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Ni₃Al基高温合金的成分设计及室温性能

滕宗延, 许雅南, 王轶农, 刘林, 徐朝晖

金属热处理 2024, 49 (3): 209-214. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.035

摘要（5）

PDF （4383KB）（2）

为改善Ni₃Al基高温合金的室温性能,基于“团簇加连接原子模型”对Ni₃Al基合金进行了成分设计,考察了合金的显微组织、力学性能和耐蚀性。结果表明,退火前后合金均由β相、α相和基体γ'相组成。1050 ℃×24 h退火后Ni₅Co₅Cr₂Al_2.5Ti_1.5合金中β相和α相在基体中分布均匀,不仅使其呈现出更优的力学性能(最大压缩率为29.35%,屈服强度为1796 MPa,硬度为546.35 HV),还诱导合金发生电偶腐蚀,增强了合金的钝化效果,使合金呈现出更好的耐蚀性(阻抗为7.74×10⁴ Ω,自腐蚀电位为-0.055 V(vs SCE),自腐蚀电流密度为5.93×10^-7 A/cm²)。本文所设计合金的室温力学性能和耐蚀性与Ni₃Al相比均有显著改善,为高温合金的成分设计提供了新的研究思路。

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V含量对高氮马氏体不锈钢组织及性能的影响

张浩, 迟宏宵, 王成蹊, 马党参, 林鹏

金属热处理 2024, 49 (3): 215-221. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.036

摘要（5）

PDF （4987KB）（2）

采用光学显微镜、SEM、硬度试验、冲击试验、盐雾腐蚀试验对两种不同V含量(0.32%和0.80%)的高氮马氏体不锈钢(根据V含量分别命名为0.3V钢和0.8V钢)的组织和力学性能进行研究。结果表明,两种不同V含量试验钢的退火组织中均出现碳化物条带,0.8V钢中碳化物条带更加明显,其退火硬度为257.0 HBS,相较于0.3V钢提高7%;V含量的提高能降低淬火后奥氏体晶粒的尺寸和残留奥氏体含量;经相同热处理(1050 ℃淬火30 min +(-73 ℃)冷处理2 h+250 ℃回火2 h)后, 0.3V钢硬度为58.4 HRC,冲击吸收能量为9.4 J,0.8V钢的硬度为54.4 HRC,冲击吸收能量为12.7 J,V含量的增加,降低了马氏体不锈钢的硬度,提高了其韧性;经120 h的盐雾腐蚀后,0.3V钢表面无明显腐蚀坑,腐蚀速率为0.0235 g·m^-2·h^-1,0.8V钢表面有明显的腐蚀坑,腐蚀速率为0.0258 g·m^-2·h^-1,0.3V钢的耐腐蚀性能略优于0.8V钢,即随着V含量增加,耐蚀性略有下降。

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微量Ce对热挤压态Mg-2Zn-0.4Ca-0.2Mn合金微观组织、力学性能及导热性的影响

唐贝, 王海丽, 付金龙, 胥珊娜

金属热处理 2024, 49 (3): 222-229. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.037

摘要（6）

PDF （4554KB）（4）

通过近固相线温度挤压方法制备了一种具有高热导率、高伸长率的Mg-2Zn-0.4Ca-0.2Mn(wt%)合金,并探索了微量Ce元素对其微观组织及性能的影响。结果表明,热挤压态合金中晶粒呈双峰结构分布,其平均晶粒尺寸相比铸态晶粒显著下降。Ce的加入一方面使得合金内的第二相由Ca₂Mg₆Zn₃相转变为(Mg, Zn)₁₁Ce相,另一方面未再结晶区域占比从5.4%降低到了1.6%,平均晶粒尺寸从5.29 μm下降到3.68 μm,合金的基面织构强度明显弱化。由于晶粒细化和含Ce第二相的强化作用,合金的屈服强度从原来的163.67 MPa显著提升到237.44 MPa,伸长率从27.45%降低到19.58%,而Ce的添加虽然增加了组织中的第二相体积分数,但同时降低了Zn在基体中的固溶度,因此并未明显降低合金的热导率。

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粒度对高体积分数SiC_p/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

崔岩, 孟令剑, 杨越, 蒙毅, 刘园, 曹雷刚

金属热处理 2024, 49 (3): 230-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.038

摘要（5）

PDF （4746KB）（2）

选用平均粒度组成为100% 10 μm、25% 10 μm+75% 76 μm和100% 76 μm的3种不同粒度配比组合的碳化硅颗粒为增强体,以2024铝合金为基体合金,采用热等静压工艺制备SiC_p颗粒体积分数为55%的SiC_p/Al复合材料(分别对应标记为S、G和L),研究碳化硅粒径对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,3种复合材料均由SiC、Al和Al₂Cu相组成。增加细颗粒SiC比例可以提升复合材料的弯曲强度,S、G和L制备态复合材料弯曲强度依次为515、489和422 MPa,相应的断裂应变分别为0.25%、0.30%和0.22%。通过粒度级配可以有效提高制备态复合材料的致密度和断裂应变。经490 ℃高温退火处理后,3种复合材料的弯曲强度分别降低至494、470和368 MPa,断裂应变分别提升至0.43%、0.39%和0.37%。

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Nb含量对V-Ti-N工程结构用钢连续冷却转变规律及组织性能的影响

童炀, 张婧, 辛文彬, 罗果萍, 彭军, 侯蹬云

金属热处理 2024, 49 (3): 236-243. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.039

摘要（5）

PDF （8426KB）（2）

利用淬火膨胀仪DIL-805研究了Nb-V-Ti-N微合金钢的连续冷却转变规律,并探讨了Nb含量对钢组织和性能的影响。结果表明,当冷速由0.1 ℃/s增大至30 ℃/s时,发生过冷奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体转变,冷速范围分别为0.1～20、0.1～5、1～30和10～30 ℃/s,且铁素体、珠光体和贝氏体的转变温度随冷速的增大而降低,而马氏体转变温度升高;当Nb含量由0.05%(质量分数)增加到0.10%时,奥氏体中Nb的固溶量增加,CCT曲线略向下移动,Ac₁和Ac₃温度均有所提高。试验钢的显微硬度随冷速的增加不断增大,且当冷速为1～20 ℃/s时,0.10%Nb试验钢的显微硬度高于0.05%Nb试验钢。这主要取决于钢中硬化相的占比、组织的细化程度及碳氮化物的析出。此外,高温奥氏体区析出的亚微米级富Nb碳氮化物不仅能够钉扎晶界而且可作为异质形核核心诱导晶内铁素体的形成,二者共同作用细化组织,提升强韧性。

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晶粒组织对Al-Cu合金应力腐蚀开裂行为及导电率的影响

赵忠超, 唐和壮, 曹善鹏, 孙有政

金属热处理 2024, 49 (3): 244-250. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.040

摘要（5）

PDF （5865KB）（2）

通过研究和比较T3511态2224铝合金大尺寸Z字型断面不同位置的组织和应力腐蚀开裂行为,探讨了晶粒形态对抗应力腐蚀开裂能力和开裂方式的影响。结果表明,纤维状晶粒具有较低的应力腐蚀敏感性,在250 MPa应力下具有纤维状晶粒的试样52天断裂,而条状偏等轴晶粒试样的断裂时间仅为42天。条状偏等轴晶晶粒尺寸大且晶界为界面能较大的大角度晶界,晶界强度较低,应力腐蚀裂纹易沿着大角度晶界扩展。不同位置试样的开裂方式均为沿晶开裂,同时Z字型断面不同位置的导电率数值一直保持稳定。

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V含量对不锈钢TDVS2001组织性能的影响

裴明德, 李国平, 秦宇航, 张峰, 范新智, 郭宏钢

金属热处理 2024, 49 (3): 251-255. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.041

摘要（6）

PDF （4550KB）（3）

研究了V含量对双相不锈钢TDVS2001组织及性能的影响。利用金相显微镜、SEM、EDS和TEM对析出相及组织进行了表征。结果表明,当V含量在0.11%以下时,显微组织中无钒的析出物,力学性能略有提升,但变化不大;当V含量为0.27%时,铁素体相中析出大量纳米级的钒化物,材料屈服强度提高了68 MPa,冲击吸收能量无明显变化,透射电镜分析钒化物为VN。晶粒尺寸、纳米级VN析出相是其强度升高的主要原因。

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合金元素Si、V、Ti对40Cr13马氏体不锈钢组织与性能的影响

刘禹, 孙迎建

金属热处理 2024, 49 (3): 256-261. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.03.042

摘要（5）

PDF （4472KB）（2）

利用光学显微镜、扫描电镜、室温拉伸、室温冲击检测等方法研究了Si、V、Ti这3种合金元素对40Cr13马氏体不锈钢显微组织与力学性能的影响。结果表明,在40Cr13马氏体不锈钢中同时加入V、Ti合金元素有效抑制了(Fe,Cr)₂₃C₆类型碳化物的析出;在40Cr13马氏体不锈钢中,通过提高Si元素的含量,能有效地提高试验钢的硬度和冲击性能;加入0.21%V能够提高40Cr13马氏体不锈钢的强度和硬度,但加入0.21%Ti使得40Cr13马氏体不锈钢的强度和硬度有所下降;V、Ti合金元素的同时加入,使得40Cr13马氏体不锈钢抗拉强度和屈服强度略微有所降低,但能有效提高40Cr13钢的冲击性能。

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硅对铸态CoCrFeMnNi高熵合金组织及性能的影响

李荣斌, 宗在康, 张志玺, 张如林

金属热处理 2024, 49 (2): 45-52. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.007

摘要（28）

PDF （3928KB）（17）

采用冷坩埚悬浮熔炼法制备了CoCrFeMnNiSi_x(x=0,0.3,0.6,0.9)系列高熵合金。使用X射线衍射仪、扫描电镜及附带的能谱仪分析了硅添加后合金组织结构的变化,并对CoCrFeMnNiSi_x合金硬度、室温摩擦磨损及室温压缩性能进行了一系列测试。结果表明,CoCrFeMnNi合金为单相FCC结构,随着硅含量的增加,FCC基相晶界处Mn、Ni、Si元素富集并且逐渐析出硅化物,产生细晶强化及弥散强化,从而使合金的硬度、耐磨性、压缩强度和压缩屈服强度得到提升,其中,CoCrFeMnNiSi_0.9合金综合性能最佳。

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Si对Al-1.5Cu-0.7Mg合金组织和性能的影响

谭鑫禹, 刘静静, 刘东雨

金属热处理 2024, 49 (2): 53-59. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.008

摘要（23）

PDF （2643KB）（29）

通过力学性能测试、20 ℃电阻率测试及显微组织观察,研究了Si加入量为0.3wt%时对Al-1.5Cu-0.7Mg合金组织和性能的影响。结果表明,当Si加入量为0.3wt%时,Al-1.5Cu-0.7Mg合金时效态的强度明显提高,经473~493 K峰时效后,其20 ℃电阻率为3.638~3.667 μΩ·cm,抗拉强度为370~380 MPa。根据马蒂森定律建立了20 ℃电阻率与时效析出第二相相对体积分数之间的关系式。利用JMA(Johnson-Mehl-Avrami)方程得出Al-1.5Cu-0.7Mg和Al-1.5Cu-0.7Mg-0.3Si合金的时效析出激活能分别为135 kJ/mol和204 kJ/mol,由此可判定,Al-1.5Cu-0.7Mg合金以S″相为主,Al-1.5Cu-0.7Mg-0.3Si合金以S相为主。由JMA方程对其他时效参数下的电阻率进行预测,预测模型的准确性在99%以上。

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水电用Q690CFD低合金高强钢SH-CCT曲线测定与分析

曹佳丽, 靳红泽, 李康立, 徐亚鹏, 赵强, 王翠萍, 李梦楠

金属热处理 2024, 49 (2): 60-65. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.009

摘要（14）

PDF （3174KB）（10）

使用Gleeble-3800热模拟试验机建立了水电用Q690CFD高强钢的SH-CCT曲线,研究了冷却速度对试验钢粗晶区显微组织与硬度的影响。结果表明,在所测试冷却速度下,试验钢热影响区出现了马氏体、马氏体+贝氏体与贝氏体3种转变形式。其中当冷却速度为40 ℃/s时,试验钢热影响区硬度达到最大,为344 HV10,组织为板条马氏体与贝氏体铁素体的混合组织。随着冷却速度的降低,热影响区组织中开始出现粒状贝氏体,基体硬度呈现逐渐减小的趋势,同时贝氏体内部的M-A组元也由颗粒状与短棒状转变为片状。当冷却速度低于5 ℃/s时,热影响区组织全部为粒状贝氏体,且基体硬度出现了低于母材的现象。

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珠光体钢轨钢连续冷却转变曲线测定及组织分析

张乐, 蒋宏利, 谢本昌, 王东梅, 岑耀东, 陈林

金属热处理 2024, 49 (2): 66-70. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.010

摘要（24）

PDF （2954KB）（17）

利用L78淬火膨胀仪绘制了珠光体钢轨钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。结合显微组织分析与硬度试验结果,研究了珠光体钢轨钢在连续冷却过程中的显微组织和力学性能变化。结果表明,试验钢的临界温度是:Ac₁=735.3 ℃,Ac_cm=812.2 ℃,Ar₁=697.9 ℃,Ar_cm=773.8 ℃。将试验钢以10 ℃/s升温至860 ℃保温10 min完成奥氏体化后冷却,当冷速在3 ℃/s及以下时,组织为珠光体与局部铁素体;当冷速在4~8 ℃/s时,组织为珠光体与少许马氏体;当冷速在11 ℃/s及以上时,组织为马氏体与残留奥氏体。且没有发生贝氏体转变。综合分析该钢轨钢的组织转变及硬度变化,应选择4~8 ℃/s之间的冷却速率,以形成细化的珠光体组织及少量马氏体组织。

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La含量对GH5188合金凝固过程及铸态组织的影响

蒋世川, 王小川, 唐平梅, 李靖, 周扬

金属热处理 2024, 49 (2): 71-76. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2024.02.011

摘要（18）

PDF （3687KB）（14）

利用高温共聚焦激光扫描显微镜对不同La含量的GH5188合金在冷速为10 ℃/min条件下的凝固过程进行动态原位观察,并研究了La含量对GH5188合金凝固过程、铸态组织及析出相的影响。结果表明,当La含量为0.03%、0.07%、0.10%和0.40%时,随着La含量的增加,GH5188合金的初凝温度越高,固-液两相区区间越大;凝固过程为缓慢凝固-快速凝固-缓慢凝固过程,La含量越高,峰值凝固速度越小;La含量的增加使合金铸态组织由树枝晶转变为等轴晶,析出相尺寸增大,当La含量达到0.40%时,析出相由M₆C+M₂₃C₆转变为(Ni,Co)_xLa+M₂₃C₆,且形成的含La金属间化合物在凝固过程中容易开裂。

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Er对多向锻造7050铝合金组织性能的影响

王华幸, 荣莉, 黄晖, 魏午, 王泽忠, 周力, 王猛

金属热处理 2023, 48 (12): 230-235. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.038

摘要（12）

PDF （4872KB）（13）

以7050铝合金及含Er7050铝合金(7E50)为研究对象,对两种铝合金自由锻件进行固溶、时效处理后,采用SEM、TEM与室温拉伸等测试手段研究铝合金锻件固溶及时效处理过程中组织和力学性能的演变规律。结果表明,两种合金经470 ℃×1 h固溶后,7050铝合金再结晶组织占比69.45%,而7E50合金再结晶占比仅为62.08%,Er元素的加入可以抑制合金的再结晶行为。最佳的单级时效工艺为120 ℃×24 h,经单级峰时效处理后7E50合金的强度、硬度、伸长率均高于7050合金,由此可见Er元素的加入可以有效提升合金的力学性能。7E50铝合金峰时效态下的析出相主要是η′相、GP区和Al₃(Er, Zr)颗粒。两种合金晶界上析出相都呈链状连续分布,但7E50铝合金晶界析出相尺寸明显小于不含Er的7050合金,这可能是7E50合金伸长率高于7050合金伸长率的原因之一。

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NiTi基轴承合金研究进展

官磊, 刘嘉兴, 孙士博, 佟运祥

金属热处理 2023, 48 (12): 236-243. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.039

摘要（9）

PDF （1325KB）（18）

高Ni含量的NiTi基合金凭借其高硬度、低弹性模量、耐蚀性能以及无磁性等特点而成为一类重要的轴承合金。全面阐述了国内外在NiTi基轴承合金研究方面的进展,主要包括微观组织、力学性能、摩擦磨损特性与耐腐蚀特性等,重点介绍了热处理工艺、合金元素对合金性能的影响,探讨了NiTi基轴承合金今后的研究重点。

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Mo含量对9Cr18Mo钢组织及耐蚀性的影响

周健, 骈利平, 方峰, 迟宏宵, 马党参

金属热处理 2023, 48 (12): 244-249. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.040

摘要（10）

PDF （3657KB）（11）

采用显微组织分析、电化学试验以及中性盐雾试验等方法研究了4种不同Mo含量的9Cr18Mo钢显微组织及耐蚀性,探讨了Mo对耐蚀性的影响机理。结果表明,不同Mo含量的9Cr18Mo钢都具有大量的富铬碳化物,碳化物尺寸、数量及硬度随着Mo含量增加而增加;当Mo含量小于0.5%时,腐蚀电位随着Mo含量增加而升高,但当Mo质量达到0.7%时,腐蚀电位下降;经120 h中性盐雾试验,0.5Mo试验钢腐蚀速率较低。含0.7%Mo试样耐点蚀性能的下降与富铬碳化物的形成及碳化物与基体界面附近贫铬区的形成有关。

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仿生六边形织构对40Cr钢摩擦学性能的影响

杨洋, 龙伟民, 程战, 伍里峰, 师陆冰, 吴元科

金属热处理 2023, 48 (12): 250-254. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.041

摘要（7）

PDF （2490KB）（9）

采用激光加工技术,在40Cr钢表面加工不同面密度的仿生六边形织构,在油润滑条件下,采用高温摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验。在不同转速和试验载荷条件下,研究不同面密度的仿生六边形织构对40Cr钢摩擦学性能的影响。利用金相显微镜分析试件表面的磨损形貌。结果表明,表面织构化的试件摩擦因数相较未织构试件有不同程度的减小,并随织构面密度的增大先减小后增大,其中织构面密度为10%试件表面的摩擦因数较未织构试件降低9.8%,耐磨性能也得到一定程度的提高。低面密度织构试件的摩擦因数随载荷的增加先增大后减小,高面密度织构试件的摩擦因数随载荷的增加逐渐减小。试样摩擦因数随速度的增大而减小。在油润滑条件下,仿生六边形织构可以有效地改善摩擦副表面的摩擦磨损性能,且合理的织构面密度才能最大发挥仿生织构的减摩效果。

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C含量对HT9钢组织和力学性能的影响

谢谱, 赵吉庆, 颜廷亭

金属热处理 2023, 48 (12): 255-259. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.042

摘要（16）

PDF （2962KB）（7）

借助光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及拉伸试验机等设备,研究了碳含量变化对HT9钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,C含量的变化对碳化物含量及性能有着显著的影响。随着C含量的增加,Ni_eq增大,抑制了δ-Fe的析出;C还促进了M₂₃C₆碳化物的析出,阻碍了马氏体板条的迁移,导致板条细化,析出强化和界面强韧化效果增强,提高了钢的强度和硬度,降低了材料的塑韧性。且C含量在0.17%~0.20%范围内,这种变化最为显著,这主要与钢中溶质原子析出,固溶强化效果下降有关。

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Cr对管线钢组织演变及耐蚀性能的影响

彭浩平, 苏威, 赵永刚, 李智伟, 苏旭平, 吴长军

金属热处理 2023, 48 (12): 260-268. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.12.043

摘要（7）

PDF （5703KB）（6）

采用磁控电弧炉的方法制备了Cr含量(质量分数)分别为1%、2%、3%的X80钢样品,通过SEM、DSC、电化学试验、EDS、拉曼表征等手段测试Cr元素对微观组织以及耐蚀性能的影响。结果表明,微观组织中铁素体晶粒大小随着Cr含量的升高而降低,珠光体数量增多,从X80钢到2Cr钢的变化明显。低频0.01 Hz处的阻抗模量的值|Z|_0.01Hz随着Cr含量的增大而增大,随浸泡时间的延长而变小。当在3.5%NaCl溶液中浸泡进行1天时,3Cr试验钢的|Z|_0.01Hz值约为1315 Ω·cm²,X80试验钢的|Z|_0.01Hz值约为910 Ω·cm²;当浸泡到14天时,3Cr试验钢的|Z|_0.01Hz值约为800 Ω·cm²,X80试验钢的|Z|_0.01Hz值约为470 Ω·cm²。腐蚀介质以及腐蚀反应对钢表面的破坏,可以看到明显的点蚀坑。腐蚀产物主要有β-FeOOH、γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃等组成,Cr含量的升高,钢表面出现更多的Fe₃O₄和α-FeOOH较稳定的物相,有助于增强腐蚀产物膜的稳定性。

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M390高铬高钒粉末冶金工具钢奥氏体化过程中的碳化物演变规律

邓锦强, 张覃轶, 陈俊, 伍冬, 刘伟, 周鸿锋

金属热处理 2023, 48 (11): 1-7. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.001

摘要（92）

PDF （4216KB）（99）

利用SEM-EDS、TEM和Image-Pro Plus等分析手段研究了M390钢在不同奥氏体化过程中的碳化物演变规律。结果表明,在1075~1150 ℃加热,保温15~120 min奥氏体化条件下,M390钢中碳化物体积分数和平均尺寸随淬火温度升高整体呈现下降趋势。同一淬火温度下,随保温时间延长,碳化物数量整体减少,碳化物平均尺寸先减小后增大,小尺寸碳化物数量先增加后减少,硬度先上升后下降。高温油淬后M390钢中未溶碳化物类型主要是M₇C₃和M₈C₇。在奥氏体化过程中,M390钢中碳化物变化主要是M₇C₃的溶解、长大及再溶解。

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