刊载范围
本刊定位于“成为船舶及海洋工程材料技术交流平台，加强材料界学术交流，促进船舶行业和海洋工程领域技术创新和产业发展”。主要刊载各类金属材料、高分子聚合物材料、无机非金属材料、复合材料以及腐蚀与防护、失效分析、测试评价等技术相关的高水平论文。
主 编：廖志谦
副 主 编：全识俊
主 管：中国船舶集团有限公司
主 办：洛阳船舶材料研究所; 中国造船工程学会船舶 材料学术委员会
编辑出版：《材料开发与应用》编辑部
ISSN 1003-1545
CN 41-1149/TB
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摘要：
磁控形状记忆合金的组织性能调控是智能材料领域的重要研究课题之一。本研究以Co38Ni33Al29磁控形状记忆合金为研究对象,探究了在不同磁场强度下热处理对合金微观组织演化及磁性能的影响规律与机制。结果表明,铸态合金呈现出初生枝晶为β奥氏体相,枝晶间为β+γ共晶组织的亚共晶形貌特征,γ相富含Co和Ni元素,呈现强磁性,β相富含Al元素,呈现弱磁性。经3 T磁场热处理后,γ相体积分数增加,尺寸细化,沿磁场方向产生取向织构特征,且其易磁化方向趋于平行磁场。同时,合金整体的饱和磁化强度提高,磁各向异性常数增加,磁致应变量增加。当磁场强度进一步增加至6 T和9 T时,γ相体积分数略微降低,合金整体磁性能仍保持稳定。本研究可为进一步优化Co-Ni-Al系形状记忆合金组织性能提供新的思路及方法。
磁控形状记忆合金的组织性能调控是智能材料领域的重要研究课题之一。本研究以Co38Ni33Al29磁控形状记忆合金为研究对象,探究了在不同磁场强度下热处理对合金微观组织演化及磁性能的影响规律与机制。结果表明,铸态合金呈现出初生枝晶为β奥氏体相,枝晶间为β+γ共晶组织的亚共晶形貌特征,γ相富含Co和Ni元素,呈现强磁性,β相富含Al元素,呈现弱磁性。经3 T磁场热处理后,γ相体积分数增加,尺寸细化,沿磁场方向产生取向织构特征,且其易磁化方向趋于平行磁场。同时,合金整体的饱和磁化强度提高,磁各向异性常数增加,磁致应变量增加。当磁场强度进一步增加至6 T和9 T时,γ相体积分数略微降低,合金整体磁性能仍保持稳定。本研究可为进一步优化Co-Ni-Al系形状记忆合金组织性能提供新的思路及方法。
摘要：
在不同磁场条件下,对亚共晶Mn-89.7%Sb(w)合金进行了定向凝固和淬火实验,研究了梯度强磁场对合金初生相生长行为及微观组织演变的影响规律及作用机制。在无磁场条件下,初生MnSb相以发达枝晶形貌定向生长。施加强磁场后,初生MnSb相由发达枝晶形貌转变为不规则细小枝晶形貌,合金中出现不规则的块状MnSb/Sb共晶组织,初生MnSb相产生其c轴垂直于磁场方向的晶体取向。对合金淬火组织进行分析,发现在定向凝固过程中,强磁场的作用机制可能为热电磁力在固/液界面处诱发熔体对流引起溶质横向迁移以及初生MnSb相破碎;磁化力在固/液界面处驱动富Mn溶质微区、富Sb溶质微区及初生MnSb相碎片沿纵向迁移,这两种力效果之间的竞争诱发了初生MnSb相的组织演变。
在不同磁场条件下,对亚共晶Mn-89.7%Sb(w)合金进行了定向凝固和淬火实验,研究了梯度强磁场对合金初生相生长行为及微观组织演变的影响规律及作用机制。在无磁场条件下,初生MnSb相以发达枝晶形貌定向生长。施加强磁场后,初生MnSb相由发达枝晶形貌转变为不规则细小枝晶形貌,合金中出现不规则的块状MnSb/Sb共晶组织,初生MnSb相产生其c轴垂直于磁场方向的晶体取向。对合金淬火组织进行分析,发现在定向凝固过程中,强磁场的作用机制可能为热电磁力在固/液界面处诱发熔体对流引起溶质横向迁移以及初生MnSb相破碎;磁化力在固/液界面处驱动富Mn溶质微区、富Sb溶质微区及初生MnSb相碎片沿纵向迁移,这两种力效果之间的竞争诱发了初生MnSb相的组织演变。
摘要：
金属材料中的锯齿形晶界可显著提高材料的蠕变性能,并减缓应力腐蚀开裂。通过在合金半固态热处理过程中施加外加磁场,即可在无预变形或高温原位变形的条件下,形成形状可控的微米级锯齿形晶界。结果表明,在无预变形或原位变形的情况下,外加磁场促使Al-Cu亚共晶合金在半固态热处理过程中出现锯齿形晶界。随着磁感应强度的增加,锯齿形晶界的数量占比显著上升至61.06%。在外加磁场作用下,锯齿形晶界的形成机制可能归因于位错辅助的晶界迁移以及液膜迁移。这种晶界形态的变化为铝基材料力学性能的提高提供了新的可能。
金属材料中的锯齿形晶界可显著提高材料的蠕变性能,并减缓应力腐蚀开裂。通过在合金半固态热处理过程中施加外加磁场,即可在无预变形或高温原位变形的条件下,形成形状可控的微米级锯齿形晶界。结果表明,在无预变形或原位变形的情况下,外加磁场促使Al-Cu亚共晶合金在半固态热处理过程中出现锯齿形晶界。随着磁感应强度的增加,锯齿形晶界的数量占比显著上升至61.06%。在外加磁场作用下,锯齿形晶界的形成机制可能归因于位错辅助的晶界迁移以及液膜迁移。这种晶界形态的变化为铝基材料力学性能的提高提供了新的可能。
摘要：
在金属固态相变过程中,施加强磁场调控微观结构以改善其力学性能,该处理方法因极具工程应用潜力而备受关注。本研究基于已有报道,阐述了强磁场对钢中固态相变的影响机制,并详细概述了强磁场对钢中马氏体、贝氏体、珠光体相变和碳化物析出的影响规律,最后展望了通过强磁场处理改善钢材力学性能的发展前景,以期为新型高性能钢材的研制和革新提供更多思路。
在金属固态相变过程中,施加强磁场调控微观结构以改善其力学性能,该处理方法因极具工程应用潜力而备受关注。本研究基于已有报道,阐述了强磁场对钢中固态相变的影响机制,并详细概述了强磁场对钢中马氏体、贝氏体、珠光体相变和碳化物析出的影响规律,最后展望了通过强磁场处理改善钢材力学性能的发展前景,以期为新型高性能钢材的研制和革新提供更多思路。
摘要：
为探讨强磁场对TiAl/Ti2AlNb合金连接界面组织和力学性能的影响规律,对TiAl/Ti2AlNb合金扩散连接接头进行无磁场和强磁场热处理,分析两种不同热处理后连接接头的显微组织,并评价连接接头的力学性能。结果表明:与热处理前相比,两种热处理均可消除连接界面的脆性金属间化合物。与无磁场热处理相比,强磁场热处理可以使连接界面反应层的再结晶晶粒更加细小,靠近TiAl合金侧反应层的脆性α2相弥散分布,靠近Ti2AlNb合金侧的反应层内析出极细小针状的O相,界面处β0/B2相和O相发生了互扩散相变,消除了冶金界面。力学性能测试表明,强磁场热处理后连接接头的抗拉强度和断后伸长率分别为268.76 MPa和0.160%,与无磁场热处理的相比分别提高了54%和202%。强磁场可以加速界面元素扩散,促进界面冶金反应和再结晶,提高界面冶金结合,提升TiAl/Ti2AlNb接头的力学性能,此方法可拓展到其他焊接接头或功能梯度材料的组织及性能调控。
为探讨强磁场对TiAl/Ti2AlNb合金连接界面组织和力学性能的影响规律,对TiAl/Ti2AlNb合金扩散连接接头进行无磁场和强磁场热处理,分析两种不同热处理后连接接头的显微组织,并评价连接接头的力学性能。结果表明:与热处理前相比,两种热处理均可消除连接界面的脆性金属间化合物。与无磁场热处理相比,强磁场热处理可以使连接界面反应层的再结晶晶粒更加细小,靠近TiAl合金侧反应层的脆性α2相弥散分布,靠近Ti2AlNb合金侧的反应层内析出极细小针状的O相,界面处β0/B2相和O相发生了互扩散相变,消除了冶金界面。力学性能测试表明,强磁场热处理后连接接头的抗拉强度和断后伸长率分别为268.76 MPa和0.160%,与无磁场热处理的相比分别提高了54%和202%。强磁场可以加速界面元素扩散,促进界面冶金反应和再结晶,提高界面冶金结合,提升TiAl/Ti2AlNb接头的力学性能,此方法可拓展到其他焊接接头或功能梯度材料的组织及性能调控。
摘要：
具有磁各向异性的陶瓷颗粒在磁场中能够实现定向排列,从而在陶瓷烧结体中形成织构化微观组织,这对于进一步提高陶瓷材料的性能具有重要意义,陶瓷颗粒尺寸和烧结时间均对陶瓷的织构化行为具有影响。基于此,本研究以碳化硅陶瓷为研究对象,在6 T磁场下凝胶注塑成型制备碳化硅陶瓷素坯,并在磁场外1 950 ℃下无压烧结得到织构化碳化硅陶瓷烧结体,分析了碳化硅颗粒尺寸和烧结时间对碳化硅陶瓷素坯和烧结体织构化行为及致密度的影响,研究结果表明:6 T磁场能够实现碳化硅晶粒的c轴沿着磁场方向取向排列。随着大尺寸SiC颗粒比例的增加,碳化硅陶瓷素坯的Lotgering因子从0.84增加到0.92,这主要是因为大尺寸颗粒更容易在磁场中实现取向排列; 1 950 ℃下烧结后,碳化硅陶瓷烧结体形成了具有c轴取向的织构化微观组织。随着大尺寸SiC颗粒比例的增加,碳化硅陶瓷烧结体的Lotgering因子呈现先增大后降低的趋势,最大能达到0.95。但是由于大尺寸颗粒烧结致密化困难,烧结体致密度呈现下降趋势; 烧结时间的适当增加可以促进碳化硅陶瓷烧结体织构化程度的增加,并利于碳化硅陶瓷烧结体的致密化。综上,颗粒尺寸配比和烧结时间的调控和优化对于提高碳化硅陶瓷织构化程度具有重要作用。
具有磁各向异性的陶瓷颗粒在磁场中能够实现定向排列,从而在陶瓷烧结体中形成织构化微观组织,这对于进一步提高陶瓷材料的性能具有重要意义,陶瓷颗粒尺寸和烧结时间均对陶瓷的织构化行为具有影响。基于此,本研究以碳化硅陶瓷为研究对象,在6 T磁场下凝胶注塑成型制备碳化硅陶瓷素坯,并在磁场外1 950 ℃下无压烧结得到织构化碳化硅陶瓷烧结体,分析了碳化硅颗粒尺寸和烧结时间对碳化硅陶瓷素坯和烧结体织构化行为及致密度的影响,研究结果表明:6 T磁场能够实现碳化硅晶粒的c轴沿着磁场方向取向排列。随着大尺寸SiC颗粒比例的增加,碳化硅陶瓷素坯的Lotgering因子从0.84增加到0.92,这主要是因为大尺寸颗粒更容易在磁场中实现取向排列; 1 950 ℃下烧结后,碳化硅陶瓷烧结体形成了具有c轴取向的织构化微观组织。随着大尺寸SiC颗粒比例的增加,碳化硅陶瓷烧结体的Lotgering因子呈现先增大后降低的趋势,最大能达到0.95。但是由于大尺寸颗粒烧结致密化困难,烧结体致密度呈现下降趋势; 烧结时间的适当增加可以促进碳化硅陶瓷烧结体织构化程度的增加,并利于碳化硅陶瓷烧结体的致密化。综上,颗粒尺寸配比和烧结时间的调控和优化对于提高碳化硅陶瓷织构化程度具有重要作用。
摘要：
磁场能够以无接触的方式直接作用于原子、分子、离子、晶粒等,从而调控材料的微观结构和性能,因此磁场在材料制备与性能调控过程中的应用受到越来越多的关注。常规电磁材料具有较低的载流密度、较大的电阻以及复杂的冷却系统,难以产生稳定的强磁场,而超导材料在低温下具有零电阻特性,其能够承载的电流密度是常规铜导体的100倍以上。由超导材料制备的超导磁体不仅能够产生更大尺寸的稳定强磁场,还具有重量轻、体积小、能耗低的优势,因此被广泛应用于医疗、交通、电力、加速器、国防、科学研究等领域。本研究对我国超导材料的发展、强磁场超导磁体技术与相关产品的最新进展进行了介绍,并对目前超导磁体研究面临的问题与未来发展方向进行总结。
磁场能够以无接触的方式直接作用于原子、分子、离子、晶粒等,从而调控材料的微观结构和性能,因此磁场在材料制备与性能调控过程中的应用受到越来越多的关注。常规电磁材料具有较低的载流密度、较大的电阻以及复杂的冷却系统,难以产生稳定的强磁场,而超导材料在低温下具有零电阻特性,其能够承载的电流密度是常规铜导体的100倍以上。由超导材料制备的超导磁体不仅能够产生更大尺寸的稳定强磁场,还具有重量轻、体积小、能耗低的优势,因此被广泛应用于医疗、交通、电力、加速器、国防、科学研究等领域。本研究对我国超导材料的发展、强磁场超导磁体技术与相关产品的最新进展进行了介绍,并对目前超导磁体研究面临的问题与未来发展方向进行总结。
摘要：
通过在垂直半连续铸造过程中施加磁场与不施加磁场制备了两种不同晶粒尺寸的Cu-15Ni-8Sn合金棒材,并对两种合金棒材的微观组织和力学性能进行研究。微观组织分析结果表明,未施加磁场样品的微观组织中存在少量枝晶组织,而施加磁场样品的则完全为均匀细小的等轴晶;未施加磁场样品的平均晶粒尺寸为833.7 μm,施加磁场样品的平均晶粒尺寸为54.6 μm;施加磁场样品的Sn元素微观偏析有所改善,与未施加磁场样品的相比,富Sn相尺寸较小,且分布更加均匀。两种样品的铸态拉伸性能显示,施加磁场样品的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率分别为465 MPa、290 MPa、15.4%;未施加磁场样品的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率分别为429 MPa、242 MPa、23.9%。
通过在垂直半连续铸造过程中施加磁场与不施加磁场制备了两种不同晶粒尺寸的Cu-15Ni-8Sn合金棒材,并对两种合金棒材的微观组织和力学性能进行研究。微观组织分析结果表明,未施加磁场样品的微观组织中存在少量枝晶组织,而施加磁场样品的则完全为均匀细小的等轴晶;未施加磁场样品的平均晶粒尺寸为833.7 μm,施加磁场样品的平均晶粒尺寸为54.6 μm;施加磁场样品的Sn元素微观偏析有所改善,与未施加磁场样品的相比,富Sn相尺寸较小,且分布更加均匀。两种样品的铸态拉伸性能显示,施加磁场样品的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率分别为465 MPa、290 MPa、15.4%;未施加磁场样品的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率分别为429 MPa、242 MPa、23.9%。
摘要：
在金属材料凝固过程中施加脉冲磁场,可获得晶粒细化的微观组织。本研究以Al-5%Cu为研究对象进行金属筛网试验,分别在纯液相区、液-固两相区和整个凝固过程阶段施加脉冲磁场,分析脉冲磁场的作用阶段以及脉冲磁场工艺参数对合金晶粒尺寸细化的影响。结果表明,在液-固两相区和整个凝固阶段施加脉冲磁场可获得明显的晶粒细化效果,说明脉冲磁场主要作用于金属材料的凝固形核过程。同时,随着磁场脉冲电压和脉冲频率的增大,晶粒尺寸呈先减小后保持不变的变化趋势。合金晶粒尺寸细化效果最佳的脉冲电磁工艺参数为:低压脉冲频率5.0~10.0 Hz,脉冲电压100 V。
在金属材料凝固过程中施加脉冲磁场,可获得晶粒细化的微观组织。本研究以Al-5%Cu为研究对象进行金属筛网试验,分别在纯液相区、液-固两相区和整个凝固过程阶段施加脉冲磁场,分析脉冲磁场的作用阶段以及脉冲磁场工艺参数对合金晶粒尺寸细化的影响。结果表明,在液-固两相区和整个凝固阶段施加脉冲磁场可获得明显的晶粒细化效果,说明脉冲磁场主要作用于金属材料的凝固形核过程。同时,随着磁场脉冲电压和脉冲频率的增大,晶粒尺寸呈先减小后保持不变的变化趋势。合金晶粒尺寸细化效果最佳的脉冲电磁工艺参数为:低压脉冲频率5.0~10.0 Hz,脉冲电压100 V。
摘要：
GH3535合金是熔盐堆重要的结构材料,其焊接接头的不均匀性会影响熔盐堆核能系统整体的疲劳寿命。为了修复服役过程中焊接接头的疲劳损伤,提升熔盐堆服役过程的安全性,本研究使用电磁脉冲技术对已进行疲劳损伤试验的GH3535合金电子束焊接接头进行处理,探究电磁脉冲处理对焊接接头疲劳寿命的影响,并研究了内部微观组织结构经电磁脉冲处理后的变化规律。结果表明,经电磁脉冲处理后,焊接接头的疲劳损伤状态得以改善,不同应力水平下的疲劳寿命均显著提升。这是因为电磁脉冲处理促进了焊接接头内部的位错发生增殖、滑移,位错密度增大,从而形成了位错墙等复杂结构,阻碍了疲劳裂纹的扩展。同时,电磁脉冲处理使得焊接接头内部二次裂纹缺陷的萌生与扩展受到阻碍,改善了其内部的疲劳损伤状态,有助于延长其疲劳寿命。
GH3535合金是熔盐堆重要的结构材料,其焊接接头的不均匀性会影响熔盐堆核能系统整体的疲劳寿命。为了修复服役过程中焊接接头的疲劳损伤,提升熔盐堆服役过程的安全性,本研究使用电磁脉冲技术对已进行疲劳损伤试验的GH3535合金电子束焊接接头进行处理,探究电磁脉冲处理对焊接接头疲劳寿命的影响,并研究了内部微观组织结构经电磁脉冲处理后的变化规律。结果表明,经电磁脉冲处理后,焊接接头的疲劳损伤状态得以改善,不同应力水平下的疲劳寿命均显著提升。这是因为电磁脉冲处理促进了焊接接头内部的位错发生增殖、滑移,位错密度增大,从而形成了位错墙等复杂结构,阻碍了疲劳裂纹的扩展。同时,电磁脉冲处理使得焊接接头内部二次裂纹缺陷的萌生与扩展受到阻碍,改善了其内部的疲劳损伤状态,有助于延长其疲劳寿命。
摘要：
利用电磁场辅助激光熔覆技术在35CrMoV钢表面制备Ni60/La2O3合金熔覆层,分别研究交变磁场频率为50 Hz、100 Hz、150 Hz和200 Hz对熔覆层微观组织、物相组成、元素偏析、摩擦磨损和耐腐蚀性能的影响。结果表明:交变电磁场频率的变化通过影响熔池中的元素扩散、结晶过程及相变行为,显著改变了熔覆层的微观组织和性能。不同交变磁场频率下Ni60/La2O3熔覆层均由γ-(Fe,Ni)、Cr2B、Cr23C6、CrB、Cr7C3和Ni3Si相构成,但不同频率下相的含量不同。50 Hz和200 Hz下熔覆层Ni、Cr、C和Fe等元素的偏析程度大于100 Hz和150 Hz下熔覆层元素的。交变磁场频率增加可提高熔覆层显微硬度,200 Hz时其硬度值最大但波动范围也较大。熔覆层的磨痕深度随交变磁场频率的增加先减少后增加,在150 Hz时层熔覆层的磨痕深度和摩擦因数均最小。150 Hz时熔覆层耐腐蚀性能最佳,其自腐蚀电位为-0.250 V,自腐蚀电流密度为1.33×10-9 A/cm2。
利用电磁场辅助激光熔覆技术在35CrMoV钢表面制备Ni60/La2O3合金熔覆层,分别研究交变磁场频率为50 Hz、100 Hz、150 Hz和200 Hz对熔覆层微观组织、物相组成、元素偏析、摩擦磨损和耐腐蚀性能的影响。结果表明:交变电磁场频率的变化通过影响熔池中的元素扩散、结晶过程及相变行为,显著改变了熔覆层的微观组织和性能。不同交变磁场频率下Ni60/La2O3熔覆层均由γ-(Fe,Ni)、Cr2B、Cr23C6、CrB、Cr7C3和Ni3Si相构成,但不同频率下相的含量不同。50 Hz和200 Hz下熔覆层Ni、Cr、C和Fe等元素的偏析程度大于100 Hz和150 Hz下熔覆层元素的。交变磁场频率增加可提高熔覆层显微硬度,200 Hz时其硬度值最大但波动范围也较大。熔覆层的磨痕深度随交变磁场频率的增加先减少后增加,在150 Hz时层熔覆层的磨痕深度和摩擦因数均最小。150 Hz时熔覆层耐腐蚀性能最佳,其自腐蚀电位为-0.250 V,自腐蚀电流密度为1.33×10-9 A/cm2。
摘要：
采用真空电弧熔炼法制备了由奥氏体相和铁素体相组成的Fe-25Mn-9Al-8Ni-1C-0.2Ti低密度铁基合金,探讨了电磁搅拌电流和电磁搅拌时间对合金微观组织及性能的影响。结果表明:搅拌电流或搅拌时间的变化对合金抗拉强度的影响很小,抗拉强度稳定在(804.20±19.80)~(852.94±19.90) MPa;随着搅拌电流的增大或搅拌时间的增加,合金的伸长率均显著增大,最大值为(27.73±0.68)%;合金室温下的断裂形式以韧性断裂为主。
采用真空电弧熔炼法制备了由奥氏体相和铁素体相组成的Fe-25Mn-9Al-8Ni-1C-0.2Ti低密度铁基合金,探讨了电磁搅拌电流和电磁搅拌时间对合金微观组织及性能的影响。结果表明:搅拌电流或搅拌时间的变化对合金抗拉强度的影响很小,抗拉强度稳定在(804.20±19.80)~(852.94±19.90) MPa;随着搅拌电流的增大或搅拌时间的增加,合金的伸长率均显著增大,最大值为(27.73±0.68)%;合金室温下的断裂形式以韧性断裂为主。
摘要：
在脉冲电磁场铸造过程中,由于线圈电感效应会引起脉冲波形的畸变与失真,实际波形引起的电磁效应对铝合金凝固物理场的影响至关重要。本研究建立了电磁场有限元数学模型,结合实验数据,探明了脉冲电流峰值、频率、占空比对磁通密度、电磁力时间和空间分布特性的影响,进而分析其对金属熔体液面波动及凝固组织的作用规律。结果表明,当脉冲电流峰值为100 A、频率为20 Hz、占空比为20%时,线圈有效脉冲加载电流最高、磁通密度最大、磁场分布均匀。此时,电磁力径向分量引起的磁压力对金属液面波动起主导驱动和控制作用,液面形成清晰的波动,ZL114A铝合金中初生α-Al相晶粒得到细化,并形成了细小、分散的二次相;当频率增加至80 Hz后,液面波动振幅减小,合金中的初生Si相粗化和偏聚;当占空比增加至80%后,液面波动振幅显著增加,剧烈的熔体振荡不利于合金凝固组织细化。
在脉冲电磁场铸造过程中,由于线圈电感效应会引起脉冲波形的畸变与失真,实际波形引起的电磁效应对铝合金凝固物理场的影响至关重要。本研究建立了电磁场有限元数学模型,结合实验数据,探明了脉冲电流峰值、频率、占空比对磁通密度、电磁力时间和空间分布特性的影响,进而分析其对金属熔体液面波动及凝固组织的作用规律。结果表明,当脉冲电流峰值为100 A、频率为20 Hz、占空比为20%时,线圈有效脉冲加载电流最高、磁通密度最大、磁场分布均匀。此时,电磁力径向分量引起的磁压力对金属液面波动起主导驱动和控制作用,液面形成清晰的波动,ZL114A铝合金中初生α-Al相晶粒得到细化,并形成了细小、分散的二次相;当频率增加至80 Hz后,液面波动振幅减小,合金中的初生Si相粗化和偏聚;当占空比增加至80%后,液面波动振幅显著增加,剧烈的熔体振荡不利于合金凝固组织细化。
