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超温及应力条件下IC10合金的组织演化及机理

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材料工程 2024年第7期52卷 140-151页

作者：刘明坤王威吴云胜佟文伟秦学智周兰章中国航发沈阳发动机研究所材料应用研究室沈阳110015 中国航发沈阳发动机研究所强度设计研究室沈阳110015 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心高温结构材料研究部沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

针对燃气涡轮叶片超温运行可能引发的合金劣化问题,对燃气涡轮叶片用IC10合金超温(1070~1250℃)、拉/压应力(30~90 MPa)条件下的微观组演化进行系统分析。结果表明:无应力超温热暴露过程中IC10合金中二次γ′相的退化方式主要包括球化... 详细信息

针对燃气涡轮叶片超温运行可能引发的合金劣化问题,对燃气涡轮叶片用IC10合金超温(1070~1250℃)、拉/压应力(30~90 MPa)条件下的微观组演化进行系统分析。结果表明:无应力超温热暴露过程中IC10合金中二次γ′相的退化方式主要包括球化、粗化和回溶,随着热暴露温度的升高及热暴露时间的延长,在γ/γ′相界面能降低的驱动下,二次γ'相形状由花状向圆方状及球状演变。二次γ'相的面积分数随温度的升高及时间的延长逐渐降低。在高于1225℃下热暴露时间超过50 h后,二次γ'相完全回溶。随着温度的升高和时间的延长,二次γ'相尺寸逐渐增加,γ'相粗化符合由元素扩散控制的Lifshitz-Slozov-Wagner理论。在超温有应力热暴露过程中,随着温度的增加,γ'相筏化现象逐渐加剧。拉应力促进γ'相沿垂直于应力轴的方向出现N型筏化,压应力则促进γ'相沿平行于应力轴的方向出现P型筏化。相对于压应力,拉应力状态下γ'相筏化进程更加迅速。根据超温及应力条件下IC10合金的组织演化图谱可对服役后叶片的服役工况进行反向判定。

关键词： IC10合金超温热暴露组织演化筏化高温合金

预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐Pb-Bi腐蚀性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 639-649页

作者：潘霞张洋鹏董志宏陈胜虎姜海昌戎利建中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐55... 详细信息

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐550℃饱和氧LBE的腐蚀性能的影响。结果表明,该钢在720℃、1%O_(2)+99%N_(2)气氛中预氧化1 h时形成的氧化膜主要是(Fe,Cr)_(2)O_(3)和MnCr_(2)O_(4)氧化物,此氧化膜可有效阻止钢中Fe元素的向外扩散和LBE中O元素的向内扩散,进而提升了材料的耐LBE腐蚀性能。但由于Mn较高的扩散速率和在LBE中较高的溶解度,预氧化膜中的Mn元素会逐渐扩散和溶解至LBE,导致部分氧化膜失效并形成局部腐蚀区,当LBE腐蚀1000 h后,合金表面的局部腐蚀区可达60%。本工作揭示了新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢中预氧化膜的微观结构、保护效果和失效机制,为进一步提升其预氧化膜的有效性和稳定性指明了方向。

关键词： Pb-Bi共晶冷却快堆铁素体/马氏体钢表面处理 Pb-Bi腐蚀预氧化膜

γ-TiAl基合金用Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)复合涂层抗高温氧化性能研究

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表面技术 2024年第10期53卷 167-172,206页

作者：杨天南牛合全孔令艳海装沈阳局驻沈阳地区某军事代表室沈阳110043 太原科技大学太原030024 中国科学院金属研究所沈阳110016

目的通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为... 详细信息

目的通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果900℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10^(-2)mg/(cm^(2)·h^(1/2)),与后期氧化速率常数28.113×10^(-2)mg/(cm^(2)·h^(1/2))基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10^(-2) mg/(cm^(2)·h^(1/2)),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10^(-2) mg/(cm^(2)·h^(1/2))相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能。微观分析结果表明,原始涂层与γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al_(2)O_(3)、SiC、SiO_(2);AlPO_(4)以无定形状态构成涂层连续相。氧化后,AlPO_(4)演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO_(2)弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2μm区域内形成连续致密Al_(2)O_(3)膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体。结论Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al_(2)O_(3)膜,明显改善了900℃γ-TiAl基合金抗高温氧化性能。

关键词： γ-TiAl基合金抗高温氧化性能磷酸盐涂层氧化动力学微观组织

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不锈钢纤维增强镁基仿生复合材料制备与力学性能

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金属学报 2024年第6期60卷 760-769页

作者：谢丽文张立龙刘艳艳张明阳王绍钢焦大刘增乾张哲峰中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学纳米科学技术学院苏州215123 沈阳铸造研究所有限公司高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室沈阳110022 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

天然鱼鳞由于具有独特的组织结构而表现出优异的力学性能,可为金属材料的组织结构优化设计提供有益启示。本工作利用Mg熔体浸渗不锈钢纤维编织骨架的方法,制备了具有类似天然鱼鳞的正交层合板和双螺旋层合板结构的镁基仿生复合材料,并... 详细信息

天然鱼鳞由于具有独特的组织结构而表现出优异的力学性能,可为金属材料的组织结构优化设计提供有益启示。本工作利用Mg熔体浸渗不锈钢纤维编织骨架的方法,制备了具有类似天然鱼鳞的正交层合板和双螺旋层合板结构的镁基仿生复合材料,并选用二维平面随机取向结构作为对比,表征了复合材料的相组成、微观结构以及在室温与200℃条件下的力学性能,揭示了其微观结构与力学性能之间的关系。结果表明,镁基复合材料中不锈钢纤维能够起到显著的强化作用,并且其力学性能与微观结构密切相关。与二维平面随机取向结构相比,类鱼鳞仿生结构表现出更高的拉伸强度和塑性,并且能够通过不锈钢纤维从Mg基体中拔出促进变形和消耗能量。特别是,类鱼鳞双螺旋层合板结构在室温条件下塑性更高,而在高温条件下强度更高,其不同取向的纤维之间能够协调变形,诱导裂纹发生偏转,并减弱变形和损伤的局域化程度。

关键词：镁基复合材料类鱼鳞结构仿生设计不锈钢纤维力学性能

冷轧中锰钢的再结晶调控及其对力学性能的影响

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金属学报 2024年第2期60卷 189-200页

作者：胡宝佳郑沁园路轶贾春妮梁田郑成武李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢... 详细信息

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢多样化残余奥氏体形成及其力学性能的影响。结果表明,通过在不同温度预先调控冷轧中锰钢中的铁素体再结晶,可获得由不同比例的等轴状再结晶铁素体和马氏体组成的双相细晶组织。经常规退火处理后,在终态组织中形成了不同体积分数的超细晶再结晶铁素体和呈等轴状/板条状形貌的多样化细晶残余奥氏体,使中锰钢在拉伸变形过程中表现出多样化的TRIP效应,在提升冷轧中锰钢强塑性能的同时,其Lüders变形也获得改善。

关键词：冷轧中锰钢铁素体再结晶残余奥氏体 TRIP效应力学性能

选区激光熔融Al-30Si合金的微观组织和性能

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材料研究学报 2024年第1期38卷 43-50页

作者：秦艳利赵光普张昊倪丁瑞肖伯律马宗义沈阳理工大学理学院沈阳110158 中国科学院金属研究所沈阳110016

用选区激光熔融技术(SLM)制备Al-30Si合金,研究了去应力退火后样品的显微组织、力学性能和热物理性能。结果表明:SLM成形的Al-30Si合金样品经300℃/6 h退火后其室温抗拉强度为254±3 MPa,比铸态加工的Al-30Si合金的抗拉强度提高53.5%,... 详细信息

用选区激光熔融技术(SLM)制备Al-30Si合金,研究了去应力退火后样品的显微组织、力学性能和热物理性能。结果表明:SLM成形的Al-30Si合金样品经300℃/6 h退火后其室温抗拉强度为254±3 MPa,比铸态加工的Al-30Si合金的抗拉强度提高53.5%,硬度为176.89±8.5HV、比刚度为35.18 m^(2)/s^(2)。SLM成形样品温度为-100℃~200℃时的热膨胀系数为13.8×10^(-6)/℃~16.3×10^(-6)/℃,平均热导率为70.52 W·m^(-1)·K^(-1)。快速冷却的特性能够细化SLM成形样品的初晶Si颗粒,使成形Al-30Si合金具有较好的综合性能,其高比刚度和较低的热膨胀系数有望使服役于特殊环境的光机结构件保持高度的尺寸稳定性。

关键词：金属材料选区激光熔融 Al-30Si合金微观组织物理性能

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Cu含量对管线钢耐微生物腐蚀性能的影响

金属学报 2024年第1期60卷 43-56页

作者：曾云鹏严伟史显波闫茂成单以银杨柯中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的... 详细信息

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的近中性模拟土壤浸出液(NS4)中的腐蚀行为,为耐微生物腐蚀管线钢的优化设计提供依据。结果表明,随着Cu含量的升高,含Cu管线钢的抗菌性能和耐蚀性能均有所提高;当Cu含量从0增加到0.70%时,试样表面的点蚀坑密度从714 cm^(-2)下降到244 cm^(-2);当Cu含量达到1.34%时,点蚀坑密度进一步下降到67 cm^(-2);含Cu钢在腐蚀过程中持续释放的铜离子在接菌环境中的杀菌作用和其对腐蚀产物层的改善作用,以及其在无菌环境中所形成的Cu2O等保护性腐蚀产物是含Cu管线钢具有优异耐蚀性能的关键原因。

关键词：微生物腐蚀硫酸盐还原菌含Cu管线钢抗菌性能耐蚀性能

无机阴离子对低温拜耳法中脱硅产物析出的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1300-1310页

作者：刘吉龙潘晓林吴鸿飞侯宪林于海燕东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室沈阳110819 东北大学冶金学院沈阳110819 沈阳市有色金属资源循环利用重点实验室沈阳110819

利用XRD、FT-IR、SEM和PSD等手段系统研究无机阴离子对低温拜耳法过程中脱硅产物(DSPs)的组成、结构以及微观形貌的影响。当溶液中存在氯化物、硫酸盐和碳酸盐时,形成氯化物型方钠石、碳酸盐型方钠石和黝方石,部分铝酸盐离子被阴离子杂... 详细信息

利用XRD、FT-IR、SEM和PSD等手段系统研究无机阴离子对低温拜耳法过程中脱硅产物(DSPs)的组成、结构以及微观形貌的影响。当溶液中存在氯化物、硫酸盐和碳酸盐时,形成氯化物型方钠石、碳酸盐型方钠石和黝方石,部分铝酸盐离子被阴离子杂质取代。硫酸盐与DSPs的结合能力强于铝酸盐、氯化物和碳酸盐。随着阴离子浓度的增加,DSPs的粒径增大,且DSPs的团聚程度和圆形片层结构的厚度均有所增加。此外,阴离子杂质会促进沸石骨架的溶解和方钠石中四元环的形成,从而促进沸石向方钠石转化。

关键词：拜耳法水合铝硅酸钠无机阴离子脱硅晶体结构

M50轴承钢热变形过程中孔洞形成及演化机制

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金属学报 2024年第1期60卷 57-68页

作者：侯志远刘威峰徐斌孙明月时婧任少飞中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国海洋大学材料科学与工程学院青岛266003 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1... 详细信息

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1150℃)和应变(10%~50%)对M50轴承钢内部孔洞产生行为的影响,以及后续保温处理过程中孔洞的愈合机制。结果表明,轴承钢内部一次碳化物M2C和MC与基体硬度的差异导致非协调变形,从而在碳化物与基体交界处产生孔洞,此外碳化物的破碎也会促使孔洞在其内部形成。通过对不同条件下孔洞的产生情况进行定量分析发现,在高应变速率(1 s^(-1))、低变形温度(1000℃)、中等变形量(30%)的条件下,M50轴承钢内部产生的孔洞最多。变形后的保温处理可显著促进孔洞的愈合,其中保温处理后孔洞愈合区域富集Cr元素。

关键词： M50轴承钢一次碳化物孔洞热变形愈合