《金属学报》主要刊登冶金科技和材料科学与工程方面具有创新性的原始学术论文和高水平的综述性文章，是我国在该领域历史悠久、学术水平高的核心期刊之一。 自创刊伊始，《金属学报》一直坚持正确的出版导向，模范贯彻执行党和国家的各项方针、政策，全心全意为国民经济和科学技术现代化服务，为我国的冶金和材料工业发展做出了巨大的贡献。
DOI：10.12074/202303.00582V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：建立了Ti6Al4V合金铸件/铸型界面换热系数(h)的一维反算模型, 从数学及数值模拟的角度研究了型壳热物性参数和热电偶定位等参数对h 计算的影响, 分析了不同参数影响的不同特点, 据此对型壳热物性参数和热电偶定位位置等进行了修正, 提高了h 反算精度. 修正计算参数后的反算结果表明, Ti6Al4V合金熔模铸造条件下, h 的变化可分为4 个阶段: (1)铸件为液态, h 维持约440 W/(m2·K); (2) 铸件表面生成完整凝固层, 此阶段h 下降近60%; (3) 凝固层不断增厚至铸件凝固,此阶段h 下降接近峰值的20%; (4) 铸件凝固后, h 随温度缓慢下降. 在三维模型中对反算得到的h 进行了验证, 得到的模拟温度与实测温度基本吻合, 表明反算得到的h 较为准确, 可以应用于Ti6Al4V合金熔模铸造过程的数值模拟中.
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关键词: 激光冲击; 航空铝合金; 表面改性; 高熵合金; 非晶; 纳米晶; 抗蚀性;
DOI：10.12074/202303.00512V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：用7075-T76 航空铝合金进行激光冲击表层改性实验, 借助SEM和TEM分析冲击层的微观结构、表层获得的非晶/纳米晶复合材料高熵合金层的演变过程和成因及力学性能与抗腐蚀性能. 结果表明, 激光冲击的超高能量、超快过程导致的绝热剪切热效应诱导材料表层合金体系发生熵增效应及重新配分. 合金体系混合熵的增大促进组元间的混乱度增高, 弱化了杂质原子的不良作用. 激光冲击提供的外场能量促进熵的增量转化为合金中形成非晶态组织所需Gibbs 自由能ΔGconf的降低. 多组元铝合金在多次激光冲击强大的外场能量作用过程中, 各组元间按照Boltzmann 定律自发重组, 动态析出的纳米晶组织则发挥过程中体系不平衡度的协调作用, 使所获高熵非晶组织更符合Boltzmann 关系的热力学要求. 通过热力学自调整和微结构重组, 激光冲击层最终由非晶/纳米晶颗粒复合组成. 同时, 激光冲击的超高应变率诱导的强烈微观应力使时效析出相发生整体塑性形变, 产生平行分布的形变孪晶, 协同吸收激光冲击能量. 由于晶界强化消失和位错密度降低, 激光冲击主要体现为结构重组效应. 激光冲击表层的硬度在单次激光冲击后有所提高, 随冲击次数增加, 硬度逐步与基体硬度持平. 激光冲击造成的强烈形变可使铝合金表层内纳米晶尺寸减小至2~3 nm. 非晶态消除了在第二相周围的原电池腐蚀, 从而使航空铝合金7075-T76 表面激光冲击所获非晶/纳米晶复合材料表层的抗腐蚀性能明显改善.
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关键词: 纳米析出物; 冷却速率; 纳米压痕; 纳米硬度; Young's 模量;
DOI：10.12074/202303.00515V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：以复合添加Nb和Ti 的微合金钢为研究对象, 采用热模拟、显微硬度、透射电镜以及纳米压痕技术等方法对实验钢在连续冷却条件下和卷取过程中的冷却速率对组织演变及显微硬度的影响进行观察和分析, 研究了(Nb, Ti)C 在卷取中的析出规律及其对铁素体相微观力学性能的影响. 结果表明, 连续冷却和卷取过程中的冷却速率的增加都能促进Nb-Ti 实验钢从铁素体+珠光体组织向贝氏体组织转变, 细化铁素体晶粒. 在连续冷却条件下, 实验钢的显微硬度随着冷却速率的增加逐渐升高, 而在卷取过程中由于较小冷却速率能够促进(Nb, Ti)C 在铁素体中的形核和长大使得铁素体中存在大量均匀弥散分布的纳米析出物, 提高了基体的强度, 因此随着卷取过程中冷却速率的增加实验钢的显微硬度呈现降低的趋势. Nb-Ti实验钢中铁素体相的纳米硬度为4.13 GPa, Young's 模量为249.3 GPa, 普通C-Si-Mn 钢铁素体相的纳米硬度为2.64 GPa,Young's 模量为237.4 GPa, 纳米析出物对铁素体相的纳米硬度的贡献达到1.49 GPa.
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关键词: Ti(C; N)-Al2O3; 液相扩散连接; 辅助脉冲电流; 界面反应; 接头强化;
DOI：10.12074/202303.00565V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用Cu-Zr 箔/Cu 箔/Cu-Zr 箔中间层对Ti(C, N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行了液相扩散连接实验, 研究了辅助脉冲电流对元素扩散、界面反应产物及接头强化机制的影响. 结果表明, 液相扩散连接过程中辅助脉冲电流条件下可以在较低的焊接温度和较短的焊接时间内实现更高的接头强度. 辅助脉冲电流液相扩散连接工艺显著改变了Zr 和Cu在Ti(C, N)-Al2O3陶瓷基复合材料和钎缝中的扩散行为, 减少Zr 的活性, 抑制其与Al2O3陶瓷颗粒发生激烈的化学反应. 辅助脉冲电流可以抑制陶瓷颗粒相溶解进入焊缝以及界面扩散过渡层和Zr-Cu反应层的厚度, 确保焊缝强化以及界面强化, 这是辅助脉冲电流液相扩散连接接头具有较高强度水平的关键所在.
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关键词: 形状记忆合金; Mn; 应力诱发e 马氏体; 滑移;
DOI：10.12074/202303.00499V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, EBSD, XRD, TEM和SQUID研究了3 种不同Mn含量的固溶态Fe-(14~21)Mn-5.5Si-8.5Cr-5Ni 合金在马氏体转变开始温度Ms以上10 K (Ms+10 K)变形前后的形状记忆效应和微观组织. 结果表明, 固溶态Fe-(14~21)Mn-5.5Si-8.5Cr-5Ni 合金的形状记忆效应随Mn含量增加而增加. 这是由于: 一方面, 奥氏体屈服强度与应力诱发e 马氏体临界应力的差值随着Mn含量的增加而增大, 即提高Mn含量增强了奥氏体抵抗塑性变形的能力; 另一方面, Mn含量的提高减小了应力诱发e 马氏体的宽度, 抑制了a' 马氏体的引入, 从而提高了应力诱发e 马氏体的可逆性.
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关键词: GH4033 变形合金; 涡轮叶片; 超温; 显微组织; 持久性能;
DOI：10.12074/202303.00554V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：对已服役的航空发动机用γH4033 合金二级涡轮叶片榫头部位进行900~1100 ℃短时超温3 min 热处理, 之后再进行组织表征和力学性能测试, 研究了短时超温过程中合金的组织损伤及其对室温硬度和700 ℃, 430 MPa下持久寿命的影响规律. 结果表明, γH4033 合金中γ'相颗粒在短时超温过程中发生粗化和回溶现象, 当温度达到980 ℃及以上时, 保温3 min 后γ'相完全回溶; 随着超温温度的升高, 晶界碳化物逐渐溶解, 1100 ℃时完全溶解, 并造成晶粒开始长大. 短时超温后叶片合金的室温硬度随着γ'相的回溶急剧下降, 当γ'相完全回溶时室温硬度降低至170 HV左右. 合金在700 ℃, 430 MPa下持久寿命随着短时超温温度的升高呈现先增大后急剧降低的规律, 其主要受γ'相的回溶与再析出以及晶界碳化物回溶的影响.
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关键词: 液态金属冷却; 定向凝固; 重型燃机叶片; 数值模拟;
DOI：10.12074/202303.00626V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片, 采用ProCAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下, 不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS), 预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响. 结果表明, 模拟结果与实验结果吻合良好. 随着抽拉速率增加, 叶片的凝固速率、冷却速率均增加, 远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率; 叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同, 纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法; LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷, PDAS远小于HRS工艺.
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关键词: Mo5SiB2 (T2); 常压烧结(TFS); 放电等离子烧结(SPS); 微观组织;
DOI：10.12074/202303.00539V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：分别通过还原气氛常压烧结法(TFS) 和放电等离子烧结法(SPS) 制备Mo5SiB2 (T2) 相合金, 并采用XRD, SEM和TEM等方法对合金的微观结构进行表征. 结果表明: 快的升温速率是合成T2 相的动力学条件, 相比传统烧结方式, SPS 法以独特的等离子活化烧结方式提供快的加热速率, 能够在较短的时间内升温到所需温度1500 ℃, 避免Mo, Si 和B混合粉末在中温区间(600~1200 ℃) 通过固-固反应生成Mo3Si, Mo5Si3和MoB等二元相, 而通过固-液反应原位合成T2 相. 合金平均晶粒尺寸为1.44 mm, 晶界清晰、洁净、无过渡区且在晶体内没有观察到位错等缺陷.
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关键词: Al-Mg-Si-Cu 合金; 热加工工艺; 成形性能; 再结晶织构; 模型;
DOI：10.12074/202303.00533V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：通过拉伸实验, 并利用OM, SEM, TEM观察以及EBSD测试手段, 研究了不同热加工工艺对Al-Mg-Si-Cu系合金板材力学性能和组织, 包括织构的影响规律. 结果表明, 热加工工艺的变化对T4P预时效态合金的强度和应变硬化指数n 基本无影响, 但是对平均塑性应变比r, 平面各向异性度Δr 以及不同方向延伸率影响显著; 热轧之后首先进行一定量的冷轧变形然后再进行退火处理获得的合金板材(工艺II)较热轧后直接进行退火处理(工艺I)获得的合金板材在固溶之后的成形性能要好, r 可达0.6187, 同时各向异性明显减小; 虽然工艺I 处理的合金板材固溶过程中PSN效应显著, 但是工艺II 固溶处理前的冷轧变形量和不同尺寸粒子分布情况设计合理, 再结晶晶粒基本呈等轴状, 且仅含有强度较低的CubeND, Cube 和H织构.并根据热加工工艺对合金板材显微组织的影响规律, 提出该系合金随热加工工艺进行的组织演化模型示意图.
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关键词: Ni3Al; IC21 单晶合金; 低成本; 低密度; 高温力学性能; 抗氧化性能;
DOI：10.12074/202303.00550V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：针对高压涡轮导向叶片服役性能需求特点研发了一种低密度、低成本、高强度Ni3Al 基单晶合金IC21. 该合金的Re含量不大于1.5%, 密度小于8.0 g/cm3. 金相法测得合金的初熔温度约为1345 ℃. 经过标准热处理后, IC21 合金中g'相分布均匀, 体积分数为80%左右, 尺寸约为420 nm, 具有较高的g'相立方化程度和排列有序度. IC21 单晶合金在1100 ℃下抗拉强度为490 MPa, 屈服强度为470 MPa, 在1100 ℃, 140 MPa条件下的持久寿命可达170.5 h, 1150 ℃, 100 MPa条件下的持久寿命可达110.0 h. IC21 单晶合金具有良好的高温组织稳定性和较好的抗高温氧化性, 1080 ℃长期热暴露后, 没有拓扑密堆相析出, 在1100 和1150 ℃大气中100 h 的氧化动力学曲线遵循抛物线规律, 氧化增重速率分别为0.015 和0.045 mg/(cm2·h). 组织结构分析表明, 该单晶合金的高温强度主要来源于高的g'相含量、高的合金错配度和致密的界面位错网结构.
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