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关键词: Ni-Cr-W-Fe 合金; 长期时效; g' 相; 拉伸性能;
DOI：10.12074/202303.00603V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, SEM和TEM研究了一种Ni-Cr-W-Fe 合金在760 ℃长期时效过程中的显微组织变化, 测试了合金室温和高温力学性能, 对拉伸断口进行了分析. 结果表明, 1100 ℃固溶后合金平均晶粒尺寸约为80 mm, 晶内包含退火孪晶. 760 ℃时效后合金中析出M23C6和g' 相. g' 相尺寸约为29 nm, 体积分数约为19%. 760 ℃长期时效后, g' 颗粒平均尺寸与时间t 满足Ostwald 方程. 固溶态合金具有优异的室温塑性, 拉伸断口具有韧性断裂形貌. 时效态合金室温屈服强度明显增加, 塑性下降. 随760 ℃保温时间延长, 合金室温和高温屈服强度缓慢降低. 与时效态合金相比, 1000~3000 h 时效后的合金室温塑性降低, 高温塑性维持在15%左右, 与时效态基本相当.
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DOI：10.12074/202303.00519V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, SEM, TEM, EPMA和二次离子质谱(SIMS)等手段, 研究了B对J75 抗氢合金晶界h 相析出的抑制作用机制, 采用饱和热充氢、三维原子探针(3DAP)技术和氢渗透实验方法, 研究了B对合金抗氢性能的影响机制. 结果表明, 不含B合金中存在Ti 的晶界偏聚, 导致晶界h 相在时效过程中析出; 含B合金中, 由于B抑制了Ti 的晶界偏聚, 使h 相难以形核长大, 从而抑制了晶界h 相的析出. B和H原子存在位置竞争关系, B降低合金的氢扩散系数, 阻碍H原子的扩散和迁移, 减少晶界偏聚H原子数量, 抑制氢致裂纹形成.
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关键词: 高强钢; Q&P工艺; 马氏体; 残余奥氏体; 强塑积;
DOI：10.12074/202303.00634V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：研究了经一步淬火C配分(Q&P)工艺处理的双马氏体实验钢的微观组织与力学性能, 并与经直接淬火及淬火回火(Q&T)工艺处理的实验钢进行对比, 初步探讨了一步Q&P 工艺对材料微观组织和力学性能的影响规律. 结果表明,显微组织主要由板条马氏体、片状马氏体和板条间薄膜状残余奥氏体组成, 且随着保温时间的延长, 片状马氏体含量先增加后减小, 残余奥氏体含量逐渐增大且趋于稳定. 与传统的直接淬火及Q&T 工艺相比, 经一步Q&P 工艺处理后的实验钢具有良好的综合力学性能, 即具备高强度的同时也具备良好的塑性, 其强塑积、抗拉强度和延伸率分别可达21774.2 MPa·%, 1442 MPa和15.1%, 且随着保温时间的延长, 抗拉强度逐渐减小, 延伸率逐渐增大且趋于稳定.
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关键词: 不锈钢; 核电材料; 应力腐蚀开裂; 高温碱性溶液; 断口形貌;
DOI：10.12074/202303.00620V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：利用电子背散射衍射(EBSD) 和显微硬度(HV) 测量技术, 表征了原始态、锻造固溶处理态和锻造去应力处理态316LN不锈钢(316LNSS) 的显微组织和残余应变. 利用U型弯曲应力腐蚀评价方法, 研究了3 种材料在325 ℃, 3.5%NaOH溶液中的应力腐蚀开裂(SCC) 行为的差异. 结果表明, 原始态316LNSS的SCC数量最多, 裂纹扩展速率最大, 而锻造固溶处理态316LNSS的SCC敏感性最低; 原始态和锻造固溶处理态的316LNSS在高温碱性溶液中发生明显的沿晶应力腐蚀开裂(IGSCC), 而锻造去应力态的316LNSS发生混合型SCC; 去应力处理不能有效消除锻造过程中可能产生的条带组织, 不利于316LNSS整体抗SCC性能的提高.
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关键词: Ni-Co-Mn-Sn; 形状记忆合金; 马氏体相变; 磁感生应变;
DOI：10.12074/202303.00578V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：通过结构和磁性测量, 研究了Ni50-xCoxMn39Sn11 (x=0, 2, 4, 6) Heusler 合金的晶体结构、相变和磁性. 结果表明, 随Co含量增加, 该系列合金的马氏体相变温度明显下降, 而Curie 温度却呈现出上升的趋势, 并在室温下展现出不同的晶体结构. 同时, Co含量的增加导致样品在奥氏体相的磁性迅速增加, 而马氏体相的磁性却几乎保持不变, 显著地提高了2 相之间的磁化强度差异(ΔM). 特别是当Co 含量增加到x=4 时, 2 相之间的ΔM达到40 Am2/kg, 并表现出磁场驱动马氏体相变的特征. 此外, 还研究了Ni50-xCoxMn39Sn11 (x=0, 2, 4)样品在马氏体相变过程中的应变行为. 其中, x=4 样品的相变应变量达到了0.17%, 通过3 T的磁场循环, 该样品在215~235 K的温度范围均显示出可回复磁感生应变. 这种可回复的应变行为可归因于样品中的部分马氏体相变可由等温磁场驱动.
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DOI：10.12074/202303.00518V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：选用织构相同的Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.14Cr-xNb (x=0, 0.12, 0.28, 0.48, 0.97, 质量分数, %)合金片状样品, 利用高压釜在500 ℃, 10.3 MPa过热蒸汽中进行500 h 的腐蚀实验, 用TEM和SEM分别观察了合金的显微组织和氧化膜断口形貌, 研究了Nb含量对锆合金耐腐蚀性能的影响. 结果表明, 5 种合金样品都未出现疖状腐蚀, 并且各自的轧面(SN面)、垂直于轧向的截面(SR面)和垂直于横向的截面(ST面)上氧化膜的厚度没有明显差异, 没有腐蚀各向异性的特征. 当Nb含量超过0.28%后, 腐蚀250 h 后合金的腐蚀速率随着Nb含量的增加而增加, 合金的耐腐蚀性能变差. Nb的添加会对合金中第二相的晶体结构产生影响, 低Nb的合金中主要含fcc 结构的Zr(Fe, Cr)2或Zr(Fe, Cr, Nb)2型第二相, 而高Nb的合金中主要含hcp 结构的Zr(Fe, Cr, Nb)2型第二相.
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关键词: 镍基单晶高温合金; 晶体学取向; 热疲劳; 孔; 裂纹萌生及扩展;
DOI：10.12074/202303.00551V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：选用第二代镍基单晶高温合金, 制备了平行于定向凝固方向且分别沿(100)面和(110)面的2 组板式试样, 采用电火花方法在试样中心垂直于板面加工孔径为0.5 mm的圆孔. 采用室温到1100 ℃的冷热疲劳实验, 研究了冷热循环过程中不同晶体学平面的板式试样上圆孔周围裂纹萌生及扩展行为. 结果表明, 位于不同晶体学平面的板式试样中, 电火花方法加工圆孔周围产生了一薄层再铸层, 再铸层最厚处约15 mm. 板式试样所在晶体学平面对圆孔周围裂纹萌生及扩展行为影响显著. 冷热循环80 cyc 后, (110)面试样中, 裂纹在与枝晶生长方向垂直的孔边产生, 之后迅速沿与枝晶生长方向呈45°角扩展. 而对于(100)面试样, 即使经过200 cyc 冷热循环后孔边也未观察到裂纹, 造成此差异的本质原因是单晶高温合金晶体结构的各向异性导致的热应力差别与微观组织特征共同作用的结果.
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关键词: TWIP钢; 晶体塑性; 多晶均匀化; 织构预测; 塑性变形;
DOI：10.12074/202303.00523V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：基于已建立的单晶体塑性模型, 建立了耦合孪生的孪生诱发塑性(TWIP)钢多晶体塑性模型, 该模型采用有限元多晶均匀化处理相邻晶粒间的几何协调和应力平衡条件, 获得了单晶体与多晶体状态变量的关系, 开发了基于ABAQUS/UMAT的计算程序. 采用EBSD研究了TWIP钢拉伸应变分别为0.27 和0.6 时的织构变化, 并对模型进行了应力应变及织构演化的验证. 用该本构模型分别建立了拉伸、压缩和扭转3 种简单加载条件下的有限元模型, 分析了不同变形条件下的宏观力学响应及织构演化规律. 结果表明: 拉伸变形过程中, 应变硬化现象和织构密度水平随应变增加而增强; 在压缩过程中,织构类型随应变增加而发生变化, 但是织构密度水平基本不变; 而在扭转过程中, 当扭转应变较小时, 基本无织构形成, 随着应变增加, 织构逐渐显现出来, 这是因为变形较小时, 圆柱沿径向方向内部变形量较小, 故织构不明显.
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DOI：10.12074/202303.00563V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：提出了一种在结晶器弯月面上方涂敷热障涂层, 来抑制弯月面传热, 进而控制铸坯振痕形成的新方法, 称为弯月面热障涂层方法(TBCMM). 利用模拟结晶器弯月面一维传热的测试装置, 研究了热障涂层在结晶器弯月面的不同位置对传热的影响规律, 分析了热障涂层抑制振痕形成的机理; 在浸铸式连铸模拟机上, 分别进行了结晶器有、无热障涂层的低熔点Sn-12.5%Pb 合金的模拟连铸实验, 获得了实测的弯月面温度波动曲线和铸坯, 对比分析了弯月面热流和铸坯表面振痕形貌, 证实了提出的TBCMM的有效性; 最后, 在中试实验连铸机上, 研究了热障涂层对钢连铸坯表面质量的影响, 获得了表面振痕减轻甚至消除的连铸钢坯.
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DOI：10.12074/202303.00602V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：综合评述了作者几年来先后完成的Hf 含量对Ni-16Si, Hf 和Sn 对Ni-20Ti-5Cr-3Al-18Si, Zr 含量对Ni-22Ti-16Si, Ta含量对Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al 和稀土元素Dy和Ho对Ni-23Ti-10Ta-2Cr-18Si 和Ni-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf 等合金组织结构和力学性能影响的研究工作. 合金元素Hf, Zr, Sn+Hf, Ta, Dy和Ho加入Nb-Si 二元系或多元系合金, 明显提高其室温和高温屈服强度和塑性以及断裂韧性. 强度的提高与合金元素的固溶强化有关, 塑性、韧性的改善与组织的细化和超过临界尺寸的固溶体(Nb, Ti)ss 颗粒增多等因素有关.
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DOI：10.12074/202303.00611V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：基于热传导反算法, 建立了液态金属与压室之间传热的二维反算数学模型, 设计了压室内部测温模块并进行了针对Al-9%Si-3%Cu合金的静态无压射和常规压铸实验. 基于实验中测得的压室内部不同位置的温度, 求解得到了液态金属在压室中的温度场及其不同位置的界面换热系数, 为预测压室预结晶提供可靠依据. 结果表明, 静态无压射条件与常规压铸条件下液态金属与压室界面换热情况差异很大, 同时压室中间界面换热系数均随液态金属流动方向依次降低, 压室壁温度也存在两端高中间低的分布. 在常规压铸条件下, 由于冲头运动的影响, 压室末端换热系数存在双峰现象.
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关键词: 压痕; 晶体塑性; 单晶; 双晶; 晶界; 有限元;
DOI：10.12074/202303.00463V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：为了研究晶界的压痕行为, 采用晶体塑性理论对单晶和双晶的压痕行为进行了有限元模拟, 得到了压痕表面和晶界位置处的应力分布. 结果表明, 相邻晶粒的晶体取向对压痕深度-载荷响应以及分解切应力分布均有较显著的影响. 压载荷作用下, 晶界位置处存在应力集中, 且晶体取向差异越大, 晶界应力越大.
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关键词: 双相钢; 微观结构; 塑性变形; 分级淬火; 临界区退火; 数字图像相关(DIC);
DOI：10.12074/202303.00569V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：通过工艺设计, 对工业20 钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理, 获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2 种双相钢. 对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征; 应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布, 并结合表面微裂纹分析, 揭示了2 种双相钢的不同变形断裂机制. SQ双相钢展现出较低的强度, 但具有更好的塑性与冲击韧性, 这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中; 而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍, 铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力, 使裂纹优先在马氏体中产生, 因而IA 双相钢具有高强度和低塑性.
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关键词: 单晶高温合金DD9; 拉伸性能; 各向异性; 断口; 位错;
DOI：10.12074/202303.00553V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用OM, SEM和TEM研究了[001], [011]和[111]取向第三代单晶高温合金DD9 组织, 在拉伸试验机上测试了3 种取向760 和1100 ℃下的拉伸性能. 结果表明, 在垂直于晶体生长方向的截面上, [001], [011]和[111]取向DD9 合金铸态枝晶形貌、热处理态g′相形状不同; 随着温度的升高, 合金的抗拉强度与屈服强度降低, 各向异性减弱; 除1100 ℃下[001]取向屈服强度略低于[011]取向, [001]取向DD9 合金抗拉强度与屈服强度分别高于[011]和[111]取向合金; [001], [011]和[111]取向DD9 合金760 ℃下拉伸断口呈类解理特征, 1100 ℃下断口为韧窝断裂特征; 760 ℃下DD9 拉伸试样在基体通道内含有浓密的位错, [001]取向在g′相内出现了层错, 1100 ℃下[001]与[111]取向在基体通道内和g′相内累积了大量浓密的位错网,[011]取向出现了大量的形变孪晶带.
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DOI：10.12074/202303.00540V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：针对穿孔等离子弧焊接工艺, 建立了定点焊的二维轴对称非稳态数理模型, 描述高温流动的电弧与工件熔池的耦合输运过程, 通过数值模拟获得了电场、磁场、流场与温度场的演变规律. 模拟焊缝熔合线与实验结果吻合较好, 验证了数学模型的合理性. 研究结果表明: W阴极尖端附近的电流密度与温度是最高的; 等离子弧在工件上部呈现出“钟形”, 而在中心轴线处因进入小孔呈细长的“锥形”; 高速Ar 气等离子体冲击到小孔壁面时速度急剧降低, 小孔内出现高压区和Ar 气等离子体的返流现象; 熔池内流动与传热的综合作用使焊缝熔合线呈倒“喇叭形”. 进一步对焊接的操作参数及焊枪结构参数进行了影响因素的正交试验模拟. 极差分析表明, 焊枪的结构因素比焊接操作参数更重要, 即对电极间距、电极内缩量、喷嘴孔径需予以重点考虑, 以获得良好的焊缝形状.
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关键词: Cu-Co-Fe 合金; 液相分离; 快速凝固; 建模及模拟;
DOI：10.12074/202303.00594V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：对Cu-10%Co-10%Fe (质量分数)亚稳液态组元不混溶合金开展了气体雾化快速凝固实验, 制备了富Fe-Co相球形粒子均匀分布于基体Cu的复合粉末, 建立了Cu-Co-Fe 合金雾化液滴冷却过程中的温度场、浓度场和液-液相变动力学控制方程, 研发了耦合合金热力学和相变动力学的模拟方法, 模拟分析了Cu-10%Co-10%Fe 合金雾化液滴的凝固组织形成过程.实验和模拟结果表明, 在气体雾化快速凝固条件下, 液-液相变过程中富Fe-Co相液滴Marangoni 迁移和Ostwald 熟化的影响很弱, 粉末中心绝大部分区域内富Fe-Co相粒子的空间分布均匀. 对于直径小于220 mm的Cu-10%Co-10%Fe 合金粉末, 富Fe-Co 相粒子的平均半径Ra和数量密度N与雾化粉末直径d 之间符合指数关系.
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关键词: 连续柱状晶; Cu-Ni 合金; 各向异性; 力学性能; 变形行为;
DOI：10.12074/202303.00514V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：研究了连续柱状晶组织CuNi10Fe1Mn合金板试样沿平行柱状晶生长方向(SD)和垂直柱状晶生长方向(PD)拉伸时的力学性能和变形行为, 讨论了连续柱状晶组织各向异性对合金力学性能和变形行为的影响. 研究结果表明: 试样沿SD和PD均具有[100]择优取向, 但沿SD所有晶粒的取向均分布于[100]附近, 平均Taylor 因子m值约为2.17, 而沿PD部分晶粒的取向分散于[001]-[011]之间, 具有一定的取向分散性, m值约为2.93. 低取向分散性、无横向晶界约束等组织特征使试样沿SD变形时应力分布均匀, 各晶粒沿拉伸方向变形一致, 屈服强度和抗拉强度分别为85 和215 MPa, 断后伸长率达到42%,具有典型韧性断口; 由于存在一定的取向分散性和横向晶界, 使得PD试样变形时出现明显的晶界应力集中和表面凹凸起伏, 屈服强度明显增加, 为115 MPa, 断后伸长率下降至36%, 具有混合型断口. 连续柱状晶组织CuNi10Fe1Mn合金的晶粒取向和晶界分布的各向异性是造成变形行为各向异性的原因.
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关键词: B; 压铸模具钢; 热疲劳性能; 铜合金; 压铸;
DOI：10.12074/202303.00636V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：采用热力学模拟试验机研究了铜合金压铸模具钢在850 ℃下的高温力学性能, 采用Uddeholm 自约束法研究了模具钢在室温至800 ℃时的热疲劳性能, 采用光学体视显微镜和SEM研究了模具钢热疲劳试样的表面热疲劳裂纹和断面裂纹纵深扩展状态. 分析了B对材料室温及高温力学性能、热疲劳性能的影响. 结果表明, 添加B后, B在实验钢基体内以M2B (M为Fe, Cr或Mn)型硼化物的形式分布在奥氏体基体上, 有效提高了材料的高温力学性能, 材料硬度由200 HV提高到302 HV,850 ℃拉伸屈服强度由144.3 MPa提高到190.3 MPa, 压缩屈服强度由139.7 MPa提高到167.9 MPa; 300 cyc 室温至800 ℃循环热疲劳实验结果表明, 含B模具钢的热疲劳级别为2~3 级, 大大优于用于对比的经电渣重熔的ESR-H13 钢的7~8 级, 其主要原因是硼化物能够终结热疲劳裂纹扩展或使裂纹扩展方向改变, 并避免热裂纹发生散射状扩散.
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DOI：10.12074/202303.00560V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：分析了高温合金叶片复杂部位的凝固过程, 提出了单晶组织的三维生长机制和精确制导的新理念. 通过展示一系列的新发明, 如导热体引晶技术、平行式加热和冷却定向凝固设备、对叶片不同部位分别进行定点冷却和定点加热的复合控制引晶技术、薄壳降升法制造单晶叶片技术等, 显示了高温合金叶片单晶凝固技术发展的新思路和新举措. 这些新理念的提出和新发明的实施, 将有助于高温合金单晶叶片这种高精产品的制造方式实现从粗放式到精细式的根本转变.
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关键词: Cr5Mo/A302 异质焊接接头; C扩散; C扩散影响因子S;
DOI：10.12074/202303.00476V1
提交时间： 2023-03-19
摘要：基于时效处理实验、微观硬度测量和Fick 第二定律, 对Cr5Mo/A302 异质焊接接头的C扩散行为进行研究, 随后对已存在200 μm脱碳层的异质焊接接头和没有脱碳层的焊态接头进行持久实验, 研究了脱碳层在不同应力水平下对接头寿命的影响. 结果表明, 随时效时间的延长, 增、脱碳现象加剧, 增、脱碳层的宽度变化均遵循抛物线型规律, 实验测量结果与Fick 第二定律拟合结果基本一致. 预先形成的脱碳层在高应力条件下, 可以成倍降低接头持久高温寿命, 导致接头发生提前断裂, 但是随着应力水平不断降低, 断裂时间不断提高, 预先形成的C扩散对接头持久寿命的影响程度不断下降, 当应力降低到接头抗拉强度的36%以下后, 其影响可以忽略. 建立了C扩散影响因子S 与应力的关系, 并确定了已存在脱碳层对高温持久寿命不产生影响的临界应力值.
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