《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: 等离子冷床炉; TC1 合金; 热轧; 显微组织; 织构; 力学性能;
DOI：10.12074/202303.00483V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：以工业化等离子冷床炉熔炼的TC1 合金为研究对象, 结合实际生产流程, 并借助于中子衍射技术, 研究不同轧制工艺对TC1 板材显微组织与性能演变的影响, 揭示组织结构与力学性能之间的关系. 结果表明, 冷床炉熔炼的铸锭组织为魏氏组织. 经过轧制后, a 集束发生扭曲和破碎. 单向轧制变形a 相沿轧向排列比换向轧制更为明显. 退火后, 板材中变形a 相发生等轴化. 经过单向轧制和换向轧制后, 轧制板材均表现为柱面织构类型, 这是板材横向屈服强度均明显高于其轧向屈服强度的主要原因.
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Keywords: Ti/TiN 多层膜; 磁控溅射; 循环周期; 组织结构; 磨损性能;
DOI：10.12074/202303.00520V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用固定Ti 间隔层厚度, 改变TiN 层厚度的方法在Ti6Al4V合金表面制备Ti/TiN 多层膜, 研究循环周期对Ti/TiN 多层膜的相结构、形貌特征、结合力、硬度和在模拟人体液中摩擦磨损行为的影响. 结果表明, 与TiN 单层膜相比, Ti/TiN 多层膜中TiN 由(111)择优取向转变为(200)择优取向, 多层膜表面粗糙度、硬度和结合力得到显著改善. 增加循环周期降低Ti/TiN 多层膜表面硬度, 但有利于提高结合强度. 多层Ti/TiN 膜的强韧化主要来自于TiN 层的细晶强化和界面共格强化效应.当TiN 与Ti 层厚度比为30, 循环周期为3 时, Ti/TiN 多层膜具有良好的综合性能, 硬度为15.8 GPa, 结合强度为50 N, 摩擦系数为0.35, 体积磨损率低于4.0×10-6mm3/ (N·m).
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Keywords: 二元晶体相场模型; Kirkendall效应; 相界; 空位; Kirkendall空洞;
DOI：10.12074/202303.00596V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用二元晶体相场模型研究了Kirkendall 效应诱发的相界空洞的形成及扩展过程. 模拟结果表明: 对于取向差角较小的相界, 空洞向原子迁移率高的一侧(a 相) 方向移动, 空洞的形状由最初的平行四边形向六边形演化, 空洞周围原子湮没速率大于产生速率, 从而造成空洞扩大, 空洞扩展过程中伴有相界的移动及相的长大和缩小. 对于取向差角较大的相界, 空洞还会沿相界方向扩展, 使得空洞连通, 将相界割裂开, 割裂后的两侧相界呈现锯齿状. 扩散过程中, 体系的自由能逐渐降低. 对于取向差角较小的相界, 原子迁移率差值增大, 自由能下降无明显差异. 对于取向差角较大的相界,原子迁移率相差越大, 自由能下降速率越快. 随着相界取向差角的增大, 自由能的下降速率逐渐增大. 相界空洞的模拟结果与实验观察一致.
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Keywords: 搅拌摩擦焊; TC4钛合金; 温度峰值; 显微组织; 抗拉强度;
DOI：10.12074/202303.00537V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)实现了2 mm厚TC4 钛合金连接, 结合数值模拟结果研究了温度分布对焊缝沿厚度方向显微组织特征和接头力学性能的影响规律. 结果表明, 当焊接速率为50 mm/min 且转速为300 r/min 时, 靠近焊缝表面的材料温度峰值超过b 相变温度. 随着到焊缝表面距离的增加温度峰值逐渐变小, 靠近焊缝底部的材料未超过b 相变温度. 在温度峰值超过b 相变的焊缝区域, 显微组织是由初生a 相、板条状a 相和剩余转变b 相组成, 且焊缝内部的板条状a 相尺寸大于近表面区域. 焊缝底部受到动态再结晶作用, 呈现尺寸较小的a 和b 双相组织, 且b 相在a 相基体上分布更均匀. 当转速提高到350 r/min 时, 沿焊缝厚度方向上的超过b 相变温度的区域变宽, 板条状a 相所占面积和尺寸增大, 组织中出现板条状a 相丛. 取向不同的板条状a 相散乱分布于组织中, 阻碍裂纹扩展, 利于接头的抗拉强度.
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Keywords: Zr-4; 耐腐蚀性; 各向异性生长; 氧化膜; 显微组织;
DOI：10.12074/202303.00580V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：Zr-4 合金大晶粒样品在360 ℃和18.6 MPa 的0.01 mol/L LiOH 水溶液中经过70 和160 d 腐蚀后, 采用EBSD, SEM和HRTEM等方法, 研究了氧化膜的显微组织和晶体结构, 以及氧化膜的厚度与金属晶粒表面取向的关系. 结果表明, 样品经过160 d 腐蚀后, 金属晶粒表面取向在靠近(0001)附近时氧化膜相对较厚, 氧化膜的生长显示出明显的各向异性特征, 但是在腐蚀70 d 后这种特征还不明显. 从腐蚀70 d 后的样品中选取了表面取向接近(0001), (1010)和(1120)的金属晶粒, 研究了它们表面上氧化膜/金属界面处的显微组织, 不同取向金属晶粒表面上形成氧化膜的显微组织存在一定差别, 在取向接近(0001)的晶粒表面生成的氧化膜中的m-ZrO2柱状晶晶粒之间的取向差比较大, 氧化膜显微组织和晶体结构非常复杂, 除主要的m-ZrO2外, 还存在c-ZrO2, t-ZrO2以及亚氧化物Zr3O. 氧化膜显微组织在腐蚀过程中不断发生演化,这会影响氧离子的扩散, 进而影响氧化膜的生长, 这种显微组织的演化过程还会受到氧化膜在不同取向晶粒表面上形成初期显微组织差别以及腐蚀时水化学条件的影响, 这是Zr-4 在LiOH水溶液中腐蚀时会出现氧化膜生长各向异性特征的主要原因.
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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: GexSe90-xSb10玻璃; 玻璃化转变温度; 比热容; 动力学脆性;
DOI：10.12074/202303.00538V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用DSC对熔融-淬冷法制备的GexSe90-xSb10 (x=20, 23, 25, 30)玻璃及其晶体的性质进行了研究, 获得了GexSe90-xSb10玻璃在不同加热速率下的玻璃化转变温度Tg以及玻璃与晶体的比热容和熵随温度的变化关系, 在此基础上确定出了GexSe90-xSb10的动力学理想玻璃化转变温度T0, 热力学理想玻璃转变温度TK (Kauzmann 温度)及动力学脆性参数m. 结果表明, GexSe90-xSb10的Tg, 玻璃与晶体的比热容和熵均随着升温速率的增加而增大. Tg和T0随Ge 含量的增加呈现先增大后减小的变化规律, TK随Ge含量的增加呈现线性增大的规律. GexSe90-xSb10玻璃的m, Tg/TK, Tg/Tm和Tg/T0分别为20.7~23.2, 1.183~1.352, 0.678~0.742 和1.006~1.019. GexSe90-xSb10玻璃的m均小于30, Tg/TK均大于1.1, 说明其为典型的“强”熔体; Tg/Tm均大于2/3, 说明其玻璃化形成能力比较强.
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Keywords: 非晶复合材料; 力学性能; 冷却速率; 高径比;
DOI：10.12074/202303.00532V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：通过制备不同尺寸的Ti45.7Zr33Ni2.9Cu5.9Be12.5非晶复合材料样品, 研究了冷却速率和高径比对内生枝晶相增强钛基非晶复合材料力学性能的影响. 随着制备过程中冷却速率的降低, 非晶复合材料中枝晶相的尺寸逐渐增大, 同时枝晶相熟化的现象也趋于明显. 在力学性能方面表现为非晶复合材料的强度降低而塑性增强. 与以往非晶复合材料性能对高径比比较敏感所不同的是, 本工作中的Ti45.7Zr33Ni2.9Cu5.9Be12.5非晶复合材料的力学性能对高径比的变化并不敏感, 原因在于晶态相的存在以及其中的形变诱发马氏体相变行为的发生对非晶复合材料内部应力分布的调节.
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Keywords: TWIP钢; 晶体塑性; 滑移; 孪生; 本构模型;
DOI：10.12074/202303.00481V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：基于晶体塑性理论, 建立了滑移和孪生机制耦合的孪生诱导塑性(TWIP)钢单晶晶体塑性本构模型, 通过引入孪晶体积分数及其饱和值, 分别考虑了孪生对硬化及滑移的影响, 对该本构模型进行数值实现. 并通过ABAQUS/UMAT平台上的二次开发, 将其应用于TWIP钢单晶典型取向单向加载条件下的力学行为模拟. 分析了单晶不同取向下塑性变形的微观机理和滑移系、孪生系的启动状态及其对宏观塑性的影响, 尤其是模拟得到黄Cu取向和S取向加载过程的应力突变, 再现了Cu单晶实验中的应力陡降现象. 结果表明, 孪晶体积分数较小时, 对应变硬化影响较小; 随着孪晶体积分数的增加, 对应变硬化的影响逐渐明显; 当孪晶体积达到一定量时, 孪晶体积达到饱和, 孪生增量为0, 晶体滑移转向, 新的滑移系启动, 应力突降.
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Keywords: CrMoN复合涂层; 磁控溅射; 显微硬度; 摩擦系数;
DOI：10.12074/202303.00479V1
submitted time 2023-03-19
Abstract：采用直流反应磁控溅射技术在M2 高速钢基片上制备了不同Mo含量的CrMoN复合涂层, 研究了Mo含量的变化对CrMoN 复合涂层成分、相结构、化学价态、截面形貌、显微硬度和摩擦性能等的影响．结果表明, 随着Mo含量的增加,CrMoN复合涂层的相结构先转变为以fcc-CrN 相为基础的(Cr, Mo)N置换式固溶体, 后转变为以fcc-g-Mo2N相为主的混合相, 当Mo含量为69.3% (原子分数)时, 伴有少量的bcc-Mo相生成; CrMoN复合涂层的显微硬度先增加后降低, 在Mo含量为45.4%时具有最高值; 当Mo含量大于45.4%时, 在与对磨副摩擦过程中会生成大量的MoO3相, 降低了摩擦系数和磨损率.
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