《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。
Keywords: 脆性断裂; 充氢; 微区塑性变形; 高强度低合金钢; 中子衍射; 晶格应变;
DOI：10.12074/202303.00548V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：利用飞行时间法中子衍射对比研究了充氢与未充氢1250 MPa超高强度钢的拉伸变形行为与轴向晶格变形特征,并观察了断口区组织形貌与晶粒取向特征. 在无加载条件下, 充氢试样的轴向(110)与(200)面间距分别大于和小于未充氢试样的对应面间距, 显示出四面体间隙中H原子的进入使轴向(110)面间距有所增加, 同时内部应力的平衡作用使轴向(200)面间距有所减少. 未充氢试样达到1250 MPa抗拉强度发生颈缩塑性断裂, 而含有8.0×10-6可扩散氢的试样在分步加载至500 MPa时发生脆性断裂. 中子衍射分析表明, 未充氢试样在拉应力加载至500 MPa时均基本符合线弹性变形, 但至700 MPa时, 轴向{200}晶粒比其余取向晶粒优先显示非线弹性变形, 至800 MPa时轴向{110}晶粒也出现非线弹性变形, 轴向{200}晶粒优先产生微屈服现象, 而轴向{211}晶粒仍然处于线弹性阶段; 充氢试样在拉伸至300 MPa时, 轴向{110}晶粒出现非线弹性变形, 至400 MPa时轴向{200}晶粒也出现非线弹性变形, 轴向{110}晶粒优先产生微屈服现象, 轴向{211}晶粒仍处于线弹性阶段. 断口剖面观察显示未充氢试样内形成明显的轴向<110>拉伸纤维织构, 而氢脆试样内除了明显的晶界裂纹萌生, 还有晶内裂纹扩展与局部晶体转动特征. 基于不同取向晶粒的微屈服概念, 解释了充氢导致轴向{110}晶粒优先微屈服而不是轴向{200}晶粒优先微屈服, 同时以氢伴随微区塑性变形的方式发生脆性断裂.
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Keywords: 反极性效应; Sn-9Zn焊点; 电迁移; 界面反应; 金属间化合物;
DOI：10.12074/202303.00509V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：研究了230 ℃, 5×103 A/cm2条件下液-固电迁移对Ni/Sn-9Zn/Ni 线性焊点界面反应的影响. 在液-固电迁移过程中,Ni/Sn-9Zn/Ni 焊点表现出明显的反极性效应, 即阴极界面金属间化合物(IMC)持续生长变厚, 并且一直厚于阳极界面IMC.由于排除背应力的影响, Sn-9Zn 液态钎料中Zn 原子的反常迁移行为归因于其有效电荷数在高温下为正值, 即在电子风力作用下Zn原子向阴极界面定向迁移, 从而导致焊点在液-固电迁移过程中发生反极性效应. 回流焊后, Ni/Sn-9Zn/Ni 焊点两侧界面上均生成了较薄的Ni5Zn21层. 液-固界面反应过程中(无电流)焊点两侧界面IMC均随时间延长而生长变厚, 从而消耗钎料中的Zn原子并使界面处的相平衡发生变化, 导致界面IMC由Ni5Zn21转变为[Ni5Zn21+(Ni, Zn)3Sn4]. 与之相较, 液-固电迁移过程中阴阳两极界面IMC的类型一直为Ni5Zn21, 并未发生IMC类型的转变. 这是由于, 在电子风力作用下, 阴极界面附近钎料中Zn原子的含量充足, Zn与Ni 反应生成Ni5Zn21型IMC; 同时, 电子风力也阻碍了Zn原子向阳极界面的扩散, 从而抑制了阳极界面IMC的生长, 导致界面IMC较薄, 因此阳极界面也未发生IMC类型的转变. 此外, 运用反证法进一步验证了Zn的有效电荷数在高温下是正值.
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Keywords: 镍基高温合金; 盘形锻件; 铸锻工艺; 微观组织; 力学性能;
DOI：10.12074/202303.00556V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：在对一系列高合金化模型合金进行系统比选研究的基础上, 发展了新型的GH4065 变形高温合金, 该合金化学成分与René 88 DT合金类似, 并针对铸锻制备工艺的要求进一步实施了优化. 研制结果表明, 应用三联低偏析熔铸和多重循环热机械处理等新型技术生产的GH4065 合金, 适用于制备先进航空发动机关键热端转动部件, 综合性能完全满足高压压气机盘和低压涡轮盘的工况要求, 必要时可以作为高压涡轮盘的高可靠性、低成本解决方案. 随着变形高温合金材料和制备工艺的发展, 应用铸锻工艺制备的高性能涡轮盘材料能够满足先进航空发动机的技术要求.
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Keywords: 无Pb钎料; 晶须生长; 硅氧烷齐聚物(POSS);
DOI：10.12074/202303.00617V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：在Sn, Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn42-Bi58 钎料中添加具有纳米结构的笼形硅氧烷齐聚物(POSS)作为增强相, 研究了增强相在恒温恒湿(85 ℃, 相对湿度85%)条件下对锡基无Pb焊层晶须生长行为的影响. 结果表明, 在恒温恒湿条件下, 锡基无Pb焊层晶须生长的驱动力是Sn 的氧化物生成引起体积膨胀从而对周围焊层产生的压应力; 添加POSS可以有效缓解金属Sn的氧化进程, 抑制Sn 的氧化物生成, 从而减缓晶须生长; 在Sn, Sn3.0Ag0.5Cu和Sn58Bi 焊层中, Sn 焊层晶须生长能力最强,Sn58Bi焊层晶须生长能力最弱.
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Keywords: Cr35Ni45Nb合金; 真空低压渗碳; 抗渗碳性; 氧化膜; 金属尘化;
DOI：10.12074/202303.00517V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用乙炔真空渗碳方式对服役6 a 的乙烯裂解炉管合金Cr35Ni45Nb进行了加速渗碳处理, 并利用SEM, XRD及定量电子探针等手段对渗碳前后炉管内壁的渗碳行为及相演化机理进行系统研究. 结果表明, 炉管内表面形成了较厚的Cr2O3/SiO2复合氧化层. 复合氧化层表现出良好的抗腐蚀能力, 是阻止C渗入炉管内部的有效障碍. 材料的抗渗碳能力主要取决于表层Cr2O3的连续性、致密性和亚表层SiO2的稳定性. 在低氧分压且具有还原性的气氛中, 表层的Cr2O3层逐渐碳化为Cr3C2, 并且Cr3C2逐渐剥离和脱落, 使得保护性Cr2O3膜的抗渗碳能力逐渐减弱甚至消失. 亚表层的SiO2虽具有优良的热力学稳定性, 但Si 较低的活度使得SiO2层不够连续, 仍有部分C从氧化层空隙间渗入. 当移除该复合氧化层或者渗碳时间足够长使得复合氧化层抗渗碳能力急剧减弱时, 炉管材料内部由于发生严重的内部渗碳使得组织结构发生了显著变化: 枝晶间碳化物严重合并和粗化, 并原位发生由M23C6到M7C3的转变, 同时在碳化物内部析出类似于离异共析状的蠕虫状g 相. 距表面越近, C活度越高, 导致在约0.5 mm深的范围内发生以大量石墨析出为特征的金属尘化现象. 碳化物的严重合并粗化以及金属尘化现象会造成炉管组织的严重弱化、宏观裂纹的产生以及炉管服役寿命的降低.
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Keywords: 扫描电化学显微镜(SECM); 纯Mg; 析氢; 活性点;
DOI：10.12074/202303.00623V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：应用扫描电化学显微镜的产生/收集和反馈模式, 研究纯Mg在NaCl和Na2SO4溶液中腐蚀过程中的微区(点、线、面)析氢行为和活性点的演变过程. 实验结果显示, 无论在NaCl 还是Na2SO4溶液中, 阴极极化和阳极极化均促进析氢, 与传统集气法获得的纯Mg腐蚀过程存在负差数效应一致, 但析氢速率在微区范围内波动加大, 不稳定, 且与极化程度有关. 析氢速率随NaCl 浓度增加而增加, 但随Na2SO4浓度增加而减少. NaCl 浓度增大、pH值降低、阳极极化有利于Mg表面活性点的产生.
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Keywords: 单晶高温合金; Hf; 成分分配比; 显微组织; 持久性能;
DOI：10.12074/202303.00552V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：通过对4 种不同Hf 含量(0~0.80%, 质量分数, 下同)的第二代镍基单晶高温合金DD11 铸态及热处理态组织定量表征与1100 ℃, 140 MPa持久性能测试, 研究了Hf 对相转变温度、(g +g')共晶组织、碳化物、微孔、凝固偏析、合金元素成分分配比及持久性能的影响. 结果表明, 添加Hf 显著降低合金的固/液相线, 降低微孔含量, 提高铸态共晶组织体积分数、MC型碳化物含量以及凝固偏析程度. 合金热处理后, 随着Hf 含量提高, 固溶微孔含量显著降低、残余共晶和碳化物含量显著增加. 添加Hf 通过提高Re, Mo和Cr 的成分分配比, 增加g /g'错配度, 减小g /g'界面位错间距, 促进Re, Mo和Cr 向g 相中偏聚,提高固溶强化效果, 减小微孔含量等方式, 显著提高DD11 合金持久性能. 但当Hf含量达到0.80%时, 热处理后的残余共晶、碳化物含量较高, 导致合金持久性能明显降低.
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Keywords: 回火时间; 硬度; TiC; 粗化; 马氏体板条;
DOI：10.12074/202303.00632V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：利用TEM, XRD和Vickers 硬度计等研究了回火时间对高Ti 微合金化马氏体钢组织及力学性能的影响, 阐明了高Ti 微合金化马氏体钢在回火过程中析出强化和组织软化之间的交互作用规律. 结果表明, 高Ti 钢在600 ℃不同时间回火, 硬度表现出不同的趋势. 10~300 s 回火, 硬度不断升高, 是由于TiC 的析出强化作用远大于基体回复而导致的软化作用; 300 s~10 h 回火, 硬度保持长时间的平台, 是由于细小TiC 粒子的不断析出, 且5 nm以下的粒子所占比例提高, 不断增加的细小TiC 粒子所产生的强化抵消了由于基体组织软化导致的硬度下降; 10~20 h 回火, 硬度快速降低, 且降低速率高于不含Ti 钢, TiC 粒子的平均尺寸由10 h 的2.76 nm粗化到20 h 的3.15 nm. 计算表明, TiC 粒子的粗化引起硬度降低11.94 HV, 基体软化引起硬度降低24.56 HV, 表明基体软化是硬度降低的主要因素, 而TiC 粒子的粗化加速了高Ti 钢硬度的降低, 是导致硬度降低的又一重要因素.
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Keywords: Q235B钢; 干/湿交替实验; 工业-海岸大气腐蚀; 锈层;
DOI：10.12074/202303.00500V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用干/湿交替腐蚀增重模拟实验、XRD以及EIS 等方法, 研究了模拟工业-海岸大气中pH值变化对Q235B钢腐蚀行为的影响. 结果表明, 当SO2浓度较低时, pH值变化对Q235B钢腐蚀速率的影响不明显; 当SO2浓度较高时, pH值变化对Q235B钢腐蚀速率的影响存在极值现象, 即: 当pH 值处于“较高”和“较低”之间某一值时, Q235B钢的腐蚀速率达到极大值. 当模拟工业-海岸大气中SO2浓度一定时, pH值变化对Q235B钢表面锈层相组成的影响不明显. 分析表明, 模拟工业-海岸大气环境中SO2的存在一定程度上抑制了b-FeOOH的形成. 随着SO2浓度的升高, 锈层中b-FeOOH和g-FeOOH的相对含量在减少, g-FeOOH可能发生了向Fe3O4的还原或向a-FeOOH的相变转化. 随着腐蚀时间的延长, 锈层相组成的演化呈现出相似的规律. 此外, 当模拟工业-海岸大气中SO2浓度较低时, Q235B钢腐蚀主要遵循Cl−的循环机制, 改变pH值对钢腐蚀行为的影响不明显; SO2浓度较高时, Q235B钢腐蚀初期主要遵循Cl−的循环机制, 随着腐蚀时间的延长, SO2对腐蚀的影响逐渐显著, 并以H2SO4再生循环的方式加速钢的腐蚀.
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Keywords: Nb-Ti微合金钢; 相间析出; Vickers硬度; 高分辨透射电子显微术; 取向关系; 错配度;
DOI：10.12074/202303.00473V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用热膨胀实验研究了等温温度对Nb-Ti 微合金钢组织、性能及析出行为的影响规律, 利用TEM对不同温度等温后试样的析出行为进行观察和分析. 结果表明, 不同温度等温后试样中均可观察到相间析出碳化物, 且降低等温温度可显著细化相间析出碳化物所在面面间距、相间析出碳化物所在面内析出物间距及相间析出碳化物尺寸. 具有层状分布特征的相间析出碳化物所在面呈现弯曲和平直2 种形态, 其中平直型相间析出碳化物所在面平行于铁素体的{011}, {012}, {013}和{035}面. 经HRTEM确定相间析出碳化物具有NaCl 型晶体结构, 晶格常数为0.434 nm, 且与铁素体基体符合Baker-Nutting(B-N)关系, 经EDS分析确定相间析出碳化物为(Nb, Ti)C. 利用Orowan机制对析出强化量进行估算, 结果表明不同等温温度下析出强化量均大于300 MPa.
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