微合金元素对Q&P钢组织性能影响的研究进展,阐述Q&P钢的理论发展,重点介绍了Q&P钢的合金成分、显微组织和力学性能之间的关系,最后对Q&P钢微合金化的未来发展趋势进行了展望。
复合材料
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  Al₂O₃颗粒直径对1 vol%的Al₂O₃/Cu基复合材料组织和性能的影响

  赵培峰, 赵江辉, 石红信, 邱然锋, 贾淑果

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 13-20. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2023-0001

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  采用粉末冶金法+热压工艺制备了不同Al₂O₃颗粒直径的1 vol%Al₂O₃/Cu基复合材料,使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的显微组织,利用电子拉伸试验机测试了复合材料的力学性能。基于弹/塑性理论推导出了复合材料中颗粒周边的弹性区宽度的表达式。结果表明:Al₂O₃颗粒直径对Al₂O₃/Cu基复合材料强度及基体晶粒尺寸有着较大的影响;Al₂O₃颗粒直径越大,Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度、屈服强度越小;当Al₂O₃颗粒直径为5μm时,Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为207和90 MPa,是铜试样的95.8%和95.7%。
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  不同Al₂O₃含量的Al₂O₃/Cu复合材料的热变形行为

  徐国杨, 国秀花, 李韶林, 宋克兴, 刘嵩, 肖振朋

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 21-30. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0613

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  为探究Al₂O₃含量对Al₂O₃/Cu复合材料热变形行为的影响,采用内氧化法制备了3种Al₂O₃含量(0.28、0.66和1.13 mass%)的Al₂O₃/Cu复合材料,通过热模拟实验对其热变形行为进行了研究。结果表明:在823、923和1223 K时,随着Al₂O₃/Cu复合材料中Al₂O₃含量的增加,复合材料的峰值应力逐渐增大;显微组织观察发现,由于1.13 Al₂O₃/Cu复合材料内动态软化积累程度最大,导致其在1023和1123 K下出现了峰值应力下降现象。经热挤压后,在热变形过程中Al₂O₃/Cu复合材料的软化效果以动态回复为主。同时,发现0.28 Al₂O₃/Cu和0.66 Al₂O₃/Cu复合材料的热激活能相近,1.13 Al₂O₃/Cu复合材料的热激活能远高于前两者,并分别获得了不同Al₂O₃含量的Al₂O₃/Cu复合材料本构关系。采用动态材料模型(DMM)建立了Al₂O₃/Cu复合材料的热加工图,随着Al₂O₃含量的增加,热加工图中功率耗散系数η>0.3区域逐渐减小且向高温高应变速率方向移动;就失稳面积而言,0.66 Al₂O₃/Cu复合材料的失稳区域占比最小。
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  金刚石粒度和含量对自蔓延高温合成NiAl结合金刚石复合材料性能的影响

  彭凯, 杨潘, 尹育航, 陶洪亮, 马邵伟, 段锋, 肖国庆, 丁冬海, 张立

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 31-38. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0595

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  以Ni粉、Al粉、金刚石为原料,采用自蔓延高温合成法制备了NiAl结合金刚石复合材料,研究了金刚石的粒度和含量对Ni-Al体系燃烧温度和燃烧波蔓延速度的影响以及对复合材料性能的影响。结果表明:金刚石降低了Ni-Al体系的燃烧温度和燃烧波蔓延速度,并提高NiAl基体的抗压强度和维氏硬度。但随着金刚石含量的增加,复合材料的力学性能有所下降,NiAl峰升高,Ni₃Al峰下降。随着金刚石的粒度降低,Ni-Al体系的燃烧温度先降低后升高,燃烧波蔓延速度则是先增大后减小,复合材料的抗压强度先升高后降低,维氏硬度降低,Ni₃Al峰先升高后降低,NiAl和Ni峰则是先降低后升高。当金刚石含量为10 mass%、粒度为150~180μm时,复合材料的综合性能最佳,体积密度为3.28 g/cm³,抗压强度为92.0 MPa,维氏硬度为122.06 HV,Ni₃Al峰达到最高。
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  ZrO₂(Y₂O₃)含量对Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料高温氧化性能的影响

  吴吉文, 颜建辉, 汪异, 邱敬文

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 39-47. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0637

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  为了研究ZrO₂(Y₂O₃)含量对Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料高温氧化性能的影响,利用机械合金化与放电等离子烧结制备了ZrO₂(Y₂O₃)含量为0~10 mass%的Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料,研究了其在800、1000和1200℃下的高温氧化行为。结果表明:复合材料在800℃时均发生显著氧化,质量损失持续增加;随着ZrO₂(Y₂O₃)含量的增加,氧化质量损失速度降低,复合材料的抗氧化能力提升;低ZrO₂(Y₂O₃)含量(0~2.5 mass%)的复合材料在1000和1200℃下具备优异的抗氧化性;高ZrO₂(Y₂O₃)含量(5~10 mass%)的复合材料在1000℃下氧化严重,在1200℃发生灾难性氧化。
有色金属合金材料
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  挤压温度对Mg-Sm-Zr合金组织与力学性能的影响

  李中山, 王梅, 胡耀波, 代元霄

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 48-56. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0633

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  将直径为80 mm的Mg-0.7Sm-0.3Zr合金铸锭分别在350、380和410℃下挤压成直径为16 mm的棒材。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、室温拉伸实验等研究了在不同温度挤压后Mg-0.7Sm-0.3Zr合金的显微组织、织构与力学性能。结果表明:铸态合金的组织主要为α-Mg基体,晶粒粗大,尺寸为20.7μm。经过挤压后晶粒明显细化,410℃挤压后平均晶粒尺寸为2.83μm,沿挤压方向出现很多细晶带交替分布。随着挤压温度的升高,再结晶分数逐渐增加,合金强度逐渐下降,断后伸长率逐渐增加。410℃挤压棒材的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为202 MPa、144 MPa和44.4%。
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  热处理对Mg-Zn-Zr-Y合金组织及性能的影响

  郑浩然, 张志璇, 谷亚楠, 陈其嘉

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 57-64. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0647

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  为解决因残余应力、组织不均匀性、成分偏析所造成的铸态Mg-3Zn-0.8Zr-1Y(mass%)合金性能不佳的问题,对其进行了固溶和时效处理,研究了热处理工艺对其显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明:Mg-3Zn-0.8Zr-1Y合金的最优热处理工艺是480℃均匀化退火12 h后520℃固溶处理12 h,最后在170℃时效24 h。均匀化退火处理缓解了铸态合金中的偏析现象,固溶处理使铸态合金中的W(Mg₃Y₂Zn₃)相基本融入α-Mg基体中形成过饱和固溶体,时效后组织中析出细小且弥散分布的纳米级短杆状Mg₂Zn₃和颗粒状Mg₄Zn₇第二相。与铸态合金相比,经最优工艺处理后合金的硬度、极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提升到83.4 HV、204 MPa、139 MPa和12.5%,自腐蚀电位提高到-1.793 V(vs.SCE)、腐蚀电流密度降低到59.64μA/cm²,腐蚀速率降低到1.36 mm/y,表明这种多步热处理工艺可以使Mg-3Zn-0.8Zr-1Y合金的强度、塑性和耐蚀性显著提高。
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  拉拔变形量对Cu-4 mass%Ag合金线材组织和性能的影响

  谷继华, 张学宾, 周延军, 宋克兴, 李韶林, 曹军, 张朝民, 张朋飞, 李鑫, 吴捍疆

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 65-73. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0602

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  采用三室真空冷型竖引连铸设备制备了线径为7.821 mm的铸态Cu-4 mass%Ag合金杆,并利用多道次连续拉拔工艺制备了变形量分别为53.38%、93.14%和98.37%的线材;分别对铸态和拉拔态的Cu-4 mass%Ag合金线材进行力学性能、电学性能测试以及微观组织分析。结果表明:铸态Cu-4 mass%Ag合金杆的抗拉强度为236 MPa、导电率为88.50%IACS,当拉拔变形量达到98.37%时,抗拉强度升高到674 MPa,提升了185.59%,而导电率下降到81.00%IACS,仅下降了8.47%;铸态Cu-4 mass%Ag合金杆的横截面组织为典型的“纺布”状枝晶、纵截面为“鱼骨”状枝晶,随着拉拔变形量的增加,线材在纵截面上整体结构呈现出纤维状组织,边缘部分的变形程度要比心部剧烈;当拉拔变形量达到98.37%时,产生了形变孪晶。加工硬化和细晶强化是Cu-4 mass%Ag合金线材拉拔过程中的主要强化机制。
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  时效对冷轧态Cu-Cr-(Sc)合金组织和性能的影响

  马映璇, 贾淑果, 张朝民, 宋克兴, 周延军, 肖振朋, 岳鹏飞, 郭慧稳

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 74-81. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0607

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  对冷轧态Cu-Cr和Cu-Cr-Sc合金进行时效处理,使用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、显微硬度计和涡流金属导电仪等研究了不同时效温度和时间对合金显微硬度、抗拉强度和导电率的影响。结果表明:480℃时效1 h后,Cu-Cr-Sc合金的综合性能较佳,其显微硬度达到161 HV0.1,导电率达到81.9%IACS,抗拉强度达到491 MPa;相较于480℃时效1 h的Cu-Cr合金,显微硬度提升了24.8%,抗拉强度提升了35.3%,导电率下降了12.9%,表明添加Sc可以显著提升Cu-Cr合金的力学性能,但是会略微降低导电率。微观组织分析表明Cu-Cr-Sc合金峰值时效后析出了Cr相,主要形貌为咖啡豆状和球状,析出相均为面心立方结构,与基体保持良好的共格关系。
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  H62铜锌合金在H₂SO₄腐蚀液中去合金化的过程

  颜修兴, 段云彪, 胡劲, 吴家乐

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 82-89. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0642

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  以H62黄铜合金带材为原料,通过自由化学腐蚀去合金化法制备具有三维连续孔隙的纳米多孔铜材料。首先将样品进行抛光预处理,然后在60℃的0.5 mol·L^-1 H₂SO₄溶液中进行不同时间的自由去合金化处理,研究不同反应时间对合金的去合金化程度、韧带尺寸和相组成的影响。使用扫描电镜、X射线衍射仪、光学显微镜和电化学工作站等表征合金的表面微观形貌、物相组成、显微组织和腐蚀极化曲线。结果表明:随着反应时间的延长,多孔铜的韧带尺寸逐渐变粗,由15 min时的150 nm粗化至60 min时的240 nm,孔隙率逐渐降低;在基体合金中出现纯铜相,合金基体中发生锌的脱出和铜原子的扩散并形成纳米多孔结构;统计韧带尺寸并拟合计算得到韧带粗化系数n为2.325,平均扩散系数D_s为3.117×10^-15 m²·s^-1,与相关文献相比具有更快的扩散系数。
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  Ti对富Fe非等原子比高熵合金组织与性能的影响

  王书亮, 李奇霖, 毛一点, 西宇辰, 董立谨, 张华礼

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 90-98. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0627

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  在各元素成相作用和降低成本的基础上,利用机械球磨与放电等离子烧结的方法成功制备了一种富铁非等原子比Fe₄₅Cr₁₅Co₁₀Ni₃₀高熵合金。在该合金中通过降低Co和Ni的方式引入Ti元素,并研究了Ti的含量对合金力学性能的影响。结果表明:与Fe₄₅Cr₁₅Co₁₀Ni₃₀合金相比,含Ti的高熵合金出现了富Ti的BCC相;随着Ti含量的增加,FeCrCoNiTi高熵合金的微观组织发生了变化,富Ti的BCC相颗粒变得细小,相的形貌与分布也出现了变化,导致合金的硬度、屈服强度和抗拉强度先升高后降低,应变率逐渐降低,其中Fe₄₅Cr₁₅Co₆Ni₂₆Ti₈合金的综合性能最好,硬度为(404.2±6.3) HV0.3,屈服强度与抗压强度分别达到最高的(1036±12) MPa和(1883±10) MPa,应变率也维持了较高的水准,为(47.1±3.3)%。
黑色金属合金材料
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  Nb/V/Ti微合金化对20MnSi钢组织和力学性能影响

  蒲春雷, 姜嫄, 闫洞旭, 方实年, 丁汉林, 朱国辉

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 99-106. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2023-0124

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  采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和室温拉伸测试等研究了Nb、V、Ti微合金化元素对20MnSi钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:Nb、V、Ti微合金化及其所形成的第二相粒子可以阻碍试验钢的晶界迁移、细化晶粒尺寸,经热轧-空冷后晶粒明显细化,晶粒尺寸可达12级,综合力学性能明显优于20MnSi穿水钢筋,并达到新国标中400 MPa级钢筋所要求的性能指标。根据理论模型计算,晶界强化、固溶强化和位错强化增量分别约占屈服强度的54%、22%和17%,而由于微合金化元素含量较低且所形成的第二相粒子体积分数较低,析出强化增量在试验钢屈服强度中的占比仅约7%,表明Nb、V、Ti微合金化设计而导致的晶粒细化对试验钢力学性能提升所产生的贡献十分显著。
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  Ce、Cu合金化高强高效无取向硅钢中的夹杂物和析出相分析

  丁西安, 陆勤阳, 李娜, 王永强, 郑成思

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 107-114. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0608

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  设计并制备了含Cu和Ce的高强高效无取向硅钢。通过热力学计算、FactSage和JmatPro相图计算以及扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱仪(EDS)等研究了不同Cu含量的含Ce无取向硅钢中夹杂物和析出相粒子性质。结果表明:Ce的添加降低了试验钢中富Cu析出相的开始析出温度。Cu含量不仅影响富Cu析出相的尺寸、数量而且影响其形态,如1.24%Cu含量的钢中富Cu析出相尺寸细小、呈球状,2.24%Cu含量的钢中富Cu析出相尺寸较大且出现短棒状形态。Ce的添加改变了AlN、Al₂O₃等夹杂物的形态和尺寸,使夹杂物变性,降低了夹杂物对试验钢磁性能的有害影响。
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  2507双相不锈钢在海水脱硫不同阶段的腐蚀钝化行为

  寇晓培, 张钰柱, 余翠兰, 冯淼, 田于财

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 115-126. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0604

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  通过开路电位、动电位极化法、恒电位极化法、电化学阻抗、Mott-Schottky曲线和腐蚀形貌观察法等研究了2507双相不锈钢在海水脱硫过程中不同阶段的腐蚀钝化行为。结果表明:在海水脱硫过程中,SO₂会转变为Na HSO₃、Na₂SO₃和Na₂SO₄,导致2507双相不锈钢的耐腐蚀性能先下降后上升。2507双相不锈钢在不同人工海水中发生了选择性腐蚀,点蚀优先在α/γ相相界和α相区形核生长,点蚀孔从窄深型转变为宽深型。HSO₃^-和SO₃^2-对实验钢的耐腐蚀性能具有损害作用,并且SO₃^2-的损害作用程度大于HSO₃^-,SO₄^2-对耐腐蚀性能无影响。HSO₃^-和SO₃^2-会阻碍钝化膜生成过程并提高钝化膜掺杂浓度,导致钝化膜导电性提升和屏蔽性能下降。
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  Ti-Mo铁素体基微合金钢的连续冷却转变行为

  杨洪波, 孙佳通, 赵贺然, 王豪, 亓伟伟

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 127-133. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0611

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  利用Gleeble 3800热模拟实验机分别获得了Ti-Mo铁素体基微合金钢在静态和动态经不同速率冷却后的温度-膨胀量曲线,结合金相法绘制了Ti-Mo微合金钢的连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明:无论是静态CCT还是动态CCT,随着冷却速率的增大,实验钢的珠光体与铁素体均减少,贝氏体体积分数增加,当冷却速率达到30℃/s时,组织全部为贝氏体。实验钢铁素体相变的开始温度为800℃,压缩变形扩大了珠光体相区使其向左扩张,缩小了贝氏体相区,并降低铁素体转变开始温度。在制定控轧控冷工艺时,为了使实验钢在卷取过程中获得铁素体+粒状贝氏体组织,从而进一步优化强韧性能,建议Ti-Mo铁素体基微合金钢终轧温度应高于800℃,轧后冷却速率应高于30℃/s,并且要在贝氏体相变高温区完成卷取。
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  Nb微合金化对20CrNiMoH齿轮钢淬透性的影响

  陈文杰, 尉文超, 王毛球, 朱心昆, 何肖飞

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 134-140. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0632

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  在20CrNiMoH钢中添加了0.03%的Nb,通过末端淬火试验、物理化学相分析以及热膨胀试验等研究Nb对试验钢在950和1200℃淬火时对其淬透性的影响。结果表明:当淬火温度为950℃时,Nb主要在析出相中,由于Nb的添加细化了晶粒,含铌钢的淬透性低于不含铌钢。当淬火温度为1200℃时,NbC析出相发生回溶,Nb固溶到奥氏体晶粒中,含铌钢的淬透性高于不含铌钢。热膨胀试验结果表明固溶Nb具有降低试验钢的临界冷却速度,提高M_s点以及推迟珠光体铁素体转变,扩大马氏体贝氏体相区的作用,从而提高其淬透性。
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  Cu含量对Fe-Cu-C系粉末冶金轴承材料组织性能的影响

  冯晗, 李佳欣, 陈鹏起, 张东亚, 程继贵

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 141-148. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2023-0050

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  以还原铁粉、电解铜粉、鳞片状石墨粉制备成形的混合料为原料,经压制烧结得到了Fe-xCu-0.7C(x=10、15、20和25 mass%)粉末冶金轴承材料。采用扫描电镜、洛氏硬度计、万能材料试验机及摩擦磨损试验等研究了烧结体试样的显微组织、硬度、压溃强度及摩擦磨损性能,分析了Cu含量对烧结体试样的孔隙率、显微组织和力学性能的影响。结果表明:烧结体试样的显微组织主要由珠光体、铁素体、Cu相以及孔隙组成,随着Cu含量从10%增加到25%,烧结体的开孔隙率和硬度降低,压溃强度先升高后降低,摩擦系数以及体积磨损量先降低后升高。当Cu含量为15 mass%时,Fe-15Cu-0.7C烧结体试样的综合性能较好,其密度、硬度、压溃强度、摩擦系数以及体积磨损量分别为6.14 g/cm³、51.81 HRB、419.96 MPa、0.23和0.2145 mm³。
材料模拟计算
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  Cu-Ti-Ni-Mg合金的热变形行为及热加工图

  张志阳, 周孟, 张毅, 唐顺龙, 田保红, 刘勇

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 149-156. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0617

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  通过真空熔炼制备了Cu-1Ti-1Ni-0.1Mg合金,采用Gleeble-1500D数控动态-力学模拟试验机,在0.001~10 s^-1应变速率和550~950℃变形温度下,对Cu-1Ti-1Ni-0.1Mg合金进行了热变形试验。在流变应力的基础上得到了合金的本构方程,绘制了其热加工图,分析了合金的微观组织演变和析出相类型。结果表明:Cu-1Ti-1Ni-0.1Mg合金的峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增加而增大。变形温度的升高对动态再结晶有促进作用,合金的主要析出相为CuNi₂Ti。Cu-1Ti-1Ni-0.1Mg合金的最佳热加工区域为应变速率0.001~0.15 s^-1,变形温度850~950℃。
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  基于Level Set方法的40CrMnMoA合金钢的奥氏体晶粒长大模型

  司亚辉, 陈学文, 白荣忍, 周正, 张晓鹏, 周旭东

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 157-165. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0615

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  为准确描述40CrMnMoA合金钢的奥氏体晶粒长大行为,借助Gleeble-1500D型热模拟机对40CrMnMoA合金钢进行了保温试验,温度为900~1150℃,时间为10~2000 s。基于试验结果,通过非线性回归建立了40CrMnMoA合金钢Burke-Turnbull奥氏体晶粒长大模型,构建了基于Level Set方法的40CrMnMoA合金钢奥氏体晶粒长大的介观尺度有限元模型并进行计算。结果表明:保温温度与保温时间对40CrMnMoA合金钢的晶粒长大行为均具有较大的影响。40CrMnMoA合金钢的奥氏体平均晶粒直径随保温时间的延长呈抛物线增长。所建立的Burke-Turnbull晶粒长大动力学模型具有较高的精度,试验值与计算值相关系数(R)为0.9932。40CrMnMoA合金钢奥氏体再结晶晶粒长大激活能(Q_m)为142845.37 J/mol。通过对比仿真计算与试验所得的晶粒组织,验证了本文所建有限元模型可有效地预测40CrMnMoA合金钢的奥氏体晶粒长大演变过程。
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  9310钢的CCT曲线测定与分析

  邓为豪, 王杰, 蒲欢, 贾雪梅, 杨眉

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 166-173. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0636

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  通过Formastor-F‖相变仪测试了9310钢在不同冷却速度下的膨胀曲线,并绘制其连续冷却转变曲线(CCT曲线);以CCT曲线为基础,结合光学显微镜、扫描电镜(SEM)及维氏硬度计等分析了不同冷却速度对实验钢组织转变的影响。结果表明:当冷却速度为0.05~1℃/s时,随着冷却速度的提高,铁素体转变逐渐过渡为贝氏体转变;当冷却速度为5℃/s时,只发生贝氏体转变;当冷却速度为10~20℃/s时,贝氏体转变逐渐向马氏体转变过渡。当冷却速度从0.05℃/s增加到5℃/s时,9310实验钢的维氏硬度迅速增加;当冷却速度提高至10℃/s及以上,维氏硬度稳定在约410 HV0.5。
其他
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  以铝质铆钉为单元件的铝合金/钢的电阻单元焊

  赵培峰, 赵江辉, 石红信, 邱然锋

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 174-181. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0635

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  以腿径为6 mm的铝质铆钉为单元件对铝合金A6061与低碳钢Q235进行电阻单元焊,并利用扫描电镜对接头界面区域进行了组织观察,研究了焊接电流、焊接时间对接头抗剪载荷和十字抗拉载荷的影响。结果表明:焊接电流大于18 kA时,靠近熔核的铆钉腿与上板钢的界面、上板钢与下板铝合金间界面生成了金属间化合物层。随着焊接电流增大、焊接时间的增加,接头的抗剪载荷和十字抗拉载荷均呈先增大后下降的变化趋势;当焊接电流为26 kA、焊接时间为300 ms、电极压力为3.1 kN时,接头的抗剪载荷达到最大,其值约为5.86 kN。
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  SiO₂/TC4钎焊接头的组织性能

  龚浩, 程东海, 薛行雁, 李海涛, 李文杰, 刘钊泽, 廖焕剑

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 182-188. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0610

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  以Mo片为缓冲层,采用AgCuTi钎料对石英玻璃与TC4钛合金进行钎焊,以实现调控石英玻璃与TC4之间热膨胀系数的差异,降低钎缝中石英玻璃侧的应力;分析了Mo缓冲层对钎焊接头应力缓解及组织性能的影响。结果表明:Mo缓冲层的加入可以调控石英玻璃与TC4之间热膨胀系数的差异,把钎缝中石英玻璃侧的应力转移至Mo缓冲层处,减小石英玻璃侧所受应力,提高了钎焊接头的性能;同时通过Mo缓冲层的加入,可阻隔TC4母材中溶解的Ti元素向石英玻璃侧的扩散,减弱石英玻璃侧的反应,降低靠近石英玻璃侧的薄反应层厚度。当钎焊温度为900℃,保温时间10 min时,添加Mo缓冲层的钎焊接头的抗剪强度最高,达到37 MPa。
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  Ni与SiC陶瓷反应生成周期性层状组织的机理

  石浩江, 张瑞谦, 李鸣, 颜家振, 刘自豪, 白冬

  材料热处理学报. 2023, 44(7): 189-196. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0618

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  采用纯Ni箔为中间层钎焊材料,以三明治结构分别在1100、1180和1300℃下保温10 min实现了SiC陶瓷的连接,研究了Ni与SiC陶瓷反应界面处的微观成分和组织结构变化规律。基于元素扩散模型分析研究了Ni与SiC陶瓷反应生成Ni₂Si化合物/Ni₂Si化合物+石墨的周期性层状组织的演变机制。结果表明:周期性层状组织的生成与元素相互扩散速率相关。以反应生成Ni₂Si为例,由于Ni向SiC侧扩散的速率比反应界面处释放的Si向Ni箔侧扩散速率快,导致Si元素在界面处的浓度减小。当Si元素浓度小于Ni₂Si化合物形核所需要的临界浓度,则Ni₂Si在该处停止形核。而在距离该形核位置一定距离的SiC侧,Si元素浓度再次满足形核所需要的临界浓度,则Ni₂Si再次形核,造成了Ni₂Si形核位置随着反应过程的推进而不断改变的现象。在整个过程中,Ni与SiC反应生成Ni₂Si+石墨的反应将持续进行。本文的研究理论适用于解释Pt、Cu、Mo、Fe等金属元素与SiC反应生成周期性层状组织的过程。